trờng đại học vinh Khoa vật lý ===== ==== Hoàng Thị Linh Máy điện thoại và mạng thông Tin di động số cellular Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành : điện tử viễn thông Vinh 2009 Bảng tra cứu các từ viết tắt 4 BSC Base Station Corntoler Bộ điều khiển trạm gốc BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc BTS Base Transceiver Station Trạm (đài) vô tuyến gốc CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo mã FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo tần số GSM Global System for Mobile Communication Thông tin di động toàn cầu IMSI International Mobile Subscriber Identity Số nhận dạng thuê bao di động quốc tế Ki Subscriber authentication Key Khóa nhận thực thuê bao MS Mobile Station Máy thuê bao di động ME Mobile Equipment Phần thiết bị máy di động MSC Mobile Subscriber Switching Center Tổng đài di động MTSO Mobile Telephone System Office Tổng đài hệ thống điện thoại di động MSS Mobile Satellite System Thông tin di động nhờ vệ tinh PLMN Public Land Mobile Netwok Mạng di động mặt đất công cộng PIN Personal Identity Number Mật khẩu nhận thực riêng PSTN Public Switched Telephone Netwok Mạng thoại công cộng có chuyển mạch PDMA Polarization Division Multiple Access Đa truy cập phân chia cực tính SIM Subscriber Identity Mobile Module nhận dạng thuê bao SDMA Space Division Multiple Access Đa truy cập phân chia không gian TDMA Time Division Multiple Access Đa truy cập phân chia thời gian Lời nói đầu Loài ngời chúng ta đang bớc vào một thời đại mới, thời đại bùng nổ thông tin cùng với sự phát triển của nền kinh tế tri thức. Để tiến tới hội nhập kinh tế thế giới, trong những năm gần đây ngành Thông tin truyền thông 5 ở nớc ta đã có những bớc phát triển vợt bậc, trong đó đáng chú ý là sự phát triển của các thiết bị, cơ sở hạ tầng và công nghệ viễn thông. Trong quá trình học tập của mình em thấy đó là một vấn đề rất cần thiết để phát triển thông tin liên lạc phục vụ cho sự tăng trởng kinh tế. Không những thế nó giúp con ngời chúng ta xích lại gần nhau hơn. Chính vì thế, em muốn đi sâu tìm hiểu về lĩnh vực này để nâng cao trình độ bản thân. Và đề tài mà em nghiên cứu đó là "Máy điện thoại và mạng thông tin di động số Cellular", đề tài này gồm 3 chơng : Chơng 1 : Trình bày tổng quan về lịch sử phát triển của công nghệ viễn thông nh máy điện báo, máy fax, máy điện thoại, máy thu thanh, vô tuyến truyền hình, mạng Internet Chơng 2 : Trình bày về máy điện thoại, các yêu cầu cơ bản, nguyên tắc cấu tạo và làm việc của máy điện thoại, cũng nh quá trình liên lạc qua mạng thoại và cơ sở chuyển mạch. Chơng 3 : Trình bày tổng quan về mạng thông tin di động số Cellular, nguyên lý, cấu trúc của mạng, quá trình chuyển giao, các dịch vụ viễn thông. Và tìm hiểu một số mạng thông tin di động ở nớc ta hiện nay. Trong quá trình thực hiện đề tài do hạn chế về kiến thức và thời gian nghiên cứu nên chắc chắn khóa luận còn có nhiều thiết sót. Vì vậy em rất mong đợc sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cô và các bạn để khóa luận đợc hoàn chỉnh. Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo TS.Đoàn Hoài Sơn và các thầy giáo, cô giáo, các bạn sinh viên đã tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ em trong suốt thời gian nghiên cứu và hoàn thành khóa luận. 6 Vinh, ngày 28 tháng 04 năm 2009 Sinh viên thực hiện Hoàng Thị Linh Mục Lục Trang Bảng tra cứu các từ viết tắt 1 Lời nói đầu 2 chơng 1: lịch sử phát triển của công nghệ viễn thông 4 1.1. Giới thiệu chung . 4 1.2. Máy điện báo 5 1.3. Máy Fax . 5 1.4. Máy điện thoại . 8 1.5. Máy thu thanh 8 1.6. Vô tuyến truyền hình . 9 1.7. Sự phát triển của băng thông và cuộc cách mạng kỹ thuật số 10 1.8. Mạng Internet . 11 1.9. Mạng toàn cầu ( World wide web ) . 11 Chơng 2: Máy điện thoại 13 I. Máy điện thoại 13 2.1.1. Các chức năng cơ bản 13 2.1.2. Các thiết bị cơ bản của điện thoại . 14 7 2.1.2.1. Micro than 14 2.1.2.2 ống nghe . 15 2.1.2.3. Đờng dây điện thoại . 16 2.1.2.4. Chuông điện thoại 17 2.1.2.5. Pin cục bộ - nguồn cung cấp tập trung . 17 2.1.2.6. Vỏ máy . 17 2.1.3. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của các khối . 18 2.1.3.1. Mạch bảo vệ quá áp 18 2.1.3.2. Mạch chuông 19 2.1.3.3. Mạch chống đảo cực 19 2.1.3.4. Chuyển mạch nhấc - đặt . 20 2.1.3.5. Mạch quay số . 20 2.1.3.5.1. Đĩa quay số . 20 2.1.3.5.2. Quay số ấn phím . 21 2.1.3.6. Mạch khử trắc âm . 24 2.1.4. Quá trình một cuộc liên lạc điện thoại qua mạng . 25 2.1.5. Tổng đài 25 2.1.5.1. Các cơ sở về sự chuyển mạch theo từng bớc 26 2.1.5.2. Chuyển mạch Strowger 28 2.1.5.3. Chuyển mạch ngang dọc 30 2.1.5.4. Chuyển mạch điện tử 31 II. Máy điện thoại không dây 31 2.2.1. Máy điện thoại không dây tơng tự 31 2.2.2 Máy điện thoại không dây số . 32 Chơng 3: mạng thông tin di động tế bào Cellular 35 I. Đặc điểm mạng thông tin di động tế bào Cellular 35 3.1.1. Lịch sử . 35 3.1.2. Nguyên lý Cellular 36 3.1.3. Cấu trúc mạng thông tin di động số 40 3.1.4. Quá trình chuyển giao . 42 3.1.5. Sự khác biệt so với mạng cố định 44 II. ứng dụng và khả năng dịch vụ của điện thoại di động 47 3.2.1. ứng dụng và khả năng dịch vụ của điện thoại di động số . 47 3.2.2. Một vài thông tin về các mạng điện thoại di động nớc ta hiện nay . 50 Kết luận chung 54 Tài liệu tham khảo 55 ch ơng 1 lịch sử phát triển của công nghệ viễn thông 1.1. Giới thiệu chung 8 Nhu cầu truyền thông tin từ một vùng lãnh thổ này tới một vùng lãnh thổ khác với thời gian ngắn nhất là câu hỏi đợc đặt ra từ rất lâu trong lịch sử loài ngời. Từ xa con ngời đã biết dùng ngựa, chim bồ câu và các loài động vật để truyền tin đã làm tăng đáng kể tốc độ thông tin. Rồi ngời da đỏ ở Bắc Mỹ đã liên lạc bằng cách tạo ra luồng khói, ngời Châu Phi sử dụng tiếng trống để gửi thông điệp sang làng bên cạnh vv Nhng sự thành công của các phơng pháp này còn phụ thuộc vào yếu tố thời tiết, khoảng cách giới hạn giữa nơi truyền tin và nơi nhận tin phải ngắn, và rất nhiều yếu tố khác. Vì vậy các thiết bị, phơng tiện truyền thông tin nhằm khắc phục những hạn chế về không gian và thời gian đã đợc phát minh, chế tạo và ngày càng đợc cải tiến về kỹ thuật, công nghệ. Ngày nay nhu cầu về thông tin, truyền thông đã không còn chỉ gói gọn trong một vùng, một nớc mà nó đã lan toả trên toàn thế giới. Sự phát triển đó là nhờ vào các loại hình dịch vụ viễn thông mà chính con ngời thiết lập ra. 1.2. Máy điện báo Năm 1833, việc truyền thông tin bằng điện đợc sử dụng lần đầu tiên, bởi 2 Giáo s của trờng Đại học Goettingen là Carl Friedrich Gauss và Wilhelm Weber. Hệ thống của họ đợc nối từ viện Vật lý đến Đài thiên văn vũ trụ, với khoảng cách 1 km, bằng cách sử dụng cuộn cảm và dụng cụ đo điện. Vào năm 1837, Charles Wheatstone và William Cooke đã sáng chế ra một hệ thống thông tin sử dụng 5 mạch điện, chúng đợc chế tạo bằng các cuộn dây và các kim từ dùng để hiển thị 1 ký tự trong bảng chữ cái đợc vẽ trên 1 cái bảng. Hệ thống này đã đợc thử nghiệm lần đầu tiên dọc theo tuyến đờng sắt nối giữa 2 nhà ga ở thủ đô London, với khoảng cách 2,5 km. Cùng với thời điểm đó thì Samuel Morse cũng đã phát minh ra chiếc Rơle. Bằng cách nối một chuỗi các Rơle sẽ làm tăng cự ly của máy điện báo. Ông cũng đã thay thế việc nhận chỉ thị bằng mắt bằng tín hiệu âm thanh làm cho ng- ời vận hành đỡ mệt nhọc hơn. Một cải tiến vợt bậc vào năm 1855, khi David Hughes phát minh ra máy in điện tín, tổ tiên của máy điện tín đánh chữ hiện đại. 9 Từ năm 1851, tuyến điện báo đờng biển đầu tiên nối giữa Anh và Pháp đ- ợc lắp đặt cho tới năm 1866 hoàn thành tuyến cáp vợt Đại Tây Dơng đầu tiên. Từ đó điện báo đã và vẫn là một hệ thống thơng mại. Ngày cả ở dạng telex đã đ- ợc hiện đại hoá thì nó vẫn là một mạng thông tin thơng mại đờng dài rất rẻ. 1.3. Máy Fax Vào năm 1843, Alexander Barin đã phát minh ra "Máy ghi điện tín điện tử hoá tự động". Bản chất của phát minh đợc minh họa trên hình 1.1 Đờng truyền tín hiệu Phía phát Phía thu Hình 1.1 Cấu tạo của "Máy ghi điện tín điện hóa tự động" Brain Hai con lắc chính đợc kết nối nh đối với tuyến điện báo thông thờng. Giả thiết bản tin cần truyền là chữ H, nó đợc gắn trên một tấm kim loại có dạng mặt cong để đầu đọc có thể tiếp xúc với phần lồi lên của tấm kim loại khi quả lắc quét ngang qua nó. ở đầu bên kia của tuyến điện báo, đầu kim của quả lắc thứ hai duy trì sự tiếp xúc với tấm giấy nhạy điện đợc đặt trên một bản kim loại có hình dạng giống hệt nh ở bên phát. Giấy nhạy điện trớc đó đợc xử lý bằng hóa chất, nó có đặc điểm là làm xuất hiện chấm đen khi có dòng điện chạy qua. Để vận hành hệ thống này, cả 2 quả lắc đợc thả tự do đồng thời từ điểm cao nhất phía bên trái. Vì 2 quả lắc hoàn toàn giống nhau nên chúng sẽ chuyển động với tốc độ nh nhau, một quả đi ngang qua đĩa chứa bản tin cần truyền đi, quả còn lại đi ngang qua giấy nhạy điện. Ban đầu cha xuất hiện dòng điện, nhng 10 khi quả lắc bên phát quét qua phần kim loại lồi lên của đĩa thì sẽ phát sinh một dòng điện, dòng điện này sẽ làm xuất hiện trên giấy nhạy điện một vệt đen cùng độ dài với phần lồi lên của bản tin bên phát. Các bộ phận của máy có các chức năng : Cơ cấu điện từ dùng để giữ cho quả lắc dao động với một biên độ ổn định. Cơ cấu điện từ thứ hai để đảm bảo rằng hai quả lắc cùng dao động. Cơ cấu để di chuyển đồng thời bản tin và giấy nhạy điện từng bớc một mỗi khi con lắc quét tới góc bên phải theo hớng chuyển động của nó. Sau một số lần quét, các dòng đợc tạo ra sẽ hình thành một phiên bản giống hệt với phần lồi lên của bản kim loại chứa bản tin. Tất cả các máy Fax do Brain phát minh đều có 3 chức năng trên. Trong các máy Fax hiện đại, hai chức năng đầu đợc thay thế các kỹ thuật điện tử. Cơ cấu dùng để quét bản tin chủ yếu cũng sử dụng điện tử, mặc dù vậy ở hầu hết các máy việc di chuyển trang mỗi khi một dòng quét xong vẫn bằng cơ khí. Vào năm 1848, Fredrick Bakewell ngời Anh đã chế tạo một phiên bản mới của máy fax trong đó đĩa chứa bản tin cũng nh hình ảnh đợc gắn trên các trục lăn, các trục này bị trọng lực làm quay giống nh đối với đồng hồ quả lắc. Để đảm bảo cho các trục này quay ở cùng tốc độ, Ông sử dụng một cơ cấu điều chỉnh tốc độ tự động. Đầu quét đợc đẩy trên trục nằm ngang của hình trụ bởi một vít chì. Khác với Brain, ông đã sử dụng mực cách điện để ghi bản tin trên một bề mặt kim loại. Trớc đó ở đầu thu, giấy đã đợc xử lý hoá chất để đáp ứng lại khi có dòng điện chạy qua và nó đợc gắn trên một hình trụ giống hệt cơ cấu đầu ghi bằng một vít chì tơng tự. Khó khăn chính của việc thiết kế này là làm sao để giữ cho hai cơ cấu đồng hồ ở các vùng xa nhau khởi động và làm việc cùng tốc độ khi truyền tin. Năm 1865, Giovanni Caselli đã phát minh ra một phiên bản cải tiến cho chiếc máy của Brain đợc gọi là Máy truyền ảnh. Cỗ máy của ông là sự kết hợp của con lắc trong máy của Brain, bản cực chứa bản tin dùng mực cách điện và bộ thu sử dụng trống hình trụ của Bakewell. Máy truyền ảnh đã thành công trong lĩnh vực thơng mại và nó đã đợc sử dụng ở Anh và ý trong nhiều năm. 11 Vào cuối năm 1800, ngời ta có thể gửi các bức ảnh bằng fax. Hình ảnh đ- ợc khắc trên các bản cực kim loại dới dạng các điểm sần sùi. Bút của máy phát vạch các dòng qua bức ảnh tiếp xúc với các điểm lồi lên do đó làm xuất hiện ở phía thu các điểm to nhỏ tơng ứng, kích thớc của các điểm này biểu diễn sự đậm nhạt khác nhau, điểm nhỏ biểu diễn điểm sáng, điểm lớn biểu diễn điểm tối. Năm 1902, Arthur Korn đa ra hệ thống quét sử dụng ánh sáng thay cho việc tiếp xúc Vật lý với bản kim loại và sự tổng hợp dòng điện. Phơng pháp của ông là một cải tiến vợt bậc so với tất cả các kỹ thuật trớc đó. Ông đã cuộn film âm bản của tất cả các bức ảnh lên bên ngoài một trống thủy tinh và cho nó quay với vận tốc không đổi bằng một động cơ điện. Một đèn cung cấp ánh sáng cùng một hệ thống thấu kính dùng để hội tụ ánh sáng thành ảnh âm bản. ánh sáng đi qua film đợc phản xạ bởi một chiếc gơng lên tấm Selen, chất này có trở kháng biến thiên theo cờng độ ánh sáng chiếu tới nó. Tế bào Selen đợc sử dụng để điều khiển dòng điện ở phía thu. Máy thu ghi lại ảnh này trực tiếp lên film. Để đảm bảo rằng cả máy phát và máy thu luôn đồng bộ với nhau, ông sử dụng một hệ thống điều khiển tập trung bằng một âm thoa dùng để phát tín hiệu điều khiển. Vào những năm 1920, các công ty lớn của Mỹ, AT&T và RCA đã quan tâm tới sự phát triển của máy fax. Họ đã sử dụng kỹ thuật mới, các vật liệu linh kiện nh đèn chân không, pin quang điện và sau đó là linh kiện bán dẫn để sản xuất máy fax hiện đại. 1.4. Máy điện thoại Năm 1876, Alexander Giaham Bell đã phát minh việc sử dụng tiếng nói của ngời để kích thích mạch từ và chiếc máy điện thoại đầu tiên đợc chế tạo vào cuối năm đó. Hệ thống điện thoại trớc đây bao gồm 2 phần là phần điện từ của Bell nối tiếp với bộ pin và chuông. Phần thiết bị của Bell hoạt động rất tốt, trong thực tế ngày này nó vẫn đợc sử dụng chỉ trừ ở bên phát đợc thay thế bằng mạch cacbon. 12 Trong hệ thống điện thoại trớc đây, mỗi thuê bao đợc nối tới một bu điện trung tâm bằng một đờng dây đơn và một đờng tiếp đất vì vậy gây ra sự xuyên âm giữa các thuê bao. Và trong thời gian này điện lực đã trở nên phổ biến, nó càng làm gia tăng nhiễu gây ra bởi các động cơ điện Hệ thống dây đất dần dần đợc thay thế bằng các mạch điện hai dây vì vậy nó ít bị ảnh hởng do nhiễu xuyên âm và điện hơn. Để thực hiện một cuộc đàm thoại cần có vai trò của điện thoại viên rất nhiều, gây ra sự bất tiện là cả 2 đầu dây luôn phải đồng thời sẵn sàng và các lỗi trì hoãn hay hiểu lầm thờng xảy ra, dẫn đến việc cần thiết phải cải tổ. Việc thay thế chuyển mạch bằng tay vẫn cha đợc thực hiện trong khi điện thoại viên vẫn có thể nghe đợc các cuộc đàm thoại. Ngời phát minh ra tổng đài tự động là Almon B.Strowger (1839-1902), tên ông đã đợc đặt cho hệ thống này. Tổng đài tự động đã tăng khả năng bảo mật các cuộc thoại. Việc xây dựng và bảo dỡng các tuyến truyền dẫn (trung kế) rất đắt tiền nên các kỹ thuật truyền dẫn quan tâm đến việc truyền nhiều bản tin (ghép kênh) trên một đờng trung kế cùng một thời điểm. 1.5. Máy thu thanh Vào năm 1864, nhà Vật lý James Maxell đã đa ra lý thuyết trờng điện từ, lý thuyết dự đoán rằng sóng điện từ có thể truyền đợc trong không gian tự do với vận tốc bằng vận tốc ánh sáng. Một số nhà khoa học cũng đã có những đóng góp có giá trị cho phát minh này nh Heinrich Hertz sáng chế ra bộ tạo dao động cao tần đầu tiên, Branly phát minh ra "Coherer" dùng để tách sóng, Popov và Oliver Lodge phát hiện ra hiện tợng cộng hởng. Năm 1897, Guglielmo Marconi, đăng ký thành lập "Công ty TNHH về tín hiệu và máy điện báo không dây" ở London, nhằm khai thác công nghệ vô tuyến mới. Ngày 12 tháng 12 năm 1901, Marconi nhận đợc chữ "S" bằng mã Morse bằng máy thu của mình với ănten thu làm bằng một cái diều. Năm 1904, John Ambose Fleming đã phát minh ra diode. Đây là linh kiện điện tử đầu tiên trong lĩnh vực viễn thông sử dụng các tín hiệu cao tần cho vô 13