Tổng quan về hệ thống thông tin di động

Bộ giáo dục v đo tạo
trờng đại học bách khoa H Nội
khoa điện tử viễn thông
====== ======
ồ án tốt nghiệp
đề ti:
Tng quan v h thng thụng tin di ng


Giáo viên hớng dẫn : Đặng Khánh Hòa
Sinh viên thực hiện : Chu út Thậm
Lớp : 05BTT 07ĐT


Hà Nội 08/2008

§å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS


Chu ót thËm –
05btt-07®t


MỤC LỤC
Chương 1: Giới thiệu về mạng thông tin di động GSM .............................. ...1
1.1 Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM............................................. ...1
1.2 Các chức năng của hệ thống GSM ......................................................... ...4
1.3 Băng tần sử dụng trong hệ thống thông tin đi động GSM...................... ...5
1.4 Phương pháp truy nhập trong thông tin di động..................................... ...6
Chương 2: Cấu trúc hệ thống thông tin di động GSM................................ ...9
2.1. Cấu trúc hệ thống.................................................................................. ...9

2.2. Chức năng các phần tử trong mạ
ng GSM...............................................10
Chương 3: Mạng báo hiệu và các khía cạnh mạng ..................................... .17
3.1. Các giao thức báo hiệu trong hệ thống GSM ........................................ .17
3.2. Các giao diện trong hệ thống GSM....................................................... .20
3.3. Các khía cạnh mạng .............................................................................. .20
Chương 4: Giao tiếp vô tuyến ....................................................................... .26
4.1. Khái niệm về các kênh vô tuyến ........................................................... .26
4.2. Sắp xếp các kênh logic ở các kênh vật lý.............................................. .29
Chương 5: Các dịch vụ trong GSM.............................................................. .31
5.1. Dịch vụ thoại......................................................................................... .31
5.2. Dịch vụ số liệu ...................................................................................... .31
5.3. Dịch vụ bản tin ngắn ............................................................................. .32
5.4. Các dịch vụ phụ .................................................................................... .32
Chương 6: Một số thí dụ về cuộc gọi trong mạng GSM ............................. .34
6.1. Cuộc gọi ra từ MS................................................................................. .34
6.2. Cuộc gọi vào từ mạng cố định .............................................................. .35
Chương 7: Giới thiệu chung về công nghệ GPRS ....................................... .38
7.1. Tổng quan về
công nghệ GPRS ............................................................ .38
7.2. Cấu trúc hệ thống GPRS ....................................................................... .39
Chương 8: Các giao diện và giao thức trong mạng GPRS ......................... .48

§å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS


Chu ót thËm –
05btt-07®t

8.1. Mặt phẳng truyền dẫn ........................................................................... .48
8.2. Mặt phẳng báo hiệu............................................................................... .51
8.3. Giao diện vô tuyến UM......................................................................... .59
8.4. Mạng vô tuyến GPRS ........................................................................... .63
8.5. Quản lý tài nguyên vô tuyến ................................................................. .72
Chương 9: Triển khai GPRS trên mạng thông tin di động GSM
tại Việt Nam.................................................................................................... .76
9.1. Đánh giá hiện trạng và nhu cầu............................................................. .76
9.2. Dịch vụ.................................................................................................. .77
9.3. Số lượng thuê bao của mạ
ng ................................................................. .77
9.4. Đánh giá nhu cầu .................................................................................. .77
9.5. Một số đề xuất triển khai dịch vụ GPRS............................................... .78




Bộ Giáo dục v Đo tạo
Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

Cộng hòa x hội chủ nghĩa Việt Nam
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc


nhiệm vụ
thiết kế tốt nghiệp
Họ và tên:

Chu út Thậm
Ngành học:

Điện Tử Viễn Thông
1. Đầu đề thiết kế
......................................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................................
2. Các số liệu ban đầu
......................................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................................
3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán
......................................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................................
4. Các bản vẽ đồ thị (ghi rõ các loại bản vẽ, kích thớc các bản vẽ)
......................................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................................

5. Cán hộ hớng dẫn
Phần Họ và tên cán bộ

......................................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................................
6. Ngày giao nhiệm vụ thiết kế:
.................................................................................................

7. Ngày phải hoàn thành:
...............................................................................................................


Ngày... tháng ... năm 2008
Chủ nhiệm khoa

(Ký tên và ghi rõ họ tên)
Ngày... tháng ... năm 2008
Cán bộ hớng dẫn
(Ký tên và ghi rõ họ tên)



Ngày... tháng ... năm 2008
Đánh giá kết quả
Điểm thiết kế:
..........................

Điểm bảo vệ:
............................

Điểm tổng hợp:
.......................



Ngày ... tháng ... năm 2008
Chủ tịch hội đồng

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Ngày... tháng ... năm 2008
Sinh viên thực hiện
(Ký tên và ghi rõ họ tên)


Bộ giáo dục v đo tạo
Trờng đại học bách khoa h nội
Bản nhận xét thiết kế tốt nghiệp
Họ và tên:
......................................................................................................................................................

Nghành:
....................................................................
Khóa:
....................................................................

Cán bộ hớng dẫn:
....................................................................................................................................

Cán bộ duyệt thiết kế:

.............................................................................................................................

1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp:
.......................................................................................................

..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
2. Nhận xét của ngời duyệt thiết kế:
..........................................................................................

..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................

..............................................................................................................................................................................
Ngày..... Tháng ....... Năm 2008

(ký và ghi rõ họ tên)

§å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS


Chu ót thËm –
05btt-07®t


LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay mạng GSM với những ưu điểm nổi bật như: dung lượng lớn,
chất lượng kết nối tốt, tính bảo mật cao … , đã có một chỗ đứng vững chắc trên
thị trường Viễn thông thế giới. Ở Việt Nam, khi chúng ta bắt đầu có những máy
điện thoại di động sử dụng công nghệ GSM 900 đầu tiên vào những năm 1993
đã đánh dấu một bước phát tri
ển vượt bậc về công nghệ Viễn thông của đất
nước. Các thuê bao di động tại Việt Nam sử dụng dịch vụ thoại truyền thống
với tốc độ bit là 13Kbit/s và truyền số liệu với tốc độ 9,6 kbit/s.
Các nhà khai thác GSM trên thế giới đang đứng trước một số giải pháp để
có được dịch vụ số liệu truyền tốc độ cao qua mạng thông tin di động hiện có
c
ủa họ và đang nghiên cứu kế hoạch để chuyển đổi lên công nghệ 3G. Có hai
hướng để lựa chọn : một là có thể nâng cấp mạng của họ lên thẳng CDMA (Đa
truy nhạp phân chia theo mã) hay nâng cápp lên để có dịch vụ GPRS (General
Packet Radio Service – Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp), E – GPRS (Enhanced
GPRS – Dịch vụ GPRS nâng cao) và sau đó thì sẽ đầu tư, nâng cấp để loại dần

công nghệ GSM tiến lên công nghệ W-CDMA (Đa truy nhập phân kênh theo
mã băng rộ
ng).
Đối với các nhà khai thác, không thể có được việc nâng cấp thẳng lên công
nghệ W-CDMA với các giải pháp đơn giản và chi phí chấp nhận được. Quá
trình nâng cấp là một quá trình phức tạp, yêu cầu các phần tử mạng mới và các
máy đầu cuối mới. Do vậy, vấn đề cần cân nhắc ở đây chính là các khía cạnh về
kinh tế và kỹ thuật cho việc nâng cấp, buộc các nhà khai thác phải suy tính.
Chính vì vậy, GPRS là sự lựa chọn c
ủa các nhà khai thác GSM như một bước
chuẩn bị về cơ sở hạ tầng kỹ thuật, để tiến lên công nghệ thông tin di động thế
hệ thứ 3.

§å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS


Chu ót thËm –
05btt-07®t


Giải pháp GPRS cho hệ thống GSM đã trở thành hiện thực năm 1999.
Giống như HSCSD, GPRS cung cấp các dịch vụ số liệu tốc độ cao hơn cho
người sử dụng di động. Tuy nhiên dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, GPRS
phù hợp với bản chất bùng nổ đột ngột cao của hầu hết các ứng dụng số liệu
hơn công nghệ chuyển mạch kênh HSCSD, nó lý tưởng hơn cho các dịch vụ

truy nhập cơ sở dữ liệu và thư điện tử, thí dụ những người sử dụng không muốn
trả cứoc phí cuộc gọi cao cho các bản tin ngắn. GPRS cũng cho phép người sử
dụng nhận các cuộc gọi số liệu. Các tin nhắn cũng được phân phát trực tiếp đến
điện thoại của người sử dụng, them chí không cần kết nối từ đầu cuố

i đến đầu
cuối một cách liên tục. Khi bật máy điện thoại, người sử dụng nhận được một
thông báo là họ đang có một tin nhắn. Họ có thể chọn các thông báo tải về ngay
lập tức hay cất đi để xem sau.
GPRS cũng cung cấp việc thiết lập cuộc gọi nhanh hơn HSCSD và kết nối
với mạng sử dụng giao thức IP hiệu quả hơn, bao gồ
m các mạng Intranet của
công ty và các mạng LAN, cũng như Internet. Thông qua việc kết hợp các khe
thời gian TDMA khác nhau, GPRS có thể điều khiển tất cả các kiểu truyền dẫn
từ các mẫu tin ngắn tốc độ thấp đến các tốc độ cao hơn cần cho việc xem xét
các trang Wed. GPRS cung cấp tốc độ số liệu gói cao hơn 100 kbit/s. Tốc độ tối
đa là 171,2 kbit/s qua 8 kênh 21,4 kbit/s (sử dụng mã hoá CS-4).


§å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS
 

Chu ót thËm –
05btt-07®t
  ‐ 1 -
 

TỔNG QUAN HỆ THỐNG
THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM

CHƯƠNG 1:
GIỚI THIỆU VỀ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM
1.1.
Hệ thống thông tin di động toàn cầu (GSM)
GSM trước đây được biết như Groupe Spécial Mobile (nhóm di

động đặc biệt), là nhóm đã phát triển nó, được thiết kế từ sự bắt đầu như
một dịch vụ tế bào số quốc tế. Giao tiếp vô tuyến của GSM dựa trên
công nghệ TDMA. Ý định ban đầu là các thuê bao GSM có khả năng di
chuyển qua các biên giới quốc gia sẽ nhận được các dịch vụ di động và
các tính nă
ng đi theo cùng với họ.
Kiểu GSM của Châu Âu hiện nay hoạt động ở tần số 900 MHz
cũng như tần số 1800 MHz. Ở Bắc Mỹ, GSM sử dụng cho dịch vụ PCS
1900 tại vùng đông bắc California và Nevada. Do PCS 1900 sử dụng tần
số 1900 MHz, nên các điện thoại không có khả năng kết nối hoạt động
với điện thoại GSM hoạt động trong các mạng ở tần số
900 MHz hay
1800 MHz. Tuy nhiên vấn đề này có thể khắc phục được với các máy
điện thoại đa băng hoạt động trong nhiều tần số.
Vào đầu năm 1980, thị trường hệ thống điện thoại tế bào tương tự
đã phát triển rất nhanh ở Châu Âu. Mỗi một nước đã phát triển một hệ
thống tế bào độc lập với các hệ thống của các nướ
c khác. Sự phát triển
không được hợp tác của các hệ thống thông tin di động quốc gia có nghĩa
là sẽ không có khả năng cho thuê bao sử dụng cùng một máy di động
cầm tay khi di chuyển trong Châu Âu. Không chỉ các thiết bị di động bị

§å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS
 

Chu ót thËm –
05btt-07®t
  ‐ 2 -
 

hạn chế khai thác trong biên giới quốc gia, mà còn có một thị trường rất
hạn chế đối với mỗi kiểu thiết bị, vì thế tiết kiệm chi phí có thể không
thực hiện được. Ngoài một thị trường trong nước đầy đủ với các mẫu
chung, có thể không có một nhà chế tạo nào cạnh tranh được trên thị
trường thế giới. Hơn nữa, chính phủ các nước nhận thức rõ là các hệ
thống thông tin không tương thích có thể cản trở tiến trình để đạt được
một tầm nhìn chiến lược của họ về một Châu Âu với nền kinh tế thống
nhất.
Với những cân nhắc nêu trên, hội nghị điện thoại điện báo gồm 26
quốc gia Châu Âu (CEPT) đã thành lập một nhóm nghiên cứu gọi là
Groupe Speciale Mobile vào năm 1982 để nghiên cứu và phát triển một
hệ thống thông tin liên Châu Âu. Đến n
ăm 1986 tình hình trở nên khả
quan hơn vì một số mạng tế bào tương tự hiện tại có thể sử dụng hết
dung lượng vào năm 1990. CEPT khuyến nghị rằng hai khối tần số trong
băng tần 900 MHz được dự trữ cho hệ thống mới. Tiêu chuẩn GSM chỉ
rõ các băng tần từ 890 đến 915MHz cho băng thu và từ 935 đến 960
MHz cho băng phát với mỗi băng được chia thành các kênh 200 KHz.
Hệ thố
ng thông tin di động được CEPT đưa ra đã đáp ứng được các
tiêu chuẩn như sau:
- Cung cấp âm thoại chất lượng cao.
- Hỗ trợ chuyển vùng quốc tế.
- Hỗ trợ các thiết bị đầu cuối cầm tay.
- Hỗ trợ một loạt các dịch vụ và các thiết bị mới.
- Cung cấp hiệu quả phổ tần số.
- Cung cấ
p khả năng tương thích với ISDN.
- Cung cấp với chi phí dịch vụ và đầu cuối thấp.
Vào năm 1989, việc phát triển các đặc tính kỹ thuật của GSM đã

được chuyển từ CEPT đến Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI).

§å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS
 

Chu ót thËm –
05btt-07®t
  ‐ 3 -
 

ETSI được thành lập vào năm 1988 để thiết lập các tiêu chuẩn viễn
thông cho Châu Âu và hợp tác với các tổ chức tiêu chuẩn khác, các lĩnh
vực liên quan đến truyền hình và công nghệ thông tin văn phòng.
ESTI đã ấn bản các đặc tính kỹ thuật giai đoạn 1 của GSM vào năm
1990. Dịch vụ thương mại đã bắt đầu vào giữa năm 1991. Đến năm 1993
đã có 36 mạng GSM tại 22 nước, và thêm 25 nước đã lựa chọn ho
ặc bắt
đầu GSM. Từ đó, GSM đã được chấp nhận ở Nam Phi, Úc, và rất nhiều
nước vùng Trung Đông và Viễn Đông. Tại Bắc Mỹ, GSM được dùng để
thực hiện PCS. Đến cuối năm 1998 đã có 323 mạng GSM ở 118 nước
phục vụ cho 138 triệu thuê bao, đến nay đã có hơn 2 tỉ người dùng trên
212 quốc gia và vùng lãnh thổ. Hệ thống GSM được gọi là hệ thống
thông tin di động toàn cầu (Global System for Mobilephone
communications).
Mạng thông tin di động GSM là mạng thông tin di động số Cellular
gồm nhiều ô (cell). Cell là đơn vị nhỏ nhất của mạng, có hình dạng (trên
lý thuyết) là một tổ ong hình lục giác. Trong mỗi cell có một đài vô
tuyến gốc BTS (Base Transceiver Station) liên lạc với tất cả các trạm di
động MS (Mobile Station) có mặt trong cell. Khi MS di chuyển ra ngoài
vùng phủ sóng của cell, nó phải được chuyển giao sang làm việc với

BTS của cell khác.
Đặc đi
ểm của hệ thống thông tin di động Cellular là việc sử dụng
lại tần số và diện tích của mỗi cell khá nhỏ. Mỗi cell sử dụng một nhóm
tần số kênh vô tuyến. Các chữ cái A, B, C,...vừa là tên của cell, vừa biểu
thị một nhóm xác định các tần số vô tuyến được sử dụng trong cell đó.
Nhóm tần số được sử dụng nhiều lần cho các cell
với khoảng cách đủ
lớn, công suất phát đủ nhỏ để nhiễu lẫn nhau không đáng kể.

§å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS
 

Chu ót thËm –
05btt-07®t
  ‐ 4 -
 

Thông thường, một cuộc gọi di động không thể kết thúc trong một
cell nên hệ thống thông tin di động cellular phải có khả năng điều khiển
và chuyển giao (handover) cuộc gọi từ cell này sang cell lân cận mà cuộc
gọi được chuyển giao không bị gián đoạn.
1.2. Các chức năng của hệ thống GSM
Các đặc tính chủ yếu của hệ thống GSM như sau:
• Có thể phục v
ụ được một số lớn các dịch vụ và tiện ích cho thuê bao
cả trong thông tin thoại và truyền số liệu.
* Đối với thoại có thể có các dịch vụ:
- Chuyển hướng cuộc gọi vô điều kiện
- Chuyển hướng cuộc gọi khi thuê bao di động bận

- Cấm tất cả các cuộc gọi ra quốc tế
- Giữ cuộc gọi
- Thông báo cước phí
- Nhận dạng số chủ
gọi...
* Đối với dịch vụ số liệu:
- Truyền số liệu
- Dịch vụ nhắn tin: các gói thông tin có kích cỡ 160 ký tự có thể
lưu giữ .
• Sự tương thích của các dịch vụ trong GSM với các dịch vụ của
mạng sẵn có:
* PSTN – Publich Switched Telephone Network (Mạng điện thoại
chuyển mạch công cộng).

§å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS
 

Chu ót thËm –
05btt-07®t
  ‐ 5 -
 

* ISDN – Integrated Service Digital Network (mạng số tổ hợp dịch
vụ) bởi các giao diện theo tiêu chuẩn chung.
Cho phép các thuê bao lưu động (roaming) ở các nước với nhau
cùng sử dụng hệ thống GSM một cách hoàn toàn tự động. Nghĩa là thuê
bao có thể mang máy di động đi mọi nơi và mạng sẽ tự động cập nhật
thông tin về vị trí của thuê bao đồng thời thuê bao có thể gọi đi bất cứ
nơi nào mà không cần biết thuê bao khác đang
ở đâu.

• Sử dụng băng tần 900 MHz với hiệu quả cao bởi sự kết hợp giữa hai
phương pháp TDMA, FDMA.
• Giải quyết sự hạn chế dung lượng: Thực chất dung lượng sẽ tăng
lên nhờ việc sử dụng tần số tốt hơn và kỹ thuật chia ô nhỏ, do vậy
số thuê bao được phục vụ sẽ tăng lên.
• Tính linh hoạ
t cao nhờ sử dụng các loại máy thông tin di động khác
nhau: máy cầm tay, máy xách tay, máy đặt trên ô tô ...
• Tính bảo mật: Mạng kiểm tra sự hợp lệ của mỗi thuê bao GSM bởi
thẻ đăng ký SIM (Subcriber Identity Module). Thẻ SIM sử dụng
mật khẩu PIN (Personal Identity Number) để bảo vệ quyền sử dụng
của người sử dụng hợp pháp. SIM cho phép người sử dụng sử dụng
nhiều dịch vụ và cho phép người dùng truy nhập vào các PLMN
(Public Land Mobile Network) khác nhau. Đồ
ng thời trong hệ thống
GSM còn có trung tâm nhận thực AuC, trung tâm này cung cấp mã
bảo mật chống nghe trộm cho từng đường vô tuyến và thay đổi cho
từng thuê bao.
1.3. Băng tần sử dụng trong hệ thống thông tin di động GSM:


Đồ án tốt nghiệp: Mạng di động GSM v công nghệ GPRS


Chu út thậm
05btt-07đt
6 -


25 Mhz

200 Khz
25 Mhz
200 Khz
890 Mhz
915 Mhz
935 Mhz
960 Mhz
Băng tần lên
(Từ MS - BTS)
Băng tần xuống
(Từ BTS - MS)
882 Mhz
915 Mhz
927 Mhz
960 Mhz
1710 Mhz
1785 Mhz
1805 Mhz
1880 Mhz
GSM
mở
rộng
DSC

Hỡnh 1.1- Bng tn c bn v m rng ca GSM
H thng GSM lm vic trong bng tn 890 960MHz. Bng tn
ny c chia lm 2 phn:
- Bng tn lờn (Uplink band): 890 915 MHz cho cỏc kờnh vụ
tuyn t trm di ng n h thng trm thu phỏt gc.
- Bng tn xung (Downlink band): 935 960 MHz cho cỏc kờnh

vụ tuyn t trm thu phỏt gc n trm di ng.
Mi bng rng 25MHz, c chia thnh 124 súng mang. Cỏc súng
mang cnh nhau cỏch nhau 200KHz. Mi kờnh s dng 2 tn s riờng
bit, mt cho ng lờn, m
t cho ng xung. Cỏc kờnh ny c gi
l kờnh song cụng. Khong cỏch gia hai tn s l khụng i v bng 45
MHz, c gi l khong cỏch song cụng. Kờnh vụ tuyn ny mang 8
khe thi gian m mi khe thi gian l mt kờnh vt lý trao i thụng
tin gia trm thu phỏt v trm di ng. Ngoi bng tn c s nh trờn
cũn cú bng tn GSM m rng v bng tn DCS (Digital Cellular
System).

1.4. Phng phỏp truy nhp trong thụng tin di ng

§å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS
 

Chu ót thËm –
05btt-07®t
  ‐ 7 -
 

Ở giao diện vô tuyến, MS và BTS liên lạc với nhau bằng sóng vô
tuyến. Để tài nguyên tần số có hạn có thể phục vụ càng nhiều thuê bao
di động, ngoài việc sử dụng lại tần số, số kênh vô tuyến được dùng theo
kiểu trung kế. Hệ thống trung kế vô tuyến là hệ thống vô tuyến có số
kênh sẵn sàng phục vụ ít hơn số người dùng khả dĩ. Phương thức để sử
dụng chung các kênh g
ọi là phương pháp đa truy nhập: người dùng khi
có nhu cầu thì được đảm bảo về sự truy nhập vào trung kế.

• Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA (Frequency Division
Multiple Access): Phục vụ các cuộc gọi theo các kênh tần số khác nhau.
Phổ tần số được chia thành 2N dải tần số con kế tiếp, cách nhau một
khoảng bảo vệ. Mỗi dải tần được gán cho một kênh liên lạc, trong đó
kênh tần số N dành cho liên lạc hướ
ng lên, N kênh tần số còn lại cho liên
lạc hướng xuống. Mỗi người dùng được cấp phát một kênh tần số riêng
biệt trong tập hợp các kênh tần số.
• Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA (Time Division
Multiple Access): Khi có yêu cầu một cuộc gọi thì một kênh vô tuyến
được ấn định. Các thuê bao khác nhau dùng chung 1 kênh tần số nhờ cài
xen thời gian. Mỗi thuê bao được cấp một khe thời gian (time slot) trong
cấu trúc khung tuần hoàn 8 khe.
• Đa truy nhập theo mã CDMA (Code Division Multiple Access): Là
phươ
ng pháp trải phổ tín hiệu, thực hiện là gán cho mỗi MS một mã
riêng biệt cho phép nhiều MS cùng thu, phát độc lập trên một băng tần
nên tăng dung lượng cho hệ thống. Hiện tại công nghệ CDMA đang
được triển khai tại một số quốc gia. Tại Việt Nam hiện có mạng thông
tin di động S-Fone của công ty Cổ phần Viễn thông Sài Gòn (SPT) và
mạng EVN – Telecom của Công ty Thông tin Viễn thông Điện Lực đang
sử dụng công nghệ này.

§å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS
 

Chu ót thËm –
05btt-07®t
  ‐ 8 -
 

Ngoài ra còn có phương pháp truy nhập theo không gian SDMA.
Mạng GSM sử dụng phương pháp TDMA kết hợp FDMA.

§å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS
 

Chu ót thËm –
05btt-07®t
  ‐ 9 -
 

CHƯƠNG 2:
CẤU TRÚC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM

2.1. Cấu trúc hệ thống
Hệ thống thông tin di động gồm nhiều phần tử chức năng. Mạng
GSM được phân chia thành các phân hệ:


PSTN : Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng

ISDN : Mạng số liệu liên kết đa dịch vụ

PLMN : Mạng di động mặt đất công cộng
• Phân hệ chuyển mạch NSS (Network Switching Subsystem) bao
gồm các khối chức năng:

§å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS
 

Chu ót thËm –
05btt-07®t
  ‐ 10 -
 

- Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động MSC (Mobile
Switching Center)
- Bộ ghi định vị thường trú HLR (Home Location Register)
- Bộ ghi định vị tạm trú VLR (Visitor Location Register)
- Trung tâm nhận thực AuC (Authentication Center)
- Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR (Equipment Identification
Register)
- Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động cổng GMSC
(Gateway Mobile Switching Center).
• Phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem) bao gồm các
khối:
- Bộ điều khiển trạm gố
c BSC (Base Station Center)
- Trạm thu phát gốc BTS (Base Transceiver Station)
• Hệ thống khai thác và hỗ trợ OSS (Operation and Support
System)bao gồm các khối chức năng:
- Trung tâm quản lý mạng NMC (Network Management Center)
- Trung tâm quản lý và bảo dưỡng OMC (Operation &
Maintenance Center).
• Trạm di động MS (Mobile Station):
- Thiết bị di động ME (Mobile Equipment)
- Modul nhận dạng thuê bao SIM (Subscriber Identity Module)
2.2. Chức năng các phần tử trong mạng GSM
2.2.1 Phân hệ chuyển mạch NSS

§å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS
 

Chu ót thËm –
05btt-07®t
  ‐ 11 -
 

Phân hệ chuyển mạch bao gồm các chức năng chuyển mạch chính
của GSM cũng như các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và
quản lý di động của thuê bao. Chức năng chính của hệ thống chuyển
mạch là quản lý thông tin giữa những người sử dụng mạng GSM và các
mạng khác.
• Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động MSC
MSC là một tổng đài thực hi
ện tất cả các chức năng chuyển mạch
và báo hiệu của MS nằm trong vùng địa lý do MSC quản lý. MSC khác
với một tổng đài cố định là nó phải điều phối cung cấp các tài nguyên vô
tuyến cho thuê bao và MSC phải thực hiện thêm ít nhất hai thủ tục:
- Thủ tục đăng ký
- Thủ tục chuyển giao
MSC một mặt giao tiếp với BSS, mặt khác giao tiếp với mạng
ngoài. MSC làm nhiệm v
ụ giao tiếp với mạng ngoài được gọi là MSC
cổng (GMSC), có chức năng tương tác IWF (InterWorking Function) để
thích ứng các đặc điểm truyền dẫn của GMS và các mạng ngoài. Phân hệ
chuyển mạch giao tiếp với mạng ngoài để sử dụng 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 c

ủa mạng GSM.
MSC thường là một tổng đài lớn điều khiển và quản lý một số bộ
điều khiển trạm gốc BSC.
• Bộ ghi định vị thường trú HLR
HLR là một cơ sở dữ liệu quan trọng trong mạng có chức năng
quản lý thuê bao. Một PLMN có thể có một hoặc nhiều HLR phụ thuộc
vào lượng thuê bao. HLR lưu hai loại số gán cho mỗi thuê bao di động,
đó là:

§å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS
 

Chu ót thËm –
05btt-07®t
  ‐ 12 -
 

+ MSISDN: số danh bạ (số thuê bao)
Cấu trúc:
MSISDN = CC + NDC + SN
CC: Mã quốc gia (Việt nam: 84)
NDC: Mã mạng (Viettel: 98, Vinaphone: 91, Mobiphone: 90)
SN: Số thuê bao trong mạng (gồm 7 số)
Ví dụ: 84.98.5101300
+ IMSI
: Số nhận dạng thuê bao dùng để báo hiệu trong mạng
Cấu trúc:
IMSI = MCC + MNC + MSIN
MCC: Mã quốc gia (Việt Nam: 452)
MNC: Mã mạng ( Viettel: 04, Vinaphone: 02, Mobiphone: 01)

MSIN: Số thuê bao trong mạng (gồm 7 số)
Ví dụ: 84.98.5101300 - 452.04.5101300
Như vậy, với một số MSISDN sẽ tương ứng với một số IMSI và chỉ
tồn tại một số IMSI duy nhất trong toàn hệ thống GSM. IMSI được sử
dụng để MS truy nhập vào cơ sở dữ liệu. Cơ sở
dữ liệu chứa các thông
tin sau:
- Thông tin thuê bao dịch vụ thoại và phi thoại mang (bearer
service).
- Giới hạn dịch vụ (giới hạn roaming)
- Các dịch vụ hỗ trợ. HLR chứa các thông số của dịch vụ này; tuy
nhiên nó còn có thể được lưu trong card thuê bao.

§å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS
 

Chu ót thËm –
05btt-07®t
  ‐ 13 -
 

Như vậy, HLR không có khả năng chuyển mạch nhưng có khả năng
quản lý hàng ngàn thuê bao. Khi mạng có thêm một thuê bao mới, thì
các thông tin về thuê bao sẽ được đăng ký trong HLR.
• Trung tâm nhận thực AuC
AuC kết nối với HLR, cung cấp các thông số hợp thức hoá và các
khoá mã để đảm bảo chức năng bảo mật.
• Bộ ghi định vị tạm trú VLR
VLR là cơ sở dữ liệu lớn thứ hai trong mạng, lư
u trữ tạm thời số

liệu thuê bao hiện đang nằm trong vùng phục vụ của MSC tương ứng và
lưu trữ số liệu về vị trí của thuê bao. Khi MS vào một vùng định vị mới,
nó phải thực hiện thủ tục đăng ký. MSC quản lý vùng này sẽ tiếp nhận
đăng ký của MS và truyền số nhận dạng vùng định vị (LAI) nơi có mặt
thuê bao tới VLR. Một VLR có thể phụ trách m
ột hoặc nhiều vùng MSC.
Các thông tin cần để thiết lập và nhận một cuộc gọi của MS được
lưu trong cơ sở dữ liệu của VLR. Đối với một số dịch vụ hỗ trợ, VLR có
thể truy vấn các thông tin từ HLR: IMSI (nhận dạng máy di động quốc
tế), MSISDN (ISDN của máy di động), số chuyển vùng của thuê bao MS
(MSRN), số nhận dạng thuê bao di động tạm thời (TMSI), số nhận d
ạng
thuê bao di động nội bộ (LMSI) và vùng định vị nơi đăng ký MS. VLR
cũng chứa các thông số gán cho mỗi MS và được nhận từ VLR.
• Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR
Thực thể chức năng này chứa một hoặc nhiều cơ sở dữ liệu lưu trữ
các IMEI (số nhận dạng thiết bị) sử dụng trong hệ thống GSM. EIR được
nối với MSC qua m
ột đường báo hiệu, nhờ vậy MSC có thể kiểm tra sự
hợp lệ của thiết bị.
• Trung tâm chuyển mạch dịch vụ cổng GMSC

§å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS
 

Chu ót thËm –
05btt-07®t
  ‐ 14 -
 

Để thiết lập một cuộc gọi phải định tuyến đến tổng đài mà không
cần biết vị trí hiện thời của thuê bao. GMSC có nhiệm vụ lấy thông tin
về vị trí của thuê bao và định tuyến cuộc gọi đến tổng đài đang quản lý
thuê bao ở thời điểm hiện thời. GMSC có giao diện báo hiệu số 7 để có
thể tương tác với các phần tử khác c
ủa hệ thống chuyển mạch.
2.2.2 Phân hệ trạm gốc BSS
BSS thực hiện kết nối các MS với các tổng đài, do đó liên kết người
sử dụng máy di động với những người sử dụng dịch vụ viễn thông khác.
BSS cũng phải được điều khiển nên được kết nối với OSS.
• Trạm thu phát gốc BTS
BTS giao diện với MS xử lý các tín hiệu đặc thù cho giao di
ện vô
tuyến. Một bộ phận quan trọng của BTS là TRAU (khối chuyển đổi mã
và thích ứng tốc độ).
• 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 BTS và MS như ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và
quản lý chuyển giao. Một BSC có thể quản lý nhiều BTS. Số lượng BTS
mà BSC có thể quản lý ph
ụ thuộc vào lưu lượng của BTS.
2.2.3 Hệ thống khai thác và hỗ trợ OSS
OSS thực hiện chức năng khai thác, bảo dưỡng và quản lý toàn hệ
thống.
• Trung tâm quản lý mạng NMC
NMC được đặt tại trung tâm của hệ thống, chịu trách nhiệm cung
cấp chức năng quản lý cho toàn bộ mạng.
- Giám sát các nút trong mạng

§å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS

 

Chu ót thËm –
05btt-07®t
  ‐ 15 -
 

- Giám sát các trạng thái các bộ phận của mạng
- Giám sát trung tâm bảo dưỡng và khai thác OMC của các vùng và
cung cấp thông tin đến các bộ phận OMC.
• Trung tâm quản lý và khai thác OMC
OMC cung cấp chức năng chính để điều khiển và giám sát các bộ
phận trong mạng (các BTS, MSC, các cơ sở dữ liệu...). OMC có các
chức năng: quản lý cảnh báo, quản lý sự cố, quản lý chất lượng, quản lý
cấu hình và quản lý bảo mật.
2.2.4 Trạm di động MS
MS là thiế
t bị đầu cuối chứa các chức năng vô tuyến chung, xử lý
giao diện vô tuyến và cung cấp các giao diện với người dùng (màn hình,
loa, bàn phím ... ). Một trạm di động gồm hai phần chính:
- ME (Mobile Equipment - thiết bị di động): là phần cứng được dùng
để thuê bao truy nhập vào mạng. ME chứa kết cuối di động (MT) phụ
thuộc vào ứng dụng và các dịch vụ, có thể kết hợp các nhóm chức năng
thích ứng đầu cuối (TA) và thiết b
ị đầu cuối (TE) khác nhau.
- SIM (Subscriber Identity Module – modul nhận dạng thuê bao): gắn
chặt với người dùng trong vai trò một thuê bao duy nhất, có thể làm việc
với nhiều ME khác nhau. SIM là một card điện tử thông minh được cắm
vào ME để nhận dạng thuê bao và tin tức bảo vệ loại dịch vụ mà thuê
bao đăng ký. SIM có phần cứng và phần mềm cần thiết với bộ nhớ có thể

lưu trữ thông tin. Có hai loại thông tin là thông tin cố định và thông tin
thay đổ
i:
+ Thông tin cố định:


§å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS
 

Chu ót thËm –
05btt-07®t
  ‐ 16 -
 

* Số nhận dạng thuê bao MSISDN, IMSI. Thuê bao sẽ được kiểm tra
tính hợp lệ trước khi truy nhập vào mạng thông qua số nhận dạng IMSI
được thực hiện bởi trung tâm nhận thực AuC.
* Mã khoá cá nhân Ki.
+ Thông tin thay đổi:

* Số hiệu nhận dạng vùng định vị LAI
* Số nhận dạng thuê bao tạm thời TMSI
Một số TMSI sẽ tương ứng với một IMSI được cấp phát tạm thời để
tăng tính bảo mật cho quá trình báo hiệu giữa MS và hệ thống. TMSI sẽ
thay đổi khi MS cập nhật lại vị trí.

§å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS
 

Chu ót thËm –

05btt-07®t
  ‐ 17 -
 

CHƯƠNG 3:
MẠNG BÁO HIỆU VÀ CÁC KHÍA CẠNH MẠNG

3.1. Các giao thức báo hiệu trong hệ thống GSM

Mạng thông tin di động GSM sử dụng hệ thống báo hiệu số 7 (báo
hiệu kênh chung) để thiết lập, giám sát và giải phóng cuộc gọi. Báo hiệu
số 7 là mạng dữ liệu chuyển mạch gói được thiết kế để trao đổi báo hiệu.

PLMN
PSTN
ISDN
GMSC
AuC EIR
HLR
VLR
MAP
MAP
ISUP
DTAP
(part of BSSAP)
BSSMAP
(part of BSSAP)
Abis
Um
R2

National
ISUP
TUP
MS
H×nh 3.1: C¸c giao thøc b¸o hiÖu trong m¹ng GSM

• Các giao thức giữa BSC-BTS-MS