tìm hiểu về mạng di động gsm và lộ trình phát triển của mạng di động từ thế hệ 2,5g lên 3g

ĐẠI HỌC THÁI NGUYấN
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
ĐỀ TÀI THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
“ TÌM HIỂU VỀ MẠNG DI ĐỘNG GSM VÀ
LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG DI
ĐỘNG TỪ THẾ HỆ 2,5G LấN 3G ”
Thầy giáo hướng dẫn: Ths Vũ Thành Vinh
Sinh viên thực hiện: Lý Xuõn Hũa
Lớp: CĐ Điện tử viễn thông K6A
Thỏi Nguyên, tháng 11 năm 2010
2
LỜI NÓI ĐẦU
Thông tin di động hiện nay đã trở thành một dịch vụ kinh doanh không
thể thiếu được của tất cả các nhà khai thác viễn thông. Đối vơớ cỏc khách hàng
viễn thông nhất là đối với với các nhà doanh nghiệp thì thông tin di động trở
thành một phương tiện quen thuộc. Các dịch vụ thông tin di động đang phát
triển cho mọi đối tượng khách hàng viễn thông, cùng với sự phát triển của đất
nước công nghệ thông tin cũng có những bước phát triển tuyệt vời với sự phát
triển của các nghành khác như: điện tử, tin học, quang học công nghệ viễn
thông đã và đang mang đến cho con người những ứng dụng trong tất cả các
nghành kinh tế, giáo dục, văn học, y học, thông tin quảng bỏ… Cỏc quốc gia
đều coi viễn thông tin học là những nghành mũi nhọn và được đầu tư thích
đáng trong nghiên cứu và trong ứng dụng công nghệ thông tin làm đòn bẩy để
kích thích sự phát triển của nghành kinh tế quốc dân khác. Đi cùng với sự phát
triển của công nghệ thông tin thì thông tin di động hiện nay đang được phát
triển tăng cường bằng cách đưa thờm cỏc dịch vụ mới như thông tin số liệu tốc
độ cao, hình ảnh tốc độ thấp, hình ảnh tốc độ đủ để phục vụ cho truyền hỡnh…
Để làm được điều này thông tin di động số băng hẹp đang được chuyển vào
thông tin di động số băng rộng ở một số nước phát triển trên thế giới số thuê
bao di động đã chiếm 70% tổng thuê bao, còn ở nước ta số thuê bao di động đã
chiếm trên 10% tổng số thuê bao. Mạng thông tin di động tổ ong số hiện đại

theo tiêu chuẩn GSM đang được khai thác rất hiệu quả. Mạng di động là mạng
có sư tổ hợp hoàn chỉnh của nhiêu công nghệ tiên tiến và thuật toán lý thuyết
hiện đại như kỹ thuật định vị, xử lý tiếng nói, điều chế số, xử lý tín hiệu số…
Đề tài này của em chỉ nhằm mục đích tìm hiểu tổng quan về mạng thông di
động GSM và lộ trình phát triển hệ thống thông tin di động thế hệ 2,5G lên
3G…
3
Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
1.1. Lịch sử mạng thông tin di động
Năm 1946, hệ thống điện thoại di động thương mại đầu tiên đã được đưa
vào hoạt động ở thành phố Saint Louis- Hoa Kỳ, sử dụng băng tần 150 MHz
với khoảng cách kênh là 60 KHz và số lượng kênh bị hạn chế chỉ tới 3. Tuy
nhiên dịch vụ này vừa chỉ mới bắt đầu thì những nhược điểm cố hữu của nó đã
bộc lộ. Tất nhiên nhược điểm chính là do những nguyên nhân về can nhiễu
cùng kênh nên đòi hỏi phải phân cách về mặt vật lý quá lớn.
Năm 1947, phòng thí nghiệm điện thoại Bell bắt đầu bắt tay vào khảo sát
một khái niệm tái sử dụng tần số nhờ sử dụng các tế bào nhỏ (cell) với các máy
di động công suất thấp. Các tế bào này có thể liên kết với nhau nhờ sử dụng
một máy tính, cho phép thuê bao có thể di động trong khi số lượng thuê bao
cùng một lúc gia tăng đáng kể mà hệ thống vẫn có thể phục vụ được. Tuy
nhiên, thực tế các nước khác đã đưa mạng tế bào hoạt động như một dịch vụ
thương mại trước cả Hoa Kỳ.
Mặc dù các dịch vụ mạng tế bào phát triển mạnh, nhưng không hề có khả
năng tương hợp giữa các dịch vụ trên phạm vi toàn cầu.Hệ thống ở Hoa Kì dựa
trên thiết kế ban đầu của AT&T và Motorola, được gọi là AMPS ( Advanced
Mobile Phone Service- dịch vụ điện thoại di động tiên tiến). AMPS được sử
dụng ở khoảng 70 nước khác trên thế giới và nó là tiêu chuẩn được sử dụng
rộng rãi nhất hiện nay. Ngoài ra phải kể đến một số tiêu chuẩn thông dụng khác
như: NMT (Nordic Mobile Telephone- điện thoại di động Bắc Âu), TACS
(Total Access Communications Service- dịch vụ truyền thông hoàn toàn truy

nhập) và hệ thống GSM (Global System for Mobile- hệ thống di động toàn
cầu).Hệ thống NMT ban đầu đã được thiết kế cho các mạng tương đối nhỏ gồm
20.000- 30.000 thuê bao và cung cấp 180 kênh, mỗi kênh sử dụng dải thông 25
hoặc 30 KHz trong dải tần 450
MHz. Một thế hệ sau này của NMT cung cấp dung lượng lớn hơn ở dải tần 900
MHz, nó có khả năng cung cấp 1.000 kênh, mỗi kênh sử dụng dải thông 25
KHz hoặc 2.000 kênh, mỗi kênh có dải thông12,5 KHz. Và hiện tại có khoảng
30 nước đã sử dụng hệ thống NMT. Hệ thống TACS được sử dụng ở Châu Âu,
Anh Quốc và khoảng vài chục nước khác. Một dạng chuyển hoá của TACS
được sử dụng ở Nhật Bản gọi là JTACS, cung cấp 1.320 kênh, mỗi kênh chiếm
dải thông 25 KHz. Còn sự ra đời của GSM có thể nói là do các nước khác nhau
ở Châu Âu sử dụng các tiêu chuẩn mạng tế bào khác nhau, cho nên cần có một
tiêu chuẩn duy nhất để cung cấp khả năng chuyển vùng (Các tiêu chuẩn khác
nhau không chỉ sử dụng các giao thức khác nhau mà còn hoạt động ở các tần số
khác nhau, vì vậy không thể có tính tương thích toàn cầu). Do vậy hệ thống
GSM đã được phát triển như một dịch vụ số hoá hoàn toàn có thể dùng được ở
Châu Âu và nhiều nước khác. GSM được thiết kế để làm việc ở băng tần 900
MHz và qui định tám khe thời gian cho mỗi kênh rộng 200 KHz.
4
1.2. Cấu trúc cơ bản của mạng tế bào
Về cơ bản, hệ thống điện thoại di động tế bào gồm các máy điện thoại di
động trên xe ô tô hoặc xách tay (MS), trạm gốc (BS) và tổng đài di động
(MSC- trung tâm chuyển mạch điện thoại di động).
Trong đó, máy điện thoại di động bao gồm các bộ thu/phát RF, anten và
bộ điều khiển . BS còng bao gồm các bộ thu/phát RF để kết nối giữa máy di
động với trung tâm chuyển mạch của hệ thống, anten, bộ điều khiển, đầu cuối
số liệu và nguồn cung cấp. Còn MSC bao gồm bộ phận điều khiển, bộ phận kết
nối cuộc gọi, các thiết bị ngoại vi và cung cấp chức năng thu thập số liệu cước
đối với các cuộc gọi đã hoàn thành.
Các thành phần chức năng của mạng được liên kết với nhau thông qua

các đường kết nối thoại và số liêụ. Mỗi máy di động sử dụng một cặp kênh
thu/phát RF. Vì các kênh lưu lượng không cố định ở một kênh RF nào mà thay
đổi thành các tần số RF khác nhau phụ thuộc vào sự di chuyển của máy di động
trong suốt quá trình cuộc gọi. Nên cuộc gọi có thể được thiết lập ở bất kỳ một
kênh nào đã được xác định trong vùng đó. Cũng từ những quan điểm về hệ
thống điện thoại di động mà thấy rằng tất cả các kênh đã được xác định đều có
thể bận do được kết nối một cách đồng thời với các máy di động. MSC xử lý
các cuộc gọi đi và đến từ mỗi BS và cung cấp chức năng điều khiển trung tâm
cho hoạt động của tất cả các BS một cách hiệu quả và để truy nhập vào tổng đài
của mạng điện thoại công cộng. Bộ phận điều khiển của MSC có thể nói là trái
tim của hệ thống tế bào vì nó sẽ điều khiển, sắp đặt và quản lý toàn bộ hệ
thống. Tổng đài MSC kết nối các đường đàm thoại để thiết lập cuộc gọi giữa
các máy thuê bao di động với nhau hoặc các thuê bao cố định với các thuê bao
di động và trao đổi các thông tin báo hiệu đa dạng qua đường số liệu giữa MSC
và BS. Các thông tin thoại và báo hiệu giữa máy di động và BS được truyền đi
qua kênh RF, các đường kết nối thoại và số liệu cố định được sử dụng để
truyền các thông tin thoại và báo hiệu giữa BS và MSC.
1.3. Phương pháp truy nhập kênh trong thông tin di động
1.3.1 Kỹ thuật ghép kênh (Multiplexing):
Để làm tăng dung lượng của dải vô tuyến dùng trong một lĩnh vực nào
đó, chẳng hạn như trong thông tin di động thì người ta phải sử dụng kỹ thuật
ghép kênh. Hiện nay có rất nhiều loại ghép kênh, nhưng ba hình thức thông
dụng nhất là:
• FDMA (Frequency Division Multiple Access- Đa truy nhập phân
chia theo tần số).
• TDMA (Time Division Multiple Access- Đa truy nhập phân chia
theo thời gian).
• CDMA (Code Division Multiple Access- Đa truy nhập phân chia
theo mã).
5

Liên quan đến việc ghép kênh là dải thông mà mỗi kênh hoặc mỗi mạch
chiếm trong một băng tần nào đó. Trong mỗi hệ thống ghép kênh đều sử dụng
khái niệm đa truy nhập, điều này có nghĩa là các kênh vô tuyến được nhiều thuê
bao dùng chung chứ không phải là mỗi khách hàng được gán cho một tần số
riêng.
1.3.2 Đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA):
Đối với các hệ thống tế bào hiện đang sử dụng kỹ thuật ghép kênh
FDMA, đều chia toàn bộ băng tần được phân phối cho một nhà khai thác mạng
tế bào (Khoảng 25 MHz) thành các kênh rời rạc. Vì mỗi kênh thường có độ
rộng dải là 30 KHz, cho nên hệ thống có tất cả 832 kênh khả dụng. Mỗi cuộc
đàm thoại cần sử dụng hai tần số, cho nên mỗi nhà khai thác có 416 cặp tần số
khả dụng. Mỗi cặp có thể gán cho một thuê bao mạng tế bào vào bất kỳ lúc
nào.
Thiết bị di động sử dụng kỹ thuật FDMA Ýt phức tạp hơn so với các
thiết bị sử dụng các kỹ thuật ghép kênh khác và giá thành rẻ hơn. Tuy nhiên, do
mỗi kênh cần dùng một máy phát và một máy thu riêng biệt. Cho nên FDMA
đòi hỏi rất nhiều thiết bị tại vị trí trạm gốc. Kỹ thuật FDMA có khả năng sử
dụng được với cả các hệ thống truyền dẫn số (Digital) lẫn các hệ thống truyền
dẫn tương tự (Analog).
Sau đây là minh hoạ về kỹ thuật FDMA sử dụng cho hệ thống tế bào
analog ở Hoa Kỳ:
Hình 1. FDMA
6
30 KHz kªnh 1
Tho¹i
analog
30 KHz kªnh 832
.
.
.

Tho¹i
analog
Như vậy, mỗi kênh chiếm dải thông và đáp ứng cho một cuộc đàm thoại.
Tần số của mỗi kênh tuy khác nhau nhưng nhiều máy vô tuyến có thể truy nhập
tới được.
1.3.3 Đa truy cập phân chia theo thời gian ( TDMA):

Với TDMA mỗi kênh vô tuyến được chia thành các khe thời gian. Từng
cuộc đàm thoại được biến đổi thành tín hiệu số và sau đó được gán cho mét
trong những khe thời gian này. Số lượng khe trong một kênh có thể thay đổi
bởi vì nó là một nhiệm vụ của thiết kế hệ thống. Có Ýt nhất là hai khe thời gian
cho một kênh, và thường thì nhiều hơn, điều đó có nghĩa là TDMA có khả năng
phục vụ số lượng khách hàng nhiều hơn vài lần so với kỹ thuật FDMA với
cùng một đại lượng dải thông như vậy.
TDMA là một hệ thống phức tạp hơn FDMA, bởi vì tiếng nói phải được
số hoá hoặc mã hoá, sau đó được lưu trữ vào một bộ nhớ đệm để gán cho mét
khe thời gian trống và cuối cùng mới phát đi. Do đó việc truyền dẫn tín hiệu là
không liên tục và tốc độ truyền dẫn phải lớn hơn vài lần tốc độ mã hoá. Ngoài
ra, do có nhiều thông tin hơn chứa trong cùng một dải thông nên thiết bị
TDMA phải được sử dụng kỹ thuật phức tạp hơn để cân bằng tín hiệu thu nhằm
duy trì chất lượng của tín hiệu.
Hình 2. TDMA

1.3.4 Đa truy cập phân chia theo mã (CDMA):
7
30 kHz kªnh 1
30 kHz kªnh 832
.
.
.

Bé biÕn
®æi A/D
Bé biÕn
®æi A/D
Bé biÕn
®æi A/D
Bé biÕn
®æi A/D
Bé biÕn
®æi A/D
Bé biÕn
®æi A/D
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
Trong kỹ thuật CDMA, tín hiệu mang tin ( ví dụ như tiếng nói) được
biến đổi thành tín hiệu digital, sau đó được trộn với một mã giống như mã ngẫu
nhiên. Tín hiệu tổng cộng, tức tiếng nói cộng với mã giả ngẫu nhiên, khi đó
được phát trong một dải tần rộng nhờ một kỹ thuật gọi là trải phổ.
Không giống FDMA hay TDMA, truyền dẫn trải phổ mà CDMA sử
dụng đòi hỏi các kênh có dải thông tương đối rộng (Thường là 1,25 MHz). Tuy
nhiên theo tính toán lý thuyết thì CDMA có thể chứa được số thuê bao lớn gấp
khoảng 20 lần mà FDMA có thể có trong một dải thông tổng cộng như nhau .
Hình 3. CDMA
8
Bé biÕn
®æi A/D

T¹o
m·
Bé biÕn
®æi A/D
T¹o
m·
(20)
Bé biÕn
®æi A/D
T¹o
m·
Bé biÕn
®æi A/D
T¹o
m·
(20)
1,25 MHz kªnh 1
1,25 MHz kªnh
20
.
.
.
(1)
(1)
Chương 2. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG DI ĐỘNG GSM
2.1. Cấu trúc mạng GSM

Hình 4. Sơ đồ cấu trúc mạng GSM
OSS : Hệ thống khai thác và hỗ trợ
AUC : Trung tâm nhận thực

HLR : Bé ghi định vị thường trú
MSC : Tổng đài di động
BSS : Hệ thống trạm gôc
BSC : Đài điều khiển trạm gốc
PSPDN: Mạng chuyển mạch gói công cộng
PSDN : Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng
SS : Hệ thống chuyển mạch
VLR : Bé ghi định vị tạm trú
EIR : Thanh ghi nhận dạng thiết bị
BTS : Đài vô tuyến gốc
MS : Trạm di động
ISDN : Mạng số liên kết đa dịch vụ
CSPDN : Mạng chuyển mạch số công cộng theo mạch
PLMN : Mạng di động mặt đất công cộng
9
SS
AUC
AUC
MS
MS
EIR
EIR
MSC
MSC
HLR
HLR
BSS
BSC
BSC
BTS

BTS
VLR
VLR
ISDN
ISDN
OSS
OSS
PSPDN
PSPDN
PLMN
PLMN
PSTN
PSTN
CSPDN
CSPDN
2.2. Các khối chức năng
2.2.1 Hệ thống con chuyển mạch SS:
Hệ thống con chuyển mạch bao gồm chức năng chuyển mạch chính của
mạng GSM cũng như việc lưu trữ các cơ sở dữ liệu cần thiết về số liệu 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.
 Trung tâm chuyển mạch di động –MSC:
MSC thực hiện nhiệm vụ điều khiển, thiết lập cuộc gọi đến những người
sử dụng mạng GSM với nhau và với mạng khác
Thực hiện giao diện với hệ thống con BSS và giao diện với các mạng
ngoài.
 Bé ghi định vị thường trú –HLR:
HLR lưu trữ mọi thông tin liên quan đến việc cung cấp các dịch vụ viễn
thông, kể cả vị trí hiện thời của MS.
HLR nhận dạng thông tin do AUC cung cấp

 Bé ghi định vị tạm trú –VLR:
VLR là cơ sở dữ liệu thứ hai trong mạng GSM, nó được nối với một hay
nhiều MSC và có nhiệm vụ lưu giữ tạm thời số liệu của các thuê bao hiện đang
nằm trong miền phục vụ của MSC. Đồng thời lưu trữ số liệu về vị trí của các
thuê bao tren ở mức độ chính xác hơn HLR
 Trung tâm nhận thực –AUC:
Trung tâm nhận thực lưu giữ về nhận thực thuê bao, nó chịu trách nhiệm
xử lý nhận thực và tạo biện pháp bảo mật trong các cuộc gọi
AUC là bộ phận phần cứng trong HLR, cho phép bám và ghi lại các cuộc
gọi, chống nghe trộm, nó được thay đổi riêng cho từng thuê bao.

 Thanh ghi nhận dạng thiết bị –EIR:
10
EIR được nối với một MSC thông qua đường báo hiệu riêng, nó cho phép
MSC kiểm tra sự hợp lệ của thiết bị di động. Hay EIR lưu trữ thông tin về
IMEI và tổ chức danh sách IMEI như sau:
+ Danh sách trắng: gồm các IMEI hợp lệ
+ Danh sách xám: gồm các IMEI bị mất cắp
+ Danh sách đen: gồm các IMEI của các di động bị lỗi hoặc không kết nối
được vói mạng GSM hiện tại.
2.2.2 Trạm di động MS:
MS là một đầu cuối di động, có thể đặt trên ô tô hay xách tay. Tại GSM
có một khối nhỏ gọi là modun nhận dạng thuê bao SIM, là một khối vật lý tách
riêng chẳng hạn là một IC Card còn gọi là card thông minh SIM cung với thiết
bị trạm hợp thành trạm di động. Không có SIM, MS không thể thâm nhập đến
mạng trừ trường hợp gọi khẩn. Khi liên kết đăng ký thuê bao với card SIM chứ
không phải với MS.
Đăng ký thuê bao có thể có thể sử dụng trạm MS khác như của chính
mình. Điều này làm nẩy sinh vấn đề MS bị lấy cắp, vì không có biện pháp để
chặn đăng ký thuê bao nếu bị lấy cắp thì khi đó sẽ cần một cơ sở dữ liệu chứa

số liệu phần cứng của thiết bị: thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR (nhưng hiện
nay ở Việt Nam thì người ta không dùng thiết bị này nữa bởi vì khi có EIR thì
nó yêu cầu máy có chỉ tiêu chất lượng tốt. Do kinh tế thị trường thì không phải
ai cũng có thể mua một máy có chất lượng đạt yêu cầu ). EIR được nối Với
MSC qua một đường báo hiệu. Nó cho phép MSC kiểm tra sự hợp lệ của thiết
bị. Bằng cách này có thể cho mét MS không được thâm nhập.
2.2.3 Hệ thống con trạm gốc BSS:
Hệ thống con trạm gốc BSS được hiểu như hệ thống vô tuyến: cung cấp
và quản lý đường truyền vô tuyến giữa máy di động và tổng đài MSC. Gồm:
 Bộ điều khiển trạm gốc BSC :
BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh
điều khiển từ xa BTS và MS. Các lệnh này chủ yếu là lệnh Ên định, giải phóng
kênh vô tuyến và chuyển giao. Một phía BSC được nôí 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 chính của nó là quản lý các kênh ở giao diện vô tuyến và
11
chuyển giao. Giao diện giữa BSC và MSC là giao diện A, còn giao diện giữa
BTS và BSC là giao diện Abit.

12
 Trạm thu phát gốc BTS:
BTS là thiết bị trung gian giữa GSM và thuê bao di động, trao đổi thông
tin với MS thông qua giao diện vô tuyến Um. BTS bao gồm các thiết bị như:
Anten thu phát, thiết bị xử lý tín hiệu đặc thù cho giao diện vô tuyến. BTS dưới
sự điều khiển của một BSC có thể kết nối theo nhiều đường khác nhau.
 Bộ chuyển đổi mã thích ứng tốc độ TRAU:
TRAU là thiết bị mà quá trình mã hóa và giải mã đặc thù riêng cho
mạng GSM được tiến hành. TRAU là một bộ phận của BTS nhưng cũng có thể
đặt nó cách xa BTS và thậm chí trong nhiều trường hợp nó được đặt giữa BSC
và MSC.

2.2.4 Hệ thống khai thác và bảo dưỡng OSS:
OSS gồm một số OMC dùng để theo dõi và bảo trì hoạt động của
MSC, BTS, BSC. Gồm các chức năng chính sau:
Chức năng khai thác và bảo dưỡng:
- Khai thác: Giám sát toàn bộ chất lượng dịch vụ (tải lưu lượng, mức độ
nghẽn, số lượng chuyển giao…)để kịp thời xử lý các sự cố. Khai thác bao
gồm cả việc thay đổi cấu hình để giải quyết các vấn đề hiện tại, để tăng
lưu lượng, tăng diện tích phủ sóng.
- Bảo dưỡng: có nhiệm vụ phát hiện, định vị, sửa chữa các sự cố và hỏng
hóc. Nó liên quan chặt chẽ với khai thác.
Quản lý thuê bao
- Bao gồm cả các hoạt động như: đăng ký thuê bao, nhập thuê bao vào
mạng hay loại bỏ thuê bao ra khỏi mạng. Đăng ký các dịch vụ và các tính năng
bổ sung. Ngoài ra nó còn có nhiệm vụ tính cước cuộc gọi. Quản lý thuê bao do
HLR và một số thiết bị OSS chuyên dụng đảm nhiệm. Sim Card đóng vai trò
quan trọng cùng với OSS trong việc quản lý các thuê bao.
- Quản lý các thiết bị tự động được thực hiện bởi EIR. EIR lưu giữ tất cả
các dữ liệu liên quan đến trạm di động MS. EIR được nối với MSC để kiểm tra
sự hợp lệ của các thuê bao.
13
2.3. Cấu trúc địa lý của mạng
Mọi mạng điện thoại cần một cấu trúc nhất định để định tuyến các cuộc
gọi vào tổng đài cần thiết và cuối cùng đến thuê bao bị gọi, ở một mạng di
động cấu trúc này rất quạn trọng do tính lưu thông của các thuê bao trong
mạng.
Vùng mạng:
Tổng đài vô tuyến cổng GMSC kết nối các đường truyền giữa mạng
GSM/PLMN và mạng PSTN/ISDN khác hay các mạng PLMN khác sẽ ở mức
tổng đài trung kế quốc gia hay quốc tế. Tất cả các cuộc gọi vào cho mạng GSM
sẽ được định tuyến đến một hay nhiều tổng đài vô tuyến cổng GMSC.

Vùng phục vụ MSC/VLR:
Vùng MSC là một bộ phận của mạng được một MSC quản lý. Để định
tuyến một cuộc gọi đến một thuê bao di động, đường truyền qua mạng sẽ được
nối đến MSC ở vùng phục vụ MSC nơi thuê bao đang ở.
Vùng phục vụ như là một bộ phận của mạng được định nghĩa như một
vùng mà ở đó có thể đạt đến trạm di động nhờ việc MS này được ghi lại ở một
bộ định vị khác (VLR).
Một vùng mạng GSM được chia thành một hay nhiều vùng phục vụ
MSC/VLR.
Vùng định vị (LA-location Area):
Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR được chia thành một số vùng định vị.
Vùng định vị là một phần của vùng phục vụ MSC/VLR mà ở đó một trạm di
động có thể chuyển động tự do mà không cần cập nhật thông tin về vị trí cho
tổng đài MSC/VLR điều khiển vùng định vị này. Vùng định vị này là một vùng
mà ở đó thông báo tìm gọi sẽ được phát quảng bá để tìm một thuê bao di động
bị gọi. Vùng định vị có thể có một số cell và phụ thuộc vào một hay vài BSC
nhưng nó chỉ phụ thuộc vào một MSC/VLR.
Hệ thống có thể nhận dạng vùng định vị bằng cách sử dụng nhận dạng
vùng định vị LAI.
Vùng định vị được hệ thống sử dụng để tìm một thuê bao đang ở trạng
thái hoạt động.
14
Ô (cell):
Vùng định vị được chia thành một số ô, là một vùng bao phủ vô tuyến
được nhận dạng bằng nhận đạng ô toàn cầu (CGI).
Trạm di động tự nhận dạng một ô bằng cách sử dụng mã nhận dạng trạm
gốc (BSIC).
2.4 Các loại kênh trong GSM
Trong mạng di động GSM có 2 loại kênh:
- Kênh lưu lượng (TCH Traffic Channel)

- Kênh điều khiển (CCH Control Channel)
2.4.1 Kênh lưu lượng:
- Là kênh mang thông tin thoại và dữ liệu được mã hóa của người sử dụng,
đây là kênh ở cả 2 đường lên và xuống, truyền từ điểm tới điểm.
- Có 2 loại kênh lưu lượng:
+ Kênh toàn tốc (FR): người dùng chiếm hoàn toàn một khe thời gian ở các
khung liên tiếp.
+ Kênh bán tốc (HR): ở kênh này khe thời gian được phân cách khung
2.4.2 Kênh điều khiển:
 Các kênh điều khiển quảng bá (BCCH):
+ Kênh hiệu chỉnh tần số FCCH mang thông tin của hệ thống để điều chỉnh
tần số cho MS
+ Kênh đồng bộ SCH mang thông tin đồng bộ khung cho MS và mã nhận
dạng trạm BTS
+ Kênh điều khiển quảng bá BCCH mang các thông tin của hệ thống như số
LAI, các thông tin của ô.
 Các kênh điều khiển chung (CCCH):
+ Kênh tìm gọi PCH: dùng để phát thông báo tìm gọi MS , là kênh dùng cho
đường xuống
+ Kênh truy cập ngẫu nhiên RACH: là kênh mà MS sử dụng để yêu cầu
cung cấp một kênh DCCH, trả lời thông báo tìm gọi, thực hiện các thủ tục khởi
đầu khi đăng ký cuộc gọi, là kênh đường liên kết nối điểm- đa điểm.
+ Kênh trợ giúp truy cập AGCH: là kênh theo chiều xuôi, bản tin CCCH
cuối cùng gửi từ trạm BTS trước khi MS ngắt khối kênh điều khiển.
15
 Các kênh điều khiển riêng DCCH:
+ Kênh điều khiển riêng đứng đơn lẻ SDCCH dùng để báo hiệu hệ thống khi
thiết lập cuộc gọi trước khi Ên định một kênh TCH, là kênh dùng cho cả đường
lên và xuống, kết nối điểm-điểm.
+ Kênh điều khiển liên kết chậm SACCH là kênh số liệu liên tục mang

thông tin đo đạc từ MS về cường độ tín hiệu nhận, chất lượng thu…
+ Kênh điều khiển liên kết nhanh FSCCH liên kết với một kênh TCH theo
chế độ “lấy lén”. Khi tốc độ thông tin cần trao đổi lớn hơn nhiều khả năng của
SACCH thì hệ thống sẽ “lấy lén” một côm 20ms của TCH.
2.5. Kiến trúc vô tuyến của GSM
Dải tần phát ngược (từ MS tới BTS) 25 MHz: từ 890 - 915 MHz
Dải tần phát xuôi (từ BTS tới MS) 25 MHz: từ 935 - 960 MHz
Do không bị lệ thuộc vào khung kĩ thuật nào của một hệ thống trước đó nên
GSM được thiết kế độc lập chứa đựng nhiều ưu điểm kĩ thuật. GSM sử dụng kĩ
thuật FDD kết hợp TDMA và FDMA nhằm phục vụ đa truy cập.
Dải tần phát ngược và phát xuôi được chia thành các kênh vô tuyến rộng
200 KHz, các kênh này ghép cặp ngược xuôi sao cho chúng cách biệt nhau 45
MHz và cùng dùng chung bởi 8 người theo kĩ thuật TDMA.
Mỗi người được phân một khe thời gian, tốc độ truyền dẫn kênh là 270,833
kbp/s dùng điều chế nhị phân BT= 0,3 GMSK. Như vậy độ dài bit là 3,692 us.
Tốc độ truyền của một người dùng là 33,854 kbp/s. Mỗi khe thời gian ứng với
156,2 bit, trong đó 8,25 bit dùng cho bảo vệ, 6 bit cho báo hiệu bắt đầu và kết
thúc mỗi khung có độ dài 4,615 ms.
Tổng số kênh vô tuyến trong dải 25 MHz là 125, mỗi kênh 8 khe thời gian
sẽ cho tổng số 1000 kênh lưu lượng.
Tổ hợp tỷ số và kênh vô tuyến tạo nên một kênh vật lý đối với tất cả chiều
phát xuôi và ngược. Mỗi kênh vật lý của GSM có thể được gán cho các kênh
logic tại thời điểm khác nhau.

2.6. Các đặc trưng của GSM
Trong các hệ thống điện thoại di động hiện có cung cấp cho các thuê bao
và nhà khai thác nhiều ưu điểm hơn một mạng điện thoại tiêu chuẩn. Nhưng ở
đó còn nhiều hạn chế. GSM đã khắc phục được những hạn chế đó và được thể
hiện qua các đặc trưng sau.
Tính tương thích:

16
Do sự phát triển nhanh chóng của các mạng tế bào ở Châu Âu, hiện có
nhiều hệ thống tế bào khác nhau mà không tương thích với nhau. Vì vậy, hiển
nhiên là cần phải có một tiêu chuẩn chung cho hệ thống thông tin di động. Và
một hội đồng thực thi đã được thiết lập với một nhiệm vụ phức tạp là phân định
chung-riêng ở mạng tiêu chuẩn mới. Tiêu chuẩn GSM đã được qui định và phát
triển ở các nước Châu Âu đang hoạt động để khai thác chung với nhau . Kết
quả là một hệ thống tế bào đã được thực hiện ở khắp Châu Âu. Sự thuận lợi do
tiêu chuẩn GSM đem lại, sẽ có một thị trường lớn đối với các thiết bị GSM.
Nghĩa là các nhà sản suất sẽ cung cấp các hiết bị với chất lương cao hơn và giá
thành rẻ hơn. Các thành công của GSM đã được chấp nhận và thực hiện trên
khắp thế giới.
Hệ thống thông tin di động số GSM tương thích với hệ thống báo hiệu số
7 và sử dụng băng tần (890-915 ) MHz để truyền tín hiệu từ máy di động đến
trạm gốc và băng tần (935-960) MHz để truyền dẫn tín hiệu từ trạm gốc đến
máy di động.
Loại bỏ các tạp âm:
Tạp âm sẽ giao thoa với hệ thống hiện hành, có thể được phát sinh bởi các
nguyên nhân sau :
• Một nguồn công suất mạnh hoặc kéo dài , gần với hệ thống thông tin
di động (như hệ thống đánh lửa trên ô tô , sét )
• Sự truyền dẫn ở các máy di động khác nhau trên cùng một tần số
(nhiễu kênh chung).
• Sự truyền dẫn ở các máy di động khác nhau, theo kiểu “xuyên ngang
“ từ một tần số lân cận (nhiễu kênh lân cận ).
• Nhiễu nền xâm nhập vì tín hiệu quá yếu.
Để đối phó với nhữnh vấn đề gây ra nhiễu trong hệ thống tế bào mới
người ta sử dụng các tín hiệu số tay cho tín hiệu tương tự. Các tín hiệu được
phát trên một giao diện vô tuyến - số có thể được bảo vệ để chống lại các lỗi
phát sinh do tạp âm. Việc bảo vệ này sẽ hình thành từ sự mã hoá của tín hiệu,

mà cơ chế là do sự quyết định của phần mềm và sử dụng giải mã viterbi. Các
cơ chế này cho phép phát hiện và sửa chữa các lỗi ở một tín hiệu. Kết quả là có
một giao diện vô tuyến mạnh hơn nhiều.
Thông tin di động số có thể chịu được mức nhiễu cao hơn so với các hệ
thống tương tự hiện có, dẫn đến việc cải thiện cả chất lượng lẫn hiệu quả ở hệ
thống thông tin di động .
Tính linh hoạt và tăng thêm dung lượng:
17
Với giao diện vô tuyến tương tự hiện có, mỗi kết nối giữa một thuê bao
di động với một Cell đòi hỏi phải có sóng mang RF riêng, điều đó dẫn đến đòi
hỏi ở Cell phải lắp đặt thêm modul (phần cứng ) RF. Vì vậy, để mở rộng dung
lượng của một Cell thì phải tăng thêm số lượng các kênh và các modul RF có
chất lượng tương đương phải được đưa thêm vào thiết bị của Cell. Do đó, việc
mở rộng hệ thống là tốn nhiều thời gian, tiền của và công sức Như vậy, các
hãng khai thác cũng bao hàm cả việc lập kế hoạch RF rất phức tạp. Để khai
thác một cách hợp pháp, tất cả các hệ thống phải sử dụng một khoảng tần số RF
đã đựoc qui định chặt chẽ, chỉ trong khoảng tần số (872-960 MHz).
Khi mà giao diện số được sử dụng ở hệ thống GSM sẽ đưa đến việc giải
quyết việc sử dụng phổ vô tuyến có sẵn một cách hiệu quả hơn. Tám cuộc gọi
đồng thời được thực hiện trên một sóng mang RF. Điều đó có nghĩa là mỗi
modul RF riêng sẽ đáp ứng cho 8 thuê bao cùng một lúc, và như vậy hệ thống
sẽ được mở rộng, yêu cầu thay đổi modul RF thường Ýt hơn so với các hệ
thống cũ. Do đó hệ thống là rất linh hoạt vì nó có thể thay đổi dung lượng bằng
một bộ phận khác của mạng bằng cách đặt lại cấu hình từ cơ sở dữ liệu của hệ
thống.
Sử dụng các giao diện tiêu chuẩn:
Trong hệ thống thông tin di động số GSM sử dụng tiêu chuẩn như C7 và
X25 trong toàn hệ thống. Điều này có nghĩa là các nhà qui hoạch hệ thống có
thể lựa chọn thiết bị với giá thành khác nhau của các hãng sản xuất khác nhau.
Vì vậy, sự cạnh tranh giữa các hãng sản xuất với nhau sẽ tăng lên và giá thành

sẽ hạ xuống.
An toàn và bảo mật tuyệt đối:
Vấn đề an toàn được xem đứng đầu danh mục các vấn đề sẽ được cạnh
tranh của các nhà khai thác ở các hệ thống tương tự. Trong một vài hệ thống
thế hệ đầu có khoảng 20% cuộc gọi bị ăn cắp. Để bảo mật số liệu và thoại được
tốt, GSM đưa ra đề nghị bảo mật cả về phương pháp truyền dẫn trên giao diện
vô tuyến và cả ở cách thức lưu lượng được xử lý trước khi truyền dẫn. Các dữ
liệu được điều khiển và báo hiệu sẽ được mật mã cùng với các kỹ thuật nhận
thực thuê bao tinh vi sẽ loaị trừ việc ăn cắp cuộc gọi. ở hệ thống GSM thiết bị
di động sẽ được nhận dạng một cách độc lập từ thuê bao di động. Mỗi máy di
động có một số nhận dạng được mã hoá cứng khi sản xuất để kiểm tra nếu như
nó được khai báo là đã bị mất cắp.
Hệ thống GSM đảm bảo ở một mức độ cao tính bảo mật cho các thuê
bao, các cuộc gọi sẽ được số háo, mã háo và sau đó được gài mật mã trước khi
phát lên không gian.
Chuyển vùng nhanh hơn:
18
Chuyển vùng xảy ra khi máy di động di chuyển giữa các cell. Một cuộc
gọi sẽ được chuyển từ một kênh này đến kênh khác và từ một cell này đến một
cell khác để duy trì cuộc gọi được liên tục. Trong các hệ thống tương tự hiện
có, chỉ có thuê bao rất tốt mới nhận ra một chuyển vùng đã xảy ra. Còn hệ
thống GSM đã giải quyết vấn đề này và quá trình chuyển vùng được điều khiển
chặt chẽ hơn nhiều. GSM cho phép đưa nhiều yếu tố vào tính toán và được tính
toán chi tiết hơn (Đo cường độ tín hiệu của các cell lân cận).
Nhận dạng thuê bao:
Trong hệ thống GSM, thuê bao và thiết bi di động được nhận dạng một
cách riêng rẽ. Thuê bao được nhận dạng bằng một card thông minh (Smart
card),được biết như một khối nhận dạng thuê bao SIM. Nghĩa là người sử dụng
chỉ cần mua thuê bao ở một hệ thống di động nhưng có khả năng sử dụng cho
nhiều kiểu thiết bị di động khác nhau (Fax, Computer, điện thoại di động). Vì

SIM card nhận diện người sử dụng nên bất kỳ nơi nào các cuộc gọi của thuê
bao tạo ra, hóa đơn tính cước sẽ luôn luôn được gửi tới bộ ghi định vị thường
trú (HLR) của thuê bao.
Tính tương thích với ISDN:
ISDN là một tiêu chuẩn mà hầu hết các nước đang phát triển đã cam kết
thực hiện. Đây là một mạng thông tin mới và tiên tiến được thiết kế để truyền
thoại và số liệu thuê bao trên các đường truyềnthoại tiêu chuẩn. Mạng GSM đã
được thiết kế để khai thác với hệ thống ISDN và sẽ cung cấp các đặc tính có
thể tương thích với nó.
2.7. Các giao diện sử dụng trong GSM
2.7.1 Giao diện vô tuyến Um(MS BTS ):
Air Interface là giao diện vô tuyến tên gọi chung của đầu nối giữa trạm
di động MS và BTS. Giao tiếp sử dụng khái niệm TDMA với một khung
TDMA cho một tần số mạng. Mỗi khung gồm 8 khe thời gian TS ( Time slot),
hướng từ BTS đến MS là đường xuống và ngược lại từ MS đến BTS là đường
lên.
2.7.2 Giao diện Abits để điều khiển BTS(BTSBSC):
Có hai loại kênh thông tin giữa BSC và BTS:
19
- Kênh thông tin tốc độ 64 Kbít/s mang tiêng và dữ liệu cho các kênh vô
tuyến
- Các kênh báo hiệu tốc độ 64 Kbít/s mang thông tin tín hiệu hoặc cho bản
thân BTS hoặc cho MS, được phát ở một trong các kênh vô tuyến.
- Các đường logíc giữa BSC và BTS có giao tiếp Abis. Giao tiếp này gồm
ba líp OSI. Lớp một là lớp vật lí ,chịu trách nhiệm truyền dẫn vật lí các số ‘0’
và ’1’ trong môi trường và chứa các qui định về kích thước, hình dạng các
xung.
2.7.3 Giao diện A(MSC  BSC ):
- MSC và BSC được nối với nhau bằng một đường PCM. Ngoài một số
kênh tiếng/số liệu còn có một khe thời gian dành cho báo hiệu. Số liệu báo hiệu

liên quan đến việc thiết lập cuộc gọi, chuyển giao, giải phóng… sử dụng kênh
này (kênh có thể phục vụ một hay nhiều trạm thu phát gốc BTS). Các giao thức
để báo hiệu giữa MSC và BSC là phần ứng dụng BSS (BSSAP), SCCP và MTP
- BSS(BSSAP) có 2 chức năng cho người sử dụng khác nhau và chức
năng phân phối để phân biệt giữa hai nhóm tín hiệu
- Các thông tin báo truyền trực tiếp giữa MSC và MS được nối thông
suốt qua BSC. Đây là các thông báo điều khiển cuộc gọi và quản lí di động.
2.8 Báo hiệu số 7 trong GSM

Trong thông tin điện thoại, báo hiệu nghĩa là chuyển và hướng dẫn thông tin
từ một điểm tới một điểm khác thích hợp để thiết lập, giám sát và giải phóng
cuộc gọi thoại.
Hệ thống báo hiệu số 7 của CCITT, nó được giới thiệu vào những năm
1979 / 1980 dành cho các mạng quốc gia và quốc tế, sử dụng các trung kế số.
Tốc độ truyền dẫn báo hiệu cao (64 Kbit/s). Trong thời gian này giải pháp phân
lớp trong giao tiếp thông tin đã được phát triển tương đối hoàn chỉnh, đó là hệ
thống giao tiếp mở OSI, và giải pháp phân lớp trong mô hình OSI này đã được
ứng dụng trong hệ thống báo hiệu kênh chung sè 7. Hệ thống báo hiệu kênh
chung sè 7 cũng có thể được sử dụng ở các đường dây Analog. Hệ thống báo
hiệu số 7 của CCITT không những được thiết kế để điều khiển thiết lập và
giám sát các cuộc gọi thoại mà còn cho các cuộc gọi của các dịch vụ phi thoại.
20
2.8.1 Các khối chức năng của hệ thống báo hiệu số 7


Hình 5. Cấu trúc cơ bản của hệ thống báo hiệu số 7

21
PhÇn chuyÓn
giao tin b¸o

(MTP)
C¸c phÇn cña
ng&êi sö
dông
(UP)
C¸c phÇn cña
ng&êi sö
dông
(UP)
Hệ thống báo hiệu số 7 trong GSM gồm 2 phần:
 Phần chuyển giao bản tin (MTP: Message Transfer Part):
- MTP là hệ thống vận chuyển chung để chuyển giao tin cậy các thông
tin báo hiệu giữa các điểm báo hiệu. Phần chuyển giao bản tin truyền
tải các thông tin báo hiệu giữa các phần của người sử dụng khác
nhau và nội dung của các bản tin báo này hoàn toàn độc lập với nhau
- Để thực hiện các chức năng này MTP cần có:
+ Các bản tin cần phải được sửa trước khi chúng được chuyển giao
tới phần của người sử dụng
+ Sửa lỗi liên tiếp
+ Không bị tổn thất hoặc lặp lại
 Các phần của người sử dụng (UP: User Part):
Các phần của người sử dụng được tạo ra và phân tích các thông tin báo
hiệu. Chúng sử dụng MTP như là các chức năng truyền tải để mang
thông tin báo hiệu tới các phần của người sử dụng khác cùng loại
Một số các phần của người sử dụng là:
- TUP (Telephone User Part) : Phần của người sử dụng điện thoại.
- DUP (Data User Part): Phần của người sử dụng số liệu.
- ISUP (ISDN User Part) : Phần của người sử dụng ISDN.
- MTUP (Mobile Telephone User Part) : Phần người sử dụng điện thoại di
động

22
TCAP
SCCP
ISUP
MTP
MTP
Tæng ®µi
A
Tæng ®µi
B
MAP
BSSAP
ISUP
SCCP
TCAP
MAP
BSSAP
DUP
TUP
TUP
DUP
Hỡnh 6. Phn truyn giao tin bỏo MTP l mụi trng truyn dn
chung gia cỏc phn ca ngi s dng
TUP (Telephone User Part) : Phn ca ngi s dng in thoi.
DUP (Data User Part): Phn ca ngi s dng s liu.
ISUP (ISDN User Part) : Phn ca ngi s dng ISDN.
SCCP (Signalling Connection and Control Part) : Phn iu khin v u ni
bỏo hiu.
TCAP (Transaction Capabilities Application Part) : Phn ng dng cỏc kh

nng trao i.
MAP (Mobile Application Part) : Phn ng dng di ng
BSSAP (Base Station Application Part) : Phn ng dng trm gc.
Cỏc chc nng ca kờnh bỏo hiu: l giỏm sỏt kờnh s liu bỏo hiu, tỡm
cỏc bn tin bỏo hiu b li, iu khin bn tin ó phỏt v thu ỳng trỡnh t
m khụng b mt mỏt hoc khụng b lp.
Cỏc chc nng ca mng bỏo hiu: bao gm cỏc chc nng x lý bn
tin (x lý lu lng) v iu hnh mng bỏo hiu.
Mc 4 Mc 3 Mc 2 Mc 1
23
Các
UP
Phần chuyển giao tin báo (MTP)
Các chức năng của
mạng báo hiệu
Xử lý bản tin
báo hiệu
Điều hành mạng
báo hiệu
Kênh báo hiệu
Các chức năng của
kênh báo hiệu
Kênh số liệu báo
hiệu
Hình 7. Các chức năng của mạng báo hiệu
Các bản tin báo hiệu
Các tín hiệu điều khiển
X lý bn tin bỏo hiu : bao gm cỏc chc nng nh tuyn bn tin
ti kờnh thớch hp v phõn phi cỏc bn tin thu c tng i thng
trỳ ti cỏc ngi s dng ỳng.

iu hnh mng bỏo hiu: vi cỏc trng hp cú s thay i trng thỏi
trong mng bỏo hiu, vớ d nu kờnh bỏo hiu hoc im bỏo hiu vỡ lý
do gỡ ú m khụng cú kh nng thc hin thỡ cỏc chc nng iu hnh
mng bỏo hiu s iu khin lp li cu hỡnh v cỏc thao tỏc khỏc phc
hi kh nng chuyn giao tin bỏo thụng thng.
2.8.2 Phõn loi:
Thụng thng tớn hiu bỏo hiu chia lm 2 loi:
+ Tớn hiu bỏo hiu mch vũng thuờ bao
+ Tớn hiu bỏo hiu gia cỏc tng i
Tớn hiu bỏo hiu gia cỏc tng i: bao gm
- Cỏc tớn hiu ng dõy: s dng trong ton b thi gian ca cuc gi
giỏm sỏt trng thỏi ca ng dõy
- Cỏc tớn hiu ca b ng kớ: s dng trong thi gian thit lp cuc
gi chuyn giao a ch v loi thụng tin
24
Tổng đài
Tổng đài
Con số của B
B trả lời
Đàm thoại
Xoá ng&ợc
Xoá thuận
Chiếm
Hình 8. Các tín hiệu báo hiệu giữa các tổng đài
Thừa nhận chiếm
2.8.3 Sơ đồ báo hiệu số 7 trong GSM

2.8.4 Một số loại báo hiệu
2.8.4.1 Báo hiệu kênh liên kết (CAS: Channel Associated Signalling):
25

MAP (chuyÓn « )
ISUP
HÖ
thèng
chuyÓn
m¹ch
(SS)
MAP
ISUP
MAP
MAP
MAP
MAP
MAP
ISDN
GMSC
MS
C
PSTN
ISUP
TUP
BSC
MS
LAPD
BTS
LAPDm
HÖ thèng
tr¹m gèc
(BSS)
BSSA

P
H×nh 9. S¬ ®å b¸o hiÖu sè 7 trong GSM
VLR
VLR
AUC
HLR
EIR
MSC