Giáo trình hướng dẫn các tiêu chuẩn viễn thông cho hệ thống di động số phần 1 pot

Luận văn tốt nghiệp

1

CHƯƠNG 1
CÁC KỸ THUẬT CƠ SỞ VÀ CÁC BỘ PHẬN CHÍNH TRONG
HỆ THỐNG THÔNG TIN DI SỐ

I. CÁC BỘ PHẬN CHÍNH TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG SỐ
1. Giới thiệu
- Mạng viễn thông tổ ong là một trong các ứng dụng kỹ thuật viễn thông có
nhu cầu lớn nhất và phát triển nhanh nhất.
- GSM (Global system for mobile communication – hệ thống thông tin di động
toàn cầu) với tiêu chuẩn thông số toàn Châu Âu mới, sẽ giải quyết sự hạn chế dung
lượng hiện nay. Thực chất dung lượng sẽ tăng 2 – 3 lần nhờ việc sử dụng tần số tốt
hơn và kỹ thuật ô nhỏ, do vậy số thuê bao phục vụ sẽ tăng lên.
- Lưu động là hoàn toàn tự động, bạn có thể đem máy di động của mình khi đi
du lòch và sử dụng ở một nước khác. Hệ thống sẽ tự động cập nhật thông tin về vò trí
của bạn cho hệ thống tại nhà bạn. Bạn cũng có thể gọi đi và nhận cuộc gọi đến mà
người gọi không cần biết vò trí của bạn. Ngoài tính lưu động quốc tế, tiêu chuẩn
GSM còn cung cấp một số tính năng như thông tin tốc độ cao, faxcimile và dòch vụ
thông báo ngắn. Các máy điện thoại di động sẽ ngày càng nhỏ hơn và tiêu thụ ít
công suất hơn các thế hệ trước chúng.
- Tiêu chuẩn GSM được thiết kế để có thể kết hợp với ISDN và tương thích với
môi trường di động. Nhờ vậy tươnng tác giữa hai tiêu chuẩn này đảm bảo.
- Năm 1982 GSM bắt đầu phát triển khi các nước Bắc Âu gửi đề nghò đến
CEPT để quy đònh một dòch vụ viễn thông chung Châu Âu ở 900MHz.
- Từ năm 1982 đến năm 1985 người ta bàn luận về việc xây dựng một hệ
thống số hay tương tự. Năm 1985 quyết đònh hệ thống số. Bước tiếp theo là chọn lựa
giải pháp băng hẹp và băng rộng.
- Năm 1986 một cuộc kiểm tra ngoài hiện trường đã được tổ chức tại Paris các

hãng khác nhau đã đua tài với các giải pháp của mình.
- Tháng 05/1987 giải pháp TDMA băng hẹp được lựa chọn, đồng thời các hãng
khai thác đã ký biên bản ghi nhớ MoU(Memorandem of Understanding) thực hiện
các quy đònh đã hứa sẽ có 1 GSM vận hành vào 01/07/91.
Giáo trình hướng dẫn các tiêu chuẩn
viễn thơng cho hệ thống di động số
Luận văn tốt nghiệp

2

- Ecrisson với bề dày kinh nghiệm trong việc thiết kế và sản xuất hệ thống tổ
ong. Hệ thống CME20 cho GSM được thiết kế trên cơ sở chuyển mạch số AXE10. Ở
nước ta có hai hệ thống điện thoại di động là Vinaphone, VMS.
- Về chất lượng
Chức năng đầu tiên của CME20 là cung cấp một dòch vụ điện thoại di động
tin cậy và chất lượng tốt. Các thế hệ máy di động khác nhau cũng sử dụng nhiều loại
dòch vụ số liệu mới không cần một modem riêng.
Ở GSM việc đăng ký thuê bao được ghi ở modem nhận dạng thuê bao SIM
(Subscribe Identity Module) card thuê bao có một kích thước như một tấm tín phiếu.
Bạn có thể cắm card thuê bao của mình vào loại máy GSM và chỉ mình sử dụng nó.
Hệ thống kiểm tra là đăng ký thuê bao đúng và card không bò lấy cắp. Quá trình này
được tự động thực hiện bằng một thủ tục nhận thực thông qua một trung tâm nhận
thực.
Tính bảo mật cũng được tăng cường nhờ việc sử dụng một mã số để ngăn
chặn hoàn toàn việc nghe trộm ở vô tuyến.
Ở các nước điều kiện tương đối tốt, chất lượng tiếng ở GSM ngang bằng với
hệ thống tương tự. Tuy nhiên, ở các điều kiện tồi do tín hiệu yếu hay do nhiễàu giao
thoa nặng, GSM có chất lượng tốt hơn.
Việc sử dụng công nghệ mới làm các máy điện thoại di động nhỏ và nhẹ hơn,
sử dụng “chế động nghỉ” tự động làm cho tuổi thọ ắc qui dài hơn.

Cấu trúc chung của hệ thống GSM











.
Luận văn tốt nghiệp

3

NSS: Mạng và hệ thống con chuyển mạch
BSS: Hệ thống con trạm gốc
OSS: Hệ thống con khai thác
MS: Trạm di động
Hình 1.1: Cấu trúc chung của GSM

1.1. Hệ thống con chuyển mạch (SS)
Hệ thống con chuyển mạch bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của
GSM cũng như cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lý di động của
thuê bao. Chức năng chính của SS là quản lý thông tin giữa những người sử dụng
mạng GSM với nhau và với mạng khác.
1.1.1. MSC
Ở SS chức năng chuyển mạch chính được MSC thực hiện, nhiệm vụ chính của

MSC là điều phối việc thiết lập cuộc gọi đến những người sử dụng mạng GSM. Một
mặt MSC giao tiếp với hệ thống con BSS, mặt khác giao tiếp với mạng ngoài. MSC
làm nhiệm vụ giao tiếp với mạng ngoài gọi là MSC cổng. Việc giao tiếp với mạng
ngoài để đảm bảo thông tin cho những người sử dụng mạng GSM đòi hỏi cổng thích
ứng (các chức năng tương tác – IWF: interworking function). SS cũng cần giao tiếp
với mạng ngoài để sử dụng các khả năng truyền tải của các mạng này cho việc
truyền tải số liệu của người sử dụng hoặc báo hiệu giữa các phần tử của mạng GSM.
Chẳng hạn SS có thể sử dụng mạng báo hiệu kênh chung số 7 (CCS No), mạng này
đảm bảo hoạt động tương tác giữa các phần tử của SS trong một hay nhiều mạng
GSM. MSC thường là một tổng đài lớn điều khiển trạm gốc (BSC). Một tổng đài
MSC thích hợp cho một vùng đô thò và ngoại ô có dân cư vào khoảng một triệu (với
mật độ thuê bao trung bình).
Để kết nối MSC với một số mạng khác cần phải thích ứng với các đặc điểm
truyền dẫn của GSM với các mạng này. Các thích ứng này được gọi là các chức
năng tương tác (IWF: interworking function) bao gồm một thiết bò để thích ứng giao
thức và truyền dẫn. Nó cho phép kết nối với các mạng: PSPDN (mạng số liệu công
cộng chuyển mạch gói) hay CSPDN (mạng số liệu công cộng chuyển mạch theo
mạch), nó cùng tồn tại khi các mạng khác chỉ đơn thuần là PSTN hay ISDN. IWF có
thể được thực hiện trong cùng chức năng MSC hay có thể ở thiết bò riêng, ở trường
hợp hai giao tiếp giữa MSC và IWF được để mở.
.
Luận văn tốt nghiệp

4

1.1.2. HLR
Ngoài MSC, SS bao gồm các cơ sở dữ liệu. Các thông tin liên quan đến việc
cung cấp các dòch vụ viễn thông được lưu giữ ở HLR không phụ thuộc vào vò trí hiện
thời của thuê bao. HLR cũng chứa các thông tin liên quan đến vò trí hiện thời của
thuê bao. Thường HLR là một máy tính đứng riêng không có khả năng chuyển mạch

nhưng có khả năng quản lý hàng trăm ngàn thuê bao. Một chức năng con của HLR
là nhận dạng trung tâm nhận thực AUC mà nhiệm vụ của trung tâm này quản lý an
toàn số liệu của các thuê bao được phép.
1.1.3. VLR
VLR là cơ sở dữ liệu thứ hai trong mạng GSM. Nó được nối một hay nhiều
MSC và có nhiệm vụ lưu giữ tạm thời số liệu thuê bao của các thuê bao hiện đang
nằm trong vùng phục vụ của MSC tương ứng và đồng thời lưu giữ số liệu về vò trí
của các thuê bao nói trên ở mức độ chính xác hơn HLR.
Các chức năng VLR thường được liên kết với các chức năng MSC.
1.1.4. GMSC
SS có thể chứa nhiều MSC, VLR, HLR. Để thiết lập một cuộc gọi đến người
sử dụng GSM, trước hết cuộc gọi phải được đònh tuyến đến một tổng đài cổng được
gọi là GMSC mà không cần biết đến hiện thời thuê bao đang ở đâu.
- Các tổng đài cổng có nhiệm vụ lấy thông tin về vò trí của thuê bao và đònh
tuyến cuộc gọi đến tổng đài đang quản lý thuê bao ở thời điểm hiện thời (MSC tạm
trú).
- Để vậy, trước hết các tổng đài cổng phải dựa trên số thoại danh bạ của thuê
bao để tìm đúng HLR cần thiết và hỏi HLR này. Tổng đài cổng có một giao diện với
các mạng bên ngoài thông qua giao diện này nó làm nhiệm vụ cổng để kết nối các
mạng bên ngoài với mạng GSM. Ngoài ra tổng đài này cũng có giao diện báo hiệu
số 7 (CCS No7) để có thể tương tác phần tử khác của SS. Về phương diện kinh tế
không phải bao giờ tổng đài cổng cũng đứng riêng mà thường được kết hợp với
MSC.
.
Luận văn tốt nghiệp

5


1.2. Hệ thống con BSS

Có thể nói BSS là một hệ thống các thiết bò đặc thù riêng cho các tính chất tổ
ong vô tuyến của GSM. BSS giao diện trực tiếp với các trạm di động (MS) thông
qua giao diện vô tuyến, vì thế nó bao gồm các thiết bò phát và thu đường vô tuyến
và quản lý các chức năng này. Mặt khác BSS thực hiện giao diện với các tổng đài
SS. Tóm lại BSS thực hiện đấu nối các MS với các người sử dụng viễn thông khác.
BSS cũng phải được điều khiển và vì vậy nó được đấu nối với CSS. Các giao diện
bên ngoài của BSS cho ở hình 1.2.












NSS: Mạng và hệ thống con chuyển mạch
BSS: Hệ thống con trạm gốc
OSS: Hệ thống con khai thác
MS: Trạm di động
Hình 1.2: Các giao diện ngoài BSS

BSS bao gồm hai loại thiết bò: BTS giao diện với MS và BSC giao diện với
MSC.
Cấu trúc bên trong BSS được cho ở hình 1.3.
Luồng điều khiển
Luồng lưu lượng

OSS

MS

BSS

NSS

.
Luận văn tốt nghiệp

6



Hình 1.3: Các phần tử của BSS

1.2.1. BTS
Một BTS bao gồm các thiết bò 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 bò mà ở
đó quá trình mã hóa và giải mã tiếng đặc thù riêng cho GSM được tiến hành, ở đây
cũng thực hiện thích ứng tốc độ trong trường hợp truyền số liệu. TRAU là một bộ
OSS

BSC

N
BTS

BTS
BTS
BSS

Giao diện Abis

Giao diện A

Giao diện
Vô tuyến
.
Luận văn tốt nghiệp

7

phận của BTS, nhưng cũng có thể đặt nó cách xa BTS và thậm chí trong nhiều
trường hợp được đặt giữa các BSC và MSC.
1.2.2. BSC
BSC có nhiệm vụ quả lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều
khiển từ xa BTS và MS. Các lệnh này chủ yếu là các lệnh ấn đònh, giải phóng kênh
vô tuyến và quản lý chuyển giao (handover). Một phía BSC được nối với BTS còn
phía kia nối với MSC của SS. Trong thực tế BSC là một tổng đài nhỏ có khả năng
tính toán đáng kể. Vai trò chủ yếu của nó là quản lý các kênh ở giao diện vô tuyến
và chuyển giao (handover). Một BSC trung bình có thể quản lý tới vài chục BTS phụ
thuộc vào lưu lượng của các BTS này. Giao diện giữa BSC với MSC được gọi là giao
diện A, còn giao diện giữa nó với BTS được gọi là giao diện Abis.
1.3. Trạm di động MS
Trạm di động là thiết bò duy nhất mà người sử dụng có thể thường xuyên nhìn
thấy của hệ thống. MS có thể là thiết bò đặt trong ô tô, thiết bò xách tay hoặc thiết bò
cầm tay. Loại thiết bò cầm tay sẽ là thiết bò trạm di động phổ biến nhất. Ngoài việc

chứa các chức năng vô tuyến chung và xử lý cho giao diện vô tuyến MS còn phải
cung cấp các giao diện với người sử dụng (như: micro, loa, màn hiển thò, bàn phím
để quản lý cuộc gọi) hoặc giao diện với một số thiết bò khác (như: giao diện với máy
tính cá nhân, fax…). Hiện nay người ta đang cố gắng sản xuất các thiết bò đầu cuối
gọn nhẹ để đấu nối với trạm di động. Việc lựa chọn các thiết bò đầu cuối hiện để mở
cho các nhà sản xuất, ta có thể liệt kê ba chức năng chính:
- Thiết bò đầu cuối thực hiện các chức năng không liên quan đến mạng GSM:
Fax.
- Kết cuối trạm di động thực hiện các chức năng liên quan đến truyền dẫn ở
giao diện vô tuyến.
- Bộ thích ứng đầu cuối làm việc như một cửa nối thông thiết bò đầu cuối với
kết cuối di động. Cần sử dụng bộ thích ứng đầu cuối khi giao diện ngoài trạm di
.
Luận văn tốt nghiệp

8

động tuân theo tiêu chuẩn ISDN để đấu nối đầu cuối, còn thiết bò đầu cuối lại có thể
giao diện đầu cuối modem. Cấu trúc chức năng của trạm di động cho ở hình 1.4.


Hình 1.4: Cấu trúc chức năng một trạm di động

1.4. Hệ thống con khai thác OSS
OSS thực hiện ba chức năng chính sau:
- Khai thác và bảo dưỡng mạng
- Quản lý thuê bao và tính cước
- Quản lý thiết bò di động
1.4.1. Khai thác và bảo dưỡng mạng
- Khai thác là các hoạt động cho phép nhà khai thác mạng theo dõi hành vi của

mạng như: tải của hệ thống, mức độ chặn, số lượng chuyển giao (handover) giữa 2
ô…, nhờ vậy nhà khai thác có thể giám sát được toàn bộ chất lượng của dòch vụ mà
họ cung cấp cho khách hàng và kòp thời xử lý các sự cố. Khai thác cũng bao gồm
việc thay đổi cấu hình để giảm những vấn đề xuất hiện ở thời điểm hiện thời, chuẩn
bò tăng lưu lượng trong tương lai để tăng vùng phủ. Việc thay đổi mạng có thể thực
hiện “mềm” qua báo hiệu (chẳng hạn thay đổi thông số handover để thay đổi biên
Đầu cuối
di động

Đầu cuối
di động

T
h
Thiết bò
đầu cuối

.
Luận văn tốt nghiệp

9

giới tương đối giữa 2 ô), hoặc thực hiện cứng đòi hỏi sự can thiệp tại hiện trường
(chẳng hạn bổ sung thêm dung lượng truyền dẫn hay lắp đặt một trạm mới). Ở hệ
thống viễn thông hiện đại khai thác được thực hiện bằng máy tính và được tập trung
ở một trạm.
- Bảo dưỡng có nhiệm vụ phát hiện, đònh vò và sửa chữa các sự cố, hỏng hóc.
Nó có một số quan hệ với khai thác. Các thiết bò ở mạng viễn thông hiện đại có khả
năng tự phát hiện một số sự cố hay dự báo sự cố thông qua tự kiểm tra. Trong nhiều
trường hợp người ta dự phòng cho thiết bò để khi có sự cố có thể thay thế bằng thiết

bò dự phòng. Sự thay thế này chỉ có thể thực hiện tự động, ngoài ra việc giảm nhẹ sự
cố có thể được người khác thực hiện bằng điều khiển từ xa. Bảo dưỡng cũng bao
gồm các hoạt động tại hiện trường nhằm thay thế thiết bò có sự cố.
- Hệ thống khai thác và bảo dưỡng có thể được xây dựng trên nguyên lý TMN
(Telecommunication management Network: mạng quản lý viễn thông). Lúc này một
mặt hệ thống khai thác và bảo dưỡng được nối đến các phần tử của mạng viễn thông
(các MSC, BSC, HLR và các phần tử mạng khác trừ BTS, vì thâm nhập đến BTS
được thực hiện qua BSC). Mặt khác hệ thống khai thác và bảo dưỡng lại nối đến một
máy tính chủ đóng vai trò giao tiếp người máy theo tiêu chuẩn GSM gọi là OMC
(Operation and maintenance center: trung tâm khai thác và bảo dưỡng).
1.4.2. Quản lý thuê bao
Bao gồm các hoạt động quản lý đăng ký thuê bao. Nhiệm vụ đầu tiên là nhập
và xóa thuê bao khỏi mạng. Đăng ký thuê bao cũng có thể rất phức tạp bao gồm
nhiều dòch vụ và các tính năng bổ sung. Nhà khai thác có thể thâm nhập được tất cả
các thông số nói trên. Một nhiệm vụ quan trọng khác của khai thác có thể thâm
nhập được tất cả các thông số nói trên, một nhiệm vụ quan trọng khác của khai thác
là tính cước các cuộc gọi. Quản lý thuê bao ở mạng GSM chỉ liên quan đến HLR và
một số thiết bò OSS riêng chẳng hạn mạng nối HLR với các thiết bò giao tiếp người
máy ở các trung tâm giao dòch với thuê bao. Sim card cũng đóng vai trò như một bộ
phận của hệ thống quản lý thuê bao.
1.4.3. Quản lý thiết bò di động
.
Luận văn tốt nghiệp

10

Quản lý thiết bò di động được bộ đăng ký nhận dạng thiết bò EIR (Equipment
Idnetity Register) thực hiện. EIR lưu giữ tất cả các giữ liệu liên quan đến trạm di
động MS. EIR được nối đến MSC qua đường báo hiệu để kiểm tra sự được phép của
thiết bò. Một thiết bò không được phép sẽ bò cấm.

Lưu ý: Khác với thiết bò, sự được phép của thuê bao được AUC xác nhận. Ở GSM
EIR được coi là hệ thống con SS.
Sơ đồ mô hình của hệ thống GSM cho ở hình 1.5.


AUC: Trung tâm nhận thực
VLR: Bộ ghi đònh vò trí tạm trú
MSC: Trung tâm chuyển mạch các dòch vụ
di động
BTS: Trạm thu phát gốc
SS: Hệ thống con chuyển mạch
ISND: Mạng liên kết số đa dòch vụ
CSPDN: Mạng số liệu công cộng chuyển
HLR: Bộ ghi đònh vò thường trú
EIR: Bộ ghi nhận dạng thiết bò
BSC: Bộ điều khiển trạm gốc
MS: Trạm di động
OMC: Trung tâm khai thác và bảo dưỡng
BSS: Hệ thống con trạm gốc
PSPDN: Mạng số liệu công cộng chuyển
mạch gói
AUC

HLR

MSC

EIR

VLR

BSC

BTS

MS

OMC

IDNS

PSPDN

CSPDN

PSTN

PLMN


Truyền báo
hiệu

Truyền lưu
SS

BSS

.