Nghiên cứu về tổng quan hệ thống thông tin di động gsm bao gồm các đặc tính và cấu trúc

Đồ án tốt nghiệp

Lời nói đầu
Trong những thập niên gần đây, công nghệ thông tin đà trở
thành một bớc đột phá mới của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật.
Nó không ngừng lớn mạnh cả về chất và lợng trên quy mô toàn cầu.
Trong đó phải kể đến thông tin di động, đó là một nghành với tiềm
năng phát triển vô cùng rộng lớn và đợc coi nh mũi nhọn để tiến vào
thời đại mới.
Hoà nhập với làn sóng hiện đại hoá trên toàn thế giới, hàng loạt
các công nghệ tiên tiến nh tổng đài điện tử số, truyền dẫn số PDH và
SDH trên cáp quang viba, thông tin di động số GSM Cùng các Cùng các
dịch vụ hỗ trợ của nó đà đợc da vào áp dụng trong mạng viễn thông
Việt Nam. Có thể kể đến thành tựu lín nhÊt cđa nghµnh khoa häc kü
tht níc ta lµ việc đa vào sử dụng Hai hệ thống thông tin di động tế
bào số GSM với hai nhà cung cấp VMS và Vinaphone.
Kỹ thuật GSM ngày càng đợc phát triển và hoàn thiện, mạng lới
ngày càng mở rộng, dịch vụ ngày càng đa dạng. Bên cạnh đó , do
không đợc tham gia vào việc xây dựng các chuẩn, trang thiết bị hoàn
toàn do các hÃng nớc ngoài chế tạo, cung cấp và lắp đặt. Do vậy đội
ngũ chuyên gia trong nớc không tránh khỏi trở ngại trong quá trình
điều hành, khai thác và phát triển dịch vụ. Chính vì vậy, việc nghiên
cứu về hệ thống thông tin di động này là thực sự cần thiết và cấp
bách.
Mục đích của đồ án này là nghiên cứu về tổng quan hệ thống
thông tin di động GSM bao gồm các đặc tính và cÊu tróc. Nã sÏ gióp
cho mäi ngêi cã thĨ hiĨu rõ hơn về thông tin di động GSM mà nớc
mình sử dụng.
Xin trân trọng cảm ơn sự giúp đỡ vô cùng quý báu về kiến thức
và t liệu của thầy giáo Nguyễn Tài Hng- Bộ môn Kỹ Thuật Thông
Tin- Khoa Điện Tử Viễn Thông- Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội,

ngời đà trực tiếp hớng dẫn chỉ bảo vô cùng nhiệt tình trong quá trình
thực hiên đề tài.
Xin trân trọng cảm ơn Các thầy, cô trong bộ môn Kỹ Thuật
Thông Tin, Khoa Điện Tử Viễn Thông trờng Đại học Bách Khoa Hà
Nội, gia đình và toàn thể bạn bè đà tạo điều kiện nghiên cứu và giúp
đỡ để em có thể hoàn thành bản đồ án này.

Thông tin di động GSM

1


Đồ án tốt nghiệp

Thông tin di động GSM

2


Đồ án tốt nghiệp

Mục lục
Trang
Lời nói đầu................................................................................................................1
Phụ lục........................................................................................................................5

Các từ viết tắt trong báo cáo:..............................................................5
Phần I: Thông tin di động gsm.............................................................11

I. lịch sử GSM.......................................................................................11

1. Thông tin di động..........................................................................11
2. Lịch sử GSM..................................................................................12
3. Mạng GSM ở nớc ta.......................................................................15
II. Hệ thống GSM.............................................................................19
1. Đặc tính của mạng thông tin di động...........................................19
2. Vấn đề bảo mật..............................................................................20
3. Vấn đề chất lợng............................................................................20
4. Truyền dẫn số................................................................................21
5. Đồng bộ thời gian..........................................................................22
6. MÃ hoá GSM.................................................................................23
6.1 MÃ hoá thoại...........................................................................23
6.2 MÃ hoá kênh..........................................................................26
6.3 Vocoder....................................................................................29
6.4 MÃ hoá lai ghép.......................................................................29
7. Thông tin di động TDMA.............................................................34
III. Cấu trúc mạng thông tin di động Gsm...................................37
1. Cấu trúc địa lý................................................................................37
2. Cấu trúc chức năng........................................................................39
2.1 Hệ thống chuyển mạch (SS)....................................................41
2.2. Hệ thống con trạm gốc BSS...................................................44
2.3. Trạm di động MS....................................................................50
2.4. Hệ thống con khai thác OSS..................................................51
phần ii : giao diện vô tuyến trong hệ thống thông tin di
động gsm..................................................................................................................53

I. Các khái niệm trong giao diện vô tuyến.......................................53
1. Khái niệm kênh..............................................................................53
2. Các kênh logic...............................................................................58
2.1 Phân loại...................................................................................58
2.2. Tổ hợp các kênh......................................................................61

II. Các chức năng báo hiệu trên giao diện vô tuyến......................66
1. C¸c líp b¸o hiƯu............................................................................66
1.1. Líp b¸o hiƯu 1........................................................................67
1.2 Líp b¸o hiệu 2.........................................................................69
1.3. Lớp bảo hiệu 3........................................................................69
2. Giao thức LAPDm.........................................................................70
3. Các thđ tơc b¸o hiƯu cho c¸c kÕt nèi kh¸c nhau.........................75
3.1. MS tắt máy hoặc ở ngoài vùng phục vụ...............................75
3.2. MS bật máy, trạng thái rỗi.....................................................76
Thông tin di động GSM

3


Đồ án tốt nghiệp
3.3. MS bận....................................................................................76
3.4. Cập nhật vị trí.........................................................................76
3.5. Thủ tục nhập mạng ban đầu...................................................77
3.6. Thủ tục rời mạng....................................................................78
3.7. Thủ tục nhập lại mạng.........................................................78
3.8. Đăng ký định kỳ.....................................................................79
3.9. Tìm gọi....................................................................................79
3.10. Cuộc gọi từ mạng cố định đến MS....................................80
3.11. Cuộc gọi từ MS.....................................................................85
3.12 Các trờng hợp Handover....................................................88
4. Quản lý tiềm năng vô tuyến RR...................................................90
5. Quản lý di động MM.....................................................................91
6. Quản lý nối thông CM...................................................................92
Kết luận...................................................................................................................94
Tài liệu tham khảo.............................................................................................96

Thông tin di ®éng GSM

4


Đồ án tốt nghiệp

Phụ lục
Các từ viết tắt trong b¸o c¸o:
AGCH
ARQ
AUC
BCC
BCCH
BCH
BER
BHCK
Bm
BSC
BSIC
BSS
BSSAP
BSSMAP
BSS
BTS
BTSM
CC
CCCH
CCITT

CCSN7
CEPT

CDMA

Acces Grant Chanel
Automatic Retransmission
Request
Authentication Center
Base Station Colour Code
Broadcast Control Channel
Broadcast Channel
Bit Error Rate
Busy Hour Call Attempts
Full Rate TCH
Base Station Controller
Base Station Indentity Code
Base Station Subsystem
Base Station Application Part
Base Station Management
Application Part
Base station Sybsystem
Base tranceiver Station
BTS Mamagement
Call Control
Common Control Channel
International Telegraph &
Telephone Consultative
Committee

Common Chanel Signalling
N7
Conference of European
Postal and Telecomunications

CGI
CI
CIC
CK
CM
DCCH

Code Division Muitiple
Access
Cell Global Identity
Cell Identity
Circuit Identity Code
Chechk sum
Connection Management
Dedicated Control Channel

DPC

Destination Point Code

Thông tin di động GSM

5

Kênh cho phép thâm nhập

Yêu cầu phát lại tự động
Trung tâm nhận thực
MÃ mầu trạm gốc
Kênh điều khiển quảng bá
Kênh quảng bá
Tỷ số bit lỗi
Số thử gọi ở giờ cao điểm
TCH toàn gốc
Bộ điều khiển trạm gốc
MÃ nhận dạng trạm gốc
Hệ thống con trạm gốc
Phần ứng dụng trạm gốc
Phần ứng dụng quản lý
BSS
Hệ thống con trạm gốc
Trạm thu phát gốc
Quản lý BTS
Điều khiển cuộc gọi
Kênh ®iỊu khiĨn chung
ban t vÊn qc tÕ vỊ
®iƯn tho¹i và điện báo
Báo hiệu kênh chung số 7
Hội nghị các cơ quan quản
lý bu chính và viễn thông
Châu Âu
Đa thâm nhập phân chia
theo mÃ.
Nhận dạng ô tổng thể
Nhận dạng ô
MÃ nhận dạng mạch

Kiểm tra tổng
Quản lý nối thông
Kênh điều khiển dành
riêng
MÃ điểm nhận


§å ¸n tèt nghiƯp
DT1
DUP
FACCH
FDMA
FEC
GMSC
GMSK
GP
GS
GSD
GSM

GSS
GT
HLR
IMEI
IMSI
ISDN
ISUP
ITU-R

ITU-T

Data Form 1
Data User Part
Fast Associated Control
Channel
Frequency Division Multiple
Access
Forward Error Correction
Gateway MSC
Gaussian Minimum Shift
Keying
Gard Period
Group Switch
Group Switch Device
Group Special Mobile or
Global System for Mobile
Communication
Group Switch Subsystem
Global Title
Home Location Register
International Mobile
Equipment Identity
International Mobile Station
Identity
Intergrated Services Digital
Network
ISDN User Part
International Telecommunications Union Radio Sector

IWF

Kc
Ki
LA
LAI
LAC

International Telecommunication Union - Telecommunication Sector
Interworking Function
Ciphering Key
Subscriber Authentication key
Location Area
Location Area Identity
Location Area Code

LAPD

Link access procedures on D

Thông tin di động GSM

6

Dạng số liệu 1
Phần ngời sử dụng số liệu
Kênh điều khiển liên kết
nhanh
Đa thâm nhập phân chia
theo tần số
Sửa lỗi trớc
MSC cổng

Khóa chuyển pha cực tiểu
Gausơ
Khoảng bảo vệ
Chuyển mạch nhóm
Thiết bị chuyển mạch
nhóm
Nhóm chuyên trách di
động hay hệ thống thông
tin di động toàn cầu
Hệ thống con chuyển
mạch nhóm
Tên toàn cầu
Bộ ghi định vị thờng trú
Nhận dạng thiết bị trạm di
động Quốc tế
Nhận dạng trạm di động
Quốc tế
Mạng số liên kết đa dịch
vụ
Phần ngời sử dụng ISDN
Liên minh viễn thông
Quốc tế - bộ phận vô
tuyến
Liên minh viễn thông
Quốc tế - Bộ phận viễn
thông
Chức năng tơng tác
Khoá mật mÃ
Khoá nhận thực thuê bao
Vùng định vị

Nhận dạng vùng định vị
MÃ nhận dạng vùng định
vị
Các thủ tục thâm nhập ®-


§å ¸n tèt nghiƯp

LI
Lm
MAP
ME
MM
MS
MSC
MSIN
MSISDN
MT
MTP
MTS
NMS
O&M
OMC
OMS
OPC
OSI
OSS
PAD
PCD
PCD-D

PCH
PCM
PIN
PLMN
PSPDN
PSTN
RACH

channel
Length indicator
Half Rate TCH
Mobile Application Part
Mobile Equipment
Mobility Management
Mobile station
Mobile Services switching
center
Mobile station Identity
number
Mobile station ISDN number
Mobile termination
Message Trasfer part
Mobile Telephone subsystem
Network Management
sybsystem
Operation and Maintenance
Operation and Maintenance
center
Operation and Maintenance
system

Originationg point Code
Open System interconnection
Operation and Support System
Packet Assembly/
Disassembly
Pulse code Device
Pulse Code Device - Digital
Paging Channel
Pulse Code Modulation
Personal Identity Number
Public Land Mobile network
Packet switched public Data
network
Public switched Telephone
network
Random Access Channel

Th«ng tin di động GSM

7

ờng truyền ở kênh D
Chỉ thị độ dài
TCH bán tốc
Phần ứng dụng di động
Thiết bị di động
Quản lý di động
Trạm di động, máy di
động
Trung tâm chuyển mạch

các dịch vụ di động
S nhận dạng trạm di động
Số ISDN trạm di động
Kết cuối di động
Phần truyền bản tin
Hệ thống con điện thoại di
động
Hệ thống con quản lý
mạng
Khai thác và bảo dỡng
Trung tâm khai thác và
bảo dỡng
Hệ thống khai thác và bảo
dỡng
MÃ điểm khởi đầu
Kết nối hệ thống mở
Hệ thống khai thác và hỗ
trợ
Đóng/ mở gói
Thiết bị mà hoá xung
Thiết bị mà hoá xung-số
Kênh nhắn tin
Điều xung mÃ
Số nhận dạng cá nhân
Mạng di động mặt đất
công cộng
Mạng số liệu công cộng
chuyển mạch gói
Mạng điện thoại chuyển
mạch công cộng.

Kênh thâm nhập ngÉu
nhiªn


Đồ án tốt nghiệp
RAND
RR
RPE-LTP
Rx
SACCH
SAPI
SCCP
SCH
SDCCH
SECA
SID
SIM
SIO
SL
SN
SNR
SP
SRES
SS
ST
STP
TA
TAF
TB
TC

TCAP
TCH
TDMA
TG
TMSI
TRAU

Random number
Radio Resource Management

Số ngẫu nhiên
Quản lý tiềm năng vô
tuyến
Regular pulse Excitation-Long Kích thích xung đều- tiền
term prediction
định thời gian dài
Receiver
Máy thu
Slow Associated Control
Kênh điều khiển liên kết
Channel
chậm
Service Access Point Indicator Chỉ thị điểm thâm nhập
dịch vụ
Signalling Connection control Phần điều khiển nối thông
part
báo hiệu
Synchronization Chanel
Kênh đồng bộ
Stand alone Dedicated Control Kênh điều khiển dành

Channel
riêng độc lập.
Semi - Permanent Connection Nối thông tin bán cố định
Silence Descriptor Flag
Cờ chỉ thị im lặng
Subscriber Identity Module
Môdun nhận dạng thuê
bao
Service Information Octet
Byte thông tin dịch vụ
Signalling Link
Đờng nối báo hiệu
Subscriber Number
Số thuê bao
Serial Number
Số seri máy
Signalling Point
Điểm báo hiệu
Signed Response
Mật khẩu
Switching Sybsystem
Hệ thống con chuyển
mạch
Signalling Terminal
Đầu cuối báo hiệu
Signalling Transfer Point
Điểm chuyển báo hiệu
Timing Advance
Định thời trớc
Terminal Adaptation Function Chức năng thích ứng đầu

cuối
Tail Bit
Bit đuôi
Transaction Capability
Khả năng dao dịch
Transaction Capalbility
Phần ứng dụng khả năng
Apllication Part
dao dịch
Traffic Channel
Kênh lu lợng
Time Division Multiple access Đa thâm nhập phân chia
theo thời gian
Transceiver Group
Nhóm thu phát
Temporaty mobile station
Nhận dạng trạm di động
identity
tạm thời
Transcoder and rate
Khối chuyển mà và thích

Thông tin di động GSM

8


§å ¸n tèt nghiƯp

TRX

TS
TUP

adaptation Unit
Transceiver
Time Slot
Telephone User part

Tx
UP
VAD
VLR

Trasmitter
User part
Voice Activity Detection
Visiting location register

ứng tốc độ
Máy thu phát
Khe thời gian
Phần ngời sử dụng điện
thoại
Máy phát
Phần ngời sử dụng
Phần hiện hoạt động tiếng
Bộ ghi định vị tạm trú.

Phần I: Thông tin di động gsm
I. lịch sử GSM

1. Thông tin di động
Thuật ngữ thông tin di động đà có từ lâu và đợc hiểu là có
thể cung cấp một cách lu động tín hiệu trong quá trình thông tin.
Thông tin di động có thể thực hiện đợc nhiều dịch vụ di động nh: thoại, truyền số liệu, Fax, nhắn tin Cùng cácTr ớc đây mạng lới thông
tin di động chủ yếu đợc sử dụng trong lĩnh vực quân sự, ngày nay
đà đựơc thơng mại hoá và đợc đa vào sử dụng rộng rÃi.
Thông tin di động từ những lúc sơ khai với phơng pháp
thông tin điểm - điểm rồi đến điện thoại không dây Cùng cácvới các
loại hình này đều có các đặc tính chung là phục vụ cho nhu cầu
mở rộng mạng cố định qua hệ thống vô tuyến.
Bớc phát triển tiếp theo của hệ thống thông tin di động là tạo
ra từ một mạng nhỏ có số thuê bao hạn chế đến nay càng đ ợc mở
rộng phạm vi hoạt động.
Những năm 80 của thế kỉ 20 các hệ thống thông tin di động
tế bào đà đợc nghiên cứu và ứng dụng khai thác. Với hệ thống này,
vùng phục vụ thông tin đợc chia thành các ô (cell) nhỏ, mỗi cell có
một trạm thu phát (TRX) đảm nhiệm. Toàn bộ hệ thống có một hay
nhiều bộ chuyển mạch điều hành và chúng đợc kết nối với nhau
Thông tin di ®éng GSM

9


Đồ án tốt nghiệp
thành một mạng thống nhất , cho phép các cuộc gọi đợc chuyển
vùng từ cell này đến vùng của cell khác ,từ nớc này đến nớc khác.
2. Lịch sử GSM
Thông tin di động đợc ứng dụng cho nghiệp vụ cảnh sát từ
thập kỉ 20 của thế kỉ 20 ở băng tần 2M. Sau thế chiến thứ hai
(1939-1945) mới xuất hiện thông tin di động điện thoại dân dụng

với kỹ thuật FM ở băng sóng150M.
Năm 1948, một hệ thống thông tin di động hoàn toàn tự
động đầu tiên ra đời ở Richmond, Indiana (Mỹ) . Từ những năm
60 , kênh thông tin di động có dải tần số 30Khz với kỹ thuật FM
băng tần 450Mhz xuất hiện đa hiệu xuất sử dụng phổ tần tăng gấp
bốn lần so víi ci thÕ chiÕn thø hai.
Quan niƯm vỊ celluer b¾t đầu từ cuối những năm 40 của thế
kỉ 20 với Bell thay cho mô hình quảng bá M7 có công suất lớn và
anten đặt cao, là những cell co diện tích bé có BTS công suất nhỏ,
khi các cell ở cách nhau đủ xa thì có thể sử dụng lại tần số.
Tháng 12/1971 đa ra hệ thống celluer kỹ thuật tơng tự, dải tần
850M. Đầu những năm 90 của thế kỉ 20 thế hệ đầu tiên của thông
tin di động tế bào đà bao gồm hàng loạt các hệ thống ở các n ớc
khác nhau. Tuy nhiên các hệ thống này không thoả mÃn đ ợc nhu
cầu ngày càng tăng về dung lợng. Mặt khác các tiêu chuẩn hệ
thống không tơng thích nhau làm cho sự chuyển giao không đủ
rộng nh mong muốn. Những vấn đề trên đặt ra cho hệ thống thông
tin di động tế bào thế hệ 2 phải lựa chọn giải pháp kỹ thuật : kỹ
thuật tơng tù hay kü tht sè.
Sư dơng kü tht sè cã những u điểm sau:
Sử dụng kỹ thuật điều chế số tiên tiến nên hiệu xuất sử dụng
phổ tần cao hơn.
MÃ hoá tín hiệu thoại với tốc độ ngày càng thấp cho phép ghép
nhiều kênh thoại hơn và dòng bit tốc độ chuẩn.
Giảm tỉ lệ tin tức báo hiệu, dành tỉ lệ tin tức lớn hơn cho ngời
sử dụng.
áp dụng kỹ thuật mà hoá kênh và mà hoá nguồn của kỹ thuật
truyền dẫn số.
Thông tin di động GSM

10


Đồ án tốt nghiệp
Hệ thống số chống nhiễu kênh chung CCI và chống nhiễu kênh
kề ACI hiệu quả hơn.
Điều khiển động cho cấp phát kênh liên lạc làm cho việc sử
dụng tần số hiệu quả hơn.
Có nhiều dịch vụ mới nh nhận thực, mà hoá và kết nối với
ISDN.
Điều khiển truy nhập và chuyển giao hoàn hảo hơn. Dung l ợng
tăng , báo hiệu bật tắt đều dễ dàng xử lý bằng phơng pháp số.
Hệ thống thông tin di động tế bào thế hệ thứ hai cã ba tiªu
chuÈn chÝnh : GMS, IS – 054 (AMPS), JDC.
Năm 1982 khối CEPT thành lập hiệp hội GSM tiêu chuẩn châu
âu.
Năm 1987 có 13 nhà khai thác châu âu ký kết GSM Moll
Năm 1992 các mạng GSM bắt đầu đi vào dịch vụ thơng mại tai
đức , các nớc không thuộc châu âu ký kết GSM Moll.
Năm 1994 các mạng
Lan.

DSC-1800 đa vào hoạt động tại Phần

Năm 1995 các mạng PCS 900 đa vào hoạt động tại USA ETSI
đà dự thảo các đặc tính GSM trong châu Âu
SMG 2 : giao diện không gian
SMG 7 : trạm di động
SMG 8 : trạm gốc
GSM 11-10 ứng dụng cho trạm di động

GSM 11-12 øng dơng cho tr¹m gèc
 Phase 1 (1991)
 Các dịch vụ thoại cơ bản và số liệu nh SMS
Phase 2 (1996)
MÃ hoá thoại bán tốc đợc xác định
Các mức công suất thấp để thực hiện Microcell
Mở rộng tần số cho E GSM
Thông tin di ®éng GSM

11


Đồ án tốt nghiệp
Kết hợp đặc tính với DCS 1800
Chuyển vùng GSM/DCS đa băng tần
Phase 2+ (1997 1998)
Các dịch vụ chuyền số liệu gói vô tuyến GPRS
MÃ hoá thoại toàn tốc
Chuyển mạch sè liƯu tèc ®é cao bëi ®a khe thêi gian


GSM là hệ thống thông tin di động toàn cầu với tiêu
chuẩn viễn thông tế bào kỹ thuật toàn châu Âu sẽ giải
quyết dung lợng hiện nay. Thực chất dung lợng sẽ tăng 2
đến 3 lần nhờ việc sử dụng tần số tốt hơn và kỹ thuật ô
nhỏ , do vậy số thuê bao di động sẽ tăng lên rất nhiều.



Tiêu chuẩn GSM đợc thiết kế để có thể kết hợp với ISDN

và tơng thích với môi trờng di động . Hệ thống thông tin
di động GSM bắt đầu phát triển vào năm 1982 khi các nớc
Bắc Âu gửi đề nghị đến CEFP (hội nghị các cơ quan quản
lí viễn thông và bu chính Châu Âu) để quy định nột dịch
vụ viễn thông chung Châu Âu ở tần số 900Mhz. Năm
1985 ngời ta quyết định xây dựng hệ thống thông tin di
động kỹ thuật số.
Để phát triển , nghiên cứu và nâng cao tiêu chuẩn mạng
lới dịch vụ thông tin di động GSM , năm 1992 một số nớc
Châu Âu đà thành lập hiệp hội GSM Moll nhằm trao đổi
hợp tác trong kinh doanh va bảo vệ quyền lợi cho các nhà
khai thác GSM, DCS trên toàn thế giới.

Hiệp hội này đà phôi thai khi các nớc Bắc Âu đa ra một
kiến nghị thống nhất một dịch vụ viễn thông chung cho
toàn Châu Âu ở băng tần 900Mhz . Cho tới năm 1996, tại
Paris, mới hoàn thành việc đánh giá định hớng các giải
pháp của các nớc khác nhau để tiến tới lựa chọn công
nghệ TDMA băng hẹp.
Tháng 4/1987, 13 nớc châu Âu đà ký GSM Moll để hứa
hen lẫn nhau về việc hoàn thiện các chỉ tiêu kỹ thuật ,
cùng chung sức mở ra một thị trờng mạnh và rộng lớn cho
Thông tin di động GSM

12


Đồ án tốt nghiệp
GSM và thoả thuận mỗi nớc sẽ có một mạng GSM hoạt
động từ 1/7/1991.

Tuy nhiên do nhiều nguyên nhân cuối năm 1992 mới có
13 nớc là thành viên mạng GSM của 7 nớc và cho đến nay
có rất nhiều những thành viên mới của mạng GSM trên
toàn thế giới.
3. Mạng GSM ở n ớc ta.
Mạng thông tin di động theo tiêu chuẩn GSM lần đầu tiên
đợc đa vào sử dụng tại Việt Nam năm 1993 , từ một nhà khai
thác là VMS (14/3/1993) , đến nay đà có thêm nhà khai thác thứ
hai là GPC (26/6/1996) và cả hai cùng không ngừng mở rộng
mạng lới cũng nh tăng cờng cung cấp các dịch vụ cho khách
hàng.
Cả hai mạng này đều phục vụ cho địa bàn toàn quốc, gồm
ba trung tâm chuyển mạch và các thành phần để xử lý cuộc gọi
tại Hà Nội, Đà Nẵng và Thành Phố Hồ Chí Minh. Trong đó các
trung tâm của mỗi mạng đều liên kết với nhau và thực hiện
Roaming nội bộ nhằm phục vụ thuận tiện cho thuê bao.
Các dịch vụ đà đa vào phục vụ khách hàng hiện nay bao
gồm:
Dịch vụ trả tiền sau: là dịch vụ cơ bản do nhà cung cấp thông
tin di động cung cấp cho khách hàng . Các thuê bao di động
có thẻ sử dụng MS của nó để nhận và thực hiện tất cả các cuộc
gọi tại những nơi mà mạng di dộng phủ sóng (kể cả ở n ớc
ngoài ) và thuê bao có thể sử dụng tất cả các dịch vụ phụ của
nhà cung cấp.
Dịch vụ trả trớc : Khi sử dụng loại hình dịch vụ này thì MS
phải có một thẻ SIM (khối giao diện thuê bao) và một thẻ
(card) và đà có thể hoà mạng thông tin di động và có thể thực
hiện và nhận tất cả các cuộc gọi.
Chuyển vùng trong nớc : Dịch vụ này giúp các thuê bao di
động nhận và thực hiện cuộc gọi tại 61/61 tỉnh và thành phố

trên toàn quốc.

Thông tin di động GSM

13


Đồ án tốt nghiệp
Hiển thị số thuê bao chủ gọi: Dịch vụ này giúp thuê bao di
động thấy đợc số điện thoại trên màn hình máy di động.
Cấm hiển thị số thuê bao chủ: Dịch vụ này khiến ngời mà thuê
bao chủ gọi tới không thấy đợc số thuê bao của máy này trên
màn hình máy di động
Dịch vụ giữ cuộc gọi : Dịch vụ này giúp thuê bao di động đặt
cuộc gọi ở chế độ chờ và gọi tới một số máy khác.
Dịch vụ chờ cuộc gọi: Dịch vụ giúp thuê bao di động trả lời
cuộc điện thoại thứ hai ngay cả trong lúc thuê bao di ®éng
®ang nãi chun víi ngêi gäi thø nhÊt.
 Dịch vụ chuyển tiếp cuộc gọi: Dịch vụ giúp thuê bao di động
chuyển cuộc gọi tới một số máy khác khi máy của thuê bao di
động bận ngoài vùng phủ sóng hoặc không hoạt động.
Hộp th thoại : Dịch vụ này giúp thuê bao di động luôn giữ đ ợc
liên lạc ngay cả khi máy điện thoại của thuê bao di động hết
pin hay ngoài vùng phủ sóng. Khi thuê bao di động không thể
trả lời điện thoại , ngời gọi có thể nhắn lạivào hộp th của thuê
bao di động và sau đó thuê bao di động có thể sử dụng điện
thoại di động của mình hoặc bất cứ điện thoại nào để nghe lại
tin nhắn đà đợc ghi.
Dịch vụ truyền Fax: Dịch vụ cho phép thuê bao di động gửi đi
một bản tin Fax bằng cách kết nối trực tiếp máy vi tính và

máy điện thoại di động.
Dịch vụ truyền dữ liệu : Dịch vụ này cho phép thuê bao di
động truyền dữ liệu đi bằng cách kết nối trực tiếp máy vi tính
và máy điện thoại di động.
Dịch vụ nhắn tin ngắn: Dịch vụ này giúp thuê bao di động gửi
đi những bản tin nhắn dới dạng chữ viết trong những tình
huống không tiện nói trên điện thoại, ví dụ đang ở nơi ồn ào ,
hay không muốn ngời khác biết đợc nội dung trao đổi.
Dịch vụ chuyển vùng quốc tế: Dịch vơ chun vïng qc tÕ
cho phÐp MS thơc hiƯn c¸c cuộc gọi đi và nhận các cuộc gọi
đến bằng máy điện thoại di động của mình tại tất cả các n íc
cã ký tho¶ thn chun vïng qc tÕ víi nhà cung cấp mà
Thông tin di động GSM

14


Đồ án tốt nghiệp
không cần thay đổi thẻ SIM và số máy điện thoại di động của
mình. Hiện nay các nhà cung cấp nớc ta đà mở dịch vụ tới 43
nhà khai thác tại 28 quốc gia và vùng lÃnh thổ khác nhau.
Tính cớc đơn giản: Các cuộc gọi thuê bao di động ở nớc ngoài
sẽ đợc tính cớc theo quy định của nhà khai thác tại từng nớc .
Dịch vụ sau bán hàng: Thiết lập một hệ thống cửa hàng và đại
lý rộng khắp trong cả nớc tạo điều kiện cho khách hàng đến
giao dịch . Ngoài hệ thống cửa hàng và đại lý , các đội bán
hàng trực tiếp và thu cớc trực tiếp cũng đợc thành lập tại nhà
khi khách hàng yêu cầu số cuộc gọi đợc thực hiện nh cách
quay số của các nớc sở tại.
Đối với dịch vụ chuyển vùng quốc tế cũng cho phép khách

hàng nhận cuộc gọi ở nớc ngoài nh là khi đang ở Việt Nam .
Chủ gọi chỉ trả cớc đến vị trí đăng ký của thuê bao tại Việt
Nam còn thuê bao phải trả cớc cho phần định tuyến lại cuộc
gọi tại Việt Nam.
Bên cạnh đó các trung tâm dịch vụ khách hàng tại Việt Nam
Hà Nội -Đà Nẵng Thành phố Hồ Chí Minh cũng là những
địa chỉ tin cậyđể khách hàng có thể tới đăng ký dịch vụ, đợc
hớng dẫn và giải đáp tất cả các thắc mắc về máy di động về
dịch vụ sửa chữa và bán hàng.
Nhắn tin quảng bá: Dịch vụ này cung cấp miễn phí cho thuê
bao . Với dịch vụ này thuê bao di động sẽ nhận đợc các
thông tin hàng ngày (dự bao thời tiết, giá vàng và USD, tin thể
thao, lịch bay của hàng không Việt Nam) những thông tin này
đợc gửi trực tiếp tới MS dới dạng tin ngắn (dịch vụ này đang
đợc thử nghiệm tại khu vực miền Bắc và sẽ đợc triển khai
trong thêi gian tíi ).
 WAP: Giao thøc øng dơng kh«ng dây (mới đợc đa vào thử
nghiệm từ 1/5/2001)
WAP là một dịch vụ mới đợc cung cấp nhằm mục đích đa các
thông tin từ mạng Internet tới các máy điện thoại di động.
Dịch vụ cho phép thuê bao di động tìm kíêm những thông tin
hữu ích trên diện thoại di động nh tỉ giá hối đoái, tin thể thao,
Thông tin di ®éng GSM

15


Đồ án tốt nghiệp
dự báo thời tiết, các trơng trình giải trí, tin tức thời sự, thông
tin về thị trờng chứng khoán, lịch bay, kết quả sổ xố Cùng các Đặc

biệt thuê bao di động có thể kiểm tra gửi và nhận Emaill từ
điện thoại di động của mình (dịch vụ này sẽ đợc cung cấp
trong thời gian tới).
II.

Hệ thống GSM

1. Đặc tính của mạng thông tin di động
Từ các khuyến nghị của ITU-T về kỹ thuật khai thác hệ
thống GSM ta có thể tổng hợp nên các đặc tính của thông tin di
động nh sau:
o Số lợng lớn các dịch vụ và tiện ích cho các thuê bao cả
trong thông tin thoại và truyền dữ liệu .
o Sự tơng thích của các dịch vụ trong GSM với các dịch vụ
của mạng sẵn có bởi các giao diện theo tiêu chuẩn
chung .
o Tự động cập nhật vị trí và định vị cho mọi thuê bao di
động.
o Độ linh hoạt cao nhờ sử dụng các loại máy di động đầu
cuối khác nhau nh máy xách tay, máy cầm tay, máy đặt
trên ô tô.
o Sử dụng băng tần 900Mhz với hiệu quả cao bởi có sự kết
hợp giữa hai phơng pháp đa truy nhập : Phân chia theo
thời gian TDMA và phân chia theo tần số FDMA.
o Giải quyết sự hạn chế dung lợng , thực chất dung lợng
sẽ tăng từ 2 đến 3 lần nhờ việc sử dụng tần số tốt hơn.
2. Vấn đề bảo mật.
ở GSM việc đăng ký thuê bao đợc ghi ở khối nhận dạng
thuê bao (SIM), Card thuª bao cã kÝch thíc nh tÊm tÝn phiÕu. Ta
có thẻ cắm Card thuê bao (SIM) của mình vào máy cầm tay GSM

và chỉ mình sử dụng nó. Quá trình kiểm tra các tham số của SIM
này đợc tự ®éng thùc hiƯn b»ng mét thđ tơc nhËn thùc th«ng qua
trung tâm nhận thực.
Thông tin di động GSM

16


Đồ án tốt nghiệp
Tính bảo mật cũng đợc tăng cờng nhờ sử dụng mà hoá tín
hiệu để ngăn chặn hoàn toàn việc nghe chộm ở đờng vô tuyến.
3. Vấn đề chất l ợng.
Tại các điều kiện tơng đối tốt chất lợng của hệ thống GSM
và chất lợng các hệ thống tơng tự không có sự khác rõ rệt. Tuy
nhiên ở các điều kiện xấu , do tín hiệu yếu hay do nhiễu giao
thoa nặng thì thông tin di động GSM có chất l ợng tốt hẳn. Các
dịch vụ số liệu có thể cung cấp các dịch vụ chất l ợng cao với lỗi
rất ít ở tốc độ lên tới 9,6 Kbit/s. Máy điện thoại di động sẽ đợc
cung cấp ở tất cả các hình thức : Ô tô, xách tay và cầm tay
Kích thớc và tuổi thọ của Accu (pin) cũng là các tính năng
quan trọng. Việc sử dụng công nghệ mới nhất làm cho các máy
điện thoại di động nhỏ và nhẹ hơn. Việc sử dụng chế độ nghỉ tự
động làm cho tuổi thọ Accu dài hơn.
4. Truyền dẫn sè.
HƯ thèng GSM sư dơng kü tht sè do ®ã việc truyền dẫn
các tín hiệulà truyền dẫn số. Trong khi đó các dạng tín hiệu nh
âm thanh, tiếng nói, hình ảnh là tín hiệu tơng tự . Do đó để
truyền đợc trong mạng số thì các tín hiệu trên phải đ ợc chuyển
thành tín hiệu số. Trớc hết cần phải lấy mẫu tín hiệu.
Định lý lấy mẫu: Tần số lấy mẫu ít nhất phải bằng hai lần

tần số cao nhất của phổ tần tín hiệu tơng tự, nếu không việc tái
tạo tín hiệu tơng tự sẽ bị méo dạng.
Tiếng nói thông thờng chứa chủ yếu các thành phần tần số đến
gần 3Khz. Các tần số cao hơn có năng lợng quá thấp và có thể bỏ
qua chúng mà không ảnh hởng nhiều đến chất lợng.
Vì thế ở truyền dẫn thoại, thông thờng tín hiệu này đợc hạn
chế bởi bộ lọc tÇn thÊp 3Khz . VËy tÇn sè lÊy mÉu 8Khz là đủ đáp
ứng định lý trên.
Tiếp theo việc lấy mẫu tín hiệu là quá trình lợng tử hoá và
mà hoá. Số mức lợng tử hoá dợc xác định bởi số bit mà ta cần sử
dung đẻ trinh bầy một mẫu. Phần lớn các trờng hợp có sự khác
nhau giữa giá trị mẫu và giá trị đà lợng tử một đại lợng đợc kí
Thông tin di động GSM

17


Đồ án tốt nghiệp
hiệu là x. Ta có thể điều chỉnh để đạt đợc x nhỏ tuỳ ý bằng cách
tăng số mức rời rạc hoá nhng không thể loại nó hoàn toàn.
Các hệ thống viễn thông số chọn chúng là 256 mức (8 bit)
nghĩa là đối với một mẫu ta trình bày giá trị tơng tự bằng một giá
trị đà lợng tử 8 bit với tốc độ lấy mẫu 8 Khz nh vậy ta đợc tốc độ
bit là 8000 mẫu/s x 8 bit =64Kbit/s. Quá trình này đợc gọi là ®iỊu
chÕ xung m· (PCM) gåm ba bíc:
 LÊy mÉu: §o tín hiệu tơng tự.
Lợng tử: Gán cho mỗi mẫu một trong số 256 mức.
MÃ hoá: Mỗi giá trị sau khi lợng tử đợc trình bày
bằng một mà nhị phân 8 bit.
Lấy

mẫu

L ợng
hoá

tử

MÃ
hoá

2.4 Đờng truyền PCM 64 Kbit/s
Một đờng truyền số cho một kênh để truyền tín hiệu nói trên
phải có tốc độ là 64 Kbit/s. Đờng truyền này đợc gọi là đờng
truyền PCM. Sử dụng một đờng truyền PCM cho một kênh rất
lÃng phí dây dẫn , vì thế cần đặt nhiều kênh trên cùng một đ ờng
truyền PCM (ghép kênh). Tức là cần tăng tốc độ bit ở đờng truyền
PCM. Mỗi kênh có thể sử dụng đờng truyền ở một khoảng thời
gian nhất định đợc gọi là khe thêi gian. T¹i hƯ thèng PCM bËc 1
ta ghÐp 32 kênh trên một đờng truyền PCM. Vậy tốc độ bit của đờng truyền này là 2,048 Mbit/s. Kênh 0 đợc sử dụng cho đồng bộ,
kênh 16 đợc sử dụng cho báo hiệu còn lại là 32 kênh thoại. Phần
trình bày ở trên là ví dụ về đa thâm nhập phân chia theo thời gian
(TDMA). Một phơng án khác là đa thâm nhập phân chia theo tần
số. Tại GSM khái niệm TDMA cũng đợc sử dụng cho đờng vô
tuyến. Tám khe thời gian sẽ đợc sử dụng cho từng băng tần.
5. Đồng bộ thời gian.
Việc sử dụng TDMA ở vô tuyến số đòi hỏi trạm di động chỉ
phát ở khe thời gian dành cho nó và im lặng ở thời gian còn lại,
nếu không trạm di động sẽ gây nhiễu cho các cuộc gọi từ các
trạm di động khác sử dụng các khe thời gian khác nhau nh ng ở

Thông tin di ®éng GSM

18


Đồ án tốt nghiệp
cùng tần số. Thí dụ : Một trạm di động rất gần trạm gốc nó đ ợc
dùng khe thêi gian thø 3 vµ chØ sư dơng khe thời gian này cho
cuộc gọi. Trong quá trình của cuộc gọi trạm di động rời xa gốc
nên thông tin gửi đi từ trạm gốc sẽ đến ngày càng trễ hơn và trả
lời từ trạm di động đến trạm gốc cung ngày càng trễ hơn. Nếu
không có biện pháp thì có thể đén một lúc nào đó do trễ quá lớn
mà thông tin do trạm di động phát đi ở khe thêi gian TS3 sÏ trïng
víi tÝn hiƯu tr¹m gèc thu đợc ở TS4 của cuộc gọi khác. Vì thế
trong quá trình thực hiện cuộc gọi, thời gian đến trạm gốc đ ợc
kiểm tra và các lệnh đợc gửi đến trạm di dộng để định trớc thời
gian phát khi trạm di động chuyển rời ra xa. Quá trình này đợc
gọi là quá trình định trớc thời gian.
6. MÃ hoá GSM
6.1 MÃ hoá thoại
Trong hệ thống thông tin số, các bít 1 và 0 đ ợc điều chế số
vào sóng mang. Vì dung lợng kênh vô tuyến rất bị hạn chế, nên
ta mong mn trun tin tøc ngêi dïng víi mét sè bít tối thiểu có
thể.
Việc biến đổi thoại thành dữ liệu số để truỳen qua môi trờng
vô tuyến và tái tạo lại tín hiệu thoại từ dữ liệu số nhận đợc là chc
năng mà hoá - giải mà thoại của thiết bị CODEC. Thiết bị này có
ở cả hai bên đối tác của giao diện vô tuýến (MS và BTS). MÃ hoá
thoại trong GSM đà đảm bảo chất lợng thoại khi truyền đa thoại
bằng nửa, phần t tốc độ thoại dòng thoại số trong mạng điện

thoại cố định.
Các yêu cầu đối với mà thoại GSM:
* Độ d nội tại của thoại phải lọc bỏ, sau mà hoá ta chỉ dữ lại
tin tức tối thiểu đủ để khôi phục thoại ở máy thu.
* Đảm bảo chất lợng truyền thoại đến máy thu.
* Ngừng phát vô tuyến khi không tích cực thoại (khoảng
ngừng) trong quá trình đàm thoại. Đó là chức năng phát gián
đoạn (DTX: discontinuos transmission). DTX giảm bớt lu lợng và
can nhiễu ở giao diện vô tuyến, đồng thời giảm yêu cầu về
nguồn.

Thông tin di động GSM

19


Đồ án tốt nghiệp
Để xử lý số tín hiệu thoại, bộ mà hoá thoại trong hệ thống
GSM thự hiện chừng 8 triệu lệnh/s. Việc xử lý tín hiệu thoại để
truyền đến đích bị trễ đến 50+ 100ms, do đó cần sử dụng bộ triệt
tiếng vọng và khử trắc âm.
Dới đây trình bày sơ đồ khối quá trình xử lý tín hiệu thoại ở
thông tin di động số celluler GSM.

Micro

Lọc giải
300+3400
Hz

A/D

MÃ hoá
thoại

MÃ hoá
kênh

Điều
chế
Môi tr
ờng
truyền
dẫn vô
tuyến

DAI CODEC
Loa

Lọc thông
thấp

A/D

Giải
mÃ
thoại

Giải
mÃ

kênh

Giải
điều
chế

Hình 6.1 Quá trình xử lý thoại
ADC Lấy nẫu với chu kỳ 125s (tần số lấy mẫu 8kHz) và lợng tử hoá đều 13 bit cho mét mÉu : 2 13 =8.192 møc 8000bit/mÉu
= 104 Kbit.
Đây là tôc độ bit của tín hiệu thoại ở DAI (digital audio
interface : giao diện âm tần số). ở DAI, thoại dà đ ợc mà hoá dạng
sóng, nhng độ d còn nhiều. CODEC tiến hành mà hoá thoại lại
kiểu VOCODER để loại bỏ tối đa độ d trong thoại. Nguyên lý
của VOCODER là mô hình phát âm đợc xác định trớc ở hai phía
phát và thu thoại. Bên thu chỉ cần nhận dủ những đăc trng của
thoại theo yêu cầu mô hình đó là có thể tái tạo lại thoại.
Chúng ta tìm độ d của thoại ở đâu để bỏ bớt? Độ d thoại có
càng nhiều ở những mẫu tín hiệu thoại có t ơng quan với nhau
càng lớn. Chúng ta dùng các biện pháp sau đây:
a) Phân tích LPC - RPE (Linear predictive - Regular
excitation). Đây là nguyên lý giảm độ d thoại dựa vào đặc tính tơng quan ngắn 1ms giữa các mẫu . Cụ thể:
- Mỗi cửa sổ 20ms của thoại (có 160 mẫu) đợc lu giữ vào bộ
nhớ. Sự phân tích các mẫu của cửa sổ đa ra 8 hệ số bộ lọc và
thông số tín hiệu kích theo yêu cầu mô hình phát âm.

Thông tin di ®éng GSM

20