Luận văn Lộ trình phát triển của thông tin di động từ GSM lên 3G pdf

Luận văn
Lộ trình phát triển của thông
tin di động từ GSM lên 3G


 Mục lục
MỤC LỤC
MỤC LỤC
BẢNG TRA CỨU TỪ VIẾT TẮT
BẢNG TRA CỨU TỪ VIẾT TẮT


4
4


LỜI NÓI ĐẦU
LỜI NÓI ĐẦU


13
13
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG SỐ


15
15
1.1 Giới thiệu 15
1.2 Lộ trình phát triển các thế hệ di động 15
1.3 Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 1 16
1.4 Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 2 17

1.4.1 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA 17
1.4.2 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA 18
1.5 Hệ thống thông tin di động thế hệ ba 18
1.6. Kết luận chương 1 19
Chương 2: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM
Chương 2: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM 20
2.1 Giới thiệu chương 20
2.2 Cấu trúc mạng GSM 21
2.3 Các thủ tục thông tin 25

2.3.1 Đăng nhập thiết bị vào mạng 25
2.3.2 Chuyển vùng 25
2.3.3 Thực hiện cuộc gọi 25
2.3.3.1 Cuộc gọi từ thiết bị di động vào điện thoại cố định 25
2.3.3.2 Cuộc gọi từ điện thoại cố định đến thiết bị di động 26
2.3.3.3 Cuộc gọi từ thiết bị di động đến thiết bị di động 27
2.3.3.4 Kết thúc cuộc gọi 27
2.4 Sự phát triển của mạng GSM lên 3G 27
2.4.1 Hệ thống GSM sẽ được nâng cấp từng bước lên thế hệ ba 27
2.4.2 Các giải pháp nâng cấp 28
2.5 Kết luận chương 2 29
Chương 3: LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN TỪ GSM LÊN 3G
Chương 3: LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN TỪ GSM LÊN 3G

31
3.1. Giới thiệu 31
3.2. Công nghệ số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD 32
3.3. Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS 34
2
 Mục lục

3.3.1 Giới thiệu GPRS 34
3.3.2. Các đặc điểm của mạng GPRS 34
3.3.3. Cấu trúc của mạng GPRS 35
3.3.4. Giao thức trong mạng GPRS 40
3.3.5 Giao diện vô tuyến 41
3.3.5.1. Lớp vật lý của GPRS 41
3.3.5.2. RLC/MAC của GPRS 41
3.3.5.3. Lớp điều khiển đường truyền logic LLC 42
3.3.6. Các chức năng của GPRS 42
3.3.7. Nhập mạng GPRS 50
3.3.8. Khả năng phát triển của GPRS lên 3G 52
3.4. Tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GSM (EDGE) 52
3.4.1 Kỹ thuật điều chế trong EDGE 53
3.4.2 Giao tiếp vô tuyến 53
Chương 4: CÔNG NGHỆ DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ 3 – WCDMA
Chương 4: CÔNG NGHỆ DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ 3 – WCDMA 55
4.1 Giới thiệu 55
4.2 Khái niệm và các chuẩn của công nghệ WCDMA 55
4.2.1 Khái niệm về công nghệ WCDMA 55
4.2.2 Các chuẩn di động thuộc 3G 57
4.2.3 Các nhà cung cấp dịch vụ 3G trên thế giới 58
4.3 Các dịch vụ trong W-CDMA 60
4.4 Cấu trúc mạng W-CDMA 61
4.4.1 UE (User Equipment) 62
4.4.2 UTRAN (UMTS Terestrial Radio Access Network) 62
4.4.3 CN (Core Network) 63
4.4.4 Các mạng ngoài 63
4.4.5 Các giao diện vô tuyến 63
4.5 Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN 64
4.5.1 Đặc trưng của UTRAN 64

4.5.2 Node B 65
4.5.3 Giao diện vô tuyến 65
4.5.4 Cấu trúc IU CS 66
4.5.5 Cấu trúc IU PS 67
4.6 Các loại kênh trong UTRAN 68
3
 Mục lục
4.6.1 Các kênh lôgic 68
4.6.2 Các kênh vật lý 68
4.6.3 Các kênh truyền tải 69
4.6.3.1 Kênh truyền tải riêng 69
4.6.3.2 Các kênh truyền tải chung 70
4.7 Trải phổ trong thông tin di động thế hệ 3 72
4.8 Chuyển giao 72
4.8.1 Mục đích của chuyển giao 73
4.8.2 Trình tự chuyển giao 74
4.8.3 Các loại chuyển giao 76
4.8.3.1 Chuyển giao mềm và mềm hơn 76
4.8.3.2 Chuyển giao cứng 78
4.9 Điều khiển công suất 78
4.9.1 Điều khiển công suất vòng hở (OLPC) 79
4.9.2 Điều khiển công suất vòng kín (CLPC) 79
4.9.3 Các trường hợp điều khiển công suất đặc biệt 80
4.10. Kết luận chương 4 82
KẾT LUẬN
KẾT LUẬN 83
TÀI LIỆU THAM KHẢO
TÀI LIỆU THAM KHẢO 84
4
 Mục lục

5
 Bảng tra cứu từ viết tắt
BẢNG TRA CỨU TỪ VIẾT TẮT
BẢNG TRA CỨU TỪ VIẾT TẮT
A
ACCH Associated Control Channels
Kênh điều khiển liên kết.
AI Acquisition Indicator
Chỉ thị bắt.
AMPS Advanced Mobile Phone System
Hệ thống điện thoại di động tiên tiến.
ARQ Automatic Repeat Request
Yêu cầu lặp lại tự động.
AS Access Stratum
Tầng truy nhập.
AB Access Burst
Cụm thâm nhập
AUC Authentication Centre
Trung tâm nhận thực
AUTN Authentication Token Network
Thẻ nhận dạng mạng
AGCH Access Grant Channel
Kênh cho phép thâm nhập
AMR Adaptive Multi Rate
Mã hóa nhiều tốc độ thích ứng
ATM Asynchronous Tnsfer Mode
Chế độ truyền không đồng bộ
AWGN Addition White Gaussian Noise
Tạp âm Gauss trắng cộng sinh
B

BCCH Broadcast Control Channel
Kênh quảng bá điều khiển.
BCH Broadcast Channel
Kênh quảng bá.
BER Bit Error Ratio
Tỷ số bit lỗi.
BSC Base Station Controler
Bộ điều khiển trạm gốc.
BSS Base Station Subsystem
6
 Bảng tra cứu từ viết tắt
Phân hệ trạm gốc.
BTS Base Tranceiver Station
Trạm vô tuyến gốc.
BPSK Binary Phase Shift Keying
Khóa dịch pha nhị phân.
BSIC Base Transceiver Station Identity Code
Mã nhận dạng trạm thu phát gốc
BG Border Gateway
Cổng đường biên
C
CSPDN Circuit Switch Public Data Network
Mạng số liệu công cộng chuyển mạch theo mạch
CCCH Common Control Channel
Kênh điều khiển chung.
CDMA Code Division Multiple Access
Đa truy cập chia theo mã.
C/I Carrier to Interference ratio
Tỷ số sóng mang trên nhiễu.
CCH Control Chanel

Kênh điều khiển .
CCPCH Common Control Physical Chanel
Kênh vật lý điều khiển chung.
CPCC Common Power Control Chanel
Kênh điều khiển công suất chung.
CPCH Common Packet Chanel.
Kênh gói chung.
CPICH Common Pilot Chanel
Kênh hoa tiêu chung.
CR Chip Rate
Tốc độ chip (tương đương với tốc độ trải phổ của kênh).
CS Circuit Switch
Chuyển mạch kênh.
CGI Cell Global Identity
Số nhận dạng ô
CDRs Charging Data Records
Bản ghi dữ liệu cước
CTCH Common Traffic Channel
Kênh lưu lượng chung
7
 Bảng tra cứu từ viết tắt
CLPC Closed loop Power Control
Điều khiển công suất vòng kín
CC Convolutional Code
Mã xoắn
CRC Cyclic Redundance Check
Kiểm tra độ dư vòng
D
DCA Dynamic Chanel Allocation
Phân bổ kênh động.

DCCH Dedicated Control Channel
Kênh điều khiển dành riêng.
DPCCH Dedicated Physical Control Chanel
Kênh điều khiển vật lý riêng.
DPCH Dedicated Physical Chanel
Kênh vật lý riêng.
DPDCH Dedicated Physical Data Chanel
Kênh số liệu vật lý riêng.
DTCH Dedicated Traffic Chanel
Kênh lưu lượng riêng.
DTE Data Terminal Equipment
Thiết bị đầu cuối số liệu.
DSCH Downlink Shared Chanel
Kênh dùng chung đường xuống.
DSSS Direct Sequence Spread Spectrum
Trải phổ chuỗi trực tiếp
E
EDGE Enhanced Data rate for GSM Evolution.
Tăng tốc độ truyền dẫn…
ETSI European Telecommunications Standards Institute
Viện Tiêu chuẩn viễn thông châu Âu.
EIR Equipment Identification Register
Bộ ghi nhận dạng thiết bị
ECSD Enhanced Circuit Switched Data
Tăng cường dữ liệu chuyển mạch kênh
F
8
 Bảng tra cứu từ viết tắt
FACCH Fast Associated Control Channel
Kênh điều khiển liên kết nhanh.

FACH Forward Access Chanel
Kênh truy nhập đường xuống.
FAUSCH Fast Uplink Signalling Chanel
Kênh báo hiệu đường lên nhanh.
FCCCH Forward Common Control Chanel
Kênh điều khiển chung đường xuống.
FCCH Frequency Correction Channel
Kênh hiệu chỉnh tần số.
FDD Frequency Division Duplex
Ghép kênh song công phân chia theo tần số.
FDMA Frequence Division Multiple Access
Đa truy cập phân chia theo tần số
FDCCH Forward Dedicated Control Chanel
Kênh điều khiển riêng đường xuống.
FSK Frequency Shift Keying
Khoá điều chế dịch tần.
FHSS Frequency Hopping Spreading Spectrum
Trải phổ nhảy tần
FACCH Fast Associated Control Channel
Kênh điều khiển liên kết nhanh
FER Frame Error Rate
Tỷ lệ lỗi khung
G
GOS Grade Of Service
Cấp độ phục vụ.
GSM Global System for Mobile Communication
Thông tin di động toàn cầu
GPS Global Position System
Hệ thống định vị toàn cầu.
GPRS General Packet Radio Services

Dịch vụ vô tuyến gói chung.
GMSC Gateway MSC
Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động cổng
GMSK Gaussian Minimum Shift Keying
Điều chế khóa dịch pha cực tiểu Gauss
GGSN GPRS Support Node
Nút hỗ trợ cổng GPRS
9
 Bảng tra cứu từ viết tắt
GTP GPRS Tunnelling Protocol
Giao thức đường hầm GPRS
GSN GPRS Support Node
Nút hỗ trợ GPRS
3GPP Third Generation Partnership Pecject
Tổ chức chuẩn hóa các công nghệ mạng thông tin di động tế bào
H
Handover Chuyển giao.
HH Hard Handoff
Chuyển giao cứng.
HSCSD Hight Speed Circuit Switched Data
Hệ thống chuyển mạch kênh tốc độ cao.
HPLMN Home Public Land Mobile Network
Mạng di động mặt đất công cộng thường trú
HPSK Hybrid Phase Shift Keying
Điều chế pha hỗn hợp
HLR Home Location Register
Bô ghi định vị trường trú
I
IMT-2000 International Mobile Telecommunication
Tiêu chuẩn thông tin di động toàn cầu.

IMSI International Mobile Subscriber Identity
Số nhận dạng thuê bao di động quốc tế.
IP Internet Protocol
Giao thức Internet.
IS-54 Interim Standard 54
Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA của Mỹ (do AT&T đề xuất).
IS-136 Interim Standard 136
Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA cải tiến của Mỹ (AT&T).
IS-95A Interim Standard 95A
Tiêu chuẩn thông tin di động TDMA cải tiến của Mỹ (Qualcomm)
ISDN Integrated Servive Digital Network
Mạng số đa dịch vụ.
ITU-R International Mobile Telecommunication Union Radio Sector
Liên minh viễn thông quốc tế - bộ phận vô tuyến.
IWF InterWorking Function
Chức năng tương tác mạng
10
 Bảng tra cứu từ viết tắt
IMEI International Mobile Equipment Identity
Số nhận dạng di động quốc tế
L
LAC Link Access Control
Điều khiển truy nhập liên kết.
LAI Location Area Indentify
Nhận dạng vùng vị trí.
LLC Logical Link Control
Điều khiển liên kết logic.
LR Location Registration
Đăng ký vị trí.
LFSR Linear Feedback Shift Register

Bộ thanh ghi dịch có mạch hồi tiếp tuyến tính
M
ME Mobile Equipment
Thiết bị di động.
MS Mobile Station
Trạm di động.
MTP Message Transfer Part
Phần truyền bản tin.
MSC Mobile Service Switching Center
Tổng đài di động.
MSK Minimum Shift Keying
Điều chế khóa pha cực tiểu
MCC Mobile Country Code
Mã quốc gia của mạng di động
MNC Mobile Network Code
Mã mạng thông tinn di động
MSIN Mobile Station Identification Number
Số nhận dạng trạm di động
MSRN Mobile Station Roaming Number
Số lưu động của thuê bao di động
MMS Multimedia Messaging Service
Dịch vụ tin nhắn đa phương tiện
MAC Medium Access Control
Điều khiển truy nhập môi trường
MM Mobile Management
Quản lý di động
11
 Bảng tra cứu từ viết tắt
N
NAS Non-Access Stratum

Tầng không truy nhập.
Node B Là nút logic kết cuối giao diện IuB với RNC.
NSS Network and Switching Subsystem
Hệ thống chuyển mạch
NMC Network Management Center
Trung tâm quản lý mạng
O
ODMA Opportunity Driven Multiplex Access
Đa truy cập theo cơ hội.
OM Operation and Management
Khai thác và bảo dưỡng.
OSS Opration Subsystem
Hệ thống con khai thác
OMC Operation & Maintenance Center
Trung tâm quản lý và bảo dưỡng
OLPC Open Loop Power Control
Điều khiển công suất vòng hở
P
PAGCH Paging and Access
Kênh chấp nhận truy cập và nhắn tin.
PCCC Parallel Concatenated Convolutional Code
Mã xoắn móc nối song song.
PCCH Paging Contrlo Chanel
Kênh điều khiển tìm gọi.
PCH Paging Channel
Kênh nhắn tin.
PCPCH Physical Common Packet Chanel
Kênh gói chung vật lý.
PCS Personal Communication Services
Dịch vụ thông tin cá nhân.

PLMN Public Land Mobile Network
Mạng di động mặt đất công cộng.
PSTN Public Switched Telephone Network
Mạng chuyển mạch thoại công cộng.
PSPDN Packet Switched Public Data Network
12
 Bảng tra cứu từ viết tắt
Mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói
PCM Pulse Code Modulation
Điều chế xung mã
PLL Physical Link Layer
Lớp đường truyền vật lý
PTP Point to Point
Điểm - điểm
PTM Point to Multi point
Điểm – đa điểm
PN Pseudo Noise
Mã giả tạp âm
Q
QPSK
Khóa dịch pha vuông góc.
R
RACH Random Access Channel
Kênh truy cập ngẫu nhiên.
RRC Radio Resource Control
Điều khiển tài nguyên vô tuyến.
S
SCH Synchronization Channel
Kênh đồng bộ.
SDCCH Stand alone Dedicated Control Channel

Kênh điều khiển dành riêng.
SDMA Space Division Multiple Access
Đa truy cập phân chia theo không gian
T
TACH Traffic and Associated Channel
Lênh lưu lượng và liên kết.
TCH Traffic Channel
Kênh lưu lượng.
TDMA Time Division Multiple Access
Đa truy cập phân chia theo thời gian
TDD Time Division Duplex
13
 Bảng tra cứu từ viết tắt
Ghép song công phân chia thời gian.
U
UTRAN Universal Terrestrial Radio Access Network
Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu.
UMTS Universal Mobile Telecommunnication System
V
VA Voice Activity factor
Hệ số tích cực thoại.
VBR Variable Bit Rate
Tốc độ khả biến.
W
WCDMA Wideband Code Division Multiplex Access
Đa truy cập phân chia theo mã băng rộng.


14
 Lời nói đầu

LỜI NÓI ĐẦU
LỜI NÓI ĐẦU
Ra đời vào những năm 40 của thế kỷ XX, thông tin di động đã và đang ngày
càng góp công vào sự phát triển mạnh mẽ của thế giới nói chung và của ngành viễn
thông nói riêng. Thành công của con người trong lĩnh vực thông tin di động không
chỉ dừng lại trong việc mở rộng vùng phủ sóng phục vụ thuê bao ở khắp nơi trên
toàn thế giới, các nhà cung dịch vụ, các tổ chức nghiên cứu phát triển công nghệ di
động đang nỗ lực hướng tới một hệ thống thông tin di động hoàn hảo, các dịch vụ
đa dạng, chất lượng dịch vụ cao. 3G - Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 là cái
đích trước mắt mà thế giới đang hướng tới.
Tại Việt Nam, thị trường di động trong những năm gần đây cũng đang phát
triển với tốc độ tương đối nhanh. Cùng với ba nhà cung cấp dịch vụ di động lớn
nhất là Vinaphone, Mobifone và Công Ty Viễn thông Quân đội (Viettel), S-fone,
Công ty cổ phần Viễn thông Hà Nội và Viễn Thông Điện Lực mới nhất là
Vietnamobile (chuyển mạng từ HT-Mobile), tương lai sẽ có Đông Dương Mobile
tham gia vào thị trường di động chắc hẳn sẽ tạo ra một sự cạnh tranh lớn giữa các
nhà cung cấp dịch vụ, đem lại một sự lựa chọn phong phú cho người sử dụng. Vì
vậy, các nhà cung cấp dịch vụ di động Việt Nam không chỉ sử dụng các biện pháp
cạnh tranh về giá cả mà còn phải nỗ lực tăng cường số lượng dịch vụ và nâng cao
chất lượng dịch vụ để chiếm lĩnh thị phần trong nước. Điều đó có nghĩa rằng hướng
tới 3G không phải là một tương lai xa ở Việt Nam. Trong số các nhà cung cấp dịch
vụ di động ở Việt Nam, ngoài hai nhà cung cấp dịch vụ di động lớn nhất là
Vinaphone và Mobifone, còn có Vietel đang áp dụng công nghệ GSM và cung cấp
dịch vụ di động cho phần lớn thuê bao di động ở Việt Nam. Vì vậy khi tiến lên 3G,
chắc chắn hướng áp dụng công nghệ truy nhập vô tuyến WCDMA từ công nghệ sẵn
có để xây dựng hệ thống thông tin di động thế hệ 3 phải được xem xét nghiên cứu.
Với những cách nhìn như trên về mạng thông tin động là một sinh viên trong
ngành điện từ viễn thông em đã chọn đề tài đồ án tốt nghiệp: "Lộ trình phát triển
của thông tin di động từ GSM lên 3G" .
15

 Lời nói đầu
Nội dung đồ án gồm 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về thông tin di động số
Chương 2: Hệ thống thông tin di động GSM
Chương 3: Lộ trình phát triển từ GSM lên 3G
Chương 4: Công nghệ di động thế hệ thứ 3 – WCDMA
Nội dung chính của đồ án nằm trong hai chương 3 và 4.
Em xin chân thành cám ơn cô Dương Thị Tuyết Mai đã tận tình hướng dẫn
em trong quá trình làm đồ án.
Em cũng xin chân thành cám ơn các thầy cô giáo trong khoa Điện tử -
Trường ĐHSPKT Vinh đã tạo mọi điều kiện tốt nhất và chỉ bảo trong thời gian
qua.
Vinh, ngày 25 tháng 02 năm 2010
SINH VIÊN THỰC HIỆN
Nguyễn Đình Tuấn
16
 Chương 1: Tổng quan về thông tin di động
Chương 1
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG SỐ
TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG SỐ
1.1 Giới thiệu.
Ra đời đầu tiên vào cuối năm 1940, đến nay thông tin di động đã trải qua nhiều
thế hệ.Thế hệ không dây thứ 1 là thế hệ thông tin tương tự sử dụng công nghệ đa
truy cập phân chia phân chia theo tần số (FDMA). Thế hệ thứ 2 sử dụng kỹ thuật số
với công nghệ đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) và phân chia theo mã
(CDMA). Thế hệ thứ 3 ra đời đánh giá sự nhảy vọt nhanh chóng về cả dung lượng
và ứng dụng so với các thế hệ trước đó, và có khả năng cung cấp các dịch vụ đa
phương tiện gói là thế hệ đang được triển khai ở một số quốc gia trên thế giới.
1.2 Lộ trình phát triển các thế hệ di động

Hình 1.1 trình bày tóm tắt lộ trình phát triển các thế hệ thông tin di dộng từ
1G đến 3G. Để tiến tới thế hệ ba, thế hệ 2 phải trải qua một giai đoạn trung gian,
giai đoạn này được gọi là 2, 5G,
Hình 1. 1: Lộ trình phát triển của các thế hệ thông tin di động
TACS
NMT
(900)
GSM
(900)
GSM
(1900)
GSM (900)
GSM (1900)
IS - 136
(1900)
IS-95CDMA
(1900)
IS-95CDMA
(800)
IDEN(800)
AMPS
SMR
GPRS
cdma2000
1x
GPRS
EDGE
W-CDMA
cdma2000
Nx

17
 Chương 1: Tổng quan về thông tin di động
Bảng 1.1: Một số nét chính của nền tảng thông tin di động từ thế hệ 1G đến 3G
Thế hệ
thông tin di
động
Hệ thống Dịch vụ chung Chú thích
Thế hệ
1(1G)
AMPS,
TACS, NMT
Tiếng thoại FDMA, tương tự
Thế hệ
2(2G)
GSM, IS-
136,
IS-95
Chủ yếu cho thoại
kết hợp với dịch
vụ bản tin ngắn
TDMA hoặc CDMA, số,
băng kẹp (8-13Kbit/s)
Thế hệ
trung
gian(2,5G)
GPRS,
EDGE,
CDMA200-
1x
Trước hết là tiếng

thoại có đưa thêm
các dịch vụ số liệu
gói
TDMA(kết hợp nhiều
khe hoặc nhiều tần số),
CDMA, sử dụng chồng
lấn phổ tần của thế hệ hai
nếu không sử dụng phổ
tần mới, tăng cường
truyền số liệu gói cho thế
hệ hai.
Thế hệ
3(3G)
CDMA2000,
W-CDMA
Các dịch vụ tiếng
và số liệu gói được
thiết kế để truyền
tiếng và số liệu đa
phương tiện là nền
tảng thực sự của
thế hệ ba.
CDMA, CDMA kết hợp
TDMA, băng rộng(tới 2
Mbit/s), sử dụng chồng
lấn lên thế hệ hai hiện có
nếu không sử dụng phổ
tần mới.
1.3 Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 1
Phương pháp đơn giản nhất về truy nhập kênh là đa truy nhập phân chia tần

số. 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.
18
 Chương 1: Tổng quan về thông tin di động
Đa truy nhập phân chia theo tần số nghĩa là nhiều khách hàng có thể sử dụng
được dải 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 động 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:
- 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 dộng thế hệ 2 ưu điểm hơn thế hệ 1 về cả dung lượng và các dịch vụ
được cung cấp.
1.4 Hệ thống thông tin di dộng thế hệ 2
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.
Tất cả hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng điều chế số. Và chúng sử
dụng 2 phương pháp đa truy cập:
- Đa truy cập phân chia theo thời gian (Time Division Multiple Access
-TDMA).
- Đa truy cập phân chia theo mã (Code Division Multiple Access - CDMA).
1.4.1 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA.
Với phương pháp truy cập TDMA thì nhiều người sử dụng một sóng mang và
trục thời gian được chia thành nhiều khoảng thời gian nhỏ để dành cho nhiều người
sử dụng sao cho không có sự chồng chéo. Phổ quy định cho liên lạc di động được
chia thành các dải tần liên lạc, mỗi dải tần liên lạc này dùng chung cho N kênh liên
lạc, mỗi kênh liên lạc là một khe thời gian trong chu kỳ một khung. Các thuê bao
khác dùng chung kênh nhờ cài xen thời gian, mỗi thuê bao được cấp phát cho một
khe thời gian trong cấu trúc khung.
Đặc điểm:
- Tín hiệu của thuê bao được truyền dẫn số.
19
 Chương 1: Tổng quan về thông tin di động
- Liên lạc song công mỗi hướng thuộc các dải tần liên lạc khác nhau, trong đó
một băng tần được sử dụng để truyền tín hiệu từ trạm gốc đến các máy di động và
một băng tần được sử dụng để truyền tín hiệu từ máy di động đến trạm gốc. Việc
phân chia tần như vậy cho phép các máy thu và máy phát có thể hoạt động cùng
một lúc mà không sợ can nhiễu nhau.
- Giảm số máy thu phát ở BTS.
- Giảm nhiễu giao thoa.
Hệ thống TDMA điển hình là hệ thống thông tin di động toàn cầu (Global
System for Mobile Communications - GSM).
Máy điện thoại di động kỹ thuật số TDMA phức tạp hơn kỹ thuật FDMA. Hệ
thống xử lý số đối với tín hiệu trong MS tương tự có khả năng xử lý không quá 106

lệnh trong 01 giây, còn trong MS số TDMA phải có khả năng xử lý hơn 50x106
lệnh trên giây.
1.4.2 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA.
Với phương pháp đa truy cập CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ cho nên nhiều
người sử dụng có thể chiếm cùng kênh vô tuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi
mà không sợ gây nhiễu lẫn nhau. Những người sử dụng nói trên được phân biệt với
nhau nhờ dùng một mã đặc trưng không trùng với bất kỳ ai. Kênh vô tuyến CDMA
được dùng lại mỗi cell trong toàn mạng, và những kênh này cũng được phân biệt
nhau nhờ mã trải phổ giả ngẫu nhiên (Pseudo Noise - PN).
Đặc điểm của CDMA:
- Dải tần tín hiệu rộng hàng MHz.
- Sử dụng kỹ thuật trải phổ phức tạp.
- Kỹ thuật trải phổ cho phép tín hiệu vô tuyến sử dụng có cường độ trường rất
nhỏ và chống fading hiệu quả hơn FDMA, TDMA
- Việc các thuê bao MS trong cell dùng chung tần số khiến cho thiết bị truyền
dẫn vô tuyến đơn giản, việc thay đổi kế hoạch tần số không còn vấn đề, chuyển giao
trở thành mềm, điều khiển dung lượng cell rất linh hoạt.
1.5 Hệ thống thông tin di động thế hệ
ba.
Công nghệ thông tin di động số thế hệ ba. Công nghệ này liên quan đến những
cải tiến đang được thực hiện trong lĩnh vực truyền thông không dây cho điện thoại
và dữ liệu thông qua bất kỳ chuẩn nào trong những chuẩn hiện nay. Đầu tiên là tăng
tốc độ bit truyền từ 9.5Kbps lên 2Mbps. Khi số lượng thiết bị cầm tay được thiết kế
để truy cập Internet gia tăng, yêu cầu đặt ra là phải có được công nghệ truyền thông
20
 Chương 1: Tổng quan về thông tin di động
không dây nhanh hơn và chất lượng hơn. Công nghệ này sẽ nâng cao chất lượng
thoại, và dịch vụ dữ liệu sẽ hỗ trợ việc gửi nội dung video và multimedia đến các
thiết bị cầm tay và điện thoại di động.
Các hệ thống thông tin di động số hiện nay đang ở giai đoạn chuyển từ thế hệ

2.5G sang thế hệ 3 (3 - Generation). Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng và các dịch
vụ thông tin di động, ngay từ đầu những năm đầu của thập kỷ 90 người ta đã tiến
hành nghiên cứu hoạch định hệ thống thông tin di động thế hệ ba. ITU-R đang tiến
hành công tác tiêu chuẩn hóa cho hệ thống thông tin di động toàn cầu IMT-2000. Ở
châu Âu ETSI đang tiến hành tiêu chuẩn hóa phiên bản này với tên gọi là UMTS
(Universal Mobile Telecommunnication System). Hệ thống mới này sẽ làm việc ở
dải tần 2GHz. Nó sẽ cung cấp nhiều loại hình dịch vụ bao gồm các dịch vụ thoại và
số liệu tốc độ cao, video và truyền thanh. Tốc độ cực đại của người sử dụng có thể
lên đến 2Mbps. Người ta cũng đang tiến hành nghiên cứu các hệ thống vô tuyến thế
hệ thứ tư có tốc độ lên đến 32Mbps.
Hệ thống thông tin di động thế hệ ba được xây dựng trên cơ sở IMT – 2000
với các tiêu chí sau:
- Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2GHz với đường lên có dải tần 1885-
2025MHz và đường xuống có dải tần 2110-2200MHz.
- 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, đồng thời tương tác với mọi
loại dịch vụ viễn thông.
- Hệ thống thông tin di động 3G sử dụng các môi trường khai thác khác nhau.
- Có thể hỗ trợ các dịch vụ như: Môi trường thông tin nhà ảo (VHE – Vitual
Home Environment) trên cơ sở mạng thông minh, di động cá nhân và chuyển mạch
toàn cầu; Đảm bảo chuyển mạng quốc tế; 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.
Các hệ thống thông tin di động thế hệ hai phát triển thông dụng nhất hiện nay
là: GSM, cdmaOne (IS-95), TDMA (IS-136), PDC. Trong quá trình thiết kế hệ
thống thông tin di động thế hệ ba, các hệ thống thế hệ hai được cơ quan chuẩn hóa
của từng vùng xem xét để đưa ra các đề xuất tương ứng thích hợp với mỗi vùng.
1.6. Kết luận chương 1
Chương này đã giới thiệu tổng quan về quá trình phát triển của hệ thống thông
tin di động. Với nhu cầu không ngừng tăng lên của người sử dụng cả về chất lượng

và số lượng, nhu cầu trao đổi thông tin ở trình độ cao và đa dạng sự phát triển ấy là
tất yếu. Hiện nay công nghệ 3G đang được ứng dụng một cách mạnh mẽ ở các nước
trên thế giới với các dịch vụ tiện ích như điện thoại truyền hình, truy nhập internet,
21
 Chương 1: Tổng quan về thông tin di động
…
22
 Chương 2: Hệ thống thông tin di động GSM
Chương 2
Chương 2
HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM
HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM
2.1 Giới thiệu chương
Chương này sẽ giới thiệu về sự hình thành và phát triển của hệ thống thông tin
di động GSM, kiến trúc mạng GSM, phương pháp đa truy cập trong GSM, các thủ
tục thông tin của thuê bao sử dụng trong mạng và sự cần thiết phải nâng cấp mạng
GSM lên thế hệ 3G.
Lịch sử hình thành GSM bắt đầu từ một đề xuất vào năm 1982 của Nordic
Telecom và Netherlands tại CEPT (Conference of European Post and
Telecommunication) để phát triển một chuẩn tế bào số mới đáp ứng với nhu cầu
ngày càng tăng của mạng di động Châu Âu.
Ủy ban Châu Âu (EC) đưa ra lời hướng dẫn yêu cầu các quốc gia thành viên
sử dụng GSM cho phép liên lạc di động trong băng tần 900MHz. Viện tiêu chuẩn
viễn thông Châu Âu (ETSI) định nghĩa GSM khi quốc tế chấp nhận tiêu chuẩn hệ
thống điện thoại tế bào số.
Lời đề xuất có kết quả vào tháng 9 năm 1987, khi 13 nhà điều hành và quản lý
của nhóm cố vấn CEPT GSM thỏa thuận ký hiệp định GSM MoU “Club”, với ngày
khởi đầu là 1 tháng 7 năm 1991.
GSM là từ viết tắt của Global System for Mobile Communications (hệ thống
thông tin di động toàn cầu), trước đây có tên là Groupe Spécial Mobile.

Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM là hệ thống thông tin tế bào số tích
hợp và toàn diện, được phát triển đầu tiên ở Châu Âu và đã nhanh chóng phát triển
trên toàn thế giới. Mạng được thiết kế phù hợp với hệ thống ISDN và các dịch vụ
mà GSM cung cấp là một hệ thống con của dịch vụ ISDN chuẩn.
GSM đầu tiên được thiết kế hoạt động ở dải tần 890-915 MHz và 935-960
MHz, hiện nay là 1.8GHz. Một vài tiêu chuẩn chính được đề nghị cho hệ thống:
- Chất lượng âm thoại chính thực sự tốt.
- Giá dịch vụ và thuê bao giảm.
- Hỗ trợ liên lạc di động quốc tế.
- Khả năng hỗ trợ thiết bị đầu cuối trao tay.
- Hỗ trợ các phương tiện thuận lợi và dịch vụ mới.
- Năng suất quang phổ.
- Khả năng tương thích ISDN.
23
 Chương 2: Hệ thống thông tin di động GSM
Hình 2.1 Mô hình hệ thống thông tin di động tế bào
Tiêu chuẩn được ban hành vào tháng giêng năm 1990 và những hệ thống
thương mại đầu tiên được khởi đầu vào giữa năm 1992. Tổ chức MoU
(Memorandum of Understanding) thành lập bởi nhà điều hành và quản lý GSM
được cấp phép đầu tiên, lúc đó có 13 hiệp định được ký kết và đến nay đã có 191
thành viên ở khắp thế giới. Tổ chức MoU có quyền lực tối đa, được quyền định
chuẩn GSM.
2.2 Cấu trúc mạng GSM
Các kí 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
Mạng tế bào vô tuyến
MSTO

PSTN
MS
Hình 2.2- Mô hình hệ thống GSM
OSS
SS
AUC
HLR
EIRVLR
MSC
ISDN
PSPDN
PSTN
PLMN
CSPDN
BSS
BSC
BTS
24
 Chương 2: Hệ thống thông tin di động GSM
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
BSC: Hệ thống điều khiển trạm gốc
MS: Trạm di động
OSS: Trung tâm khai thác và bảo dưỡng
ISDN: Mạng liên kết đa dịch vụ
PSPDN: Mạng chuyển mạch công cộng theo gói
PSTN: Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng

PLMN: Mạng di động công cộng mặt đất .
* Phân hệ trạm gốc (BSS)
Hệ thống được thực hiện như là một mạng gồm nhiều ô vô tuyến cạnh nhau để
đảm bảo toàn bộ vùng phủ của vùng phục vụ. Mỗi ô có một trạm vô tuyến gốc
(BTS) làm việc ở tập hợp các kênh vô tuyến. Các kênh này khác với các kênh làm
việc của ô kế cận để tránh nhiễu giao thoa. BTS được điều khiển bởi bộ điều khiển
trạm gốc BSC. Các BSC được phục vụ bởi trung tâm chuyển mạch nghiệp vụ di
động (MSC). Một BSC điều khiển nhiều BTS.
BSS nối với MS thông qua giao diện vô tuyến và cũng nối đến NSS. Một bộ
phận TRAU (Transcoder/Rate Adaption Unit) thực hiện mã hoá và giải mã đồng
thời điều chỉnh tốc độ cho việc truyền số liệu.
Hệ thống GSM sử dụng mô hình OSI (Open System Interconnection). Có 3
giao diện phổ biến trong mô hình OSI: giao diện vô tuyến giữa MS và BTS, giao
diện A giữa MSC và BSC và giao diện A-bis giữa BTS và BSC.
- Đài vô tuyến gốc BTS: Một BTS bao gồm các thiết bị phát thu, anten và xử lý
tín hiệu đặc thù cho giao diện vô tuyến. Có thể coi BTS là các modem vô tuyến
phức tạp có thêm một số các chức năng khác. Một bộ phận quan trọng của BTS là
TRAU (Transcoder and rate adapter unit: 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
25