NGHIÊN CỨU CÁC THAM SỐ CHUYỂN GIAO LIÊN MẠNG 2G, 3G LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

+ Mục đích nghiên cứu của đề tài: - Nghiên cứu quá trình phát triển các hệ thống thông tin di động: 1G, 2G, 3G, 4G - Nghiên cứu sơ đồ khối, chức năng của các phân hệ trong cấu trúc mạng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Cán bộ hướng dẫn: TS PHẠM HẢI ĐĂNG

HÀ NỘI - 2015

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN CAO HỌC

Họ và tên học viên: Đỗ Hoành Bá Năm sinh: 1986

Cơ quan công tác: Công ty cổ phần Quốc tế ICO – Chi nhánh Hà Nội

Khóa: 21-1

Nghành: Kỹ thuật viễn thông Mã số: 60.52.02.08

Cán bộ hướng dẫn: TS Phạm Hải Đăng Bộ môn: Kỹ thuật viễn thông

Tên đề tài luận văn:

“Nghiên cứu các tham số chuyển giao liên mạng 2G, 3G”.

+ Mục đích nghiên cứu của đề tài:

- Nghiên cứu quá trình phát triển các hệ thống thông tin di động: 1G, 2G, 3G, 4G

- Nghiên cứu sơ đồ khối, chức năng của các phân hệ trong cấu trúc mạng GSM

và WCDMA

- Nghiên cứu các tham số lựa chọn lại cell khi thuê bao ở chế độ rỗi chuyển qua lại giữa các vùng phủ sóng 2G và 3G, bao gồm cả việc nhận thực và khởi tạo lại kết nối

- Nghiên cứu khả năng hoạt động liên mạng 2G-3G, sự khác biệt giữa các tham

số chuyển giao của các nhà cung cấp khác nhau

- Tìm hiểu các hệ thống tham số chuyển giao giữa vùng phủ sóng 2G, 3G để ứng dụng, triển khai trên mạng MobiFone trong giai đoạn đầu cung cấp dịch vụ mạng 3G

+ Phương pháp nghiên cứu và kết quả đạt được:

Trên cơ sở các tài liệu nghiên cứu về lý thuyết đã công bố và thực tế được ứng dụng trên thế giới, luận văn sẽ thực hiện một số nội dung chính như sau:

- Tổng quan các hệ thống thông tin di động

- Chuyển giao giữa mạng 2G và 3G

- Tham số chuyển giao trong vùng phủ sóng 2G, 3G

- Các tham số cài đặt chuyển giao 2G, 3G trên mạng Mobifone.

Điểm bình quân môn học: Điểm bảo vệ luận văn:

Hà Nội, ngày tháng năm 2015

Xác nhận của cán bộ hướng dẫn

TS Phạm Hải Đăng

Học viên

Đỗ Hoành Bá Xác nhận của bộ môn

TS Nguyễn Cảnh Minh

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan luận văn “Nghiên cứu các tham số chuyển giao liên mạng 2G, 3G” là công trình nghiên cứu của riêng tôi Luận văn có tham khảo các tài liệu khác

nhưng không sao chép toàn bộ nội dung tham khảo

Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và thông tin trích dẫn được sử dụng trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày … tháng … năm 2015

Học viên

Đỗ Hoành Bá

LỜI CẢM ƠN

Sau 6 tháng thực hiện đề tài “Nghiên cứu các tham số chuyển giao liên

mạng 2G, 3G“ đã hoàn thành.

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn TS Phạm Hải Đăng và

các thầy cô trong Khoa Điện – Điện tử đã giúp đỡ và tạo điều kiện giúp cho em hoàn thành tốt luận văn này

Toàn bộ luận văn là những gì em đã tìm hiểu và nghiên cứu được trong thời gian qua Do tính thực tế và kiến thức còn hạn chế, vì vậy xem rất mong nhận được sự chỉ bảo và tham gia đề xuất ý kiến của quý thầy, cô giáo để em có thể hoàn thành tốt luận văn

Em xin chân thành cảm ơn!

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Bảng các ký hiệu trong cấu trúc mạng GSM 14

Bảng 2.1: Bảng đề xuất cài đặt các tham số Cell Reselection giữa 2G, 3G 47

Bảng 2.2: Bảng đề xuất cài đặt của Ericsson [5] 50

Bảng 2.3: Bảng đề xuất cài đặt của Huawei [5] 52

Bảng 2.4: Bảng đề xuất cài đặt của NSN [5] 53

Bảng 3.1: Bảng đề xuất cài đặt của Ericsson [5] 71

Bảng 3.2: Bảng đề xuất cài đặt của Huawei [5] 73

Bảng 3.3: Bảng đề xuất cài đặt của NSN [5] 75

Bảng 3.4: Thông số theo khuyến nghị 80

Bảng 3.5: Tổng hợp mạng 2G [5] 81

Bảng 3.6: Tổng hợp mạng 3G giai đoạn 1 [5] 82

Bảng 3.7: Bảng thống kê giá trị RSCP và Ec/No [5] 83

Bảng 3.8: Thống kê số lượng trạm [5] 84

Bảng 3.9: Thống kê lưu lượng mạng 3G [5] 84

Bảng 3.10: Tỷ lệ thành công thiết lập cuộc gọi 3G [5] 85

Bảng 3.11: Tỷ lệ rớt cuộc gọi [5] 86

Bảng 3.12: Tỷ lệ thành công chuyển giao 2G/3G [5] 87

Bảng 3.13: Các tham số WCDMA [5] 88

Bảng 3.14: Các tham số GSM [5] 88

Bảng 3.15: Các tham số handover [5] 88

Bảng 3.16: Các tham số WCDMA Intersystem handover [5] 88

Bảng 3.17: Các tham số GSM Intersystem handover [5] 89

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Đa truy nhập phân chia theo tần số 4

Hình 1.2: Đa truy nhập phân chia theo thời gian 6

Hình 1.3: Đa truy nhập phân chia theo mã 8

Hình 1.4: Mô hình hệ thống thông tin di động GSM 14

Hình 1.5: Chức năng xử lý cuộc gọi của MSC 17

Hình 1.6: Phân loại kênh logic 22

Hình 1.7: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống 23

Hình 1.8: So sánh cấu trúc của DRNC với CRNC 27

Hình 2.1: Quá trình hard handover 33

Hình 2.2: Quá trình Soft Handover 33

Hình 2.3: Quá trình Soft & Softer Handover 34

Hình 2.4: Chuyển giao từ mạng GSM sang WCDMA khi mạng GSM quá tải 35

Hình 2.5: Chuyển giao để san tải và mở rộng vùng phủ 36

Hình 2.6: Lựa chọn lại cell khi thuê bao ở chế độ rỗi 37

Hình 2.7: Lược đồ lựa chọn lại cell 2G/3G khi thuê bao ở chế độ rỗi 38

Hình 2.8: Thủ tục lựa chọn lại cell 39

Hình 2.9: Lược đồ mô tả cài đặt tham số lựa chọn lại cell để tránh ping-pong 40

Hình 2.10: Lược đồ thủ tục lựa chọn lại cell từ 3G sang 2G 43

Hình 2.11: Lược đồ thủ tục lựa chọn lại cell từ 2G sang 3G 45

Hình 3.1: Thủ tục chuyển giao liên mạng 2G, 3G 56

Hình 3.2: Mô hình mạng kết hợp hỗ trợ chuyển giao liên mạng 2G, 3G 57

Hình 3.3: Bước chuẩn bị cho thủ tục chuyển giao giữa mạng 2G, 3G 57

Hình 3.4: Cấp phát tài nguyên 57

Hình 3.5: Thực thi quá trình chuyển giao 58

Hình 3.6: Nguyên tắc chuyển giao liên mạng 58

Hình 3.7: Luồng báo hiệu AMR 59

Hình 3.8: Luồng báo hiệu PS 59

Hình 3.9: Vùng phủ sóng 3G mạng Mobifone giai đoạn 1 81

Hình 3.10: Vùng phủ sóng 3G (RSCP) 82

Hình 3.11: Tỷ lệ năng lượng trên nhiễu (Ec/No) 83

Hình 3.12: Thống kê thành phần mạng 3G 84

Hình 3.13: Thống kê lưu lượng mạng 3G 85

Hình 3.14: Tỷ lệ thành công thiết lập cuộc gọi 3G 86

Hình 3.15: Tỷ lệ rớt cuộc gọi 3G 87

Hình 3.16: Tỷ lệ thành công chuyển giao liên mạng 2G/3G 87

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

1G First Generation Hệ thống thông tin di động thế hệ 12G Second Generation Hệ thống thông tin di động thế hệ 23G Third Generation Hệ thống thông tin di động thế hệ 34G Fourth Generation Hệ thống thông tin di động thế hệ 4

A

AMPS Advance Mobilephone Server Hệ thống điện thoại di động tiên tiếnACTS Advanced Communications

Technologies and Services

Các công nghệ và dịch vụ thông tin tiên tiến

AICH Acquisiton Indicator Channel Kênh chỉ thị được cấp phát

AMPS Advanced Mobile Phone Service Dịch vụ điện thoại di động tiên tiếnANSI American National Standard

BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc

BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc

BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển phát quảng báBSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc

BSIC Base transceiver Station Identity

Code

Mã nhận dạng trạm thu phát gốc

C

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập chia theo mã

CPICH Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu chung

CSSR Call Setup Successful Rate Tỉ lệ thiết lập cuộc gọi

CPCH Common Packet Channel Kênh chuyển mạch gói thông thường

CCCH Common Control Channel Kênh điều khiển thông thường

CCPCH Common Control Physical

Channel

Kênh vật lý điều khiển thông thường

CPICH Common Pilot Channel Kênh Pilot thông thường

CS-1,2,3,4 Coding Scheme 1,2,3,4 Sơ đồ mã hóa 1,2,3,4

D

D-AMPS Digital AMPS (also known as

IS-136)

AMPS số (còn được biết là IS-136)

DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển được dành riêngDCS Digital Communications System Hệ thống thông tin số

DCN Data Communications Network Mạng thông tin số liệu

DPCCH Dedicated Physical Control

Channel

Kênh điều khiển vật lý được dành riêng

DPCH Dedicated Physical Channel Kênh vật lý dành riêng

DPDCH Dedicated Physical Data Channel Kênh dữ liệu vật lý được dành riêngDSCH Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ hướng Downlink

DTCH Dedicated Traffic Channel Kênh lưu lượng được dành riêng

E

EIR Equipment Identity Centre Trung tâm chỉ thị thiết bị

EDGE Enhanced Data Rates for GSM

Evolution Tốc độ truyền dữ liệu nhanh cho GSMEc/No Ratio of energy per modulating bit

to the noise spectral density

Tỷ lệ năng lượng của mỗi bit điều chế trên nhiễu

EIRP Equivalent Isotropic Radiated

Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu

EPCCH Enhanced Power Control Channel Kênh điều khiên công suất phát được

cải thiện

F

FDMA Frequence Division Multiple

Access Đa truy cập phân chia theo tần sốFDD Frequency Division Duplex Phương thức song công phân chia

theo tần sốFACCH Fast Associated Control Channel Kênh điều khiển kết hợp nhanhFAUSCH Fast Uplink Signalling Channel Kênh báo hiệu hướng Uplink nhanh

G

GSM Global System for Mobile

Communication Hệ thống thông tin di động toàn cầuGGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ GRPS cổng

GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp

H

HLR Home Location Register Thanh ghi định vị thường trú

HCS Hierarchical Cell Structure Cấu trúc Cell phân cấp

HSCSD High Speed Circuit Schitched

Data

Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao

HSDPA High-speed Downlink Packet-data

Access

Truy nhập dữ liệu gói đường xuống tốc độ cao

I

IE Information Element Phần tử thông tin

IETF Internet Engineering Task Forum Diễn đàn nhiệm vụ về công nghệ

InternetIMAP Internet Message Access Protocol Thủ tục truy nhập tin nhắn qua

InternetIMS IP Multimedia Subsystem Phân hệ đa phương tiện IP

IMT-2000 International Mobile

Telecommunications-2000

Viễn thông di dộng quốc tế 2000

IN Intelligent Network Mạng thông minh

IP Internet Protocol Giao thức Internet

IS-54 Interim Standard-54 Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA

cải tiến của Mỹ (do AT&T đề xuất)IS-95 Interim Standard-95 Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA

của Mỹ (do Qualcomm đề xuất)ISCP Interference Signal Code Power Công suất mã báo hiệu nhiễu

ISDN Integrated Services Digital

PAGCH Packet Access Grant Channel Kênh cấp phát truy cập chuyển mạch

góiPBCCH Packet Broadcast Control Channel Kênh điều khiển phát quảng bá

chuyển mạch góiPCPCH Physical Downlink Shared

Channel

Kênh vật lý chia sẻ hướng Downlink

PCS Personal Communication System Hệ thống thông tin cá nhân

PDN Packet Data Network Mạng số liệu gói

PSTN Public Switched Telephone

Network

Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng

PSCH Physical Shared Channel Kênh chia sẻ vật lý

PTCCH Packet Timing advance Control

Channel

Kênh điều khiển cải tiến thời gian chuyển mạch gói

R

RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến

RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến

RSCP Received Signal Code Power Công suất tín hiệu nhận được

RLC Radio Link Control Điều khiển kết nối vô tuyến

RLP Radio Link Protocol Giao thức kết nối vô tuyến

RSSI Received Signal Strength

Indicator

Cường độ tín hiệu thu

RXLEV Received signal level Mức tín hiệu thu

RXQUAL Received signal Quality Chất lượng tín hiệu thu

RFCH Radio Frequency Channel Kênh tần số vô tuyến

S

SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS phục vụ

SCCH Synchronisation Control Channel Kênh điều khiển đồng bộ

SMS Short Message Service Dịch vụ tin nhắn

STM Synchronous Transfer Mode Phương thức truyền đồng bộ

T

TFC Transport Format Combination Kết hợp định dạng truyền tải

TFCI Transport Format Combination

TFI Transport Format Indicator Bộ chỉ thị định dạng truyền tải

TIA Telecommunications Industry

Association

Liên đoàn công nghiệp viễn thông

TRAU Transcode and Rate Adaption

TDMA Time Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo thời gian

TE Terminals Equipment Thiết bị đầu cuối

TDD Time Division Duplex Phương thức song công phân chia

theo thời gian

U

UMTS Universal Mobile

Telecommunications System Hệ thống viễn thông di động toàn cầuUTRAN UMTS Terrestrial Radio Access

Network Mạng truy cập vô tuyến trạm mặt đất

VLR Visitor Location Register Thanh ghi định vị thường trúVBR Variable Bit Rate Tốc độ bít biến thiên

VHE Virtual Home Environment Môi trường thường trú ảo

VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo

W

WCDMA Wideband Code Division Multiple

Access

Đa truy nhập băng rộng phân chia theo mã

WIN Wireless Intelligent Network Mạng thông minh vô tuyến

WML Wireless Mark-up Language Ngôn ngữ đánh dấu không dây

MỤC LỤC

3.4 Các đại lượng đặc trưng khi đo kiểm 77

MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Các hệ thống thông tin di động với khả năng giúp con người trao đổi thông tin mọi lúc, mọi nơi đã phát triển rất nhanh và không thể thiếu được trong xã hội thông tin ngày nay Bắt đầu từ các hệ thống thông tin di động thế hệ đầu tiên ra đời vào năm

1946, thông tin di động đã liên tục phát triển và đến nay các hệ thống thông tin di động thế hệ ba (3G) đã được đưa vào khai thác thương mại ở nhiều nước trên thế giới Ở Việt Nam, các hệ thống thông tin di động thế hệ ba cũng đã được phê duyệt và bắt đầu triển khai từ năm 2009 Hệ thống WCDMA đã được Việt Nam lựa chọn cho việc triển khai 3G, đã mở ra một bước tiến lớn của Việt Nam trong việc bắt kịp khoa học kỹ thuật hiện đại của thế giới, đặc biệt là viễn thông

Trong giai đoạn bắt đầu triển khai cung cấp dịch vụ mạng 3G WCDMA, vùng phủ mạng 3G có thể bị giới hạn bởi nhiều yếu tố (số lượng trạm, tần số máy thu phát

…) Do đó, việc cung cấp các dịch vụ mạng liên tục và xuyên suốt giữa vùng phủ sóng 3G và 2G có ý nghĩa rất quan trọng đối với sự thành công của mạng 3G Việc chuyển giao giữa WCDMA và GSM cho phép sử dụng vùng phủ của mạng 2G hiện có để đảm bảo tính xuyên suốt và liên tục này

Với các nhà cung cấp dịch vụ di động trên toàn thế giới, ngay cả khi đã triển khai thiết bị mạng 3G rộng khắp (như VodaFone, Orange, Telstra …) cho đến các nhà cung cấp mới triển khai lắp đặt thiết bị mạng 3G (China Unicom), vấn đề chuyển giao giữa vùng phủ sóng 2G, 3G luôn được đặt lên như một trong những ưu tiên hàng đầu

để đảm bảo chất lượng dịch vụ, đáp ứng yêu cầu của khách hàng

Tại Việt Nam, các giấy phép cung cấp dịch vụ mạng WCDMA mới được cấp

và các nhà cung cấp đang bắt tay thiết lập mạng lưới 3G Vấn đề sử dụng lại cơ sở hạ tầng được đặt ra như một ưu tiên quan trọng, đặc biệt đối với các nhà mạng có số lượng trạm BTS 2G lớn (Vinaphone, MobiFone, Viettel) Khi sử dụng chung cơ sở hạ tầng với các trạm 2G, do đặc thù về tần số, công suất máy thu phát và các vấn đề liên quan đến nhiễu của mạng 3G/ WCDMA, có thể nhận thấy vùng phủ của các trạm 3G phần lớn sẽ nhỏ hơn vùng phủ của trạm 2G hiện tại Đặc biệt trong bối cảnh số lượng trạm 3G lắp đặt trong giai đoạn đầu không nhiều, các “lỗ hổng” trong vùng phủ sóng 3G sẽ rất nhiều, và vấn đề chuyển giao giữa vùng phủ sóng 2G, 3G được đặt ra như một yêu cầu tất yếu

Xuất phát từ nhu cầu phát triển của ngành truyền thông trên toàn thế giới nói

chung và của Việt Nam nói riêng, em quyết định chọn đề tài với tên: “Nghiên cứu các

tham số chuyển giao liên mạng 2G, 3G” Em hy vọng sẽ tạo được một tài liệu tham

khảo tốt cho những người tìm hiểu về chuyển giao liên mạng và góp phần làm phong phú thêm các kết quả nghiên cứu trong lĩnh vực này

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

- Nghiên cứu quá trình phát triển các hệ thống thông tin di động: 1G, 2G, 3G, 4G

- Nghiên cứu sơ đồ khối, chức năng của các phân hệ trong cấu trúc mạng GSM

và WCDMA

- Nghiên cứu các tham số lựa chọn lại cell khi thuê bao ở chế độ rỗi chuyển qua lại giữa các vùng phủ sóng 2G và 3G, bao gồm cả việc nhận thực và khởi tạo lại kết nối

- Nghiên cứu khả năng hoạt động liên mạng 2G-3G, sự khác biệt giữa các tham

số chuyển giao của các nhà cung cấp khác nhau

- Tìm hiểu các hệ thống tham số chuyển giao giữa vùng phủ sóng 2G, 3G để ứng dụng, triển khai trên mạng MobiFone trong giai đoạn đầu cung cấp dịch vụ mạng 3G

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

a) Đối tượng nghiên cứu:

- Lý thuyết trong mạng truy nhập vô tuyến

- Tổng quan lý thuyết về GSM và WCDMA

- Tập trung nghiên cứu các tham số chuyển giao liên mạng 2G/3G

b) Phạm vi nghiên cứu:

- Nghiên cứu chuyển giao liên mạng 2G/3G

- Khảo sát các tham số chuyển giao, sự thay đổi của các tham số

- Qua nghiên cứu, tìm hiểu, đánh gía các tham số cài đặt chuyển giao 2G/3G trên mạng Mobiphone

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Để giải quyết vấn đề trong chuyển giao liên mạng 2G/3G em đã nghiên cứu lý

thuyết, tìm hiểu các tham số liên quan đến chuyển giao GSM lên WCDMA

- Sử dụng các phương pháp đo đạc (driver test) kiểm chứng và đánh giá.

5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

Nghiên cứu các tham số chuyển giao liên mạng 2G, 3G là một giải pháp hiệu

quả nhằm san tải, chống nghẽn cho mạng 2G hiện tại và đưa ra các tham số chuyển

giao tối ưu nhằm cạnh tranh thắng lợi trong thị trường thông tin di động hiện nay, nhu cầu triển khai 3G là không thể phủ nhận nhằm mục đích tiếp cận các công nghệ mới và nâng cao uy tín của nhà khai thác Để đảm bảo chất lượng các dịch vụ trên nền mạng 3G và sử dụng hiệu quả nguồn tài nguyên vô tuyến mạng 2G/3G thì việc tối ưu hóa các tham số chuyển giao giữa vùng phủ sóng 2G, 3G là rất cần thiết để đáp ứng yêu cầu sử dụng các dịch vụ trên nền mạng 3G tăng lên nhanh chóng trong tương lai.

Để mang lại ứng dụng rộng rãi, ngoài phạm vi áp dụng cho các trung tâm mạng Mobiphone thì đề tài hoàn toàn có thể vận dụng để triển khai cho các mạng và các khu vực khác trong thời gian gần nhất, do đó mang tính thực tiễn cao

6 KẾT CẤU CỦA LUẬN VĂN

Kết cấu luận văn ngoài phần mở đầu, lời cảm ơn, lời cam đoan, danh mục từ viết tắt, các bảng biểu, hình vẽ, nội dung gồm 3 phần chính:

Chương 1: Tổng quan các hệ thống thông tin di động.

Chương 2: Quá trình chuyển giao giữa mạng 2G và 3G

Chương 3: Các tham số chuyển giao liên mạng 2G, 3G và ứng dụng thực tế tại

mạng Mobifone

Trên cơ sở những kiến thức tích luỹ trong những năm học tập chuyên ngành Kỹ

Thuật Viễn Thông tại trường, cùng với sự hướng dẫn của TS Phạm Hải Đăng em đã

tìm hiểu, nghiên cứu và hoàn thành luận văn tốt nghiệp với đề tài: Nghiên cứu các

tham số chuyển giao liên mạng 2G, 3G.

Do thời gian có hạn, đề tài khó tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến quý báu của các thầy cô và các bạn đọc giả để hoàn thiện luận văn hơn nữa

Em xin chân thành cảm ơn

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

Trong những năm gần đây, việc tổ chức và khai thác các công nghệ mạng phát

triển không ngừng Bên cạnh đó, hệ thống mạng thông tin di động đã trải qua một quá trình phát triển dài với các công nghệ khác nhau Các tên gọi mạng 1G, 2G, 3G, 4G là các thế hệ phát triển tiếp nối của hệ thống thông tin di động.

1.1 Lịch sử phát triển của các hệ thống thông tin di động.

Để mở đầu cho việc tìm hiểu tổng quan về các mạng thông tin di động, chúng ta cùng nhìn lại lịch sử phát triển của nghành thông tin liên lạc bằng vô tuyến

Năm 1873 sóng điện từ đã được Maxwell tìm ra nhưng mãi tới năm 1888 mới được Hertz chứng minh bằng cơ sở thực tiễn Sau đó ít lâu Marcony chứng tỏ được sóng vô tuyến là một hiện tượng bức xạ điện từ Từ đó ươc mơ lớn lao của con người về một điều kỳ diệu trong thông tin liên lạc không dây có cơ sở để trở thành hiện thực

Trải qua thời kỳ phát triển lâu dài, tới nay viêc thông tin liên lạc giữa các đối tượng với nhau bằng sóng vô tuyến đã được ứng dụng rộng rãi Với kỹ thuật liên lạc này, mọi đối tượng thông tin đều có khả năng liên lạc được với nhau ở bất cứ điều kiện hoàn cảnh, địa hình hay bất cứ điều kiện khách quan nào Trên cơ sở những ưu điểm của kỹ thuật liên lạc không dây mà kỹ thuật thông tin ra đời Cùng với sự phát triển ngày càng cao của công nghệ điện tử và thông tin, mạng thông tin di động ngày càng phổ biến, giá cả phải chăng, độ tin cậy ngày càng cao

-Thế hệ thứ nhất: Xuất hiện sau năm 1946, với kỹ thuật FM (điều chế tần số) ở

băng sóng 150 MHz, AT & T được cấp giấy phép cho điện thoại di động thực sự ở St Louis Năm 1948 một hệ thống điện thoại hoàn toàn tự động đầu tiên ra đời ở Richmond, Indiane Là thế hệ thông tin di động tương tự sử dụng công nghệ truy cập phân chia theo tần số (TDMA) Tuy nhiên, hệ thống này không đáp ứng được nhu cầu ngày càng tăng trước hết về dung lượng Mặt khác các tiêu chuẩn hệ thống không tương thích nhau làm cho sự chuyển giao không đủ rộng như mong muốn (ra ngoài quốc tế) Những vấn đề này đặt ra cho thế hệ thứ hai thông tin di động cellular phải giải quyết

-Thế hệ thứ hai: Cùng với sự phát triển của Microprocssor đã mở cửa cho một hệ

thống phức tạp hơn Thay cho mô hình quảng bá với máy phát công suất lớn và anten cao là những cell có diện tích bé và công suất phát nhỏ hơn, đáp ứng được nhu cầu ngày càng tăng về dung lượng Hệ thống sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) và phân chia theo mã (CDMA)

-Thế hệ thứ ba: Bắt đầu những năm sau của thập kỷ 90 là kỹ thuật CDMA và

TDMA cải tiến, đáp ứng được việc tăng tốc tốc độ truyền và các dịch vụ trong mạng

Điện thoại di động là một trong những thành tựu nổi bật về công nghệ và thương mại trong những thập niên gần đây Kể từ khi có sự ra đời của điện thoại di động, vị trí của nó trong thị trường đã phát triển một cách chóng mặt từ một thiết bị mang tính chuyên biệt, rồi trở thành một vật dụng thiết yếu đối với cuộc sống và kinh doanh

- Vào đầu thập niên 1980, tại Châu Âu người ta phát triển một mạng điện thoại di động chỉ sử dụng trong một vài khu vực Sau đó vào năm 1982 nó được chuẩn hóa bởi

CEPT (European Conference of Postal and Telecommunications Administrations) và tạo ra Groupe Spéccial Mobile (GSM) với mục đích sử dụng chung cho toàn Châu Âu.

Mạng điện thoại di động sử dụng công nghệ GSM được xây dựng và đưa vào sử dụng đầu tiên bởi Radiolinja ở Phần Lan

- 1948-1950: Lý thuyết thông tin (Shannon), các mã sửa lỗi (Hamming, Golay), ghép kênh theo thời gian ứng dụng vào điện thoại

- 1962: Thông tin vệ tinh Telstar I

- 1962-1966: Dịch vụ truyền số liệu được đưa ra thương mại; PCM khả thi cho truyền dẫn tín hiệu thoại và truyền hình; lý thuyết truyền dẫn số, mã sửa sai (Viterbi)

- 1964: Khai thác các hệ thống chuyển mạch

- 1970-1975: CCITT phát triển các tiêu chuẩn về PCM

- Tháng 12-1971 đưa ra hệ thống cellular kỹ thuật tương tự, FM (850Mhz)

- 1983 mạng điện thoại di động AMPS (Advance Mobile Phone Service) phục vụ thương mại đầu tiên tại Chicago, Mỹ Sau đó là các chuẩn thông tin di động ra đời như: Nordic Mobile Telephone (NTM), Total Access Communication System (TACS)

- 1975-1985: Hệ thống quang dung lượng lớn, chuyển mạch tích hợp cao, các bộ

vi xử lí tín hiệu số; mạng di động tổ ong hiện đại được đưa vào khai thác (NMT, AMPS); mô hình tham chiếu OSI (tổ chức ISO)

- 1985-1990: LAN, ISDN được chuẩn hóa, các dịch vụ truyền số liệu phổ biến, truyền dẫn quang thay cáp đồng trên các đường truyền dẫn băng rộng cự ly xa, phát triển SONET, chuẩn hóa và khai thác GSM, SDH

- Năm 1989 viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (European Telecommunications

Standards Institute - ETSI) quản lý tiêu chuẩn và phát triển mạng GSM Đến cuối năm

1993 đã có hơn 1 triệu thuê bao sử dụng mạng GSM của 70 nhà cung cấp dịch vụ trên

48 quốc gia

GSM (Global System for Mobile Communication) - Hệ thống viễn thông toàn

cầu, sử dụng tần số 900 MHz cũng như 1800 MHz ở Châu Âu và 1900 MHz ở Bắc Mỹ GSM hỗ trợ truyền thoại với tốc độ 13 kbit/s và truyền số liệu với tốc độ 9,6 kbit/s Mạng GSM sử dụng phương pháp đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA kết hợp

đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA

Mạng GSM sử dụng phương pháp TDMA (Time Division Multiple Access) kết hợp FDMA (Frequency Division Multiple Access).

- 1990-1997: GSM tế bào số, truyền hình vệ tinh phổ biến rộng rãi trên thế giới; Internet mở rộng nhanh chóng

- 1997-2000: Viễn thông mang tính cộng đồng, phát triển rộng rãi GSM, CDMA; Internet phát triển; WAN băng rộng nhờ ATM, LAN Gb

- 2001: HDTV, di động 3G, các mạng băng rộng, các hệ thống truy nhập đưa các dịch vụ đa phương tiện đến mọi người

- Ở nước ta, mạng thông tin di động đầu tiên ra đời vào năm 1992 với khoảng 5.000 thuê bao Hai nhà cung cấp dịch vụ thông tin di động lớn là Mobifone (VMS) ra đời năm 1993 – liên doanh giữa công ty bưu chính viễn thông VN (VNPT) và tập đoàn COMVIK (Thuỵ Điển ) và Vinafone của trung tâm dịch vụ viễn thông (GPC) thuộc VNPT ra đời năm 1996 Đến năm 2002 Sfone của tập đoàn TELECOM của Hàn Quốc

và tháng 6/2004 Viettel của công Ty Viễn Thông Quân Đội cùng bước vào cuộc Cuộc chạy đua của các nhà khai thác làm cho giá cước giảm và các dịch vụ càng đa dạng [1]

1.2 Các thế hệ thông tin di động.

1.2.1 Thế hệ 1G: Sự khởi đầu đơn giản (nghe & gọi).

1G là chữ viết tắt của công nghệ điện thoại không dây thế hệ đầu tiên (First Generation) Các điện thoại di động chuẩn analog, sử dụng công nghệ 1G với tín hiệu sóng analog, được giới thiệu trên thị trường vào những năm 1980 Nó sử dụng các anten thu phát sóng gắn ngoài, kết nối theo tín hiệu analog tới các trạm thu phát sóng và nhận tín hiệu xử lý thoại thông qua các module gắn trong máy di động Chính vì thế mà các thế hệ máy di động đầu tiên trên thế giới có kích thước khá to và cồng kềnh do tích hợp cùng lúc 2 module thu tín hiện và phát tín hiệu như trên

Thế hệ 1G dịch vụ chủ yếu cho đàm thoại, chất lượng kém, bảo mật không cao Không đáp ứng nhu cầu phát triển Mặc dù là thế hệ mạng di động đầu tiên với tần số chỉ từ 150MHz nhưng mạng 1G cũng phân ra khá nhiều chuẩn kết nối theo từng phân vùng riêng trên thế giới như là NMT (Nordic MobileTelephone) được sử dụng ở các nước Bắc Âu, Tây Âu và ở Nga vào năm 1981 với băng tần 450Mhz Cũng có một số công nghệ khác như AMPS (Advanced Mobile Phone Sytem – hệ thống điện thoại di động tiên tiến) được sử dụng tại Mỹ vào năm 1983 ở băng tần 800Mhz; TACS (Total Access Communication Sytem – hệ thống giao tiếp truy cập tổng hợp) được sử dụng ở Anh vào năm 1985.

Thế hệ 1G hỗ trợ dịch vụ thoại tương tự và kỹ thuật điều chế tương tự để mang

dữ liệu cho mỗi người sử dụng và sử dụng phương pháp chủ yếu là FDMA (Frequency Division Multiple Access - Đa truy nhập phân chia theo tần số)

Hình 1.1: Đa truy nhập phân chia theo tần số

Ưu điểm: không cần đồng bộ.

Nhược điểm:

- Phân bổ tần số hạn chế, dung lượng nhỏ

- Tốn kém

- Tính bảo mật của các cuộc gọi không cao

- Nhiễu giao thoa giữa các kênh lân cận, đồng thời cũng không thể tránh khỏi các loại nhiễu khác như nhiễu xuyên âm, và bị ảnh hưởng của các tập âm do dây truyền tải thường làm bằng bằng dây trần

Hệ thống thông tin di động thứ nhất sử dụng phương pháp đa truy nhập đơn giản Tuy nhiên hệ thống không thỏa mãn nhu cầu ngày càng tăng của người dùng về cả dung lượng và tốc độ [1], [2]

1.2.2 Thế hệ 2G: Công nghệ GSM (nghe gọi, nhắn tin ).

2G (Second Generation): Là thế hệ kết nối thông tin di động mang tính cải cách cũng như khác hoàn toàn so với thế hệ đầu tiên Mạng 2G mang tới cho người sử dụng

di động 3 lợi ích tiến bộ trong suốt một thời gian dài: mã hoá dữ liệu theo dạng kỹ thuật

số, phạm vi kết nối rộng hơn 1G và đặc biệt là sự xuất hiện của tin nhắn dạng văn bản đơn giản – SMS Theo đó, các tín hiệu thoại khi được thu nhận sẽ được mã hoá thành tín hiệu kỹ thuật số dưới nhiều dạng mã hiệu (codecs), cho phép nhiều gói mã thoại được lưu chuyển trên cùng một băng thông, tiết kiệm thời gian và chi phí Song song

đó, tín hiệu kỹ thuật số truyền nhận trong thế hệ 2G tạo ra nguồn năng lượng sóng nhẹ hơn và sử dụng các chip thu phát nhỏ hơn, tiết kiệm diện tích bên trong thiết bị hơn…

Mạng 2G hai công nghệ chính: nền TDMA (Time Division Multiple Access) và nền CDMA cùng nhiều dạng kết nối mạng tuỳ theo yêu cầu sử dụng từ thiết bị cũng như

hạ tầng từng phân vùng quốc gia Hỗ trợ truyền dịch vụ số khá hạn chế.

Hệ thống thông tin di động số sử dụng kỹ thuật đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) đầu tiên trên thế giới được ra đời ở châu Âu và có tên gọi là GSM Với

sự phát triển nhanh chóng của thuê bao, hệ thống thông tin di động thế hệ 2 lúc đó đã đáp ứng kịp thời số lượng lớn các thuê bao di động dựa trên công nghệ số Hệ thống 2G hấp dẫn hơn hệ thống 1G bởi vì ngoài dịch vụ thoại truyền thống, hệ thống này còn có khả năng cung cấp một số dịch vụ truyền dữ liệu và các dịch vụ bổ xung khác Ở Việt Nam, hệ thống thông tin di động số GSM được đưa vào từ năm 1993 Tất cả hệ thống thông tin di động thế hệ 2 đều sử dụng kỹ thuật điều chế số và sử dụng 2 phương pháp

Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA

Trong hệ thống TDMA phổ tần số quy định cho liên lạc di động được chia thành các dải tần liên lạc, mỗi dải tần liên lạc này được dùng chung cho N kênh liên lạc, mỗi kênh liên lạc là một khe thời gian (Time slot) trong chu kỳ một khung Tin tức được tổ chức dưới dạng gói, mỗi gói có bit chỉ thị đầu gói, chỉ thị cuối gói, các bit đồng bộ và

các bit dữ liệu Không như hệ thống FDMA, hệ thống TDMA truyền dẫn dữ liệu không liên tục và chỉ sử dụng cho dữ liệu số và điều chế số.

Hình 1.2: Đa truy nhập phân chia theo thời gian

Các đặc điểm của TDMA:

- TDMA có thể phân phát thông tin theo hai phương pháp là phân định trước và

phân phát theo yêu cầu Trong phương pháp phân định trước, phân phát các cụm được định trước hoặc phân phát theo thời gian Ngược lại, trong phương pháp phân định theo yêu cầu các mạch được tới đáp ứng khi có cuộc gọi yêu cầu nhờ đó tăng được hiệu suất

đa đường không thể bỏ qua được do đó sự đồng bộ phải tối ưu

1.2.3 Thế hệ 2,5G

2,5G chính là bước đệm giữa 2G với 3G trong công nghệ điện thoại không dây Khái niệm 2,5G được dùng để miêu tả hệ thống di động 2G có trang bị hệ thống chuyển mạch gói, bên cạnh hệ thống chuyển mạch kênh truyền thống Trong khi các khái niệm 2G và 3G được chính thức định nghĩa thì khái niệm 2,5G lại không được như vậy Khái niệm này chỉ dùng cho mục đích tiếp thị 2,5G cung cấp một số lợi ích của mạng 3G (ví

dụ chuyển mạch gói), và có thể dùng cơ sở hạ tầng đang tồn tại của 2G trong các mạng GSM và CDMA GPAS là công nghệ được các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông GSM

sử dụng Và giao thức như EDGE cho GSM và CDMA 2000 1x-RTT cho CDMA, có

thể đạt chất lượng như các dịch vụ 3G (vì dùng tốc độ truyền dữ liệu 144Kb/s), nhưng vẫn được xem như dịch vụ 2,5G bởi vẫn chậm hơn vài lần so với dịch vụ 3G thật sự.

1.2.4 Thế hệ 3G

Công nghệ đương đại (nghe gọi, nhắn tin, video call, mobile TV các hoạt động

đòi hỏi đường truyền cao) 3G là công nghệ truyền thông thế hệ thứ 3, cho phép truyền

cả dữ liệu thoại và dữ liệu ngoài thoại (tải dữ liệu, gửi email, tin nhắn nhanh SMS, hình

ảnh,…) Hệ thống 3G yêu cầu một mạng truy cập radio hoàn toàn khác so với hệ thống 2G hiện nay Trong các dịch vụ của 3G cuộc gọi video thường được mô tả như một dịch

vụ trọng tâm của sự phát triển

Giá tần số cho công nghệ 3G rất đắt tại nhiều nước, nơi các cuộc bán đầu giá tần

số mang lại hàng tỉ euro cho các chính phủ Do chi phí cho bản quyền các tần số phải trang trải trong nhiều năm trước khi đạt tới các thu nhập do 3G đem lại, nên việc xây dựng mạng 3G đòi hỏi một khối lượng đầu tư khổng lồ Cũng vì vậy nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn thông đã rơi vào khó khăn về tài chính, càng khiến cho việc triển khai 3G tại nhiều nước bị chậm trễ, ngoại trừ ở Nhật Bản và Hàn Quốc – những nước tạm bỏ qua các yêu cầu về bản quyền tần số, mà đặt ưu tiên cao việc phát triển hạ tầng công nghệ thông tin – viễn thông quốc gia

Nhật Bản là nước đầu tiên đưa 3G vào khai thác thương mại một cách rộng rãi Năm 2005 khoảng 40% các thuê bao tại Nhật Bản là thuê bao 3G, khiến cho mạng 2G dần biến mất tại nước này Cũng vì vậy mà từng có dự báo rằng vào năm 2006, việc chuyển đổi từ 2G sang 3G sẽ hoàn tất tại Nhật, còn việc tiến lên thế hệ 3,5G tiếp theo (với tốc độ truyền dữ liệu lên tới 3MB/s) đang được thực hiện Sự thành công của 3G tại Nhật Bản chỉ ra rằng điện thoại video không phải là ứng dụng hủy diệt Trong thực tế việc sử dụng điện thoại video thời gian thực chỉ chiếm 1 phần nhỏ trong các dịch vụ của 3G Mặt khác việc tải về tệp âm nhạc lại được nhiều người sử dụng nhiều nhất, nhất là giới trẻ Công nghệ đa truy nhập sử dụng chủ yếu trong 3G là CDMA ( Đa truy nhập phân chia theo mã)

Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA

Đối với hệ thống CDMA (Code Division Multiple Access) là một cách truy cập khác hẳn hai cách trên Theo cách này, tất cả mọi người sử dụng trong một tế bào cùng truyền/nhận thông tin một lúc và trên cùng một băng tần số Tín hiệu truyền đi sẽ chiếm toàn bộ băng tần của hệ thống Do vậy vấn đề nhiễu lẫn nhau giữa những người sử

dụng trong cùng một tế bào, giữa những người sử dụng ở các tế bào cạnh nhau (do việc

sử dụng lại tần số ở các tế bào cạnh nhau) là một vấn đề lớn nhất trong cách truy cập CDMA này Để khắc phục vấn đề này, mỗi người sử dụng trong một tế bào sẽ được gán một mã (code) đặc biệt và không có hai người sử dụng nào trong cùng một tế bào có cùng một mã (có nghĩa là mỗi người có một mã riêng biệt) Máy thu sẽ căn cứ vào mã của mỗi người sử dụng để khử bớt (không thể khử hết) nhiễu của những người sử dụng khác trong cùng một tế bào và khôi phục tín hiệu của người đó Trong kỹ thật này có nhiễu trong tế bào (intra-cell interference) và nhiễu giữa các tế bào (inter-cell interference)

Hình 1.3: Đa truy nhập phân chia theo mã

Trong hệ thống CDMA, tín hiệu bản tin băng hẹp được nhân với tín hiệu băng thông rất rộng, gọi là tín hiệu phân tán Tín hiệu phân tán là một chuỗi mã giả ngẫu nhiên mà tốc độ chip của nó rất lớn so với tốc độ dữ liệu Tất cả các users trong một hệ thống CDMA dùng chung tần số sóng mang và có thể được phát đồng thời Mỗi user có một từ mã giả ngẫu nhiên riêng của nó và nó được xem là trực giao với các từ mã khác Tại máy thu, sẽ có một từ mã đặc trưng được tạo ra để tách sóng tín hiệu có từ mã giả ngẫu nhiên tương quan với nó Tất cả các mã khác được xem như là nhiễu Để khôi phục lại tín hiệu thông tin, máy thu cần phải biết từ mã dùng ở máy phát Mỗi thuê bao vận hành một cách độc lập mà không cần biết các thông tin của máy khác

Đặc điểm của CDMA

- Dải tần tín hiệu rộng hàng MHz

- Sử dụng kỹ thuật trải phổ phức tạp

- Kỹ thuật trải phổ cho phép tín hiệu vô tuyến sử dụng có cường độ trường rất nhỏ và chống fading hiệu quả hơn FDMA, TDMA

- Việc các thuê bao MS trong cell dùng chung tần số khiến cho thiết bị truyền dẫn vô tuyến đơn giản, việc thay đổi kế hoạch tần số không còn vấn đề, chuyển giao trở thành mềm, điều khiển dung lượng cell rất linh hoạt.

- Chất lượng thoại cao hơn, dung lượng hệ thống tăng đáng kể (có thể gấp từ 4 đến 6 lần hệ thống GSM), tính bảo mật thông tin cao hơn do sử dụng dãy mã ngẫu nhiên

để trải phổ, kháng nhiễu tốt hơn, khả năng thu đa đường tốt hơn, chuyển vùng linh hoạt

- CDMA không có giới hạn rõ ràng về số người sử dụng như TDMA và FDMA Còn ở TDMA và FDMA thì số người sử dụng là cố định, không tăng thêm khi tất cả các kênh bị chiếm

- Hệ thống CDMA ra đời đáp ứng nhu cầu ngày càng lớn dịch vụ thông tin di động tế bào Đây là hệ thống thông tin di động băng hẹp với tốc độ bit thông tin của người sử dụng là 8-13kbps

Các tiêu chí chung để phát triển lên mạng di động 3G như sau:

- Hệ thống phải được chuẩn hóa hoàn toàn; các giao diện chính phải được chuẩn hóa và mở;

- Hệ thống phải bổ sung cho hệ thống hiện tại trên mọi khía cạnh;

- Multimedia và tất cả các thành phần của multimedia phải được hệ thống hỗ trợ;

- Truy nhập radio của 3G phải cung cấp khả năng băng rộng;

- Các dịch vụ đối với người dùng đầu cuối độc lập với chi tiết công nghệ, và hạ tầng mạng không giới hạn đưa ra dịch vụ Vậy nên phải tách biệt platform công nghệ với dịch vụ sử dụng platform đó

Ở thế hệ thứ 3 này các hệ thống thông tin di động có xu thế hoà nhập thành một tiêu chuẩn duy nhất và có khả năng phục vụ ở tốc độ bit lên đến 2 Mbit/s Để phân biệt với các hệ thống thông tin di động băng hẹp hiện nay, các hệ thống thông tin di động thế

hệ 3 gọi là các hệ thống thông tin di động băng rộng Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ 3 IMT-2000 đã được đề xuất, trong đó 2 hệ thống WCDMA và CDMA2000 đã được ITU chấp thuận và đưa vào hoạt động trong những năm đầu của những thập kỷ 2000 Các hệ thống này đều sử dụng công nghệ CDMA, điều này cho phép thực hiện tiêu chuẩn toàn thế giới cho giao diện vô tuyến của hệ thống thông tin di động thế hệ 3

Mục đích của các chuẩn này là cho phép các dịch vụ truyền thông tin đa phương tiện tốc độ cao (điện thoại, dữ liệu và hình ảnh) qua mạng internet và để mở ra một

mạng thông tin chung trên toàn thế giới Các chuẩn 3G phải tương thích với các hệ thống 2G và 2G+ Do đó, kỹ thuật thông tin sử dụng băng tần kép hoặc đa băng sẽ được ứng dụng.

Các tiêu chí chung để xây dựng IMT-2000:

 Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2GHz như sau:

- Đường lên : 1882- 2025 MHz

- Đường xuống: 2110- 2200 MHz

 Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến:

- Tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến

- Tương tác cho mọi loại dịch vụ viễn thông

 Có thể hỗ trợ các dịch vụ như sau:

- Các phương tiện tại nhà ảo (VHE – Virtual Home Environment) trên cơ sở mạng thông minh, di động cá nhân và chuyển mạng toàn cầu

- Đảm bảo chuyển mạng quốc tế

- Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho thoại, số liệu chuyển mạch kênh và số liệu chuyển mạch gói

- Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện

Hiện tại có nhiều chuẩn công nghệ cho 2G nên sẽ có nhiều chuẩn công nghệ 3G

đi theo, tuy nhiên trên thực tế chỉ có 2 tiêu chuẩn quan trọng nhất đã có sản phẩm thương mại và có khả năng được triển khai rộng rãi trên toàn thế giới là WCDMA (FDD) và CDMA 2000 WCDMA được phát triển trên cơ sở tương thích với giao thức của mạng lõi GSM (GSM MAP), một hệ thống chiếm tới 65% thị trường thế giới Còn CDMA 2000 nhằm tương thích với mạng lõi IS-41, hiện chiếm 15% thị trường

1.2.5 Thế hệ 3,5G: Công nghệ HSDPA.

Cũng như 2,5G, công nghệ 3,5G là những ứng dụng được nâng cấp dựa trên công nghệ hiện có của 3G Một trong những đại diện tiêu biểu của 3,5G chính là HSDPA (High Speed Downlink Package Access) – công nghệ truy nhập gói đường truyền xuống tốc độ cao) Đây là giải pháp mang tính đột phá về mặt công nghệ, được phát triển trên cơ sở của hệ thống 3G W-CDMA HSDPA cho phép download dữ liệu

về máy điện thoại có tốc độ tương đương tốc độ đường truyền ADSL, vượt qua những cản trở cố hữu về tốc độ kết nối của một điện thoại thông thường HSDPA là một bước tiến nhằm nâng cao tốc độ và khả năng của mạng di động tế bào thế hệ thứ 3 UMTS

HSDPA được thiết kế cho những ứng dụng dịch vụ dữ liệu như: dịch vụ cơ bản (tải file, phân phối email), dịch vụ tương tác (duyệt web, truy cập server, tìm và phục hồi cơ sở

dữ liệu), và dịch vụ Streaming

1.2.6 Thế hệ 4G

Các nhà cung cấp dịch vụ và người dùng đều luôn mong muốn và hướng tới các công nghệ không dây có thể cung cấp được nhiều loại hình dịch vụ hơn với tính năng và chất lượng dịch vụ cao hơn Với cách nhìn nhận này, Liên minh Viễn thông quốc tế (ITU) đã và đang làm việc để hướng tới một chuẩn cho mạng di động tế bào mới thế hệ thứ tư 4G ITU đã lên kế hoạch để có thể cho ra đời chuẩn này một vài năm tới Công nghệ này sẽ cho phép thoại dựa trên IP, truyền số liệu và đa phương tiện với tốc độ cao hơn rất nhiều so với các công nghệ của mạng di động hiện nay Về lý thuyết, theo tính toán dự kiến tốc độ truyền dữ liệu có thể lên tới 288 Mb/s

Cho đến hiện nay, chưa có một chuẩn nào rõ ràng cho 4G được thông qua Tuy nhiên, những công nghệ phát triển cho 3G hiện nay sẽ làm tiền đề cho ITU xem xét để phát triển cho chuẩn 4G Các sở cứ quan trọng để ITU thông qua cho chuẩn 4G đó chính là từ hỗ trợ của các công ty di động toàn cầu; các tổ chức chuẩn hóa và đặc biệt là

sự xuất hiện của ba công nghệ cho việc phát triển mạng di động tế bào LTE Term Evolution), UMB (Ultramobile Broadband) và WiMAX II (IEEE 802.16m) Ba công nghệ này có thể được xem là các công nghệ tiền 4G Chúng sẽ là các công nghệ quan trọng giúp ITU xây dựng các phát hành cho chuẩn 4G trong thời gian tới

(Long-Sau đây xem xét ba công nghệ được xem là các công nghệ tiền 4G, đó là các công nghệ làm sở cứ để xây dựng nên chuẩn 4G trong tương lai, gồm:

- LTE (Long-Term Evolution)

Tổ chức chuẩn hóa công nghệ mạng thông tin di động 3G UMTS 3GPP bao gồm các tổ chức chuẩn hóa của các nước châu Á, châu Âu và Bắc Mỹ đã bắt đầu chuẩn hóa thế hệ tiếp theo của mạng di động 3G là LTE

LTE được xây dựng trên nền công nghệ GSM, vì thế nó dễ dàng thay thế và triển khai cho nhiều nhà cung cấp dịch vụ Nhưng khác với GSM, LTE sử dụng phương thức ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) LTE sử dụng phổ tần một cách thích hợp và mềm dẻo, nó có thể hoạt động ở băng tần có độ rộng từ 1,25MHz cho tới 20MHz Tốc độ truyền dữ liệu lớn nhất về lý thuyết của LTE có thể đạt tới 250Mb/s khi

độ rộng băng tần là 20MHz LTE khác với các công nghệ tiền 4G khác như WiMAX II

ở chỗ nó chỉ sử dụng đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao ở hướng lên, còn ở hướng xuống nó sử dụng đa truy nhập phân chia theo tần số đơn sóng mang để nâng cao hiệu quả trong việc điều khiển công suất và nâng cao thời gian sử dụng pin cho thiết bị đầu cuối của khách hàng

- UMB (Ultra Mobile Broadband): Tổ chức chuẩn hóa công nghệ thông tin di

động 3G CDMA2000 3GPP2 (3rd Generation Partnership Project 2) được thành lập và phát triển bởi các tổ chức viễn thông của Nhật, Trung Quốc, Bắc Mỹ và Hàn Quốc đã

đề xuất phát triển UMB Thành viên của 3GPP2, Qualcomm là người đi đầu trong nỗ lực phát triển UMB, mặc dù công ty này cũng chú tâm cả vào việc phát triển LTE

UMB dựa trên CDMA có thể hoạt động ở băng tần có độ rộng từ 1,25MHz đến 20MHz và làm việc ở nhiều dải tần số UMB được đề xuất với tốc độ truyền dữ liệu lên tới 288Mb/s cho luồng xuống và 75Mb/s cho luồng trên với độ rộng băng tần sử dụng là 20MHz Công nghệ này sẽ cung cấp kết nối thông qua các sóng mang dựa trên đa truy nhập phân chia theo mã CDMA

- IEEE 802.16m (WiMAX II): Như chúng ta đã biết, WiMAX hay chuẩn 802.16

ban đầu được xây dựng cho mục đích chính là cung cấp các dịch vụ mạng cố định Chuẩn IEEE 802.16e được phát triển thêm tính năng di động từ các chuẩn WiMAX trước đó IEEE 802.16 là một chuỗi các chuẩn do IEEE phát triển, chúng hỗ trợ cả cố định và di động, là công nghệ truyền thông, truy nhập diện rộng, nó cũng được gọi với một tên khác là WiMAX WiMAX hoạt động trong dải tần từ 10GHz đến 66 GHz

IEEE 802.16m hay còn gọi là WiMAX II là công nghệ duy nhất trong các công nghệ tiền 4G được xây dựng hoàn toàn dựa trên công nghệ đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao OFDMA WiMAX II được phát triển lên từ chuẩn IEEE 802.16e Công nghệ WiMAX II sẽ hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu lên tới 100Mb/s cho các ứng dụng di động và có thể lên tới 1Gb/s cho các người dùng tĩnh Khoảng cách truyền cho WiMAX

II sẽ khoảng 2 km ở môi trường thành thị và là khoảng 10 km cho các khu vực nông thôn Dù theo hướng nào, tất cả đều kỳ vọng là mạng thông tin di động thế hệ thứ tư 4G

sẽ nổi lên vào khoảng 2014 – 2015 như một mạng không dây băng thông rộng tốc độ siêu cao [1], [2], [12]

1.3 Nghiên cứu lý thuyết về kênh truyền vô tuyến

Chất lượng của các hệ thống thông tin phụ thuộc nhiều vào kênh truyền, nơi mà tín hiệu được truyền từ máy phát đến máy thu Không giống như kênh truyền hữu tuyến

là ổn định và có thể dự đoán được, kênh truyền vô tuyến là hoàn toàn ngẫu nhiên và không hề dễ dàng trong việc phân tích Tín hiệu được phát đi, qua kênh truyền vô tuyến,

bị cản trở bởi các toà nhà, núi non, cây cố, bị phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ…, các hiện tượng này được gọi chung là fading Và kết quả là ở máy thu, ta thu được rất nhiều phiên bản khác nhau của tín hiệu phát Điều này ảnh hưởng đến chất lượng của hệ thống thông tin vô tuyến Do đó việc nắm vững những đặc tính của kênh truyền vô tuyến là yêu cầu cơ bản để có thể chọn lựa một cách thích hợp các cấu trúc của hệ thống, kích thước của các thành phần và các thông số tối ưu của hệ thống

Hiện tượng fading trong một hệ thống thông tin có thể được phân thành hai loại: Fading tầm rộng (large - scale fading) và fading tầm hẹp (small - scale fading)

- Fading tầm rộng diễn tả sự suy yếu của trung bình công suất tín hiệu hoặc độ suy hao kênh truyền là do sự di chuyển trong một vùng rộng Hiện tượng này chịu ảnh hưởng bởi sự cao lên của địa hình (đồi núi, rừng, các khu nhà cao tầng) giữa máy phát

và máy thu Người ta nói phía thu được bị che khuất bởi các vật cản cao Các thống kê

về hiện tượng fading tầm rộng cho phép ta ước lượng độ suy hao kênh truyền theo hàm của khoảng cách

- Fading tầm hẹp diễn tả sự thay đổi đáng kể ở biên độ và pha tín hiệu Điều này xảy ra là do sự thay đổi nhỏ trong vị trí không gian (nhỏ khoảng nửa bước sóng) giữa phía phát và phía thu Fading tầm hẹp có hai nguyên lý - sự trải thời gian (time - spreading) của tín hiệu và đặc tính thay đổi theo thời gian (time - variant) của kênh truyền Đối với các ứng dụng di động, kênh truyền là biến đổi theo thời gian vì sự di chuyển của phía phát và phía thu dẫn đến sự thay đổi đường truyền sóng

Ba cơ chế chính ảnh hưởng đến sự lan truyền của tín hiệu trong hệ thống di động:

+ Phản xạ xẩy ra khí sóng điện từ va chạm vào một mặt bằng phẳng với kích thước rất lớn so với bước sóng tín hiệu RF

+ Nhiễu xạ xẩy ra khi đường truyền sóng giữa phía phát và thu bị cản trở bởi một nhóm vật cản có mật độ cao và kích thước lớn so với bước sóng Nhiễu xạ là hiện tượng giải thích cho nguyên nhân năng lượng RF được truyền từ phía phát đến phía thu mà không cần đường truyền thẳng Nó thường được gọi là hiệu ứng chắn (shadowing) vì trường tán xạ có thể đến được bộ thu ngay cả khi bị chắn bởi vật cản không thể truyền xuyên qua

+ Tán xạ xẩy ra khi sóng điện từ va chạm vào một mặt phẳng lớn, gồ ghề làm cho năng lượng bị trải ra (tán xạ ) hoặc là phản xạ ra tất cả các hướng Trong môi trường thành phố, các vật thể thường gây ra tán xạ là cột đèn, cột báo hiệu, tán lá.

1.4 Cấu trúc mạng thông tin di động GSM

1.4.1 Sơ đồ cấu trúc

Hình 1.4: Mô hình hệ thống thông tin di động GSM

Bảng 1.1: Bảng các ký hiệu trong cấu trúc mạng GSM

SS Phân hệ khai thác và hỗ trợ MS Trạm di động

TS Trạm vô tuyến gốc ISDN Mạng số liên kết đa dịch vụ

UC Trung tâm nhận thực PSTN Mạng chuyển mạch điện thoại công

cộng

LR Bộ ghi định vị thường trú PSPDN Mạng chuyển mạch gói công cộng

SC Tổng đài di động CSPDN Mạng số liệu chuyển mạch kênh

công cộng

SS Phân hệ trạm gốc PLMN Mạng di động mặt đất công cộng

SC Bộ điều khiển trạm gốc VLR Bộ ghi định vị tạm trú

MC Trung tâm khai thác và bảo

NSS Phân hệ chuyển mạch

cứ máy điện thoại di động GSM nào truy nhập vào dịch vụ đã đăng ký Mỗi điện thoại

di động được phân biệt bởi một số nhận dạng điện thoại di động IMEI (International Mobile Equipment Identity) Card SIM chứa một số nhận dạng thuê bao di động IMSI (International Subcriber Identity) để hệ thống nhận dạng thuê bao, một mật mã để xác thực và các thông tin khác IMEI và IMSI hoàn toàn độc lập với nhau để đảm bảo tính

di động cá nhân Card SIM có thể chống việc sử dụng trái phép bằng mật khẩu hoặc số nhận dạng cá nhân (PIN)

Trạm di động ở GSM thực hiện hai chức năng:

- Thiết bị vật lý để giao tiếp giữa thuê bao di động với mạng qua đường vô tuyến

- Đăng ký thuê bao, ở chức năng thứ hai này mỗi thuê bao phải có một thẻ gọi là SIM card Trừ một số trường hợp đặc biệt như gọi cấp cứu… thuê bao chỉ có thể truy nhập vào hệ thống khi cắm thẻ này vào máy

Phân hệ trạm gốc (BSS - Base Station Subsystem):

BSS giao diện trực tiếp với các trạm di động MS bằng thiết bị BTS thông qua giao diện vô tuyến Mặt khác, BSS thực hiện giao diện với các tổng đài ở phân hệ chuyển mạch SS Tóm lại, BSS thực hiện đấu nối các MS với tổng đài và nhờ vậy đấu nối những người sử dụng các trạm di động với những người sử dụng viễn thông khác BSS cũng phải được điều khiển, do đó nó được đấu nối với phân hệ vận hành và bảo dưỡng OSS Phân hệ trạm gốc BSS bao gồm:

Khối BTS (Base Tranceiver Station): Một BTS bao gồm các thiết bị thu /phát tín

hiệu sóng vô tuyến, anten và bộ phận mã hóa và giải mã giao tiếp với BSC BTS là thiết

bị trung gian giữa mạng GSM và thiết bị thuê bao MS, trao đổi thông tin với MS qua

giao diện vô tuyến Mỗi BTS tạo ra một hay một số khu vực vùng phủ sóng nhất định gọi là tế bào (cell).

Khối TRAU (Transcode/Rate Adapter Unit): Khối thích ứng và chuyển đổi mã

thực hiện chuyển đổi mã thông tin từ các kênh vô tuyến (16 Kb/s) theo tiêu chuẩn GSM thành các kênh thoại chuẩn (64 Kb/s) trước khi chuyển đến tổng đài TRAU là thiết bị

mà ở đó quá trình mã hoá và giải mã tiếng đặc thù cho GSM được tiến hành, tại đây cũng thực hiện thích ứng tốc độ trong trường hợp truyền số liệu TRAU là một bộ phận của BTS, nhưng cũng có thể được đặt cách xa BTS và thậm chí đặt trong BSC và MSC

Khối BSC (Base Station Controller): BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện

vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển từ xa Các lệnh này chủ yếu là lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và chuyển giao Một phía BSC được nối với BTS, còn phía kia nối với MSC của phân hệ chuyển mạch SS Giao diện giữa BSC và MSC là giao diện A, còn giao diện giữa BTS và BSC là giao diện A.bis

Bao gồm các chức năng:

Quản lý mạng vô tuyến: Việc quản lý vô tuyến chính là quản lý các cell và các kênh logic của chúng Các số liệu quản lý đều được đưa về BSC để đo đạc và xử lý, chẳng hạn như lưu lượng thông tin ở một cell, môi trường vô tuyến, số lượng cuộc gọi

bị mất, các lần chuyển giao thành công và thất bại

Quản lý trạm vô tuyến gốc BTS: Trước khi đưa vào khai thác, BSC lập cấu hình của BTS ( số máy thu/phát TRX, tần số mỗi trạm ) Nhờ đó mà BSC có sẵn một tập các kênh vô tuyến dành cho điều khiển và nối thông cuộc gọi

Điều khiển nối thông các cuộc gọi: BSC chịu trách nhiệm thiết lập và giải phóng các đấu nối tới máy di động MS Trong quá trình gọi, sự đấu nối được BSC giám sát Cường độ tín hiệu, chất lượng cuộc đấu nối được ở máy di động và TRX gửi đến BSC Dựa vào đó mà BSC sẽ quyết định công suất phát tốt nhất của MS và TRX để giảm nhiễu và tăng chất lượng cuộc đấu nối BSC cũng điều khiển quá trình chuyển giao nhờ các kết quả đo kể trên để quyết định chuyển giao MS sang cell khác, nhằm đạt được chất lượng cuộc gọi tốt hơn Trong trường hợp chuyển giao sang cell của một BSC khác thì nó phải nhờ sự trợ giúp của MSC Bên cạnh đó, BSC cũng có thể điều khiển chuyển giao giữa các kênh trong một cell hoặc từ cell này sang kênh của cell khác trong trường hợp cell này bị nghẽn nhiều

Quản lý mạng truyền dẫn: BSC có chức năng quản lý cấu hình các đường truyền dẫn tới MSC và BTS để đảm bảo chất lượng thông tin Trong trường hợp có sự cố một tuyến nào đó, nó sẽ tự động điều khiển tới một tuyến dự phòng.

Phân hệ chuyển mạch (SS - Switching Subsystem)

Phân hệ chuyển mạch (SS) bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của mạng GSM cũng như các cơ sở 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 thông tin giữa những người sử dụng mạng GSM với nhau và với mạng khác

Trung tâm chuyển mạch di động MSC:

Tổng đài di động MSC (Mobile services Switching Center) thường là một tổng đài lớn điều khiển và quản lý một số các bộ điều khiển trạm gốc BSC MSC thực hiện các chức năng chuyển mạch chính, nhiệm vụ chính của MSC là tạo kết nối và xử lý cuộc gọi đến những thuê bao của GSM, một mặt MSC giao tiếp với phân hệ BSS và mặt khác giao tiếp với mạng ngoài qua tổng đài cổng GMSC (Gateway MSC)

Chức năng chính của tổng đài MSC:

- Xử lý cuộc gọi (Call Processing)

- Điều khiển chuyển giao (Handover Control)

- Quản lý di động (Mobility Management)

- Tương tác mạng IWF(Interworking Function): qua GMSC

Hình 1.5: Chức năng xử lý cuộc gọi của MSC

(1): Khi chủ gọi quay số thuê bao di động bị gọi, số mạng dịch vụ số liên kết của thuê bao di động, sẽ có hai trường hợp xảy ra:

(1.a) – Nếu cuộc gọi khởi đầu từ mạng cố định PSTN thì tổng đài sau khi phân tích số thoại sẽ biết đây là cuộc gọi cho một thuê bao di động Cuộc gọi sẽ được định tuyến đến tổng đài cổng GMSC gần nhất

(1.b) – Nếu cuộc gọi khởi đầu từ trạm di động, MSC phụ trách ô mà trạm di động trực thuộc sẽ nhận được bản tin thiết lập cuộc gọi từ MS thông qua BTS có chứa số thoại của thuê bao di động bị gọi.

(2): MSC (hay GMSC) sẽ phân tích số MSISDN (The Mobile Station ISDN) của thuê bao bị gọi để tìm ra HLR nơi MS đăng ký

(3): MSC (hay GMSC) sẽ hỏi HLR thông tin để có thể định tuyến đến MSC/VLR quản lý MS

(4): HLR sẽ trả lời, khi đó MSC (hay GMSC) này có thể định tuyến lại cuộc gọi đến MSC cần thiết Khi cuộc gọi đến MSC này, VLR sẽ biết chi tiết hơn về vị trí của

MS Như vậy có thể nối thông một cuộc gọi ở mạng GSM, đó là chức năng xử lý cuộc gọi của MSC

Để kết nối MSC với một số mạng khác cần phải thích ứng các đặc điểm truyền dẫn của mạng GSM với các mạng này Các thích ứng này gọi là chức năng tương tác IWF (Inter Networking Function) IWF bao gồm một thiết bị để thích ứng giao thức và truyền dẫn IWF có thể thực hiện trong cùng chức năng MSC hay có thể ở thiết bị riêng,

ở trường hợp hai giao tiếp giữa MSC và IWF được để mở

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

HLR là cơ sở dữ liệu tham chiếu lưu giữ lâu dài các thông tin về thuê bao, các thông tin liên quan tới việc cung cấp các dịch vụ viễn thông HLR không phụ thuộc vào

vị trí hiện thời của thuê bao và chứa các thông tin về vị trí hiện thời của thuê bao

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

VLR là một cơ sở dữ liệu chứa thông tin về tất cả các MS hiện đang ở vùng phục

vụ của MSC Mỗi MSC có một VLR, thường thiết kế VLR ngay trong MSC Ngay cả khi MS lưu động vào một vùng MSC mới VLR liên kết với MSC sẽ yêu cầu số liệu về

MS từ HLR Đồng thời HLR sẽ được thông báo rằng MS đang ở vùng MSC nào Nếu sau đó MS muốn thực hiện một cuộc gọi, VLR sẽ có tất cả các thông tin cần thiết để thiết lập một cuộc gọi mà không cần hỏi HLR, có thể coi VLR như một HLR phân bố

VLR chứa thông tin chính xác hơn về vị trí MS ở vùng MSC Nhưng khi thuê bao tắt máy hay rời khỏi vùng phục vụ của MSC thì các số liệu liên quan tới nó cũng hết giá trị.

Hay nói cách khác, VLR là cơ sở dữ liệu trung gian lưu trữ tạm thời thông tin về thuê bao trong vùng phục vụ MSC/VLR được tham chiếu từ cơ sở dữ liệu HLR

VLR bao gồm:

- Các số nhận dạng: IMSI, MSISDN, TMSI

- Số hiệu nhận dạng vùng định vị đang phục vụ MS

- Danh sách các dịch vụ mà MS được và bị hạn chế sử dụng

- Trạng thái của MS ( bận: busy; rỗi: idle)

Thanh ghi nhận dạng thiết bị (EIR-Equipment Identity Register):

EIR có chức năng kiểm tra tính hợp lệ của ME thông qua số liệu nhận dạng di động quốc tế (IMEI-International Mobile Equipment Identity) và chứa các số liệu về phần cứng của thiết bị Một ME sẽ có số IMEI thuộc một trong ba danh sách sau:

Nếu ME thuộc danh sách trắng ( White List ) thì nó được quyền truy nhập và sử dụng các dịch vụ đã đăng ký

Nếu ME thuộc danh sách xám ( Gray List ), tức là có nghi vấn và cần kiểm tra Danh sách xám bao gồm những ME có lỗi (lỗi phần mềm hay lỗi sản xuất thiết bị) nhưng không nghiêm trọng tới mức loại trừ khỏi hệ thống

Nếu ME thuộc danh sách đen ( Black List ), tức là bị cấm không cho truy nhập vào hệ thống, những ME đã thông báo mất máy

Khối trung tâm nhận thực AuC (Aunthentication Center)

AuC được nối đến HLR, chức năng của AuC là cung cấp cho HLR các tần số nhận thực và các khoá mật mã để sử dụng cho bảo mật Đường vô tuyến cũng được AuC cung cấp mã bảo mật để chống nghe trộm, mã này được thay đổi riêng biệt cho từng thuê bao Cơ sở dữ liệu của AuC còn ghi nhiều thông tin cần thiết khác khi thuê bao đăng ký nhập mạng và được sử dụng để kiểm tra khi thuê bao yêu cầu cung cấp dịch vụ, tránh việc truy nhập mạng một cách trái phép

Phân hệ khai thác và bảo dưỡng (OSS- (Operation and Support System)

Thực hiện 3 chức năng chính:

Khai thác và bảo dưỡng mạng:

- Khai thác: Là hoạt động cho phép nhà khai thác mạng theo dõi hành vi của mạng như tải của hệ thống, mức độ chặn, số lượng chuyển giao giữa hai cell.v.v Nhờ

vậy nhà khai thác có thể giám sát được toàn bộ chất lượng dịch vụ mà họ cung cấp cho khách hàng và kịp thời nâng cấp Khai thác còn bao gồm việc thay đổi cấu hình để giảm những vẫn đề xuất hiện ở thời điểm hiện thời, để chuẩn bị tăng lưu lượng trong tương lai và mở rộng vùng phủ sóng Ở hệ thống viễn thông hiện đại, khai thác được thực hiện bằng máy tính và được tập trung ở một trạm.

- Bảo dưỡng: Có nhiệm vụ phát hiện, định vị và sửa chữa các sự cố và hỏng hóc,

nó có một số quan hệ với khai thác Các thiết bị ở hệ thống viễn thông hiện đại có khả năng tự phát hiện một số các sự cố hay dự báo sự cố thông qua kiểm tra Bảo dưỡng bao gồm các hoạt động tại hiện trường nhằm thay thế các thiết bị có sự cố, cũng như việc sử dụng các phần mềm điều khiển từ xa

Hệ thống khai thác và bảo dưỡng có thể được xây dựng trên nguyên lý của TMN (Telecommunication Management Network - Mạng quản lý viễn thông) Lúc này, một mặt hệ thống khai thác và bảo dưỡng được nối đến các phần tử của mạng viễn thông (MSC, HLR, VLR, BSC, và các phần tử mạng khác trừ BTS) Mặt khác hệ thống khai thác và bảo dưỡng được nối tới máy tính chủ đóng vai trò giao tiếp người - máy Theo tiêu chuẩn GSM hệ thống này được gọi là trung tâm vận hành và bảo dưỡng (OMC - Operation and Maintenance Center)

Quản lý thuê bao:

Bao gồm các hoạt động quản lý đăng ký thuê bao Nhiệm vụ đầu tiên là nhập và xoá thuê bao khỏi mạng Đăng ký thuê bao cũng có thể rất phức tạp, bao gồm nhiều dịch vụ và các tính năng bổ sung Nhà khai thác có thể thâm nhập được các thông số nói trên Một nhiệm vụ quan trọng khác của khai thác là tính cước các cuộc gọi rồi gửi đến thuê bao Khi đó HLR, SIM-Card đóng vai trò như một bộ phận quản lý thuê bao

Quản lý thiết bị di động:

Quản lý thiết bị di động được bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR thực hiện EIR lưu trữ toàn bộ dữ liệu liên quan đến trạm di động MS EIR được nối đến MSC qua đường báo hiệu để kiểm tra tính hợp lệ của thiết bị Trong hệ thống GSM thì EIR được coi là thuộc phân hệ chuyển mạch NSS

Giao diện vô tuyến số

Kênh vật lý: Kênh vật lý tổ chức theo quan niệm truyền dẫn Đối với TDMA

GSM, kênh vật lý là một khe thời gian ở một tần số sóng mang vô tuyến được chỉ định

GSM 900 nguyên thủy có dải tần số:

890 ÷ 915 MHz cho đường lên uplink (từ MS đến BTS).

935 ÷ 960 MHz cho đường xuống downlink (từ BTS đến MS)

Dải thông tần của một kênh vật lý là 200KHz Dải tần bảo vệ ở biên cũng rộng 200KHz

Với n=ARFCN , 1 ≤ n ≤ 174 Kênh 0 là dải phòng vệ

DCS 1800: Có số kênh tần số tăng gấp 3 lần so với GSM 900