HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM tối ưu HOÁ MẠNG DI ĐỘNG

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 3
TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM 6
1.1 Giới thiệu chung về GSM 6
1.2 Các tham số cơ bản của GSM 7
1.3 Các số nhận dạng của hệ thống GSM 10
1.3.1 Số nhận dạng thiết bị di động quốc tế (IMEI-International Mobile Equipment
Identifier) 10
1.3.2 Số nhận dạng thuê bao di động quốc tế (IMSI-International Mobile Subscriber
Identifier) 10
1.3.3 Số nhận dạng thuê bao di động tạm thời (TMSI-Temporary Mobile Subscriber
Identity) 11
1.3.4 Số lưu động trạm di động (MSRN-Mobile Station Roaming number) 11
1.3.5 Số nhận dạng vùng định vị (LAI-Location Area Identity) 11
1.3.6 Số nhận dạng tế bào (CI-Cell Identifier) 12
1.3.7 Mã nhận dạng trạm gốc (BSIC-Base Station Identity Code) 12
1.3.8 Số nhận diện cá nhân PIN (Personal Identification Number) 12
1.4 Tổng quan cấu trúc GSM 12
1.4.1 Trạm di động (MS: Mobile Station) 14
1.4.2 Phân hệ trạm gốc (BSS-Base Station Subsystem) 15
1.4.2.2 Đài điều khiển trạm gốc-BSC 15
1.4.3 Phân hệ chuyển mạch mạng (NSS) và điều hành mạng 17
1.4.3.1 Trung tâm chuyển mạch di động -MSC 18
1.4.3.2 Bộ ghi định vị tạm trú-VLR 18
1.4.3.3 Bộ ghi định vị thường trú-HLR 18
1.4.3.4 Trung tâm nhận thực-AuC 19
1.4.3.5 Trung tâm chuyển mạch di động cổng-GMSC 19
1.4.3.6 Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR 20
1.5 Cấu trúc địa lý của mạng GSM 20
1.6 Hoạt động của hệ thống GSM với một cuộc gọi từ một máy điện thoại cố định
thuộc PSTN 21

1.7 Giao tiếp vô tuyến trong GSM 24
1.7.1 Các kênh trong hệ thống GSM 24
1.7.1.1 Kênh vô tuyến 24
1.7.1.2 Kênh vật lý 24
1.7.1.3 Kênh logic 24
1.7.2 Sắp các kênh logic trên các kênh vật lý 28
1.7.3 Cấu trúc các cụm, cấu trúc khung tín hiệu trong GSM 30
1.7.3.1 Cấu trúc cụm 30
1.7.3.2 Cấu trúc khung tín hiệu trong GSM 33
LÝ THUYẾT QUY HOẠCH MẠNG DI ĐỘNG GSM 35
2.1 Mục đích và tiêu chuẩn quy hoạch mạng 36
1
2.1.1 Mục đích 36
2.1.2 Tiêu chuẩn quy hoạch mạng 37
2.2 Chuẩn bị quy hoạch mạng 38
2.3 Quy hoạch 40
2.3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình quy hoạch mạng 41
2.3.1.1 Vấn đề truyền dẫn sóng vô tuyến 41
2.3.1.2 Vấn đề nhiễu 46
2.3.2 Quy hoạch vùng phủ 49
2.3.2.1 Tính quỹ đường truyền (công suất) - link budget 49
2.3.2.2 Quy hoạch vùng phủ 52
2.3.3 Quy hoạch dung lượng 53
2.3.3.1 Khái niệm về lưu lượng 53
2.3.3.2 Tính toán dung lượng 55
2.4 Quy hoạch chi tiết 57
2.4.1 Quy hoạch tần số 57
2.4.1.1 Tái sử dụng tần số 61
TỐI ƯU HOÁ MẠNG VÔ TUYẾN GSM 66
3.1 Khái niệm tối ưu hóa mạng vô tuyến 66

3.2 Các lý do tối ưu 67
3.3 Mục đích tối ưu mạng 67
3.4 Lợi ích của việc tối ưu 68
3.5 Các thông số của một trạm BTS 68
3.6 Tối ưu mạng vô tuyến 69
3.6.1 Thống kê về KPIs 70
3.6.1.2 Tỉ lệ thiết lập cuộc gọi thành công CSSR (Call Setup Success Rate) 71
3.6.1.3 Tỉ lệ truy cập ngẫu nhiên lỗi (RAFR-Random Access Failures Rate) 72
3.6.1.4 Tỉ lệ tìm gọi thành công (PSR-Paging Success Rate) 72
3.6.1.5 Tỉ lệ chuyển giao thành công (HOSR-HandOver Success Rate) 73
3.6.1.6 Tỉ lệ nghẽn kênh SDCCH 73
3.6.1.7 Tỉ lệ nghẽn kênh TCH 73
3.6.2 Driving test 74
3.6.3 Phản ánh của khách hàng 75
3.7 Quy trình tối ưu hóa 76
3.7.1 Giám sát mạng 76
3.7.2 Quá trình Driving Test 77
3.7.2.1 Chiến lược khảo sát trường (Field Test Survey Strategy) 77
3.7.2.2 Xác định các tuyến kiểm tra trường 77
3.7.2.3. Thu thập kết quả đo trường 77
3.7.3 Phân tích số liệu 78
3.7.3.1 Lỗi chuyển giao 78
3.7.3.2 Vấn đề vùng phủ kém 79
3.7.3.3 Vấn đề về nhiễu cao và chất lượng kém 83
3.7.4 Thực hiện 84
3.8 Ví dụ về phân tích CDR (tỷ lệ rớt cuộc gọi) 84
3.8.1 Cách làm việc để tìm ra nguyên nhân chính 84
3.8.1.1 Quan sát vị trí các cell trên MapInfor 85
3.8.1.2 Kiểm tra khả năng hoạt động của các cell thông qua dữ liệu thống kê 86
3.8.1.3 Thực tế khảo sát các trạm có CDR cao 90

2
3.8.1.4 Ta đi phân tích kế hoạch tần số 93
3.8.2 Nhận xét 93
KẾT LUẬN 95
TÀI LIỆU THAM KHẢO 96
LỜI NÓI ĐẦU
3
Ngày nay, với xu hướng phát triển về kinh tế, văn hoá và xã hội của
Việt Nam cũng như trên toàn thế giới thì thông tin liên lạc là rất cần thiết. Đặc
biệt trong thông tin di động, mọi người có thể liên lạc với nhau mọi lúc, mọi
nơi mà không lo ngại khoảng cách về không gian và thời gian.Ở nước ta hiện
nay, có nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn thông như: Vinaphone, Viettel,
Mobilephone, S-fone…Sự lựa chọn sử dụng mạng nào của khách hàng đều
dựa trên tiêu chí: Chất lượng mạng tốt, tốc độ truyền thông tin nhanh, chính
xác, bảo mật, giá cước rẻ, sử dụng thuận tiện, kèm theo đó là các dịch vụ giá
trị gia tăng như truyền hình trực tuyến, truyền dữ liệu…
Các nhà khai thác dịch vụ luôn mong muốn cung cấp dịch vụ của mình
tới càng nhiều khách hàng càng tốt nhưng tất nhiên phải trong giới hạn đầu tư
về công nghệ và tài nguyên băng tần được cấp phép sử dụng. Với mục đích
thu hút nhiều khách hàng sử dụng mạng của mình, các nhà cung cấp dịch cần
phải chú ý đến việc Tối ưu hoá mạng di động để không ngừng nâng cao chất
lượng mạng. Tối ưu hoá mạng là một công việc rất phức tạp, đòi hỏi các kỹ
sư phải có kiến thức về lý thuyết và có kinh nghiệm khảo sát thực tế.
Tất cả các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông đều muốn đưa dịch vụ của
mình phục vụ cho khách hàng ở mọi miền của Tổ quốc, đặc biệt là ở vùng
sâu, vùng xa, vùng hải đảo và vùng có mật độ dân cư đông đúc như thành thị.
Bởi vì mỗi vùng có đặc điểm địa hình khác nhau, mà sóng di động sẽ thay đổi
tuỳ theo từng vùng đó. Để đảm bảo chất lượng thông tin di động được đồng
bộ trên tất cả mọi người thì công việc tối ưu hoá mạng di động là rất quan
trọng.

Chính vì lý do đó, em chọn nghiên cứu đề tài: “Hệ thống thông tin di
động GSM - Tối ưu hoá mạng di động”.
4
Đề tài của em gồm những nội dung chính như sau:
Chương 1: Tổng quan hệ thống thông tin di động GSM
Chương 2: Lý thuyết quy hoạch mạng di động GSM
Chương 3: Tối ưu hoá mạng vô tuyến GSM.
Trong quá trình làm đồ án, em xin chân thành cám ơn thầy giáo hướng
dẫn - Đại tá, PGS TS Đỗ Huy Giác, cùng các thầy trong bộ môn thông tin
khoa Vô tuyến điện tử đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành tốt đồ
án.
Do khả năng còn hạn chế và thời gian có hạn, nên đồ án không tránh
khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và
các bạn để đồ án của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cám ơn!

Hà Nội, tháng 4 năm 2008
Sinh viên thực hiện
LÊ THỊ NGỌC HÀ
CHƯƠNG 1
5
TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
GSM
1.1 Giới thiệu chung về GSM
Cho tới năm 1992 thì toàn Châu Âu đã có 6 loại mạng tế bào khác nhau
tại 16 nước, phục vụ 1.2 triệu thuê bao. Lúc đó tại Châu Âu, giữa các hệ
thống và các thuê bao của các mạng khác nhau thì không tương thích, khả
năng lưu động của thuê bao từ nước này sang nước khác rất thấp do đó khá
bất tiện. Số thuê bao thấp dẫn tới giá thiết bị và dịch vụ cao. Trong tình hình
như vậy, từ năm 1982 Hội nghị Bưu chính và Viễn thông Châu Âu CEPT

(Conference of Europe on Post and Telecommunications) đã thành lập Nhóm
chuyên trách về thông tin di động GSM (Groupe Speciale Mobile) có nhiệm
vụ xác định một hệ thống thông tin di động công cộng tiêu chuẩn toàn Châu
Âu hoạt động trên băng tần 900MHz. Nhóm này đã quyết định xây dựng hệ
thống liên lạc số di động cho hệ GSM (nay được hiểu một cách rộng rãi là
“Global System for Mobile communications”, tức là hệ thống thông tin di
động toàn cầu). Tại hội nghị của CEPT diễn ra ở Pari đã bỏ phiếu lựa chọn
cấu hình tiêu chuẩn của hệ thống GSM căn cứ các yêu cầu về hiệu quả phổ,
chất lượng âm thanh, giá thành máy di động, giá trạm cố định, tính tiện lợi
mang xách, khả năng phục vụ các dịch vụ mới và khả năng cùng hoạt động
với các hệ thống hiện hành.
Hiện nay, ở Việt Nam có 4 nhà cung cấp sử dụng hệ thống GSM như:
Vinaphone, Mobifone, Viettel, HTmobile.
Hệ thống GSM cho phép sử dụng 4 băng tần
6
450MHz: Nâng cấp của hệ thống thông tin di dộng cellular tương tự cũ ở
Scandinavia.
P - GSM: Uplink (Đường lên): 890 - 915 MHz
Downlink (Đường xuống): 935 - 960 MHz
Băng Uplink và Downlink cách nhau 20MHz. Tổng cộng có 124 tần số.
Trong đó: Vinaphone sử dụng các kênh tần số từ 1÷41, Viettel sử dụng các
kênh tần số từ 43 ÷ 82, Mobifone sử dụng các kênh tần số từ 84÷124. Các
kênh 42 và 83 dành cho phòng vệ.
E - GSM 900 Uplink: 880 - 915 MHz
Downlink: 925 - 960 MHz
GSM 1800 Uplink: 1710 - 1785 MHz
Downlink: 1805 - 1880 MHz
GSM 1990 Uplink: 1850 - 1910 MHz
Downlink: 1930 - 1990 MHz
1.2 Các tham số cơ bản của GSM

- Băng sóng Uplink: 890 – 915 MHz
Downlink: 935 – 960 MHz
Các băng sóng này phân bổ cho 2 dải phòng vệ, mỗi dải rộng 200KHz,
có 124 cặp kênh vô tuyến (lên-xuống) mỗi kênh rộng 200KHz. Đường lên và
đường xuống cách nhau 45MHz, được thể hiện qua hình 1-1
Hình 1-1: Băng tần GSM 900
- Song công
7
FDD (Frequency Division Duplex–Song công phân chia theo tần số).
Băng tần công tác gồm 2 dải tần dành cho đường lên: từ MS→BS và đường
xuống: từ BS→MS. Trong đó: đường lên luôn là dải tần thấp, còn đường
xuống luôn là dải tần cao. Vì MS có công suất nhỏ hơn, thường di động và có
khả năng bị che khuất, với dải tần thấp hơn thì λ lớn hơn khi đó khả năng che
khuất giảm.
Tần số sóng mang vô tuyến trên 2 băng sóng được xác định theo
F
nI
= 890,2 + 0,2(n-1) (MHz) (uplink)
F
nII
= F
nI
+ 45 (MHz) (downlink)
Trong đó: n = 1,2,…,124
- Loại truy nhập
GSM là hệ thống kết hợp phương pháp đa truy nhập theo thời gian và
tần số (TDMA/FDMA). Trong đó:
+ FDMA (Frequency Division Multiple Access: Đa truy cập phân
chia theo tần số). Mỗi một thuê bao truy cập mạng bằng một tần số. Băng tần
chung W được chia thành N kênh vô tuyến. Mỗi một thuê bao truy nhập và

liên lạc trên kênh con trong suốt thời gian liên lạc.
+ TDMA: (Time Division Multiple Access: Đa truy cập phân chia theo
thời gian). Có đặc điểm: Các thuê bao dùng chung một tần số song luân phiên
về thời gian. Trong một tế bào, nếu sử dụng một tần số sóng mang thì trên
trục thời gian t chia thành các khung gọi là TDMA Frame, trong các TDMA
Frame chia thành các khe thời gian: TS1, TS2, …, TSN, khi đó phân biệt
người sử dụng bằng khe thời gian của người truy cập mạng.
Trong GSM thì dải tần được chia thành 2 băng: đường lên và đường
xuống, mỗi băng gồm 124 tần số sóng mang. Mỗi sóng mang được phân chia
thành 8 khe thời gian (TS
0
÷ TS
7
), độ dài 1 khe thời gian ≈ 0.577ms, do đó
khoảng thời gian 1 khung TDMA ≈ 8 x 0.577 ms ≈ 4.615ms.
8
- Mã hoá tiếng nói
Mục đích của mã hoá tiếng nói là để giảm tốc độ bít. Trong GSM sử
dụng mã dự kiến tuyến tính-kích thích xung đều: RPE-LPC (Regular Pulse
Excited-Linear Predictive Code). Tốc độ 13kb/s (toàn tốc) đối với giai đoạn 1
(phase 1) của GSM và 6.5kb/s (bán tốc) dùng cho phase 2+.
- Tốc độ truyền
Tốc độ của cả 1 kênh vô tuyến gồm 8 khe thời gian và các tín hiệu huấn
luyện (dò kênh), các bít cờ, khoảng phòng vệ, các bít đồng bộ… tổng cộng là
≈ 271kb/s
- Ghép xen
Ghép xen là một quá trình sắp xếp lại trật tự của một từ mã trước khi
truyền đi. Ở phần thu thực hiện quá trình khôi phục (sắp xếp lại trật tự của từ
mã nhận được từ phần phát).
Trong hệ thống GSM thì ghép xen được áp dụng 2 lần, nhờ đó việc mất

cả 1 cụm xung TDMA (mất toàn bộ bít trong 1 khe thời gian) chỉ dẫn đến ảnh
hưởng tới 12.5% số bít của 1 khung tín hiệu tiếng nói.
- Điều chế số
Trong GSM sử dụng điều chế tần số dịch pha cực tiểu Gao-xơ - GMSK
(Gaussian Minimum Shift Keying ) có đường bao không đổi với BT = 0.3 (B:
Bandwidth:độ rộng băng tín hiệu, T: bit time interal: độ rộng 1 bít) do đó độ
rộng băng tín hiệu đã điều chế chỉ vào khoảng 1/3 độ rộng băng tín hiệu gốc
(50KHz so với 150KHz). Độ rộng băng tín hiệu vô tuyến vào quãng 100KHz
(chỉ cỡ 1/3 so với độ rộng băng của tín hiệu PSK nhị phân). Nhờ vậy, suy
giảm xuyên nhiễu giữa 2 sóng mang lân cận ≈ 18 dB và > 50dB giữa các sóng
mang xa nhau hơn.
- Nhảy tần
Nhảy tần là thay đổi tần số sóng mang trong suốt quá trình kết nối.
Nhảy tần trong GSM là nhảy tần chậm, có nghĩa là MS phát trên một tần số
9
trong thời gian dành cho nó, sau đó nhảy đến tần số khác để phát trên cùng TS
đó. Trong 1s sẽ có:
217
615,4
1
=
ms
s
lần nhảy tần. Tuỳ theo điều kiện địa hình và
mức độ nhiễu tổng mà nhà điều hành có thể chọn hoặc không chọn cho nhảy
tần.
- Công suất
- Công suất đỉnh cho máy di động: 2 ÷ 20W
- Công suất trung bình cho máy di động: 0.25 ÷ 2.5W
- Kiểm soát công suất: có áp dụng theo qui định của trạm gốc

- Chuyển điều khiển (Hand Over)
- Có áp dụng, đảm bảo tính roaming toàn cầu
- Trễ điều khiển đối với chuyển điểu khiển khi máy di động chuyển từ
cell này sang cell khác không quá 480ms. Đứt liên lạc tối đa 480ms nên
thường không nhận ra.
1.3 Các số nhận dạng của hệ thống GSM
1.3.1 Số nhận dạng thiết bị di động quốc tế (IMEI-International Mobile
Equipment Identifier)
Nó là một chuỗi số duy nhất được cấp phát tới phần cứng MS, được
đăng ký bởi nhà điều hành mạng và được lưu trữ trong AuC.
1.3.2 Số nhận dạng thuê bao di động quốc tế (IMSI-International Mobile
Subscriber Identifier)
Nó được lưu trữ trong HLR và SIM ngay khi đăng ký thuê bao. Khi
đăng ký tạm thời vị trí tại MSC/VLR nào, IMSI cũng được ghi lại ở VLR đó.
IMSI = MCC +MNC+MSIN
Trong đó: MCC (Mobile Country Code) là mã nước gồm 3 con số, MNC
(Mobile Network Code) là mã mạng di động gồm 2 con số, MSIN (Mobile
Station Identification Number) là Số nhận diện trạm di động, dài không quá
10
10 con số. IMSI của một MS thì không bị thay đổi trong suốt thời gian đăng
ký thuê bao với nhà điều hành mạng, trừ những trường hợp đặc biệt.
1.3.3 Số nhận dạng thuê bao di động tạm thời (TMSI-Temporary Mobile
Subscriber Identity)
Dùng để giữ kín thuê bao khỏi bị nhận diện bởi các đối tượng không
được phép. Nó được lưu trữ bên trong VLR và chỉ có hiệu lực trong từng
vùng định vị LA và được thay đổi sau mỗi lần đăng ký hay cập nhật vị trí.
MSISDN-Mobile Subscriber ISDN number: Số ISDN của thuê bao di
động (ISDN: Integrated Services Digital Network-Mạng số đa dịch vụ), nó
được gán tới thuê bao bởi nhà điều hành mạng tại sổ đăng ký và được lưu trữ
trong SIM và gồm không quá 15 con số, có cấu trúc như sau:

MSISDN = CC + NDC + SN.
Trong đó: CC (Country Code) là Mã nước, NDC (National Destination
Code) là Mã đích quốc gia, SN (Subscriber Number) là Số thuê bao. Mã nước
được ghi trong danh bạ điện thoại, gồm một vài con số, ví dụ mã nước Việt
Nam là 84…Việc đánh số còn tuỳ thuộc vào công ty điện thoại, chẳng hạn ở
Việt Nam mã đích quốc gia NDC có thể là 090, 091…, số thuê bao SN gồm 6
con số.
1.3.4 Số lưu động trạm di động (MSRN-Mobile Station Roaming
number)
MSRN là số tạm thời, nó được lưu trữ trong VLR và được kết hợp với
HLR nhưng không được lưu trữ trong MS. MSRN được VLR sử dụng kết hợp
với MSC đối với cuộc gọi định tuyến bên trong vùng phục vụ MSC/VLR.
MSRN = CC + NDC + SN
Trong đó, CC là mã nước, NDC là mã đích quốc gia còn SN là số thuê
bao (tạm thời). SN chứa hai thành phần: địa chỉ tổng đài MSC phục vụ và số
tạm thời của MS do MSC/VLR phục vụ tạm đặt.
1.3.5 Số nhận dạng vùng định vị (LAI-Location Area Identity)
11
Mỗi vùng định vị bên trong PLMN có một bộ nhận dạng mang tính
quốc tế duy nhất. LAI được các BTS quảng bá đều đặn trên kênh điều khiển
phát thanh BCCH giúp MS nhận diện vùng định vị. Khi nhận thấy sự thay đổi
LAI, MS nhất thiết phải cập nhật vị trí. LAI có cấu trúc:
LAI = MCC + MNC + LAC.
Trong đó: MCC là mã nước gồm 3 con số, MNC là mã mạng di động
gồm 2 con số, LAC là mã vùng định vị, có độ dài cực đại 16 bit.
1.3.6 Số nhận dạng tế bào (CI-Cell Identifier)
Một bộ nhận dạng CI được gán tới mỗi tế bào bên trong mạng. CI chỉ là
duy nhất bên trong vùng định vị cụ thể.
1.3.7 Mã nhận dạng trạm gốc (BSIC-Base Station Identity Code)
Mỗi BTS được đưa ra với một số nhận dạng duy nhất, BSIC được sử

dụng để phân biệt với các BTS bên cạnh. Nó được phát thường xuyên trên
sóng mang BCCH, kênh SCH nhằm giúp MS nhận diện BS trong quá trình
nhập mạng, đo lường. BSIC còn được MS sử dụng như tín hiệu phát trên kênh
RACH gọi BS xin truy nhập.
1.3.8 Số nhận diện cá nhân PIN (Personal Identification Number)
Là số dùng để MS nhận diện người sử dụng, cho phép chủ thuê bao
dùng như khoá số nhằm ngăn ngừa người lạ dùng MS của mình liên lạc trộm.
PIN gồm từ 4 đến 8 con số.
1.4 Tổng quan cấu trúc GSM
12


Hình 1-2: Tổng quan cấu trúc GSM
Một mạng GSM được tạo thành từ 3 phân hệ:
- Trạm di động MS
- Phân hệ trạm gốc (BSS) bao gồm một BSC và một vài BTS
- Mạng và phân hệ chuyển mạch (NSS) và điều hành mạng.
Các giao diện được xác định giữa mỗi phân hệ này bao gồm:
- Giao diện ‘A’ giữa NSS và BSS
- Giao diện ‘A-bis’ giữa BSC và BTS ( bên trong BSS)
- Giao diện vô tuyến ‘U
m
’ giữa BSS và MS.
Các chữ viết tắt:
MSC-Mobile Switching Centre: Trung tâm chuyển mạch di động
BSC-Base Station Controller: Đài điều khiển trạm gốc
BTS-Base Transceiver Station: Trạm thu phát gốc
TRX-Transceiver: Máy thu phát
MS-Mobile Station: Trạm di động
OMC-Operations and Maintenance Centre: Trung tâm khai thác và bảo trì

PSTN-Public Switched Telephone Network: Mạng điện thoại cố định công
cộng
BSS-Base Station Sub-system: Phân hệ trạm gốc
HLR-Home Location Register: Bộ ghi định vị thường trú
13
VLR-Visitor Location Register: Bộ ghi định vị tạm trú
AuC-Authentication Centre: Trung tâm nhận thực
EIR-Equipment Identity Register: Bộ ghi nhận diện thiết bị.
1.4.1 Trạm di động (MS: Mobile Station)
MS là một thiết bị duy nhất mà người sử dụng có thể thường xuyên
nhìn thấy của hệ thống. Nó có thể là thiết bị đặt trong ô tô hay thiết bị xách
tay hoặc thiết bị cầm tay. Loại thiết bị nhỏ cầm tay là phổ biến nhất. MS là
thiết bị phức tạp, có khả năng như một máy tính nhỏ. Nó bao gồm hai thiết bị:
ME và SIM được mô tả trên hình 1-3
Hình 1-3: Mô tả thiết bị di động và môđun nhận dạng thuê bao
Thiết bị di động (ME - Mobile Equipment): là thiết bị phần cứng để thuê
bao truy cập mạng, nó có số nhận dạng thiết bị di động quốc tế IMEI
(International Mobile Equipment Identity).
Mođun nhận dạng thuê bao (SIM - Subscriber Identity Module): Là một
cơ sở dữ liệu có chức năng lưu trữ dữ liệu vĩnh cửu và tạm thời vể thuê bao và
về mạng. Bao gồm:
- IMSI: International Mobile Subscribers Identity-Số nhận dạng
thuê bao di động quốc tế
- Khoá nhận thực (Ki) và các thuật toán vể kiểm tra nhận thực
SIM được chế dưới dạng một card thông minh mà thiếu nó thiết bị di động
không thể truy nhập mạng ngoại trừ gọi các số khẩn cấp (cảnh sát, cứu
thương, cứu hoả). SIM được cung cấp bởi nhà điều hành mạng khi khách
hàng đăng ký thuê bao, SIM của mạng nào có giá trị của mạng đó.
14
ME SIM

Như vậy, ta nhận thấy MS có 3 chức năng chính:
- Là thiết bị đầu cuối: Để thực hiện các dịch vụ người sử dụng (thoại,
fax, số liệu,…)
- Kết cuối di động: Để thực hiện truyền dẫn ở giao diện vô tuyến vào
mạng
- Thích ứng đầu cuối: Làm việc như một cửa nối thông thiết bị đầu cuối
với kết cuối di động.
1.4.2 Phân hệ trạm gốc (BSS-Base Station Subsystem)
BSS là hệ thống các thiết bị trạm gốc (các bộ thu phát, các bộ điều
khiển, v.v…) Nó bao gồm:
- Đài điều khiển trạm gốc (BSC)
- Một hoặc vài trạm thu phát gốc (BTSs)
1.4.2.1 Trạm thu phát gốc-BTS
Bao gồm:
- Một vài bộ thu/phát vô tuyến (TRX), mỗi bộ thu/phát công tác trên một
cặp tần số đường lên và đường xuống.
- Thiết bị điều khiển và xử lý tín hiệu
- Các anten và các cable phi đơ
Nhiệm vụ của BTS là:
- Thực hiện giao tiếp vô tuyến tới các trạm di động qua giao diện Um và
giao tiếp với đài điều khiển trạm gốc BSC qua giao diện A-bis.
- Thực hiện chức năng thu/phát tương đương với mã hoá/giải mã tiếng
nói và chuyển đổi từ tiếng nói sang tín hiệu PCM về phía BSC.
Sự lựa chọn vị trí của BTS quyết định tới việc cung cấp vùng phủ vô tuyến có
thể chấp nhận được.
Một trạm thu phát gốc (BTS) là một thành phần mạng phục vụ một tế bào.
1.4.2.2 Đài điều khiển trạm gốc-BSC
Đài điều khiển trạm gốc có chức năng:
15
- Phân phát một kênh cho khoảng thời gian một cuộc gọi

- Duy trì cuộc gọi:
+ Giám sát chất lượng cuộc gọi
+ Điều khiển công suất được phát bởi BTS hoặc MS
+ Thực hiện chuyển giao tới tế bào khác khi được yêu cầu
Một đài điều khiển trạm gốc (BSC) là một thành phần mạng trong PLMN với
các chức năng điều khiển một hoặc nhiều BTS. BSC giao tiếp với MSC thông
qua giao diện A, tuyến liên lạc giữa BSC và MSC là tuyến PCM 30/32.
Như vậy, chức năng BSS:
Quản lý kênh vô tuyến bao gồm: đặt kênh, giám sát chất lượng đường
thông, phát các tin quảng bá và thông tin báo hiệu liên quan, cũng như điều
khiển các mức công suất phát và điều khiển nhảy tần.
Mã hoá và giải mã sửa lỗi, mã chuyển tiếng nói số hoặc phối hợp tốc độ
số liệu, khởi đầu chuyển điều khiển HO (Handover) trong nội bộ tế bào cũng
như mã tín hiệu báo hiệu, số liệu.
BSS có thể phục vụ cho một vài tế bào hoặc các sectơ trong một tế bào.
*) Khối TRAU (TRAnscode Unit-Khối đổi mã)
Chức năng chính là chuyển đổi các kênh thoại GSM 16Kb/s thành các
kênh PCM 64Kb/s trên hướng lên và chuyển đổi ngược lại theo hướng xuống.
Về mặt kỹ thuật: TRAU có thể được đặt về mặt vật lý ở BTS, BSC hoặc MSC
+ Nếu TRAU đặt ở BTS thì mỗi kênh GSM 16Kb/s sẽ cần được ánh xạ
tới kênh PCM 64Kb/s của nó. Điều này dẫn đến 75% độ rộng băng thông
truyền dẫn bị lãng phí qua cả 2 giao diện A và A-bis.
+ Nếu TRAU được đặt ở MSC thì cho phép các kênh GSM được ghép
kênh lên tới 64Kb/s cho một kênh PCM. Như vậy, hiệu quả sử dụng môi
trường truyền dẫn tăng đến cực đại.bằng cách làm tăng năng suất truyền kênh
GSM trên mỗi giao thức truyền tải PCM từ 30 lên 120 kênh. Các vị trí của
khối TRAU được thể hiện như hình vẽ sau:
16
Hình 1-4: Vị trí của TRAU trong hệ thống GSM
1.4.3 Phân hệ chuyển mạch mạng (NSS) và điều hành mạng

Các thành phần chính của NSS được mô tả như hình 1-5
- Trung tâm chuyển mạch di động (MSC) với:
+ Bộ ghi định vị tạm trú VLR
+ Bộ ghi định vị thường trú HLR
+ Trung tâm nhận thực AuC
- Bộ ghi nhận diện thiết bị (EIR)
- MSC cổng (GMSC)

Hình 1- 5: Phân hệ chuyển mạch mạng NSS
Các thành phần này được liên kết thông qua mạng báo hiệu số 7(SS7-
Signalling System number 7 network)
Chức năng NSS: NSS kết hợp các chuyển mạch định tuyến cuộc gọi
(MSCs và GMSC) với các bộ ghi cơ sở dữ liệu đựơc yêu cầu để theo dõi sự
17
chuyển động của các thuê bao và cách sử dụng của hệ thống. Định tuyến cuộc
gọi giữa các MSC phải thông qua các mạng PSTN hoặc ISDN hiện có.
1.4.3.1 Trung tâm chuyển mạch di động -MSC
MSC là một tổng đài mà thực hiện tất cả các chức năng chuyển mạch,
báo hiệu đối với các trạm di động được định vị trong một vùng địa lý. MSC
làm nhiệm vụ giao tiếp với mạng ngoài được gọi là MSC cổng-GMSC.
Chức năng
- Thực hiện chuyển mạch, điều khiển các cuộc gọi
- Quản lý máy di động bằng địa chỉ tạm thời (số lưu động thuê bao di
động - MSRN): báo mới vị trí trong quá trình MS lưu động từ MSC
này sang MSC khác.
- Quản lý định vị MS bằng dữ liệu về MS được ghi trong VLR
- Thực hiện nhận thực trạm di động nhằm chống các cuộc truy nhập trái
phép.
- Giao diện với PSTN, ISDN
- Quản lý nguồn vô tuyến-chuyển điều khiển giữa các BSC. Chuyển

điều khiển (HO: handover) là một quá trình “gán lại” liên lạc của một
trạm di động sang một BS khác khi MS di động ra khỏi vùng phục vụ
của một BS.
- Thông báo tính cước.
1.4.3.2 Bộ ghi định vị tạm trú-VLR
VLR là cơ sở dữ liệu phục vụ các thuê bao tạm thời bên trong vùng
MSC, ghi trữ thông tin của mọi MS: bận/rỗi, hiện đang hiện diện trong vùng
định vị (LA) nào. Mỗi MSC trong mạng có một VLR, nhưng một VLR có thể
phục vụ nhiều MSC.
Bao gồm các thành phần:IMSI, MSISDN, MSRN, TMSI, LMSI, LAI
1.4.3.3 Bộ ghi định vị thường trú-HLR
18
HLR là một cơ sở dữ liệu chịu trách nhiệm quản lý các thuê bao di
động, ghi trữ mọi thông tin về thuê bao và ghi trữ tình trạng của mọi MS
thuộc mạng: rỗi - bận, hiện đang hiện diện tại MSC nào/ có nhập mạng hay đã
rời mạng. Mỗi một mạng chỉ có một HLR. Tuy nhiên về mặt vật lý, để tránh
việc trao đổi thông tin giữa các vùng thì mỗi vùng có một HLR riêng, nhưng
về mặt logic xem là một HLR.
HLR lưu trữ thông tin về thuê bao, thông tin dùng để định vị (ví dụ: số
lưu động MS, các địa chỉ VLR, các địa chỉ MSC, số nhận dạng MS nội hạt),
ngoài ra còn có thông tin về các dịch vụ viễn thông và truyền tải, các dịch vụ
bổ sung…
Hai dạng thông số đựơc gán cho mỗi thuê bao di động và được ghi trữ
trong HLR đó là: IMSI và MSISDN. Các loại thông số này được trung tâm
nhận thực AuC sử dụng để xác nhận quyền truy nhập của thuê bao vào hệ
thống.
1.4.3.4 Trung tâm nhận thực-AuC
AuC được kết hợp với một HLR. AuC là một đơn vị cơ sở dữ liệu trong
mạng, cung cấp các tham số mã mật và nhận thực cần thiết để đảm bảo tính
riêng tư của từng cuộc gọi và xác nhận quyền truy nhập của thuê bao đang

tiến hành truy nhập mạng.
1.4.3.5 Trung tâm chuyển mạch di động cổng-GMSC
Để thiết lập một cuộc gọi liên quan đến GSM mà không cần biết đến vị
trí hiện thời của thuê bao MS thì trước hết cuộc gọi phải được định tuyến đến
một tổng đài cổng GMSC để lấy thông tin về vị trí của thuê bao và định
tuyến cuộc gọi đến MSC nào hiện đang quản lý thuê bao đó. Để thực hiện
việc này, trước hết các tổng đài cổng phải dựa vào sổ danh bạ của thuê bao để
tìm đúng HLR cần thiết và hỏi HLR này.
Tổng đài cổng GMSC 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
19
mạng GSM. Ngoài ra, tổng đài cổng GMSC còn có giao diện với mạng báo
hiệu số 7 để có thể tương tác với các phần tử khác của mạng chuyển mạch
NSS. Một MSC có thể hoạt động như một GMSC.
1.4.3.6 Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR
EIR là một cơ sở dữ liệu mà ghi trữ một số IMEI (số nhận dạng thiết bị
di động quốc tế) duy nhất của thiết bị di động. Trên mỗi mainboard của các
máy di động đều có một chip ghi số xeri sản xuất của máy đó, gọi là IMEI.
Mạng có thể thông qua EIR đọc được số máy phần cứng đó của MS nhằm
kiểm soát đến cả phần cứng máy di động, chống việc lấy cắp máy di động.
Trong EIR, IMEI của toàn bộ thiết bị di động đang sử dụng thì được phân
chia thành 3 danh sách:
+ Danh sách trắng: cho phép thiết bị di động kết nối tới mạng.
+ Danh sách xám: Thiết bị di động được mạng theo dõi và giám sát.
+ Danh sách đen: chứa thiết bị di động không được chấp nhận, không cho
phép thiết bị di động kết nối với mạng.
1.4.3.7 Trung tâm khai thác và bảo trì-OMC: là khối có chức năng: giám sát,
điều khiển, quản trị và bảo trì hệ thống, tính cước cuộc gọi….
1.5 Cấu trúc địa lý của mạng GSM
- Vùng mạng: Là nơi thực hiện chức năng hỏi định tuyến cuộc gọi cho

các cuộc gọi tới MS và cho phép hệ thống định tuyến đến một tổng đài vô
tuyến cổng GMSC.
- Vùng phục vụ MSC/VLR: Mỗi một mạng có thể có một hay nhiều
vùng phục vụ MSC/VLR. Mỗi một MSC thường có một VLR đi kèm để lưu
trữ các dữ liệu cơ bản về MS nằm trong vùng phục vụ của MSC đó.
- Vùng định vị LA: Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR lại được chia thành
các vùng định vị, mỗi vùng định vị gồm nhiều tế bào được đặc trưng bởi một
số nhận dạng vùng định vị LAI duy nhất. Số này được phát quảng bá liên tục
tới mọi MS thông qua kênh điều khiển phát thanh BCCH. Khi MS chuyển
20
sang vùng định vị khác sẽ phải thực hiện cập nhật vị trí. Khi có cuộc gọi đến,
các BTS trong LA sẽ phát quảng bá tín hiệu tìm gọi để hiệu gọi MS.
- Tế bào (cell): Mỗi vùng định vị nhiều tế bào. Một tế bào có một tram
thu phát gốc, được phân bố 1 hoặc nhiều tần số sóng mang và mỗi một trạm
BTS được cấp một mã nhận diện trạm gốc BSIC (Base Station Identity Code).
Cấu trúc địa lý của mạng GSM như sau:
Hình 1- 6: Cấu trúc địa lý mạng GSM
1.6 Hoạt động của hệ thống GSM với một cuộc gọi từ một máy
điện thoại cố định thuộc PSTN
Được thể hiện trên hình 1-7. Khi MS bật nguồn, MS sẽ quét 124 sóng
mang đường xuống của GSM để tìm sóng mang điều khiển phát thanh của tế
bào mà nó hiện diện. Sóng mang điều khiển phát thanh gọi là sóng mang
BCCH, nó được phát quảng bá 24/24. Sóng mang này có công suất lớn nhất
trong các sóng mang được sử dụng tại tế bào đó. Trên sóng mang BCCH thực
hiện đồng chỉnh tần số và đồng bộ định thời, sau đó MS nghe thông tin về
mạng được phát quảng bá 24/24
21
Hình 1-7: Cuộc gọi từ mạng cố định tới máy di động
Nếu sóng mang ấy không phải là của nhà điều hành thì MS rời ra bắt
vào sóng mang mạnh thứ 2, nếu không phải của nhà điều hành thì MS lại rời

ra, đến khi nào MS bắt được sóng mang của nhà điều hành nó. Sau đó, MS
đọc tất cả các tham số cần của mạng được phát trên sóng mang điều khiển
phát thanh.
Vậy BCCH cho biết các thông tin về:
- MS thuộc mạng nào
- Tế bào này dùng mấy sóng mang và là các sóng mang nào
- Danh sách các sóng mang BCCH của các tế bào lân cận, ngay cả khi
không có MS ở trong tế bào thì vẫn phát sóng mang này để cho các tế
bào bên cạnh điều khiển công suất của nó, vì vậy BCCH phát quảng bá
24/24
- Tế bào có bị cấm không
- Vùng định vị này là gì, bằng cách phát LAI (số nhận dạng vùng định
vị).
Khi MS bắt được các thông số thì MS thực hiện đăng ký nhập mạng
bằng cách gọi trạm gốc nhờ việc phát hiệu gọi trạm gốc BSIC (Base Station
22
Identity Code - mã nhận diện trạm gốc). Mỗi một BS có một BSIC riêng mà
nó nghe được trên BCCH.
Khi BS nhận thấy hiệu gọi của mình thì nó sẽ đặt cho MS một kênh
điều khiển 2 chiều (kênh D). Trên kênh D đó, MS sẽ thực hiện nhận thực, và
nhận TMSI (số nhận dạng thuê bao di động tạm thời), đồng thời tại MSC
đang phục vụ MS này thì MS sẽ được ghi vào VLR với số hiệu LAI (số nhận
dạng vùng định vị) nơi mà MS đang hiện diện. MSC thông báo cho HLR của
mạng biết thuê bao này đã nhập mạng. Tại HLR, bít cờ nhập mạng của MS
này được dựng lên, cùng với số hiệu của MSC đang phục vụ nó. Sau quá trình
này (thực hiện trong vài giây) thì kênh điều khiển 2 chiều được giải phóng.
MS nếu không khởi phát cuộc gọi thì chuyển về chế độ rỗi. Ở chế độ này, MS
liên tục duy trì đồng bộ với BS của tế bào mà nó hiện diện. Nếu trong quá
trình đang chờ (chế độ rỗi này) MS chuyển sang vùng LA mới thì khi nghe
thấy LAI mới được phát trên kênh BCCH của tế bào mới thì MS phải đăng ký

nhập mạng lại để cập nhật vị trí và nhận một TMSI mới. Trong chế độ rỗi MS
thường xuyên chờ nghe hiệu gọi mình trên kênh paging.
Khi một máy điện thoại cố định quay số một máy di động, số máy
chẳng hạn là ABCDxxxxxx (trong đó ABC là mã đích quốc gia) thì tổng đài
PSTN (mạng điện thoại cố định công cộng) sẽ định tuyến đến tổng đài GMSC
gần nhất. GMSC kiểm tra VLR (Dxxxxxx- là số thuê bao) mà không có trong
tổng đài này thì GMSC sẽ thực hiện cuộc hỏi định tuyến bằng cách hỏi HLR
về MSC đang quản lý máy bị gọi. Nếu máy bị gọi đang rời mạng thì thông
báo thuê bao đang bận. Còn nếu MS đang nhập mạng thì HLR sẽ tra ra mã
MSC đang quản lý MS bị gọi. HLR sẽ thực hiện cuộc hỏi đến MSC đích về số
MSRN (số lưu động thuê bao di động) của máy bị gọi. MSC đích sẽ cung cấp
cho HLR về số MSRN của máy di động bị gọi. Sau đó, HLR chuyển tiếp số
đó cho GMSC (xong cuộc hỏi định tuyến)
23
Một vài digit đầu của MSRN là số hiệu của MSC đích. Nhờ vậy, GMSC
định tuyến tới MSC đích và gửi cho MSC đích MSRN, MSC khi nhận được
MSRN sẽ tra vào VLR để biết là máy nào (đang nằm ở vùng định vị nào,
TMSI nào) và ra lệnh cho tất cả các BS trong toàn vùng định vị nhất loạt gọi
máy bị gọi bằng TMSI.
Khi MS trả lời bằng cách phát BSIC của trạm gốc mà nó hiện diện, BS
sẽ đặt một kênh điều khiển 2 chiều (kênh D), trên đó MS thực hiện nhận thực,
đổi TMSI, nhận TMSI mới, nhận khoá mã mật mới và được ấn định một kênh
liên lạc và sẽ trao đổi thông tin thoại.
1.7 Giao tiếp vô tuyến trong GSM
1.7.1 Các kênh trong hệ thống GSM
1.7.1.1 Kênh vô tuyến
Mỗi sóng mang GSM hình thành một kênh vô tuyến. Như vậy, toàn
mạng GSM có thể có 124 cặp kênh vô tuyến.
1.7.1.2 Kênh vật lý
Mỗi sóng mang GSM được phân chia về thời gian thành 8 khe thời gian

(TS), đánh số từ TS0 ÷ TS7. Mỗi TS hình thành một kênh vật lý, do đó toàn
mạng GSM có tổng cộng 124 x 8 = 992 kênh vật lý.
1.7.1.3 Kênh logic
Hình 1-8: Các loại kênh logic trong hệ thống GSM
24
Các bít thực hiện cùng chức năng hình thành các kênh logic. Trong hệ
thống GSM tiêu chuẩn có 11 loại kênh logic.
+ Kênh lưu lượng (TCH-Traffic CHannel) gọi tắt là kênh T: Kênh dùng
để đàm thoại Gồm 2 loại: Kênh toàn tốc (TCH/F) và kênh bán tốc (TCH/H).
Kênh toàn tốc có tốc độ mã hoá tiếng nói là 13kb/s, kênh bán tốc ứng với tốc
độ mã hoá tiếng nói là 6.5kb/s.
+ Các kênh điều khiển: gồm 9 loại, chia thành 3 nhóm, mỗi nhóm có 3
loại.
Nhóm 1: Nhóm kênh quảng bá (BCH-Broadcast CHannel): là các kênh
đường xuống phát quảng bá thường xuyên 24/24, bất luận trong tế bào có MS
nào hay không. Gồm 3 loại:
- Kênh sửa tần FCCH (Frequency Correction CHannel) viết tắt là kênh
F: là kênh đường xuống, dùng để MS bám và đồng chỉnh tần số với BS.
Trong thời gian kênh F thì sóng mang của BS là một sóng mang đơn do các
bít được truyền trong khe này toàn là các bít 0.
- Kênh đồng bộ SCH (Synchronization CHannel) viết tắt là kênh S: là
kênh đường xuống, dùng để MS đồng bộ đồng hồ với BS. Trên kênh S thì BS
thông báo thông tin sau:
• BSIC (hiệu gọi trạm gốc): Khi MS cần truy nhập mạng sẽ
dùng BSIC để gọi trạm gốc trên kênh truy nhập.
• Số khung TDMA (là số ngẫu nhiên, dùng làm thông số để mã
hóa mật)
• Cụm bít tranning cho đồng bộ đồng hồ
- Kênh điều khiển phát thanh BCCH (Broadcast Control CHannel ) tắt
là kênh B: là kênh đường xuống, dùng để thông báo cho MS biết mọi thông số

và cấu trúc của mạng, bao gồm:
• Tế bào thuộc mạng GSM nào
25