đồ án tổng quan hệ thống thông tin di động gsm

Đồ án TN: Tổng Quan Về Hệ Thống Viễn Thông GSM
TRƯỜNG …………………
KHOA………………………

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề tài:
MẠNG THÔNG TIN DI
ĐỘNG GSM
SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 1
Đồ án TN: Tổng Quan Về Hệ Thống Viễn Thông GSM
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ
NỘI

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: ĐINH THỊ HỒNG PHÚC………… Số hiệu sinh viên: 08CĐ – 01ĐT
Khoá: K53… Viện : Điện tử - Viễn thông Ngành: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG…
1. Đầu đề đồ án:
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM…………………
…………………………………………………………………………………………
2. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
…………………………………… …………………………………………… …….
…………………………………………………………………………………………
3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
……………………………………………………………………………………………………………
… ….
……………………………………………………………………………………………………………
……………………… ….………………………………………………………………………
4. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):

……………………………………………………………………………………………………………
………… ….
……………………………………………………………………………………………………………
…………… ……….………………………………………………………………….
5. Họ tên giảng viên hướng dẫn:PGS.TS HỒ ANH TÚY …………………………………
6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: …………………………………………………….
7. Ngày hoàn thành đồ án: ……………………………………………………….
Ngày tháng năm
Chủ nhiệm Bộ môn Giảng viên hướng dẫn
SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 2
Đồ án TN: Tổng Quan Về Hệ Thống Viễn Thông GSM
Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày tháng năm
Cán bộ phản biện
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: ĐINH THỊ HỒNG PHÚC Số hiệu sinh viên: 08CĐ – 01ĐT
Ngành: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Khoá: K53
Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS HỒ ANH TÚY
Cán bộ phản biện:
1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp:







2. Nhận xét của cán bộ phản biện:

SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 3
Đồ án TN: Tổng Quan Về Hệ Thống Viễn Thông GSM
Ngày tháng năm
Cán bộ phản biện
( Ký, ghi rõ họ và tên )
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU…………………………………………… 3
MỤC LỤC…………………… ………………………………………….5
BẢNG CÁC TỪ VIẾT TẮT……………………………………………… …… 6
DANH SÁCH CÁC HÌNH………………………………………………………… 10
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG GSM 11
1.1 Lịch sử phát triển mạng GSM……………………………………………….11
1.2 Mạng thông tin di động………………………………………………………12
1.3 Các đặc tính của mạng di động GSM……………………………………… 13
1.4 Các dịc vụ tiêu chuẩn ở GSM……………………………………………… 13
1.4.1 Dịch vụ thoại…………………………………………………………………13
1.4.2 Các dịch vụ số liệu………………………………………………… 14
1.4.3 Dịch vụ bản tin nhắn……………………………………………………… 14
1.5 Các chỉ tiêu kĩ thuật của GSM……………………………………………….14
1.5.1 Về khả năng phục vụ ……………………………………………… 15
1.5.2 Về chất lượng phục vụ và an toàn bảo mật ……………………………… 15
1.5.3 Về sử dụng tần số……………………………………………………………15
1.5.4 Về mạng…………………………………………………………………… 15

CHƯƠNG II: CẤU TRÚC VÀ THÀNH PHẦN CỦA MẠNG GSM……………16
2.1 Cấu trúc địa lý của mạng…………………………………………………….16
2.1.1 Vùng phục vụ PLMN (Public Land Mobile Network)…………………… 17
2.1.2 Vùng mạng ………………………………………………………………… 17
2.1.3 Vùng phục vụ MSC (Mobile Service Controler)…………………… 17
2.1.4 Vùng định vị LA (Location Area)…………………………………… 18
2.1.5 Ô (Cell)………………………………………………………………………18
SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 4
Đồ án TN: Tổng Quan Về Hệ Thống Viễn Thông GSM
2.2 Cấu trúc mạng GSM…………………………………………………………19
2.3 Các thành phần chức năng trong hệ thống………………………………… 20
2.3.1 Hệ thống trạm gốc BSS ( Base Station Subsystem)…………………………20
2.3.2 Phân hệ chuyển mạch SS ( Switching Subsystem)………………………… 23
2.4 Trạm di động MS (Mobile Station)………………………………………….28
2.5 Phân hệ khai thác và hỗ trợ OSS (Operation and Support Subsystem)…….29
2.5.1 Khai thác…………………………………………………………… 30
2.5.2 Bảo dưỡng…………………………………………………………… 30
2.5.3 Quản lý thuê bao…………………………………………………………… 30
2.5.4 Quản lý thiết bị di động………………………………………………….… 31
CHƯƠNG 3: CHUYỂN GIAO HANDOVER TRONG MẠNG GSM………… 33
3.1 Các loại chuyển giao ……………………………………………………… 34
3.1.1 Chuyển giao trong BTS………………………………………………… 34
3.1.2 Chuyển giao trong cùng BSC……………………………………………… 35
3.1.3 Chuyển giao trong cùng MSC……………………………………………….35
3.1.4 Chuyển giao giữa các MSC………………………………………………….36
CHƯƠNG 4: GIAO TIẾP VÔ TUYẾN SỐ……………………………………….37
4.1 Giao diện vô tuyến……………………………………………………… 37
4.2 Suy hao đường truyền và phading………………………………………… 38
4.3 Phân tán thời gian……………………………………………………… ….40
4.4 Các phương pháp phòng suy hao đường truyền do phading……………… 41

4.5 Phương pháp chống phân tán thời gian…………………………………… 44
4.6 Nguyên tắc khi chia kênh theo thời gian… ……………………………… 45
4.6.1 Khái niệm về khe vô tuyến……………… …………………………………45
4.6.2 Kênh vật lý.……………………………… …………………………………45
4.6.3 Kênh logic.………………………………… ……………………………….47
4.7 Chia kênh logic theo khe thời gian………………………………………… 50
CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ VÀ QUY HOẠCH HỆ THỐNG MẠNG GSM…… 52
5.1 Hệ thống thông tin di động tế bào………………………………………… 52
5.1.1 Cấu trúc hệ thống thoại trước đây………………………………………… 52
5.1.2 Hệ thống thông tin di động tế bào……………… 53
5.2 Quy hoạch cell……………………………………………………………….54
5.2.1 Khái niệm tế bào…………………………………………………………… 54
5.2.2 Kích thước Cell và phương thức phủ sóng………………………………… 54
5.2.3 Chia cell………………………………………… 56
5.3 Quy hoạch tần số…………………………………………………… 62
5.3.1 Tái sử dụng lại tần số……………………………………………………… 63
5.3.2 Các mẫu tái sử dụng lại tần số……………………………… 64
SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 5
Đồ án TN: Tổng Quan Về Hệ Thống Viễn Thông GSM
5.3.3 Thay đổi quy hoạch tần số theo phân bố lưu lượng 65
5.3.4 Thiết kế tần số theo phương pháp MPR…………………………………… 67
5.3.5 Kiểu loại anten……………………………………………………………….76
5.3.6 Độ tăng ích anten…………………………………………………………….77
5.3.7 Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương……………………………… 77
KẾT LUẬN………………………………………………………………………… 82
TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………….….83

CÁC TỪ VIẾT TẮT
SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 6
Đồ án TN: Tổng Quan Về Hệ Thống Viễn Thông GSM

ACCH Associated Control Chanel Kênh điều khiển liên kết
AGCH Access Grant Chanel Kênh cho phép truy nhập
AuC Authentication Center Trung tâm nhận thực
BCCH Broadcast Control Chanel Kênh điều khiển quảng bá
BCH Broadcast Chanel Kênh quảng bá
BER Bit Error Rate Tỉ lệ lỗi bit
Bm Full Rate TCH TCH toàn quốc
BSIC Base Station Indentity Code Mã nhận dạng trạm gốc
BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc
BSSA Base Station Application Part Phần ứng dụng trạm gốc
BS Base Station Trạm gốc
BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc
C/A Carrier to Adjeacent Tỉ số sóng mang/ nhiễu lân
cận
CCH Control Chanel Kênh điều khiển
CCCH Common Control Chanel Kênh điều khiển chung
CCITT International Telegraph and Telephone
Consultative Committee
Ủy ban tư vấn quốc tế về
điện thoại và điện báo
CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập chia theo mã
Cell Cellulear Ô (tế bào)
CEPT Conference of European Post an
Telecommunication
Liên minh Châu Âu về Bưu
Chính Viễn Thông
CI Cell Identity Nhận dạng ô
C/I Carrier to Interference Tỉ số sóng mang/ nhiễu đồng
kênh
C/R Carrier to Reflection Tỉ số sóng mang/ sóng phản

xạ
CM Conection Management Quản lý kết nối
DCCH Deidicated Control Chanel Kênh điều khiển dành riêng
ETSI European Telecomunications Standards
Institue
Viện tiêu chuẩn VTCA
EIR Equipment Identification Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị
FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo
tần số
FCCH Frequency Correction Chanel Kênh hiệu chỉnh tần số
FACCH Fast Associated Control Chanel Kênh điều khiển lệnh liên kết
nhanh
GSMC Gateway MSC Tổng đài di động cổng
GSM Global System for Mobile
Communication
Trung tâm di động toàn cầu
GPRS Generation Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung
HLR Home Location Bộ đăng ký định vị thường
trú
HON Handover Number Số chuyển giao
SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 7
Đồ án TN: Tổng Quan Về Hệ Thống Viễn Thông GSM
ISON Intergrated Service Digital Network Mạng số đa dịch vụ
IMSI International Mobile Subcriber Identity Số nhận dạng thuê bao di
động quốc tế
IHOSR Incoming HO successful Rate Tỉ lệ thành công Handover
LA Location Area Vùng định vị
LAC Location Area Code Mã vùng định vị
LAI Location Area Identity Số nhận dạng vùng định vị
LAPD Link Access Procedures on Dchanel Các thủ tục truy nhập đường

truyền kênh D
LAPDm LAPDmodified LAPD được điều chỉnh
MCC Mobile Country Code Mã quốc gia của trạm di
động
MNC Mobile Network Code Mã mạng trung tâm di động
MPR Multiple Reuse Patterns Đa mẫu sử dụng lại
MSC Mobile Switching Service Center Tổng đài di động
MS Mobile Station Trạm di động
MSISDN Mobile Station ISDN Number Số ISDN của trạm di động
NMT Nordic Mobile Telephone Điện thoại di động Bắc Âu
NSS Network Subsystem Phân hệ mạng
OMC Operation and Maintencince Center Trung tâm khai thác và bảo
dưỡng
OSS Operation and Support System Phân hệ khai thác và hỗ trợ
OSI Open System Interconnetion Liệt kê hệ thống mở
PCH Puging Chanel Kênh tìm gọi
PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công
cộng
PSPDN Packet Switch Public Data Network Mã số liệu công cộng chuyển
mạch gói
PSTN Public Swithched Telephone Network Mạng chuyển mạch điện
thoại công cộng
RACH Random Access Chanel Kênh truy cập ngẫu nhiên
RX Receiver Máy thu
SABM Set Asynchronous Balance Mode Đặt chế độ cân bằng không
đồng bộ
SACCH Slow Associated Control Chanel Kênh điều kiện dành riêng
đứng một mình
SCCP Signaling Connection Control Part Phần điều kiện kết nối báo
hiệu

SCH Synchoronous Chanel Kênh đồng bộ khung
SDCCH Stand Alone Dedicated Điều khiển kênh dành riêng
SIM Subscriber Identity Modul Modun nhận dạng thuê bao
SMS Short Message Service Dịch vụ bản tin ngắn
SS Switching Subsystem Phân hệ chuyển mạch
TCH Traffic Chanel Kênh lưu lượng
TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo
SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 8
Đồ án TN: Tổng Quan Về Hệ Thống Viễn Thông GSM
tần số
TMN Telecommunication Mạng quản lý vô tuyến
TRAU Transcoding and Rate/ Adapter Unit Bộ chuyển đổi mã và phối
hợp tốc độ
TRx Transceiver Bộ thu – phát
DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 1.1 Thành phần di động trên thế giới năm 2006………………………………16
Hình 2.1 Phân vùng cấu trúc địa lý mạng GSM……………………………………20
Hình 2.2 Phân vùng và chia ô………………………………………………………20
Hình 2.3Mô hình hệ thống GSM…………………………………………………… 23
Hình 2.4 Chức năng xử lý cuộc gọi của MSC……………………………………… 28
Hình 3.1 Chuyển giao trong mạng GSM…………………………………………… 36
Hình 3.2 Chuyển giao trong BTS………………………………………………… 36
Hình 3.3 Chuyển giao trong cùng BSC…………………………………………… 36
Hình 3.4 Chuyển giao trong cùng MSC…………………………………………….38
SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 9
Đồ án TN: Tổng Quan Về Hệ Thống Viễn Thông GSM
Hình 3.5 Chuyển giao giữa các MSC khác nhau………………………………… 38
Hình 4.1 Fading chuẩn Logarit………………………………………………… 41
Hình 4.2 Fading Raile………………………………………………………………42
Hình 4.3 Tín hiệu thu được khi ở cách anten phát Tx một khoảng nhất định…… .42

Hình 4.4 Biểu diễn phân tập thời gian…………………………………………… 45
Hình 4.5Tổ chức đa khung…………………………………………………………49
Hình 4.6 Phân loại kênh logic………………………………………………………51
Hình 4.7 Ghép các BCH và CCCH ở Ts0………………………………………… 53
Hình 4.8 Ghép RAC ở Ts0…………………………………………………………54
Hình 4.9 Ghép TCH……………………………………………………………… 54
Hình 5.1 Cấu trúc hệ thống thông tin di động trước đây………………………… 55
Hình 5.2 Hệ thống thông tin di động sử dụng cấu trúc tế bào …………………….56
Hình 5.3 Omni (360
0
) Cell site…………………………………………………… 58
Hình 5.4 Sector hóa 120
0
………………………………………………………… 59
Hình 5.5 Phân chia Cell……………………………………………………………60
Hình 5.6 Các Omni (360
0
) Cells ban đầu………………………………………… 60
Hình 5.7 Giai đoạn 1 :Sector hóa………………………………………………… 60
Hình 5.8 Tách chia 1:3 thêm lần nữa………………………………………………60
Hình 5.9 Tách chia 1:4 (sau lần đầu chia 3)……………………………………… 61
Hình 5.10 Mảng mẫu gồm 7 cells………………………………………………… 66
Hình 5.11 Khoảng cách tái sử dụng tần số………………………………………… 67
Hình 5.12 Thay đổi quy hoạch tần số……………………………………………….68
Hình 5.13 Phủ sóng không liên tục………………………………………………….70
Hình 5.14 Một ví dụ về hiệu quả của kỹ thuật nhảy tần trên phân tập nhiễu của một
mạng lưới. Kích thước của mũi tên phản ánh nhiễu tương quan giữa các cell đồng
kênh………………………………………………………………………………… 71
Hình 5.15 Ví dụ về thiết kế tần số với phương pháp MRP………………………… 75
SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 10

Đồ án TN: Tổng Quan Về Hệ Thống Viễn Thông GSM
Hình 5.16 Anten vô hướng (Omni antenna) 79
Hình 5.17 Anten vô hướng (Omni antenna) 79

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, cuộc cách mạng của các nghành khoa học kĩ thuật đã và đang phát
triển rất mạnh mẽ. đặc biệt là trong lĩnh vực Công Nghệ Thông Tin và Điện Tử - Viễn
Thông. Hơn nữa thông tin di động hiện nay còn trở thành một dịch vụ kinh doanh
không thể thiếu của các nhà khai thác dịch vụ viễn thông. Những thành tựu của Công
Nghệ Thông Tin và Điện Tử - Viễn Thông có nhiều ứng dụng to lớn và trở thành một
phần quan trọng trong cuộc sống của chúng ta ngày nay.
Đối với các khác hàng viễn thông nhất là đối với các nhà doanh nghiệp viễn
thông thì thông tin di động trở thành một phương tiện quen thuộc. Các dịch vụ thông ti
di động không còn hạn chế đối với các khách hàng giàu có mà đã phát triển cho mọi
đối tượng khách hàng. Cùng với sự phát triển của đất nước thì Công nghệ thông tin
cũng có những bước phát triển vượt bậc so với sự phát triển của các nghành khác như:
điện, điện tử, tin học, quang học… Các quốc gia đều coi viễn thông là nghành mũi
nhọn và được đầu tư thích đáng trong nhiều nghiên cứu và trong ứng dụng công nghệ
thông tin làm đòn bẩy để kích thích sự phát triển của nghành kinh tế quốc dân khác.
SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 11
Đồ án TN: Tổng Quan Về Hệ Thống Viễn Thông GSM
Ngày nay với nhu cầu cả về số lượng và chất lượng của khách hàng sử dụng các
dịch vụ viễn thông ngày càng cao, đòi hỏi phải có những phương tiện thông tin hiện
đại, đáp ứng nhu cầu đa dạng của khách hàng mọi lúc, mọi nơi họ cần.Và mạng GSM
với những ưu điểm nổi bật như: dung lượng lớn, chất lượng tốt, tính bảo mật cao…thì
sự ra đời của mạng di động GSM đã đáp ứng được các yêu cầu cao, cần thiết cho toàn
xã hội. Nghành thông tin di động được coi là nghành mũi nhọn cần phải đi trước một
bước. làm cơ sở cho các nghành khác phát triển, nhu cầu trao đổi, cập nhật thông tin
của con người ở mọi lúc, mọi nơi ngày càng cao. Các hệ thống thông tin di động ra đời
và phát triển đã trở thành một loại hình dịch vụ, phương tiện thông tin phổ biến, đáp

ứng nhu cầu của cuộc sống hiện đại. Các hệ thống thông tin di động đang phát triển rất
nhanh cả về quy mô, dung lượng và đặc biệt là các loại hình dịch vụ mới để đáp ứng
tốt hơn nhu cầu của người sử dụng. Những năm gần đây, lĩnh vực thông tin di động
trong nước đã có những bước phát triển vượt bậc cả về cơ sở hạ tầng lẫn chất lượng
phục vụ. Với sự hình thành của nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn thông mới đã tạo ra
sự cạnh tranh để thu hút thị thị trường thuê bao giữa các nhà cung cấp dịch vụ. Hơn
nữa, các nhà cung cấp dịch vụ liên tục đưa ra các chính sách khuyến mại, giảm giá
cước… cũng thu hút được rất nhiều khách hàng sử dụng dịch vụ. Mặt khác, mức sống
chung của toàn xã hội ngày càng được nâng cao khiến cho số lượng các thuê bao sử
dụng dịch vụ di động tăng đột biến trong vài năm gần đây.
Tại Việt Nam, mạng di động số thế hệ thứ 2 (2G) sử dụng công nghệ GSM đã và
đang phát triển rộng khắp các tỉnh thành trong cả nước. Công nghệ GSM sử dụng dải
tần 900Mhz, 9,6Kbps chỉ được áp dụng cho các dịch vụ thoại, dịch vụ bản tin nhắn,
hạn chế nhiều dịch vụ phi thoại yêu cầu có tốc độ cao như hình ảnh, gửi hình ảnh, văn
bản và truy cập Internet Đồng thời với sự phát triển của mạng di động sử dụng công
nghệ GSM, ngày nay, không chỉ có các nước tiên tiến trên thế giới mà ở nước ta cũng
đã phát triển rất mạnh các mạng sử dụng công nghệ cao hơn như: GPRS, 3G, W –
CDMA(4G). Các mạng di động sử dụng công nghệ cao đó có tốc độ truy cập nhanh
hơn, cung cấp nhiều loại hình dịch vụ tiên tiến mà GSM không cung cấp được và cũng
đáp ứng được nhu cầu sử dụng viễn thông hiện nay của khách hàng sử dụng mạng. Có
thể nói, ngày nay hệ thống công nghệ thông tin cũng như hệ thống thông tin di động
liên tục thay đổi và phát triển nhanh chóng. Hay nói cách khác là chúng thay đổi, nâng
cấp theo từng ngày, biến đổi từng giờ. Tuy vậy, các khai niệm cơ bản nền tảng về hệ
thống thông tin di động thì không thay đổi. Bởi tất cả các công nghệ tiên tiến bây giờ
SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 12
Đồ án TN: Tổng Quan Về Hệ Thống Viễn Thông GSM
đều được cải tiến từ các nền tảng cơ bản đó. Do vậy, dựa trên những hiểu biết thực tế
em đã tìm hiểu và những kiến thức tích lũy trong ba năm học tập chuyên ngành Điện
Tử - Viễn Thông tại trường đại học Bách Khoa Hà Nội. Em đã chọn đề tài Tổng Quan
Về Hệ Thống Thông Tin Di Động GSM.

Em đã nhận được sự hướng dẫn tận tình của cô PGS.TS Hồ Anh Túy. Em xin
chân trọng cảm ơn cô. Em cũng xin chân thành gửi lời cảm ơn tới tất cả các thầy, cô
giáo trong viện Điện Tử - Viễn Thông trường đại học Bách Khoa Hà Nội, nơi đã dạy
dỗ và dìu dắt em trong suốt ba năm học tại trường.
Hà Nội, tháng 3 năm 2011.
Sinh viên thực hiện:
Đinh Thị Hồng Phúc

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG GSM
GSM là hệ thống thông tin di động toàn cầu (tiếng Anh: Global System for
Mobile Communication, được viết tắt là: 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 với nhau.
Do đó những máy điện thoại di động của các mạng GSM khác nhau ở chỗ có thể sử
dụng ở nhiều nơi trên thế giới.
GSM là chuẩn phổ biến nhất cho điện thoại di động (ĐTDĐ) trên thế giới. Khả
năng có thể phủ sóng khắp nơi của chuẩn GSM khiến 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 trước kia về cả tín hiệu, tốc độ lẫn chất lượng cuộc gọi. Nó
được xem như là một hệ thống ĐTDĐ thế hệ thứ 2 (second generation, 2G ). GSM là
một chuẩn mở, hiện tại nó được phát triển bởi 3
rd
Generation Partnership Project
(3GPP).
1.1 Lịch sử phát triển của mạng GSM:
SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 13
Đồ án TN: Tổng Quan Về Hệ Thống Viễn Thông GSM
Vào đầu thập niên 1980, tại Châu Âu, người ta phát triển một mạng ĐTDĐ chỉ sử
dụng trong một số khu vực. Sau đó năm 1982 nó được chuẩn hóa bởi CEPT (European
Conference of Postal and Telecommunication Administrations) và tạo ra Groupe

Spécial Mobile (GSM) với mục đích phát triển một chuẩn thống nhất cho hệ thống
thông tin di động để có thể 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 mạng
Radiolinja ở Phần Lan.
Vào năm 1989, công việc quản lý tiêu chuẩn và phát triển mạng GSM được
chuyển cho Viện viễn thông Châu Âu (European Telecommunications Standards
Istitute - ETSI) và các tiêu chuẩn, đặc tính phase 1 của công nghệ GSM được công bố
vào năm 1990.
Năm 1992, Telstra Australia là mạng đầu tiên ngoài Châu Âu ký vào biên bản ghi
nhớ của GSM MoU (Memorandum of Understanding). Cũng trong năm này, thỏa
thuận chuyển vùng quốc tế đầu tiên được ký kết giữa hai mạng Finland Telecom của
Phần Lan và Vodafone của Anh. Tin nhắn đầu tiên cũng được gửi đi trong năm 1992.
Những năm sau đó, hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM phát triển một cách
mạnh mẽ, cùng với sự gia tăng nhanh chóng của các nhà điều hành, các mạng di động
mới thì số lượng các thuê bao cũng gia tăng một cách chóng mặt. 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. Năm 1996, số thành viên GSM MoU đã lên tới 200 nhà điều hành từ gần
100 quốc gia, 167 mạng hoạt động trên 94 quốc gia với số thuê bao đạt trên 50 triệu.
Năm 2000, GPRS được ứng dụng. Năm 2001, mạng 3GSM (UMTS) được đi vào hoạt
động, số thuê bao GSM đã vượt quá 500 triệu. Năm 2003, mạng EDGE đi vào hoạt
động. Cho đến năm 2006 số thêu bao di động GSM đã lên tới con số 2 tỉ với trên 700
nhà điều hành, chiếm gần 80% thị phần thông tin di động trên thế giới. Theo dự đoán
của GSM Association, năm 2007 số thuê bao GSM sẽ đạt 2,5 tỉ.
SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 14
Đồ án TN: Tổng Quan Về Hệ Thống Viễn Thông GSM

Hình 1.1 Thành phần di động trên thế giới năm 2006.
1.2 Mạng thông tin di động:
Từ đầu năm 1980 sau khi hệ thống WMT đã đưa vào hoạt động một cách thành
công thì nó cũng biểu hiện một số hạn chế.

- Thứ nhất: do yêu cầu của dịch vụ quá lớn so với mong đợi của các nhà thiết kế nên hệ
thống này không thể đáp ứng được.
- Thứ hai: các hệ thống khác nhau đang hoạt động không phù hợp với người dùng trong
mạng.
Ví dụ: một đầu cuối trong TACS không thể truy nhập vào mạng NMT cũng như
một đầu cuối NMT không thể truy nhập vào mạng TACS.
- Thứ ba: nếu thiết kế một mạng cho toàn Châu Âu thì không một nước nào đáp ứng
được vì vốn đầu tư quá lớn.
Tất cả những hạn chế trên dẫn đến một yêu cầu là phải thiết kế một hệ thống mới
được làm theo kiểu chung để có thể dùng cho nhiều nước. Trước tình hình đó vào
tháng 9/1987 trong hội nghị của Châu Âu về bưu chính viễn thông, 17 quốc gia đang
sử dụng mạng điện thoại đã họp hội nghị và ký vào biên bản ghi nhớ làm nền tảng cho
mạng thông tin di động số là toàn Châu Âu sử dụng dải tần 900 Mhz.
Đến năm 1988 viện tiêu chuẩn Châu Âu (European- Telecommunication-
Standard Institute) đã thành lập nhóm đặc trách về mạng thông tin di động số GSM.
Nhóm này có nhiệm vụ đưa ra tiêu chuẩn thống nhất cho thông tin di động số GSM
SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 15
Đồ án TN: Tổng Quan Về Hệ Thống Viễn Thông GSM
dưới hình thức các khuyến nghị, lấy các tiêu chuẩn này làm cơ sở cho việc xây dựng
mạng thông tin di động và làm sao cho chúng thống nhất, tương thích nhau.
1.3 Các đặc tính của mạng di động GSM:
Từ các khuyến nghị của GSM ta có thể tổ hợp nên các đặc tính chủ yếu như sau:
- Số lượng lớn các dịch vụ và tiện ích của các thuê bao cả trong thông tin thoại và số
liệu.
- Sự tương thích của các dịch vụ trong GSM với các dịch vụ mạng của mạng có sẵn
(PSTN- ISDN) bởi các giao diện theo tiêu chuẩn chung.
- Tự động cập nhật vị trí cho mọi thuê bao di động.
- Độ linh hoạt cao nhờ sử dụng các đầu cuối thông tin di động khác nhau như máy xách
tay, máy cầm tay, đặt trên ô tô.
- Sử dụng băng tần số 900MHz với hiệu quả cao nhờ sự kết hợp giữa TDMA (Time

Division Multiple Access) với FDMA (Frequency Division Multiple Access).
- Giải quyết sự hạn chế dung lượng nhờ việc sử dụng tần số tốt hơn.
1.4 Các dịch vụ được tiêu chuẩn ở GSM.
1.4.1 Dịch vụ thoại:
- Chuyển hướng các cuộc gọi vô điều kiện.
- Chuyển hướng cuộc gọi khi thuê bao di động không bận.
- Chuyển hướng cuộc gọi khi không đến được MS.
- Chuyển hướng cuộc gọi khi ứ nghẽn vô tuyến.
- Cấm tất cả các cuộc gọi ra.
- Cấm tất cả các cuộc gọi ra quốc tế.
- Cấm tất cả các cuộc gọi ra quốc tế trừ các nước PLMN thường trú.
- Cấm tất cả các cuộc gọi đến.
- Cấm tất cả các cuộc gọi đến khi lưu động ở nước ngoài có PLMN thường trú.
- Giữ cuộc gọi.
- Đợi gọi.
- Chuyển tiếp cuộc gọi.
- Hoàn thành các cuộc gọi đến các thuê bao bận.
- Nhóm và sử dụng khép kín.
- Dịch vụ ba phía.
- Thông báo cước phí.
- Dịch vụ điện thoại không tính cước.
- Nhận dạng số chủ gọi.
- Nhận dạng cuộc gọi hiềm thù.
- Nhận dạng số thoại được nối.
1.4.2 Các dịch vụ số liệu:
GSM được thiết kế để đưa ra rất nhiều các dịch vụ số liệu. Các dịch vụ số liệu
được phân biệt với nhau bởi người sử dụng phương tiện (người sử dụng điện thoại
PSTN, ISDN hoặc các mạng đặc biệt …) bởi bản chất của luồng thông tin đầu cuối
SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 16
Đồ án TN: Tổng Quan Về Hệ Thống Viễn Thông GSM

(dữ liệu thô, Fax, Videotex, Teletex…). Bởi phương tiện truyền dẫn (gói hay mạch,
đồng bộ hay không đồng bộ…) và bởi bản chất của thiết bị đầu cuối.
Các dịch vụ này chưa thực sự thích hợp với môi trường di động. Một trong các yêu
cầu đó là do yêu cầu thiết bị đầu cuối khá cồng kềnh, chỉ phù hợp với mục đích bán cố
định hoặc thiết bị đặt trên ô tô.
1.4.3 Dịch vụ bản tin nhắn:
Dịch vụ bản tin nhắn khá phù hợp với môi trường di động các bản tin nhắn độ dài
vài octet có thể được tiếp nhận bằng thiết bị đầu cuối rất nhỏ.
Có hai loại dịch vụ bản tin nhắn:
- Dịch vụ bản tin nhắn truyền điểm – điểm (giữa hai thuê bao). Loại này được chia
thành hai loại nhỏ:
+ Dịch vụ bản tin nhắn kết cuối di động, điểm – điểm (SMS- MO/ PP). Cho phép
người sử dụng GSM nhận các bản tin nhắn.
+ Dịch vụ bản tin nhắn khởi đầu từ Mobile, điểm – điểm (SMS-MI/PP). Cho phép
người sử dụng GSM gửi bản tin đến người sử dụng GSM khác.
- Dịch vụ bản tin nhắn phát quảng bá: cho phép bản tin nhắn gửi đến máy di động trên
một vùng địa lý nhất định.
1.5 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 khu vực Châu Âu, có nghĩa là một thuê bao có thể thâm nhập sang mạng của các
nước khác khi di chuyển sang biên giới. Trạm di động GSM – MS (GSM Mobile
Station) phải có khả năng trao đổi thông tin ở bất cứ nơi nào phủ sóng quốc tế.
1.5.1 Về khả năng phục vụ:
- Hệ thống được thiết kế sao cho MS có thể dùng được 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 đến mạng số kết nối đa dịch vụ (ISDN).
- Tạo một hệ thống có thể phục vụ cho các MS trên các tàu viễn dương như một mạng
mở rộng có các dịch vụ di động mặt đất.
SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 17
Đồ án TN: Tổng Quan Về Hệ Thống Viễn Thông GSM

1.5.2 Về chất lượng dịch 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 vận hành thực tế.
- Hệ thống có khả năng bảo mật, mã hóa thông tin người dùng mà không ảnh hưởng đến
hệ số cũng như không ảnh hưởng đến các thuê bao khác không dùng đến khả năng
này.
1.5.3 Về sử dụng tần số:
- Hệ thống cho phép mức độ cao và 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 900 Mhz phải có thể tồn tại cùng các hệ thống dùng 900 Mhz trước
đây.
1.5.4 Về mạng:
- Kế hoạch nhận dạng dựa trên khuyến nghị của CCITT.
- 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 nhận dùng
trong các mạng khác nhau.
- Trung tâm chuyển mạng và các thanh ghi định vị phải dùng hệ thống báo hiệu được
tiêu chuẩn hóa quốc tế.
- Chức năng bảo vệ thông tin báo hiệu và thông tin điều khiển mạng phải được cung cấp
trong hệ thống.
CHƯƠNG II: CẤU TRÚC VÀ THÀNH PHẦN MẠNG GSM
2.1 Cấu trúc địa lý của mạng:
Mỗi một 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. Trong mạng di động thì cấu
trúc này rất quan trọng do tính lưu thông của các thuê bao trong mạng. Trong hệ thống
GSM thì cấu trúc có thể được chia thành các phân vùng sau:
SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 18
Đồ án TN: Tổng Quan Về Hệ Thống Viễn Thông GSM

Hình 2.1 Phân vùng cấu trúc địa lý mạng GSM.

Hình 2.2 Phân vùng và chia ô.
2.1.1 Vùng phục vụ PLMN ( Public Lan Mobile Network ):
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 có thể sử
dụng được nhiều nơi trên thế giới.
SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 19
Đồ án TN: Tổng Quan Về Hệ Thống Viễn Thông GSM
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.
2.1.2 Vùng mạng:
Tất cả các cuộc gọi vào mạng sẽ được định tuyến đến một hay nhiều tổng đài vô
tuyến cổng (GMSC). GMSC làm việc như một tổng đài trung kế vào cho mạng GSM.
Đây là nơi thực hiện chức năng hỏi định tuyến cuộc gọi đến một tổng đài vô tuyến
cổng.
2.1.3 Vùng phục vụ MSC:
MSC (trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động, gọi tắt là tổng đài di động).
Vùng phục vụ MSC là một phần 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.
2.1.4 Vùng định vị LA( Location Area):
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, ở đó có một trạm di động có thể
chuyển động tự do mà không cần cập nhật thông tin về vị trí của tổng đài MSC điều
SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 20
Đồ án TN: Tổng Quan Về Hệ Thống Viễn Thông GSM
khiển vùng định vị này. Khi có cuộc gọi đến, hệ thống sẽ phát quảng bá một thông báo
tìm thuê bao bị gọi. Vùng định vị LA được hệ thống sử dụng để tìm một thuê bao đang
ở trạng thái hoạt động. Vùng này có thể có một số ô và thuộc vào một hay vài BSC
nhưng nó chỉ thuộc vào MSC và nó được nhận dạng bằng chỉ số vùng nhận dạng vùng
định vị LAI (location Area Identity). Vùng định vị được hệ thống sử dụng để tìm một
thuê bao đang ở trạng thái hoạt động.
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)
2.1.5 Ô (Cell):
Vùng định vị được chia thành một số ô. Ô là đơn vị nhỏ nhất của mạng, là một
vùng bao phủ vô tuyến được mạng nhận dạng bằng chỉ số nhận dạng ô toàn cầu CGI
(Cell Global Identity). Mỗi ô được quản lý bởi một trạm vô tuyến gốc BTS.
CGI = MCC + MNC + LAC + CI
CI: Nhận dạng một ô để xác định vị trí trong vùng định vị. Trạm di động tự nhận dạng
một ô bằng cách sử dụng mã nhận dạng trạm gốc BSIC (Base Station Identity Code).
2.2 Cấu trúc mạng GSM:
Hệ thống GSM có thể chia thành nhiều hệ thống con.
SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 21
Đồ án TN: Tổng Quan Về Hệ Thống Viễn Thông GSM
Hệ thống con chuyển mạch SS (Switching Subsystem), hệ thống con trạm gốc BSS
(Base Station Subsystem), hệ thống khai thác và bảo dưỡng mạng OMC (Operations
& Maintenance Center).

Hình 2.3 Mô hình hệ thống GSM
Các ký hiệu:
- SS: Hệ thống chuyển mạch
- AUC: Trung tâm nhận thực
- VLR: Bộ ghi định vị tạm trú
- HLR: Bộ ghi định vị thường trú
- EIR: Thanh ghi nhận dạng thiết bị
- MSC: Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động (gọi tắt là tổng đài vô tuyến)
- BSS: Hệ thống trạm gốc
- BTS: Trạm thu phát gốc
SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 22
Đồ án TN: Tổng Quan Về Hệ Thống Viễn Thông GSM
- BSC: Hệ thống điều khiển trạm gốc
- MS: Trạm di động
- OMC: Trung tâm khai thác và bảo dưỡng
- ISDN: Mạng liên kết đa dịch vụ
- PSPDN: Mạng chuyển mạch công cộng theo gói
- PSSTN: Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng
- PLMN: Mạng di động công cộng mặt đất.
Cấu trúc mạng di động số GSM theo khuyến nghị của GSM thì mạng GSM được
chia thành hệ thống chuyển mạch (SS) và hệ thống trạm gốc BSS. Mỗi một hệ thống
chứa một số khối chức năng và các khối này được thực hiện ở các phần cứng khác
nhau.
2.3 Các thành phần chức năng trong hệ thống:
Mạng thông tin di động công cộng mặt đất PLMN (Public Land Mobile Network)
theo chuẩn GSM được chia thành 4 phân hệ chính sau:
- Trạm di động MS (Mobile Station).
- Phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem)
- Phân hệ chuyển mạch SS (Switching Subsystem)
- Phân hệ khai thác và hỗ trợ (Operation and Support Subsystem)

2.3.1 Hệ thống trạm gốc BSS (Base Station Subsystem):
Hệ thống BSS được chia thành hai khối chức năng chính: Trạm thu phát gốc BTS
(Base Transceiver Station) và bộ điều khiển trạm gốc BSC (Base Station Controller),
ngoài ra còn có khối thích ứng tốc độ chuyển đổi mã TRAU (Transcoder Rate Adaptor
Unit).
Phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem), 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. Nói chung, BSS thực hiện giao
diện 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:
SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 23
Đồ án TN: Tổng Quan Về Hệ Thống Viễn Thông GSM
a. TRAU (Transcoding and Rate Adapter Unit):
Bộ chuyển đổi mã và phối hợp tốc độ. Có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu thoại
thành luồng tốc độ số 64kbit/s để truyền từ BSC đến MSC. TRAU tiếp nhận các
khung số liệu 16kbit/s từ giao diện Abis giữa BSC đến MSC, và nó định dạng lại
thông tin của mỗi luồng số liệu thành dạng A- TRAU để truyền đi trên giao diện A
giữa BSC và MSC. TRAU thường được đặt cùng vị trí với BSC.
b. BSC (Base Station Controler):
Trạm thu phát gốc BSC có nhiệm vụ quản lý giao diện vô tuyến giữa BTS với
MS thông qua các lệnh điều khiển từ xa. Đó là các lệnh ấn định, giải phóng kênh vô
tuyến và quản lý chuyển giao. Vai trò của BSC là quản lý kênh và quản lý chuyển
giao. BSC ấn định kênh vô tuyến trong toàn bộ thời gian thiết lập cuộc gọi và giải
phóng kênh khi kết thúc cuộc gọi. BSC thực hiện các quá trình chuyển giao
(Handover) giữa các BTS. Một BSC có thể quản lý hàng chục BTS.
Các chức năng chính của BSC:
1. Quản lý mạng vô tuyến:
Việc quản lý mạng 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, ví dụ 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…
2. Quản lý trạm vô tuyến gốc BTS:
Trước khi đưa vào khai thác thì BSC lập cấu hình của BTS (số máy thu / phát
TRX, tần số cho mỗi trạm…). Nhờ đó mà BSC có sẵn một tập các kênh vô tuyến dành
cho điều khiển và nối thông cuộc gọi.
SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 24
Đồ án TN: Tổng Quan Về Hệ Thống Viễn Thông GSM
3. Điều khiển nối thông tin 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 các
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 còn 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. Ngoài ra, BSC còn có thể điều khiển chuyển giao giữa các kênh
trong một Cell hoặc từ Cell này sang kênh của Cell khác khi Cell này bị nghẽn hoặc
nhiễu.
4. 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 thì nó sẽ
tự động điều khiển tới một tuyến dự phòng.
c. BTS (Base Transceiver Station):
Thực hiện chức năng vô tuyến trực tiếp đến các thuê bao di động MS thông qua
giao diện vô tuyến Um. BTS gồm các thiết bị thu, phát, anten và các khối xử lý tín
hiệu. BTS được coi là một modem vô tuyến phức tạp có thêm một số chức năng khác.
• Chức năng chính của BTS là:
- Quản lý lớp vật lý truyền dẫn vô tuyến
- Quản lý giao thức liên kết số liệu giữa MS với BSC

- Vận hành và bảo dưỡng trạm BTS
- Cung cấp các thiết bị truyền dẫn và ghép kênh nối trên giao tiếp A- bis
2.3.2 Phân hệ chuyển mạch SS (Switching Subsystem ):
Phân hệ chuyển mạch (SS) bao gồm các chức năng 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.
SVTH: Đinh Thị Hồng Phúc 25