MTSO là tổng đài chuyển mạch thoại di động. MTSO chứa trung tâm chuyển mạch di động ( MSC ), giám sát trường và các trạm chuyển tiếp để chuyển mạch cuộc gọi từ các cell sang các trung tâm hữu tuyến ( PSTN ). Trong mạng tế bào tương tự, MSC điều khiển các hoạt động của hệ thống. MSC điều khiển cuộc gọi, hệ thống cước, và định vị các thuê bao di động.
2.3.3.3 The cell site ( vị trí tế bào )
Thuật ngữ cell site để chỉ vị trí vật lý của thiết bị vô tuyến mà cung cấp một vùng phủ sóng trong cell. Danh sách các thiết bị phần cứng đặt tại cell site gồm
có khối nguồn, khối thiết bị giao diện, các khối thu phát sóng vô tuyến và hệ thống ăng ten.
2.3.3.4 Mobile Subcriber Units ( Khối thuê bao di động : MSUs )
Các khối thuê bao di động bao gồm có khối điều khiển và khối thu phát điều khiển việc thu phát sóng vô tuyến đến và đi từ cell site. Có ba loại thiết bị MSU gồm :
Khối mobile telephone ( công suất phát là 4W ) Khối Portable ( Công suất phát là 0.6W)
Khối Transportable ( Công suất phát là 1.6W).
Khối Mobile telephone được lắp đặt trên xe hơi, trong đó thiết bị cầm tay được lắp tại vị trí thuận tiện cho lái xe. Trong khi đó, Portable và Transportable là các thiết bị cầm tay và có thể sử dụng được mọi lúc, mọi nơi. Tuy nhiên việc sử dụng hai khối Portable và Transportable bị giới hạn bởi tuổi thọ của pin trong máy.
2.3.4 Đặc trưng công nghệ
Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất 1G, sử dụng công nghệ analog gọi là đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA) để truyền kênh thoại trên sóng vô tuyến đến thuê bao điện thoại di động.
Hệ thống này đặc trưng bởi tính di động (Mobility) : Số lượng thuê bao ngày càng tăng lên trong khi hệ thống thông tin di động trước đây không đáp ứng kịp về số lượng thuê bao cũng như chất lượng dịch vụ. Đây là sức ép đối với các nhà cung cấp dịch vụ, bắt buộc họ phải tìm giải pháp mới nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ, đồng thời đáp ứng nhu cầu phát triển thuê bao di động tăng nhanh. Phổ tần số dành cho thông tin di động là có hạn, do đó sử dụng hiệu quả tần số trong hệ thống thông tin di động tế bào là rất cần thiết. Các tham số hệ thống như số lượng, kích thước các cell, sử dụng lại tần số, quá trình chuyển tiếp cuộc gọi giữa các cell (handover) là khác nhau tuỳ theo vùng địa lý cụ thể, nông thôn hay thành phố.
Một số công nghệ được sử dụng trong mạng AMPS:
2.3.4.1 Tái sử dụng tần số (Frequency Reuse)
Phổ tần số sử dụng trong hệ thống thông tin di động là có hạn nên người ta phải tìm cách sử dụng lại tần số để có thể tăng dung lượng điện thoại phục vụ. Giải pháp này được gọi là quy hoạch tần số hay tái sử dụng tần số. Việc sử dụng lại tần số được thực hiện bằng cách cấu trúc lại kiến thúc hệ thống thông tin di động theo mô hình tổ ong. Mô hình sử dụng lại tần số dựa trên việc gán cho mỗi cell
một nhóm kênh vô tuyến trong một khu vực địa lý nhất định. Các kênh vô tuyến của cell khác biệt hoàn toàn với các kênh vô tuyến của cell lân cận với nó (cell láng giềng).
Vùng phủ sóng của cell được gọi là footprint (dấu chân). Các footprints này có đường giao với nhau nên các nhóm tần số giống nhau có thể được sử dụng ở các cell khác nhau miễn sao khoảng cách giữa các cell đủ lớn để tránh nhiễu do các tần số trùng nhau gây ra.
Hình 2.3-6: Tái sử dụng tần số
Xem Hình 5 trên cho thấy các cell có cùng chỉ số thì sử dụng nhóm tần số giống nhau. Theo như mô hình trên, số tần số sẵn có là 7, nhân tố sử dụng lại tần số là 1/7. Theo đó, mỗi cell chỉ sử dụng 1/7 số kênh có sẵn.
2.3.4.2 Cells splitting (Sự phân chia các cell)
Tuy nhiên, sẽ không thực tế khi người ta chia nhỏ toàn bộ các hệ thống ra các vùng nhỏ hơn nữa và tương ứng với nó là các cells. Nhu cầu lưu lượng cũng như mật độ thuê bao sử dụng giữa các vùng nông thôn và thành thị có sự khác nhau nên đòi hỏi cấu trúc mạng ở các vùng đó cũng khác nhau.
Các nhà quy hoạch sử dụng khái niệm cells splitting để phân chia một khu vực có mật độ thuê bao cao, lưu lượng lớn thành nhiều vùng nhỏ hơn để cung cấp tốt hơn các dịch vụ mạng. Ví dụ các thành phố lớn được phân chia thành các vùng địa lý nhỏ hơn với các cell có mức độ phủ sóng hẹp nhằm cung cấp chất lượng dịch vụ cũng như lưu lượng sử dụng cao, trong khi khu vực nông thôn nên sử dụng các cell có vùng phủ sóng lớn, tương ứng với nó số lượng cell sẽ sử dụng ít
hơn để đáp ứng cho lưu lượng thấp và số người dùng với mật độ thấp hơn.
Hình 2.3-7: Quá trình phân chia cell 2.3.4.3 Handoff (Sự chuyển giao)
Trở ngại cuối cùng trong việc phát triển mạng thông tin di động tế bào là vấn đề phát sinh khi một thuê bao di động di chuyển từ cell này sang cell khác. Các khu vực kề nhau trong hệ thống tế bào sử dụng các kênh vô tuyến có tần số khác nhau, khi thuê bao di động di chuyển từ cell này sang cell khác thì cuộc gọi hoặc bị rớt hoặc tự động chuyển từ kênh vô tuyến này sang một kênh khác thuộc cell khác.
Thay vì để cuộc gọi bị rớt, quá trình Handoff giúp cho cuộc gọi được liên tục. Quá trình Handoff xảy ra khi hệ thống thông tin di động tự động chuyển cuộc gọi từ kênh vô tuyến này sang kênh vô tuyến khác khi thuê bao di động di chuyển từ cell này sang cell khác liền kề với nó. Trong qúa trình đàm thoại, hai thuê bao cùng chiếm một kênh thoại. Khi một thuê bao di động chuyển động ra khỏi vùng phủ sóng của cell cho trước, tín hiệu đầu thu của cell này sẽ giảm. Khi đó, cell đang sử dụng sẽ yêu cầu một Handoff (chuyển giao) đến hệ thống. Hệ thống sẽ chuyển mạch cuộc gọi đến một cell có tần số với cường độ tín hiệu thu mạnh hơn mà không làm gián đoạn cuộc gọi hay gửi cảnh báo đến người sử dụng. Cuộc gọi sẽ được tiếp tục mà người sử dụng không nhận thấy quá trình Handoff diễn ra.
Hình 2.3-8: Quá trình Handoff
2.3.5 Các dịch vụ phổ biến
Mạng 1G chỉ cung cấp dịch vụ thoại.
2.4 Mạng di động 2G-GSM
2.4.1 Khái niệm (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Là thế hệ kết nối thông tin di động mang tính cải cách cũng như khác hoàn toàn so với thế hệ đầu tiên. Nó sử dụng các tín hiệu kỹ thuật số thay cho tín hiệu analog của thế hệ 1G và được áp dụng lần đầu tiên tại Phần Lan bởi Radiolinja (hiện là nhà cung cấp mạng con của tập đoàn Elisa Oyj) trong năm 1991.
2.4.2 Lịch sử phát triển
Vào cuối thập niên 1980, các hệ thống thế hệ thứ 2 (2G) sử dụng công nghệ số đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) ra đời. Các hệ thống này có ưu điểm là sử dụng hiệu quả băng tần được cấp phát, đảm bảo chất lượng truyền dẫn yêu cầu, đảm bảo được an toàn thông tin, cho phép chuyển mạng quốc tế…Đến đầu thập niên 1990, công nghệ TDMA được dùng cho hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM ở Châu Âu. Đến giữa thập kỷ 1990, đa truy cập phân chia theo mã (CDMA) trở thành loại hệ thống 2G thứ 2 khi người Mỹ đưa ra tiêu chuẩn nội địa IS-95. Năm 1993 tại Nhật Bản, NTT đưa ra tiêu chuẩn di động số đầu tiên của nước này (JPD-Japanish Personal Digital Cellular System) và phát triển hệ thống thông tin
di động số cá nhân (PDC-Personal Digital Cellular) với băng tần hoạt động là 900- 1400MHz. PDC đã được thương mại hóa vào 3/1993 và chỉ được sử dụng tại nước này.
Ở Mỹ tiếp tục phát triển hệ thống số IS54 thành phiên bản mới là IS-136 hay còn gọi là AMPS số (D-AMPS ) và đã đạt được nhiều thành công. Năm 1985 công nghệ CDMA ra đời, đó là công nghệ đa thâm nhập theo mã sử dụng kỹ thuật trải phổ được nghiên cứu và triển khai bởi hãng Qualcomm Communication. Công nghệ này trước đó được sử dụng chủ yếu trong quân sự và đến nay đã được sử dụng rộng rãi nhiều nơi trên thế giới.
2.4.3 Cấu trúc mạng
Hệ thống thông tin di động toàn cầu thế hệ thứ (2G) có 2 tiêu chuẩn là GSM và IS- 95- chuẩn nội địa do Mỹ đặt ra nhưng GSM là tiêu chuẩn phổ biến nhất cho truyền thông di động trên thế giới.
Kiến trúc mạng của nó được thể hiện trong hình dưới:
Hình 2.4-9 : Kiến trúc mạng 2G-GSM
Một hệ thống GSM được chia thành các hệ thống con sau đây: Hệ thống con chuyển mạch (SS – Switching Subsystem ) Hệ thống con trạm gốc (BSS – Base Station Subsystem) Hệ thống con khai thác (OSS – Opration Subsystem) Trạm di động (MS – Mobile Station)
2.4.3.1 Hệ thống con chuyển mạch SS bao gồm các khối chức năng sau:
Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động (MSC – Mobile Services Switching Center)
Bộ ghi định vị thường trú ( HLR – Home Location Register) Bộ ghi định vị tạm trú ( VLR – Visitor Location Registor) Trung tâm nhận thực ( AUC – Authentication Center)
Bộ ghi nhận dạng thiết bị (EIR – Equipment Identification Register) Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động cổng (GMSC – Gateway MSC)
2.4.3.2 Hệ thống con trạm gốc BSC gồm các khối chức năng sau:
Bộ điều khiển trạm gốc ( BSC – Base Station Controller) Trạm thu phát gốc ( BTS – Base Transceiver Station)
2.4.3.3 Hệ thống con khai thác OSS gồm các khối chức năng sau:
Trung tâm quản lý mạng ( NMC – Network Management Center)
Trung tâm quản lý và bảo dưỡng ( OMC – Operation & Maintenance Center)
2.4.3.4 Trạm di động MS gồm:
Thiết bị di động (ME – Mobile Equipment)
2.4.4 Chức năng của các phần tử trong hệ thống
2.4.4.1 Hệ thống con chuyển mạch SS
Hệ thống con chuyển mạch bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của GSM cũng như các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lí di động của thuê bao. Chức năng chính của SS là quản lí thông tin giữa những người sử dụng mạng GSM với nhau và với mạng khác.
2.4.4.1.1 Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động MSC
Tổng đài di động MSC thực hiện chức năng chuyển mạch cho các thuê bao di động thông qua trường chuyển mạch của nó. MSC quản lí việc thiết lập cuộc gọi, điều khiển cập nhật vị trí và thủ tục chuyển giao giữa các MSC. Việc cập nhật vị trí của thuê bao cho phép tổng đài di động MSC nhận biết được vị trí của các thuê bao di động trong quá trình tìm gọi trạm di động MS. MSC có tất cả các chức năng của một tổng đài cố định như tìm đường, định tuyến, báo hiệu, … Điều khác biệt giữa tổng đài của mạng cố định ( PSTN, ISDN, …) và MSC là
SVTH: Nguyễn Thị Phương Lớp: H09CN2 Page 35
PSTN PLMN CSPDN PSPDN SS VLR HLR EIR MSC OSS BSS BSC BTS MS ISD N AUC Truyền báo Truyền lưu Hình 2.4-10 Mô hình hệ thống GSM
MSC thực hiện xử lý cho các thuê bao di động, thực hiện chuyển vùng giữa các cell.
Chức năng của tổng đài MSC ngoài việc kết nối với các phần tử của mạng di động nó còn kết nối với các phần tử của mạng khác như PSTN, ISDN, PSPDN, CSPDN, PLMN. MSC thực hiện chức năng trên gọi là MSC cổng (GMSC). Việc giao tiếp với mạng ngoài để đảm bảo thông tin cho những người sử dụng mạng GSM đòi hỏi cổng thích ứng ( Các chức năng tương tác IWF – Interworking Function). IWF là cổng giao tiếp giữa người dùng mạng GSM với các mạng ngoài. Nó có thể được thực hiện trong cùng chức năng MSC hay có thể ở thiết bị riêng. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.4.4.1.2 Bộ ghi định vị thường trú HLR
HLR chứa đầy đủ các thông tin liên quan đến việc đăng ký dịch vụ và vị trí của các thuê bao. Thường HLR là một máy tính đứng riêng không có khả năng chuyển mạch nhưng có khả năng quản lý hàng trăm ngàn thuê bao. Khi mạng có thêm một thuê bao mới thì các thông tin về thuê bao sẽ được đăng ký trong HLR.
2.4.4.1.3 Bộ ghi định vị tạm trú VLR
Là cơ sở dữ liệu thứ hai trong mạng GSM, chứa các thông tin về vị trí hiện thời của thuê bao di động trong vùng phục vụ của MSC tương ứng và đồng thời lưu giữ số liệu về vị trí của các thuê bao nói trên để cập nhật cho MSC với mức độ chính xác hơn HLR.
2.4.4.1.4 Trung tâm nhận thực AUC
Được nối đến HLR, chức năng của AUC là cung cấp cho HLR các tần số nhận thực và các khóa 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.
2.4.4.1.5 Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR
EIR có chức năng kiểm tra tính hợp lệ của thiết bị di động 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.
2.4.4.1.6 Hệ thống con trạm gốc BSS
Là một hệ thống các thiết bị đặc thù riêng cho các tính chất tổ ong vô tuyến của GSM. 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 bao gồm 2 loại thiết bị: BTS giao diện với MS và BSC giao diện với MSC.
2.4.4.1.7 Trạm thu phát gốc BTS
Bao gồm các thiết bị thu phát, anten và xử lý tín hiệu đặc thù cho giao diện vô tuyến. Một bộ phận quan trọng của BTS là TRAU (khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ). TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình mã hóa và giải mã tiếng đặc thù riêng cho GSM được tiến hành, ở đây cũng thực hiện thích ứng tốc độ trong trường hợp truyền số liệu.
2.4.4.1.8 Bộ điều khiển trạm gốc BSC
Có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển từ BTS và MS, chủ yếu là các lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và quản lý chuyển giao. Một BSC trung bình có thể quản lý tới vài chục BTS phụ thuộc vào lưu lượng của các BTS này.
2.4.4.2 Hệ thống con khai thác OSS
OSS thực hiện 3 chức năng chính sau:
2.4.4.2.1 Khai thác và bảo dưỡng mạng:
Khai thác: Là hoạt động cho phép các nhà khai thác mạng theo dõi hành vi của mạng như: tải của hệ thống, mức độ chặn, số lượng chuyển giao (Handover) giữa hai ô,…Nhờ vậy nhà khai thác có thể giám sát được toàn bộ chất lượng của dịch vụ mà họ cung cấp cho khách hàng và kịp thời xử lý các sự cố. Khai thác cũng bao gồm việc thay đổi cấu hình để giảm những vấn đề xuất hiện ở thời điểm hiện thời, để chuẩn bị tăng lưu lượng trong tương lai, để tăng vùng phủ sóng.
Bảo dưỡng: Có nhiệm vụ phát hiện, định vị, sửa chữa các sự cố và hỏng hóc. Nó có một số quan hệ với khai thác. Bảo dưỡng cũng bao gồm cả các hoạt động tại hiện trường nhằm thay thế thiết bị có sự cố.
2.4.4.2.2 Quản lý thuê bao và tính cước:
Bao gồm các hoạt động quản lý đăng ký thuê bao. Nhiệm vụ đầu tiên là nhập và xóa 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. Quản lý thuê bao ở mạng GSM chỉ liên quan đến HLR và một số thiết bị OSS riêng, chẳng hạn mạng nối HLR với các thiết bị giao tiếp người máy ở các trung tâm giao dịch với thuê bao. Simcard cũng đóng vai trò như một bộ phận của hệ thống quản lý thuê bao.
2.4.4.2.3 Quản lý thiết bị di động:
Được bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR thực hiện. EIR lưu giữ tất cả các dữ liệu liên quan đến trạm di động. EIR được nối đến MSC qua đường báo hiệu để kiểm tra sự được phép của thiết bị. Một thiết bị không được phép sẽ bị cấm.