bcmvt21R

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI PHÂN HIỆU TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA: ĐIỆN- ĐIỆN TỬ  BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MẠNG VIỄN THÔNG ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG MẠNG THƠNG TIN DI ĐỘNG GSM GVHD: TS.Trần Xuân Trường SVTH: Nhóm LỚP :Kỹ Thuật Viễn Thông -o0o TP.HCM, 2019 Mục Lục Lời Nói Đầu……………………………………… …………………… Chương 1: Tổng Quan Và Cấu Trúc Hệ Thống Thông Tin Di Động GSM…………………………………………….….7 1)Khái niệm thông tin di động………………………………… ….7 2)Lịch sử hình thành mạng thơng tin di động GSM………………… 3)Giao diện vô tuyến thông tin di động GSM………………… 4)Đặc điểm mạng thông tin di động GSM…………….…… … 5) Cấu trúc hệ thống GSM………………………………………… 10 5.1) Phân hệ chuyển mạch SS…………………………………………11 5.1.1) Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động cổng MSC…….11 5.1.2) Bộ ghi định vị thường trú HLR……………………………… 12 5.1.3)Bộ ghi định vị tạm trú VLR…………………………………… 12 5.1.4) Trung tâm nhận thực AUC 13 5.1.5) Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR…………………………….13 5.1.6) Phân hệ trạm gốc BSS………………………………………… 13 5.2)Trạm thu phát gốc BTS……………………………………… ….14 5.2.1)Bộ điều khiển trạm gốc BSC…………………………………… 14 5.2.2)Bộ chuyển đổi mã thích ứng tốc độ TRAU………………… 14 5.2.3)Trạm di động MS(Mobile Station……………………………….15 5.3) Phân hệ khai thác OSS…………………………………………….15 Chương : Trạm Thu Phát Gốc GSM 2G……………………………18 1)Mạng thông tin di động 2G ………………………………………….18 2)Giao diện phần tử mạng……………………………………20 2.1) Giao diện vô tuyến Um (BTS MS)…………………………… 20 2.2)Giao diện Abis (BTS BSC)…………………………………… 20 2.3)Giao diện A (BSC MSC)……………………………………… 21 2.4)Giao diện B (MSC VLR)……………………………………… 21 2.5) Giao diện C (MSC HLR)……………………………………….22 2.6)Giao diện D (VLR HLR)……………………………………… 22 2.7)Giao diện E (MSC MSC)……………………………………… 22 2.8)Giao diện G (VLR VLR)……………………………………… 24 3)Giao diện ngoại vi………………………………….…………………24 3.1)Giao diện với OMC…………………………………………………24 3.2)Giao diện với PSTN…………………………………………………24 3.3)Giao diên với ISDN………………………………………………….24 3.4)Giao diện với PLMN thông qua PSTN/ISDN………………….… 25 4)Các chuẩn hệ thống thông tin di động thứ 2………… ….… 26 5)Chức BTS…………………………………………….…… 26 6) Bộ chuyển đổi mã thích ứng tốc độ TRAU…………………….… 28 7)Khái niệm TDMA,FDMA,CDMA,IS-95……………………… 29 8)Giao diện mạng GSM……………………………………… 44 9)Ưu nhược điểm thông tin di động GSM………………… 46 10)Thiết bị BTS 2G .46 Nguồn tài liệu tham khảo………………………………………………51 Lời Mở Đầu Từ đời, mạng thông tin di động GSM góp phần đáng kể việc thúc đẩy phát triển mạnh mẽ thị trường thông tin di động giới Nhưng công nghệ khác, sau gần 20 năm phát triển, thông tin di động hệ bắt đầu bộc lộ khiếm nhu cầu dịch vụ truyền số liệu dịch vụ băng rộng ngày tăng Tình trạng phát triển mạng di động hệ thứ hai phát sinh loạt vấn đề cần phải giải phổ tần bị hạn chế, chuyển vùng phức tạp, lãng phí tài nguyên vô tuyến…, nhược điểm của GSM chuyển mạch kênh khơng thích ứng với dịch vụ truyền số liệu tốc độ cao, lãng phí tài ngun vơ tuyến kênh ln mở khơng cịn lưu lượng truyền tải Sự phát triển mạng Internet thơng tin di động địi hỏi khả hỗ trợ truy cập Internet thực thương mại điện tử di động Trước tình hình đó, việc chuyển sang sử dụng hệ thống thông tin di động hệ trình tất yếu Để nhằm nâng cao hiểu biết công nghệ thông tin lĩnh vực mạng Viễn Thơng, nhóm chúng e chọn đề tài" Các Trạm Thu Phát Gốc 2G Trong Thông Tin Di Động GSM" Ngày GSM (Global System for Mobile communication: Hệ thống thơng tin tồn cầu) với ưu điểm bật như: dung lượng lớn, chất lượng kết nối tốt, tính bảo mật cao…đã có chỗ đứng vững thị trường Viễn thông Việt Nam Chương 1: Tổng Quan Và Cấu Trúc Hệ Thống Thông Tin Di Động GSM 1)Khái niệm thông tin di động : -GSM viết đầy đủ Global System for Mobile Communications, hay cịn gọi hệ thống thơng tin tồn cầu GSM công nghệ dùng cho mạng thông tin di động Dịch vụ GSM sử dụng rộng rãi tất quốc gia giới Cũng công nghệ mà điện thoại di động mạng GSM khác sử dụng nhiều nới giới -GSM chuẩn phổ biến cho điện thoại di động GSM khác với chuẩn tiền thân tín hiệu tốc độ hay chất lượng gọi Nó xem hệ thống hệ thứ hai (2G) GSM chuẩn mở, phát triển 3GPP GSM cho phép nhà điều hành mạng sẵn sàng dịch vụ khắp nơi, người sử dụng sử dụng điện thoại họ khắp nơi giới -Hệ thống thông tin di động hệ thống liên lạc với nhiều điểm truy nhập khác vùng địa lý hay gọi cell Người ta dùng để di chuyển vùng phủ sóng trạm gốc 2)Lịch sử hình thành mạng thơng tin di động GSM -Vào đầu thập niên 1980 châu Âu người ta phát triển mạng điện thoại di động sử dụng vài khu vực Sau vào năm 1982 chuẩn hố CEPT (European Conference of Postal and Telecommunications Administrations) tạo Groupe Spécial Mobile (GSM) với mục đích sử dụng chung cho toàn Châu Âu -Mạng điện thoại di động sử dụng công nghệ GSM xây dựng đưa vào sử dụng Radiolinja Phần Lan -Vào năm 1989 công việc quản lý tiêu chuẩn vá phát triển mạng GSM chuyển cho viện viễn thông châu Âu (European Telecommunications Standards Institute - ETSI), tiêu chuẩn, đặc tính phase cơng nghệ GSM công bố vào năm 1990 Vào cuối năm 1993 có triệu thuê bao sử dụng mạng GSM 70 nhà cung cấp dịch vụ 48 quốc gia 3)Giao diện vô tuyến thông tin di động GSM -GSM mạng điện thoại di động thiết kế gồm nhiều tế bào máy điện thoại di động kết nối với mạng cách tìm kiếm cell gần Các mạng di động GSM hoạt động băng tần Hầu hết hoạt động băng 900 MHz 1800 MHz Vài nước Châu Mỹ sử dụng băng 850 MHz 1900 MHz băng 900 MHz 1800 MHz nơi bị sử dụng trước -Và có mạng sử dụng tần số 400 MHz hay 450 MHz có Scandinavia sử dụng băng tần khác bị cấp phát cho việc khác -Các mạng sử dụng băng tần 900 MHz đường lên (từ thuê bao di động đến trạm truyền dẫn uplink) sử dụng tần số dải 890–915 MHz đường xuống downlink sử dụng tần số dải 935–960 MHz Và chia băng tần thành 124 kênh với độ rộng băng thông 25 MHz, kênh cách khoảng 200 kHz Khoảng cách song công (đường lên & xuống cho thuê bao) 45 MHz -Ở số nước, băng tần chuẩn GSM900 mở rộng thành E-GSM, nhằm đạt dải tần rộng E-GSM dùng 880–915 MHz cho đường lên 925–960 MHz cho đường xuống Như vậy, thêm 50 kênh (đánh số 975 đến 1023 0) so với băng GSM-900 ban đầu E-GSM sử dụng công nghệ phân chia theo thời gian TDM (time division multiplexing), cho phép truyền kênh thoại toàn tốc hay 16 kênh thoại bán tốc kênh vơ tuyến Có khe thời gian gộp lại gọi khung TDMA Các kênh bán tốc sử dụng khung luân phiên khe thời gian Tốc độ truyền liệu cho kênh 270.833 kbit/s chu kỳ khung 4.615 m -Công suất phát máy điện thoại giới hạn tối đa watt băng GSM 850/900 MHz tối đa watt băng GSM 1800/1900 MHz *Mã hóa âm -GSM sử dụng nhiều kiểu mã hóa thoại để nén tần số audio 3,1 kHz vào khoảng 6.5 and 13 kbit/s Ban đầu, có kiểu mã hoá bán tốc (haft rate -5.6 kbps)và toàn tốc (Full Rate -13 kbit/s)) Để nén họ sử dụng hệ thống có tên mã hóa dự đốn tuyến tính (linear predictive coding LPC) -GSM cải tiến vào năm 1997 với mã hóa EFR (mã hóa tồn tốc cải tiến -Enhanced Full Rate), kênh tồn tốc nén cịn 12.2 kbit/s Sau đó, với phát triển UMTS, EFR tham số lại kiểu mã hóa biến tốc, gọi AMR-Narrowband -Có tất bốn kích thước cell site mạng GSM macro, micro, pico umbrella Vùng phủ sóng cell phụ thuộc nhiều vào môi trường Macro cell lắp cột cao nhà cao tầng, micro cell lại lắp khu thành thị, khu dân cư, pico cell tầm phủ sóng khoảng vài chục mét trở lại thường lắp để tiếp sóng nhà Umbrella lắp bổ sung vào vùng bị che khuất hay vùng trống cell -Bán kính phủ sóng cell tuỳ thuộc vào độ cao anten, độ lợi anten thường từ vài trăm mét tới vài chục km Trong thực tế khả phủ sóng xa trạm GSM 35 km (22 dặm) 4)Đặc điểm mạng thông tin di động GSM      Đáp ứng nhiều dịch vụ tiện ích thơng tin điện thoại truyền số liệu Mã hóa số tín hiệu thoại với tốc độ bit ngày thấp, cho phép ghép nhiều kênh thoại vào dòng bit tốc độ chuẩn Giảm tin tức báo hiệu, dành tỉ lệ lớn cho tin tức người dùng Có khả tương thích với dịch vụ mạng có sẵn Tự động cập nhật vị trí thuê bao       Áp dụng kĩ thuật mã hóa kênh mã hóa nguồn Độ linh hoạt cao, sử dụng loại máy đầu cuối khác Tính bảo mật cao Hiệu sử dụng tần số cao nhờ kết hợp FDMA TDMA Có khả mở rộng dung lượng việc sử dụng lại tần số kĩ thuật phân chia ô Công nghệ làm cho điện thoại nhỏ gọn nhẹ 5) Cấu trúc hệ thống GSM Một hệ thống GSM chia thành nhiều phân hệ sau đây: - Phân hệ chuyển mạch (SS: Switching Subsystem) - Phân hệ trạm gốc (BSS: Base Station Subsystem) - Phân hệ khai thác (OSS: Operation Subsystem) - Trạm di động (MS: Mobile Station) ISDN SS AUC VLR HLR EIR MSC PSPDN CSPDN PSTN OSS BSS BSC BTS PLMN MS Mơ hình tổng quát GSM Chú thích : : truyền báo hiệu : truyền lưu lượng SS: hệ thống chuyển mạch AUC: trung tâm nhận thức EIR: ghi nhận dạng thiết bị MSC : trung tâm chuyển mạch nghiệp vụ di động OMC : trung tâm khai thác bảo dưỡng ISDN : mạch số liên kết đa dịch vụ PSPDN: mạng số liệu cơng cộng chuyển mạch gói CSPDN : mạng số liệu công cộng chuyển mạch theo mạch PLMN: mạng di động mặt đất công cộng VLR : ghi định vị tạm trú HLR: ghi định vị thường trú BSS: hệ thống trạm gốc BTS : trạm thu phát gốc BSC: điều khiển trạm gốc MS :máy di động PSTN :mạng điện thoại công cộng 5.1) Phân hệ chuyển mạch SS -Hệ thống chuyển mạch bao gồm chức chuyển mạch GSM sở liệu cần thiết cho số liệu thuê bao quản lý di động thuê bao Chức SS quản lý thông tin người sử dụng mạng GSM với với mạng khác -Hệ thống chuyển mạch SS bao gồm khối chức sau: + Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động (MSC: Mobile Services Switching Center) +Bộ ghi định vị tạm trú (VLR: Visitor Location Register) + Bộ ghi định vị thường trú (HLR: Home Location Register) +Trung tâm nhận thức (AUC: Authentication Center) +Bộ nhận dạng thiết bị (EIR: Equipment Identity Register) +Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động cổng (GMSC: Gateway Mobile Services Switching Center) 5.1.1) Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động cổng MSC -Ở SS, chức chuyển mạch MSC thực Nhiệm vụ MSC điều phối việc thiết lập gọi đến người sử dụng mạng GSM Một mặt MSC giao tiếp với phân hệ BSS, mặt khác giao tiếp với mạng ngồi MSC làm nhiệm vụ giao tiếp với mạng gọi MSC cổng Việc giao tiếp với mạng để đảm bảo thơng tin cho người sử dụng mạng GSM địi hỏi cổng thích ứng (các chức tương tác IWF: Interworking Function) SS cần giao tiếp với mạng để sử dụng khả truyền tải mạng cho việc truyền tải số liệu người sử dụng báo hiệu phần tử mạng GSM MSC thường tổng đài lớn điều khiển quản lý số điều khiển trạm gốc -Để kết nối MSC với số mạng khác, cần phải thích ứng đặc điểm truyền dẫn GSM với mạng Các thích ứng gọi chức tương tác IWF (Interworking Function) bao gồm thiết bị để thích ứng giao thức truyền dẫn Nó cho phép kết nối với mạng: PSPDN (Packet Switched Public Data Network: mạng số liệu cơng cộng chuyển mạch gói), hay CSPDN (Circuit Switched Public Data Network: mạng số liệu công cộng chuyển mạch kênh), tồn mạng khác đơn PSTN hay ISDN IWF thực chức MSC hay thiết bị riêng, trường hợp hai giao tiếp MSC IWF để mở -Để thiết lập gọi đến người sử dụng GSM, trước hết gọi phải định tuyến đến tổng đài cổng GMSC mà không cần biết đến thời thuê bao đâu Các tổng đài cổng có nhiệm vụ lấy thơng tin vị trí th bao định tuyến gọi đến tổng đài quản lý thuê bao thời điểm thời (MSC tạm trú) Để trước hêt tổng đài cổng phải dựa số thoại danh bạ thuê bao để tìm HLR cần thiết hỏi HLR Tổng đài cổng có giao diện với mạng bên với mạng GSM Về phương diện kinh tế, tổng đài cổng đứng riêng mà thường kết hợp với MSC 5.1.2) Bộ ghi định vị thường trú HLR -Là sở liệu quan trọng mạng GSM, lưu trữ số liệu địa nhận dạng thông số nhận thực thuê bao mạng Các thông tin lưu trữ HLR gồm: nhận dạng thuê bao IMSI, MSISDN, VLR thời, trạng thái thuê bao, khoá nhận thực chức nhận thực, số lưu động trạm di động MSRN -HLR chứa sở liệu bậc cao tất thuê bao GSM Những liệu truy nhập từ xa MSC VLR mạng 5.1.3)Bộ ghi định vị tạm trú VLR -VLR sở liệu thứ hai mạng GSM Nó nối với hay nhiều MSC có nhiệm vụ lưu giữ tạm thời số liệu thuê bao thuê bao nằm vùng phục vụ MSC tương ứng đồng thời lưu giữ số liệu vị trí th bao nói mức độ xác 10