ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ KHOA ĐIỆN ĐỀ TÀI : TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM VÀ GIAO DIỆN VÔ TUYẾN Um Giảng Viên Hướng Dẫn : Th.S VÕ THỊ HƯƠNG Sinh Viên Thực Hiện : ĐOÀN VĂN TUẤN TRẦN NGỌC ANH LÊ NGỌC CHUNG Đà Nẵng, Tháng 6 năm 2012 CHƯƠNG I ĐỒ ÁN KỸ THUẬT VIỄN THÔNG GVHD : Th.S VÕ THỊ HƯƠNG TỔNG QUAN THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM Hệ thống thông tin di động toàn cầu (tiếng Pháp: Groupe Spécial Mobile tiếng Anh: Global System for Mobile Communications; viết tắt GSM) là một công nghệ dùng cho mạng thông tin di động. Dịch vụ GSM được sử dụng bởi hơn 2 tỷ người trên 212 quốc gia và vùng lãnh thổ. Các mạng thông tin di động GSM cho phép có thể roaming (chuyển vùng) với nhau do đó những máy điện thoại di động GSM của các mạng GSM khác nhau ở có thể sử dụng được nhiều nơi trên thế giới. GSM là chuẩn phổ biến nhất cho điện thoại di động (ĐTDĐ) trên thế giới. Khả năng phủ sóng rộng khắp nơi của chuẩn GSM làm cho nó trở nên phổ biến trên thế giới, cho phép người sử dụng có thể sử dụng ĐTDĐ của họ ở nhiều vùng trên thế giới. GSM khác với các chuẩn tiền thân của nó về cả tín hiệu và tốc độ, chất lượng cuộc gọi. Nó được xem như là một hệ thống ĐTDĐ thế hệ thứ hai (second generation, 2G). GSM là một chuẩn mở, hiện tại nó được phát triển bởi 3rd Generation Partnership Project (3GPP). Đứng về phía quan điểm khách hàng, lợi thế chính của GSM là chất lượng cuộc gọi tốt hơn, giá thành thấp và dịch vụ tin nhắn. Thuận lợi đối với nhà điều hành mạng là khả năng triển khai thiết bị từ nhiều người cung ứng. GSM cho phép nhà điều hành mạng có thể kết hợp chuyển vùng với nhau do vậy mà người sử dụng có thể sử dụng điện thoại của họ ở khắp nơi trên thế giới. I. LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG GSM 1.1 Lịch sử hình thành mạng thông tin di động GSM Vào cuối thế kỷ 19, các thí nghiệm của nhà bác học người ITALYA Marconi Guglielmo (1874-1937, đạt giải Nobel Vật Lý năm 1909) đã cho ta thấy thông tin vô tuyến có thể thực hiện liên lạc được giữa các máy thu phát di động ở xa nhau. Loại mã sử dụng thời đó là mã Morse và đến năm 1928 hệ thống vô tuyến truyền thanh được thiết lập lần đầu tiên cho cảnh sát. Đến năm 1933 sở cảnh sát Bayone New Jersy thiết lập được một hệ thống điện thoại di động tương đối hoàn chỉnh đầu tiên trên thế giới. Các thiết bị thời đó sử dụng rất cồng kềnh, nặng, đầy tạp âm và rất tốn nguồn do sử dụng đèn điện tử, chất lượng mạng di động kém. Tần số sóng vô tuyến sử dụng trong dải thấp của băng VHF lên chỉ có thể liên lạc được trong khoảng cách vài chục dặm. Tuy vậy thời đó quân đội đã ứng dụng nó một cách rất hiệu quả trong quá trình triển khai và chiến đấu và trong đời sống như: Cảnh sát, cứu thương, cứu hỏa, hàng hải, hàng không Đến năm 1947 Bell Laboratories đã nảy ra ý đồ hình thành một mạng di động tế bào. Nhưng công nghệ điện tử thời đó chưa phát triển lắm lên mãi đến năm 1981 thì hệ thống vô tuyến di động tế bào đầu tiên ở Châu Âu được lắp đặt đầu tiên ở khu vực bán đảo Scan-đi-na-vơ, thoạt đầu chỉ dùng cho vài chục ngàn thuê bao. Hệ thống này ra đời nhờ sự phát triển của các mạch tổ hợp và tích hợp như: Các bộ vi xử lý, các mạch tổng hợp tần số, các chuyển mạch nhanh dung lượng lớn và thường được gọi là mạng vô tuyến di động mặt đất công cộng PLMRN (Public Land Mobile Radio Network), làm việc ở dải tần UHF. Tháng 12-1971 đưa ra hệ thống cellular kỹ thuật tương tự, FM, ở dải tần số 850Mhz. Kết hợp các vùng phủ sóng riêng lẻ với nhau và đã giải quyết được bài toán khó về dung lượng. Do đó năm 1982 tại Hội Nghị Bưu Chính Viễn Thông Châu Âu CEPT (Conference of Post and Telecommunications) đã thành lập được nhóm chuyên môn về thông tin di động GSM (Groupe Speciale Mobile). Nhóm này có nhiệm vụ xác định một hệ thống thông tin di động công cộng tiêu chuẩn cho toàn Châu Âu hoạt động trên băng tần 900MHz. Nhóm đã quyết định xây dựng hệ thống toàn cầu cho thông tin di động GSM (Global System for Mobile Communications - hệ thống toàn cầu cho thông tin di động). Các thí nghiệm và các mô phỏng đã được tiến hành ở nhiều nước Châu Âu trên nhiều hệ thống với nhiều nguyên tắc và các chuẩn khác nhau. Nhóm 3 : Đoàn Văn Tuấn – Trần Ngọc Anh – Lê Ngọc Chung Trang 2 ĐỒ ÁN KỸ THUẬT VIỄN THÔNG GVHD : Th.S VÕ THỊ HƯƠNG Dựa trên công nghệ đã được phát triển đến năm 1983, mạng điện thoại di động AMPS (Advance Mobile Phone Service) phục vụ thương mại đầu tiên tại Chicago, nước Mỹ. Sau đó hàng loạt các chuẩn thông tin di động ra đời như: Nordic Mobile Telephone (NTM), Total Access Communication System (TACS). Tới năm 1986 thì có 9 đề nghị về chuẩn cho một hệ thống GSM toàn Châu Âu và đã được thử nghiệm tại hội nghị diễn ra ở Pari. Hội nghị được tiến hành bỏ phiếu với 15 nước Châu Âu để chọn ra cấu hình chuẩn của hệ thống GSM căn cứ theo các yêu cầu sau: Hiệu quả phổ, chất lượng âm thanh, giá thành máy di động, giá trạm cố định, tính tiện lợi, khả năng phục vụ với các dịch vụ mới và khả năng cùng hoạt động với các mạng hiện hành. Ngày 27 tháng 3 năm 1991, cuộc gọi đầu tiên sử dụng công nghệ GSM được thực hiện bởi mạng Radiolinja ở Phần Lan (mạng di động GSM đầu tiên trên thế giới). Cho đến năm 1992 thì toàn Châu Âu đã có 6 mạng tế bào khác nhau tại 16 nước phục vụ cho 1,2 triệu thuê bao. Lúc đó thì các thuê bao di động của các mạng không tương thích nhau, dẫn đến giá thành thiết bị và giá sử dụng dịch vụ rất cao dẫn đến số lượng thuê bao rất ít. Hệ thống GSM cho phép các trạm di động (MS) trong mạng không những liên lạc được với nhau mà còn liên lạc được với bất kỳ thuê bao nào nối tới các mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PSTN (Public Switched Telephone Network), các mạng số liên kết đa dịch vụ ISDN (Intergrated Services Digital Network) Các dịch vụ chủ yếu khi mạng GSM ra đời là: Truyền thoại, truyền số liệu, truyền fax, truyền các bản tin ngắn SMS…. 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 (Thụy 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 xuống và các dịch vụ càng đa dạng. 1.2 CÁC THẾ HỆ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM 1.2.1.Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất Hệ thống di động thế hệ 1 sử dụng phương pháp đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA) và chỉ hổ trợ các dịch vụ thoại tương tự và sử dụng kỹ thuật điều chế tương tự để mang dữ liệu thoại của mỗi người sử dụng .Với FDMA , khách hàng được cấp phát một kênh trong tập hợp có trật tự các kênh trong lĩnh vực tần số. Sơ đồ báo hiệu của hệ thống FDMA khá phức tạp, khi MS bật nguồn để hoạt động thì nó dò sóng tìm đến kênh điều khiển dành riêng cho nó. Nhờ kênh này, MS nhận được dữ liệu báo hiệu gồm các lệnh về kênh tần số dành riêng cho lưu lượng người dùng . Trong trường hợp nếu số thuê bao nhiều hơn so với các kênh tần số có thể, thì một số người bị chặn lại không được truy cập. Đa truy nhập phân chia theo tần số nghĩa là nhiều khách hàng có thể sử dụng được dãi tần đã gán cho họ mà không bị trùng nhờ việc chia phổ tần ra thành nhiều đoạn. Phổ tần số quy định cho liên lạc di dộng được chia thành 2N dải tần số kế tiếp, và được cách nhau bằng một dải tần phòng vệ. Mỗi dải tần số được gán cho một kênh liên lạc. N dải kế tiếp dành cho liên lạc hướng lên, sau một dải tần phân cách là N dải kế tiếp dành riêng cho liên lạc hướng xuống. Đặc điểm : Nhóm 3 : Đoàn Văn Tuấn – Trần Ngọc Anh – Lê Ngọc Chung Trang 3 ĐỒ ÁN KỸ THUẬT VIỄN THÔNG GVHD : Th.S VÕ THỊ HƯƠNG Mỗi MS được cấp phát đôi kênh liên lạc suốt thời gian thông tuyến . Nhiễu giao thoa do tần số các kênh lân cận nhau là đáng kể . BTS phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi MS . Hệ thống FDMA điển hình là hệ thống điện thoại di dộng tiên tiến (Advanced Mobile phone System - AMPS). Hệ thống thông tin di động thế hệ 1 sử dụng phương pháp đa truy cập đơn giản. Tuy nhiên hệ thống không thoả mãn nhu cầu ngày càng tăng của người dùng về cả dung lượng và tốc độ. Vì các khuyết điểm trên mà nguời ta đưa ra hệ thống thông tin di động thế hệ 2 ưu điểm hơn thế hệ 1 về cả dung lượng và các dịch vụ được cung cấp. 1.2.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai Cùng với sự phát triển nhanh chóng của thuê bao cả về số lượng và chất lượng, hệ thống thông tin di động thế hệ 2 được đưa ra để đáp ứng kịp thời số lượng lớn các thuê bao di động dựa trên công nghệ số. Thế hệ 2 sử dụng chuyển mạch kênh ( Circuit Switching ). Bổ sung thêm các dịch vụ di động mới như SMS, Fax và dịch vụ bổ sung cho thoại … Hệ thống di động số tế bào được cải thiện đáng kể như : Dung lượng tăng, chất lượng thoại tốt hơn, hỗ trợ các dịch vụ số liệu (data) Tất cả hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng điều chế số .Và chúng sử dụng 3 phương pháp đa truy cập:  Đa truy cập phân chia theo thời gian (Time Division Multiple Access - TDMA).  Đa truy cập phân chia theo tần số (Frequency Division Multiple Access - FDMA).  Đa truy cập phân chia theo mã (Code Division Multiple Access - CDMA). 1.2.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba Hệ thống thông tin di động chuyển từ thế hệ 2 sang thế hệ 3 qua một giai đoạn trung gian là thế hệ 2,5 sử dụng công nghệ TDMA trong đó kết hợp nhiều khe hoặc nhiều tần số hoặc sử dụng công nghệ CDMA trong đó có thể chồng lên phổ tần của thế hệ hai nếu không sử dụng phổ tần mới, bao gồm các mạng đã được đưa vào sử dụng như: GPRS, EDGE và CDMA2000-1x. 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 W-CDMA 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. - W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access) là sự nâng cấp của các hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng công nghệ TDMA như: GSM, IS-136. - CDMA2000 là sự nâng cấp của hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng công nghệ CDMA: IS-95. Nhóm 3 : Đoàn Văn Tuấn – Trần Ngọc Anh – Lê Ngọc Chung Trang 4 ĐỒ ÁN KỸ THUẬT VIỄN THÔNG GVHD : Th.S VÕ THỊ HƯƠNG Hình 1.1 Quá trình phát triển lên 3G của 2 nhánh công nghệ chính  Yêu cầu đối với hệ thống thông tin di động thế hệ 3: Thông tin di động thế hệ thứ 3 xây dựng trên cơ sở IMT-2000 được đưa vào phục vụ từ năm 2001. Mục đích của IMT-2000 là đưa ra nhiều khả năng mới nhưng cũng đồng thời bảo đảm sự phát triển liên tục của thông tin di động thế hệ 2. - Tốc độ của thế hệ thứ ba được xác định như sau: + 384 Kb/s đối với vùng phủ sóng rộng. + 2 Mb/s đối với vùng phủ sóng địa phương. - Các tiêu chí chung để xây dựng hệ thống thông tin di động thế hệ ba (3G): + Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2GHz như sau: Đường lên : 1885-2025 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 với mọi loại dịch vụ viễn thông. + Sử dụng các môi trường khai thác khác nhau: trong công sở, ngoài đường, trên xe, vệ tinh. + Có thể hỗ trợ các dịch vụ như: Môi trường thông tin 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. Nhóm 3 : Đoàn Văn Tuấn – Trần Ngọc Anh – Lê Ngọc Chung Trang 5 ĐỒ ÁN KỸ THUẬT VIỄN THÔNG GVHD : Th.S VÕ THỊ HƯƠNG Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho thoại, số liệu chuyển mạch theo kênh và số liệu chuyển mạch theo gói. + Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện. 1.2.4 Hệ thống thông tin di động thế hệ tiếp theo Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 sang thế hệ 4 qua giai đoạn trung gian là thế hệ 3,5 có tên là mạng truy nhập gói đường xuống tốc độ cao HSDPA. Thế hệ 4 là công nghệ truyền thông không dây thứ tư, cho phép truyền tải dữ liệu với tốc độ tối đa trong điều kiện lý tưởng lên tới 1 cho đến 1.5 Gb/giây. Công nghệ 4G được hiểu là chuẩn tương lai của các thiết bị không dây. Các nghiên cứu đầu tiên của NTT DoCoMo cho biết, điện thoại 4G có thể nhận dữ liệu với tốc độ 100 Mb/giây khi di chuyển và tới 1 Gb/giây khi đứng yên, cho phép người sử dụng có thể tải và truyền lên hình ảnh động chất lượng cao. Chuẩn 4G cho phép truyền các ứng dụng phương tiện truyền thông phổ biến nhất, góp phần tạo nên các những ứng dụng mạnh mẽ cho các mạng không dây nội bộ (WLAN) và các ứng dụng khác. Thế hệ 4 dùng kỹ thuật truyền tải truy cập phân chia theo tần số trực giao OFDM, là kỹ thuật nhiều tín hiệu được gởi đi cùng một lúc nhưng trên những tần số khác nhau. Trong kỹ thuật OFDM, chỉ có một thiết bị truyền tín hiệu trên nhiều tần số độc lập (từ vài chục cho đến vài ngàn tần số). Thiết bị 4G sử dụng máy thu vô tuyến xác nhận bởi phần mềm SDR (Software - Defined Radio) cho phép sử dụng băng thông hiệu quả hơn bằng cách dùng đa kênh đồng thời. Tổng đài chuyển mạch mạng 4G chỉ dùng chuyển mạch gói, do đó, giảm trễ thời gian truyền và nhận dữ liệu. II. CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CỦA MẠNG GSM Hệ thống thông tin di động GSM cho phép chuyển vùng tự do của các thuê bao trong châu Âu, có nghĩa là một thuê bao có thể thâm nhập sang mạng của nước khác khi di chuyển qua biên giới. Trạm di động GSM – MS (GSM Mobile Station) phải có khả năng trao đổi thông tin tại bất cứ nơi nào trong vùng phủ sóng quốc tế. • Về khả năng phục vụ : - Hệ thống được thiết kế sao cho MS có thể dùng được trong tất cả các nước có mạng. - Cùng với phục vụ thoại, hệ thống phải cho phép sự linh hoạt lớn nhất cho các loại dịch vụ khác liên quan tới mạng số liên kết đa dịch vụ (ISDN). - Tạo một hệ thống có thể phục vụ cho các MS trên các tầu viễn dương như một mạng mở rộng cho các dịch vụ di động mặt đất. • Về chất lượng phục vụ và an toàn bảo mật: - Chất lượng của thoại trong GSM phải ít nhất có chất lượng như các hệ thống di động tương tự trước đó trong điều kiện vân hành thực tế. - Hệ thống có khả năng mật mã hoá thông tin người dùng mà không ảnh hưởng gì đến hệ thống cũng như không ảnh hưởng đến các thuê bao khác không dùng đến khả năng này. • Về sử dụng tần số: - Hệ thống cho phép mức độ cao về hiệu quả của dải tần mà có thể phục vụ ở vùng thành thị và nông thôn cũng như các dịch vụ mới phát triển. - Dải tần số hoạt động là 890-915 và 935-960 Mhz. - Hệ thống GSM 900Mhz phải có thể cùng tồn tại với các hệ thống dùng 900Mhz trước đây. • Về mạng: - Kế hoạch nhận dạng dựa trên khuyến nghị của CCITT (International Consulative Committee for Telegraphy and Telephony : Ủy Ban tư vấn Quốc Tế về điện thoại và điện báo). - Kế hoạch đánh số dựa trên khuyến nghị của CCITT. - Hệ thống phải cho phép cấu trúc và tỷ lệ tính cước khác nhau khi được dùng trong các mạng khác nhau. - Trung tâm chuyển mạch và các thanh ghi định vị phải dùng hệ thống báo hiệu được tiêu chuẩn hoá quốc tế. - Chức năng bảo vệ thông tin báo hiệu và thông tin điều khiển mạng phải được cung cấp trong hệ thống. Nhóm 3 : Đoàn Văn Tuấn – Trần Ngọc Anh – Lê Ngọc Chung Trang 6 ĐỒ ÁN KỸ THUẬT VIỄN THÔNG GVHD : Th.S VÕ THỊ HƯƠNG III. CHỨC NĂNG CƠ BẢN CỦA MẠNG GSM Một hệ thống thông tin di động để trở thành hệ thống thông tin hữu hiệu khi chúng có đầy đủ các chức năng sau: a. Định vị và theo dõi Dù đang trong thời gian liên lạc hay trong trạng thái chờ, do người sử dụng luôn hoạt động nên hệ thống phải luôn thay đổi thông tin về vị trí của người sử dụng mới có thể đảm bảo liên lạc không bị ngắt quãng khi người sử dụng thay đổi vị trí. Cũng như đảm bảo đáp ứng kịp thời nhu cầu thông tin sau khi người sử dụng đến địa chỉ mới. Do vậy, hệ thống phải có khả năng điều khiển thiết bị đầu cuối di động. b. Đảm bảo truy nhập tốt nhất Thông thường, thuê bao bị vây bọc giữa nhiều tín hiệu trạm cơ sở, do đó dù xét trên phương diện hệ thống hay người sử dụng thì việc tìm điểm truy nhập tốt nhất vẫn là yêu cầu cơ bản. Chỉ có như vậy, chất lượng hệ thống mới được đảm bảo tin cậy. 1.3.1 Các đặc tính chủ yếu của hệ thống GSM • Có thể phục vụ được số lớn các dịch vụ và tiện ích cho thuê bao cả trong thông tin di động thoại và truyền số liệu. • Đối với thoại có thể có các dịch vụ: - Chuyển hướng cuộc gọi vô điều kiện - Chuyển hướng cuộc gọi khi thuê bao di động bận - Cấm tất cả các cuộc gọi ra quốc tế. - Giữ cuộc gọi. - Thông báo cước phí. - Nhận dạng số chủ gọi. • Đối với dịch vụ số liệu: - truyền số liệu - Dịch vụ nhắn tin: các gói thông tin có kích cỡ 160 ký tự có thể lưu giữ. 1.3.2. Sự tương thích của các dịch vụ trong GSM với các dịch vụ của mạng sẵn có • PSTN ( Publich Switched Telephone Network - Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng). • ISDN ( Intergrated Service Digital Network – mạng số tổ hợp dịch vụ). Cho phép các thuê bao lưu động ở các nước với nhau có cùng sử dụng hệ thống GSM một cách hoàn toàn tự động. Nghĩa là thuê bao có thể mang máy di động đi mọi nơi và mạng sẽ tự động cập nhật thông tin về vị trí của thuê bao đồng thời thuê bao có thể gọi bất cứ nơi nào mà không cần thiết thuê bao khác đang ở đâu. - Sử dụng băng tần 900 MHz với hiệu quả cao bởi sự kết hợp giữa 2 phương pháp TDMA, FDMA. - Giải quyết sự hạn chế dung lượng: thực chất việc dung lượng sẽ tăng lên nhờ việc sử dụng tần số tốt hơn và kỹ thuật chia ô nhỏ, do vậy số thuê bao được phục vụ sẽ tăng lên. - Tính linh động cao nhờ sử dụng các loại máy thông tin di động khác nhau: máy cầm tay, máy xách tay, máy đặt trên ô tô… - Tính bảo mật: Mạng kiểm tra sự hợp lệ của mỗi thuê bao GSM bởi thẻ đăng kí SIM (Subcirber identity Module). Thẻ Sim sử dụng mật khẩu PIN (Persnal Identity Number) để bảo vệ quyền sử dụng của người sử dụng hợp pháp. SIM cho phép sử dụng nhiều dịch vụ và cho phép người dùng truy nhập vào các PLMN(Public Land Mobile Network) khác nhau. Đồng thời trong hệ thống GSM còn có trung tâm nhận thực AuC, trung tâm còn cung cấp mã bảo mật chống nghe trộm cho từng đường vô tuyến và thay đổi cho từng thuê bao. Nhóm 3 : Đoàn Văn Tuấn – Trần Ngọc Anh – Lê Ngọc Chung Trang 7 ĐỒ ÁN KỸ THUẬT VIỄN THÔNG GVHD : Th.S VÕ THỊ HƯƠNG IV. ĐẶC ĐIỂM TRUYỀN SÓNG TRONG MẠNG GSM Đặc tính truyền sóng trong thông tin vô tuyến di động là tín hiệu thu được ở máy thu bị thay đổi so với tín hiệu đã phát ở máy phát về tần số, biên độ, pha và thời gian giữ chậm. Các thay đổi này có tính chất rất phức tạp và sự tác động của chúng ảnh hưởng tới chất lượng liên lạc hay truyền dữ liệu. Nó phụ thuộc vào hàng loạt các yếu tố như: Địa hình, khoảng cách liên lạc, dải tần, khí quyển, mật độ thuê bao…Tuy vậy ta có thể cơ bản chia ảnh hưởng của chúng thành: Ảnh hưởng của hiệu ứng Dopler, tổn hao đường truyền, hiệu ứng pha-đinh và hiện tượng trải trễ. Tổn hao đường truyền: Là lượng suy giảm của mức điện thu so với mức điện đã phát đi. Mức điện trung bình của tín hiệu thu giảm dần theo khoảng cách, do công suất của tín hiệu trên một diện tích của mặt cầu sóng tới giảm dần theo khoảng cách giữa anten phát và anten thu, hấp thụ của môi trường truyền sóng…Tổn hao đường truyền phụ thuộc vào: Tần số bức xạ, địa hình, mật độ thuê bao, mức độ di động của chướng ngại vật, loại anten được sử dụng…Trong mạng tế bào thì tổn hao này tăng tỷ lệ với lũy thừa của khoảng cách, tuân theo luật mũ 4. Tổn hao đường truyền hạn chế kích thước của tế bào và cự ly thông tin, do đó ta có thể lợi dụng nó để phân chia hiệu quả các tế bào, cho phép tái sử dụng tần số một cách hiện hữu, làm tăng hiệu quả sử dụng tần số. Ảnh hưởng của hiệu ứng Dopler: Là sự thay đổi của tần số tín hiệu thu so với tần số tín hiệu được phát gây bởi chuyển động tương đối giữa máy thu và phát trong quá trình truyền sóng. Giả sử tần số thu được tại máy thu là: f = f c + f m *cosα i → f = f c *(1+(v/c) * cosα i ) (1.1) Trong đó: f là tần số tín hiệu thu được ở đầu vào máy thu. f c là tần số sóng mang phát không bị điều chế. f m là lượng dịch tần Dopler. α i góc của tia sóng tới thứ i so với hướng chuyển động của máy thu. c là vận tốc ánh sáng mà f m = v *f c /c. Khi máy thu đứng yên so với máy phát (v = 0) hoặc máy thu chuyển động vuông góc với góc tới của tín hiệu phát (α i = 90 0 ) thì tần số của tín hiệu thu mới không bị thay đổi. Ngược lại thì bị thay đổi và hiệu ứng xảy ra mạnh nhất khi máy thu chuyển động theo phương của tia sóng tới (α i = 0 0 ; 180 0 ) như: Anten phát bố trí dọc theo quốc lộ còn máy thu đặt trên xe chuyển động trên xa lộ đó… Hiện tượng pha-đinh: Ở một khoảng cách ngắn nào đó thì mức tín hiệu thu trung bình không đổi, khi mức điện tức thời của tín hiệu thu tại anten có thể thay đổi nhanh hoặc chậm (pha-đinh nhanh hoặc pha-đinh chậm), nhưng khi khoảng cách giữa MS và BTS tăng thì mức điện thu trung bình giảm. Nguyên nhân gây ra pha đinh là: Sự truyền lan theo nhiều tia của sóng vô tuyến trong môi trường di động như: Nhiễu xạ, tán xạ và phản xạ từ các chướng ngại vật hay người ta còn gọi là pha đinh đa đường. Pha đinh gọi là phẳng nếu mức tín hiệu thu trung bình xảy ra như nhau với mọi tần số làm việc của kênh trong suốt dải tần. Pha đinh tần số là pha đinh xảy ra đối với tất cả các tần số trong suốt dải tần. Khi pha-đinh rất sâu xảy ra thì tín hiệu thu được có thể giảm tới không, tỷ số tín hiệu/tạp âm nhỏ hơn không (S/N<0) thì đầu ra của máy thu hoàn toàn phụ thuộc vào nhiễu của kênh. Hiện tượng trải trễ: Đối với thông tin di động số thì việc truyền dẫn tín hiệu theo nhiều tia sóng trong môi trường di động dẫn đến sự trải trễ và độ trải trễ có thể xem như độ dài của xung khi xung cực hẹp được phát đi. Nhóm 3 : Đoàn Văn Tuấn – Trần Ngọc Anh – Lê Ngọc Chung Trang 8 ĐỒ ÁN KỸ THUẬT VIỄN THÔNG GVHD : Th.S VÕ THỊ HƯƠNG Hiện tượng trải trễ làm hạn chế tốc độ truyền tin và khi lưu lượng trải trễ càng lớn thì tốc độ truyền tin càng nhỏ. Đối với hệ thống thông tin di động trong nhà thì tốc độ tối đa có thể đạt được khoảng 2 Mb/s mà không cần bộ san bằng kênh. Còn đối với thông tin di động tế bào lớn muốn truyền tin với tốc độ cao thì nhất thiết phải có bộ san bằng kênh hoặc là chia nhỏ kích thước của tế bào (thực chất của bộ san bằng kênh là mạch lọc). Do đó kích thước của tế bào có ảnh hưởng rất lớn đến đặc điểm truyền sóng trong thông tin di động. V. CẤU TRÚC ĐỊA LÝ CỦA MẠNG Mọi mạng điện thoại cần một cấu trúc nhất định để định tuyến các cuộc gọi đến tổng đài cần thiết và cuối cùng đến thuê bao bị gọi. Ở một mạng di động, cấu trúc này rất quan trọng do tính lưu thông của các thuê bao trong mạng. Trong hệ thống GSM, mạng được phân chia thành các phân vùng sau (hình 1.1): Hình 1.1 Phân cấp cấu trúc địa lý mạng GSM Hình 1.2 Phân vùng và chia ô Nhóm 3 : Đoàn Văn Tuấn – Trần Ngọc Anh – Lê Ngọc Chung Trang 9 ĐỒ ÁN KỸ THUẬT VIỄN THÔNG GVHD : Th.S VÕ THỊ HƯƠNG 1.5.1 Vùng phục vụ PLMN Vùng phục vụ GSM là toàn bộ vùng phục vụ do sự kết hợp của các quốc gia thành viên nên những máy điện thoại di động GSM của các mạng GSM khác nhau ở có thể sử dụng được nhiều nơi trên thế giới. Phân cấp tiếp theo là vùng phục vụ PLMN, đó có thể là một hay nhiều vùng trong một quốc gia tùy theo kích thước của vùng phục vụ. Kết nối các đường truyền giữa mạng di động GSM/PLMN và các mạng khác (cố định hay di động) đều ở mức tổng đài trung kế quốc gia hay quốc tế. Tất cả các cuộc gọi vào hay ra mạng GSM/PLMN đều được định tuyến thông qua tổng đài vô tuyến cổng G-MSC (Gateway - Mobile Service Switching Center). G-MSC làm việc như một tổng đài trung kế vào cho GSM/PLMN. 1.5.2 Vùng phục vụ MSC MSC (Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động, gọi tắt là tổng đài di động). Vùng MSC là một bộ phận của mạng được một MSC quản lý. Để định tuyến một cuộc gọi đến một thuê bao di động. Mọi thông tin để định tuyến cuộc gọi tới thuê bao di động hiện đang trong vùng phục vụ của MSC được lưu giữ trong bộ ghi định vị tạm trú VLR. Một vùng mạng GSM/PLMN được chia thành một hay nhiều vùng phục vụ MSC/VLR. 1.5.3 Vùng định vị LA Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR được chia thành một số vùng định vị LA. Vùng định vị là một phần của vùng phục vụ MSC/VLR, mà ở đó một trạm di động có thể chuyển động tự do mà không cần cập nhật thông tin về vị trí cho tổng đài MSC/VLR điều khiển vùng định vị này. Vùng định vị này là một vùng mà ở đó thông báo tìm gọi sẽ được phát quảng bá để tìm một thuê bao di động bị gọi. Vùng định vị LA được hệ thống sử dụng để tìm một thuê bao đang ở trạng thái hoạt động. Hệ thống có thể nhận dạng vùng định vị bằng cách sử dụng nhận dạng vùng định vị LAI (Location Area Identity): LAI = MCC + MNC + LAC MCC (Mobile Country Code): mã quốc gia MNC (Mobile Network Code): mã mạng di động LAC (Location Area Code) : mã vùng định vị (16 bit) 1.5.4 Cell ( tế bào ) Vùng định vị được chia thành một số ô mà khi MS di chuyển trong đó thì không cần cập nhật thông tin về vị trí với mạng. Cell là đơn vị cơ sở của mạng, là một vùng phủ sóng vô tuyến được nhận dạng bằng nhận đạng ô toàn cầu (CGI). Mỗi ô được quản lý bởi một trạm vô tuyến gốc BTS. CGI = MCC + MNC + LAC + CI CI (Cell Identity): Nhận dạng ô để xác định vị trí trong vùng định vị. Nhóm 3 : Đoàn Văn Tuấn – Trần Ngọc Anh – Lê Ngọc Chung Trang 10 LA 4 LA 3 LA 1 LA 2 Cell MS VLR [...]... Location Register Tiếng Việt Hệ thống thông tin di động toàn cầu Modul nhận dạng thuê bao Thiết bị di động đầu cuối Trạm di động Giao di n vô tuyến giữa MS và BTS Trạm thu phát gốc Hệ thống trạm gốc Trạm điều khiển gốc Giao di n giữa BTS và BSC Giao di n giữa BSC và MSC Hệ thống hỗ trợ và điều hành Trung tâm quản lý mạng Trung tâm quản lý và khai thác Trung tâm chuyển mạch di động Bộ ghi định vị tạm trú Nhóm... lượng BSC phụ thuộc vào lưu lượng của BTS Giao di n giữa BSC và MSC là giao di n A, còn giao di n giữa BTS và BSC là giao di n Abis Các chức năng chính của BSC: - 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... băng tần đường lên và xuống, khoảng cách các sóng mang là 200KHz Có công suất phát cực đại là 0.25/1W VII PHƯƠNG PHÁP TRUY NHẬP TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG Ở giao di n vô tuyến, MS và BTS liên lạc với nhau bằng sóng vô tuyến Để sử dụng tài nguyên tần số có hiệu quả, ngoài việc sử dụng lại tần số, số kênh vô tuyến được dùng theo kiểu kênh trung kế Hệ thống trung kế vô tuyến là hệ thống vô tuyến có số kênh... Subsystem) 2.1 Trạm di động MS Trạm di động là thiết bị duy nhất mà người sử dụng có thể thường xuyên nhìn thấy của hệ thống MS có thể là: máy cầm tay, máy xách tay hay máy đặt trên ô tô Ngoài việc chứa các chức năng vô tuyến chung và xử lý cho giao di n vô tuyến MS còn phải cung cấp các giao di n với người sử dụng (như micrô, loa, màn hiển thị, bàn phím để quản lý cuộc gọi) hoặc giao di n với môt số các... nối thông thiêt bị đầu cuối với kết cuối di động Cần sử dụng bộ thích ứng đầu cuối khi giao di n ngoài trạm di động tuân theo tiêu chuẩn ISDN để đấu nối đầu cuối, còn thiết bị đầu cuối lại có thể giao di n đầu cuối – modem Máy di động MS gồm hai phần: Module nhận dạng thuê bao SIM ( Subscriber Identity Module) và thiết bị di động ME (Mobile Equipment) 2.1.1 ME ( Mobile Equipment – Thiết bị di động. .. đổi được do tổng đài của nhà cung cấp dịch vụ quản lý Sau 10 lần nhập sai liên tiếp thì SIM đó sẽ bị chặn mãi mãi ngay cả khi rút SIM ra hay tắt MS 2.2 Phân hệ trạm gốc BSS BSS giao di n trực tiếp với các trạm di động MS bằng thiết bị BTS thông qua giao di n vô tuyến Mặt khác BSS thực hiện giao di n với các tổng đài ở phân hệ chuyển mạch NSS Tóm lại, BSS thực hiện đấu nối các MS với tổng đài và nhờ vậy... (Transcoding and Rate Adapter Unit): Bộ chuyển đổi mã và phối hợp tốc độ 2.2.1 Khối BTS (Base Tranceiver Station) Một BTS bao gồm các thiết bị thu/phát tín hiệu sóng vô tuyến, anten, bộ khuếch đại tần 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 di n vô tuyến như : Phát quảng bá các thông tin của... khối chức năng điều khiển và giám sát các BTS và các liên lạc vô tuyến trong hệ thống Vai trò chủ yếu của BSC là điều khiển công suất, quản lý chuyển giao, quản lý các kênh trong giao di n vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển của BTS và MS Đó là các lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và quản lý chuyển giao BSC được nối với BTS ở một phía và MSC ở phía NSS BSC là một tổng đài nhỏ có khả năng tính... THÔNG GVHD : Th.S VÕ THỊ HƯƠNG CHƯƠNG II CẤU TRÚC MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM I CẤU TRÚC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM Hình 2.1 : Cấu trúc mạng thông tin di động GSM Chú thích: Chữ viết tắt GSM SIM ME MS Um BTS BSS BSC Abis A OSS NMC OMC MSC VLR Tiếng Anh Global System for Mobile Communication Subscriber Identity Module Mobile Equipment Mobile Station Um Air Interface Base Transceiver Station Base Station... ME khác nhau SIM là một card điện tử thông minh được cắm vào ME để nhận dạng thuê bao và bảo vệ các loại dịch vụ mà thuê bao đó đã đăng ký Nó có phần cứng và phần mềm cần thiết với bộ nhớ có thể lưu trữ thông tin Có hai loại thông tin là thông tin cố định và thông tin thay đổi: + Thông tin cố định: Bao gồm số nhận dạng thuê bao MSISDN, IMSI, số Seri, trạng thái SIM và các loại khóa bảo mật Thuê bao sẽ . thuộc vào lưu lượng của BTS. Giao di n giữa BSC và MSC là giao di n A, còn giao di n giữa BTS và BSC là giao di n Abis. Các chức năng chính của BSC: - Quản lý mạng vô tuyến: Việc quản lý vô tuyến. II CẤU TRÚC MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM I. CẤU TRÚC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM Hình 2.1 : Cấu trúc mạng thông tin di động GSM Chú thích: Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt GSM Global System. 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