Tối ưu dung lượng mạng thông tin di động GSM luận văn tốt nghiệp đại học

Đồ án tốt nghiệp
GSM

Tối ưu dung lượng mạng thông tin di động

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:

TỐI ƯU DUNG LƯỢNG MẠNG
THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM
Giảng viên hướng dẫn

: TS. Nguyễn Hoa Lư

Sinh viên thực hiện
Lớp

: Trần Văn Hiệu
: 48K-ĐTVT

Nghệ An 1/2012

Lớp 48K - Khoa ĐTVT

Sinh viên: Trần Văn Hiệu

1


Đồ án tốt nghiệp
GSM

Tối ưu dung lượng mạng thông tin di động

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU.......................................................................................................................................3
CHƯƠNG I...................................................................................................................................5
TỔNG QUAN VỀ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM..........................................................5

1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MẠNG GSM...................................................................5
1.2. CẤU TRÚC ĐỊA LÝ CỦA MẠNG........................................................................6
1.3. BĂNG TẦN VÀ PHƯƠNG PHÁP TRUY NHẬP SỬ DỤNG TRONG HỆ
THỒNG GSM..................................................................................................................8
1.4. MÔ HÌNH HỆ THỐNG TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM.......................10
1.5. CÁC TRƯỜNG HỢP THÔNG TIN VÀ THỦ TỤC MẠNG...............................22
1.6. KẾT LUẬN............................................................................................................27
CHƯƠNG II................................................................................................................................29
CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ THỰC HIỆN TỐI ƯU DUNG LƯỢNG...........................................29

2.1. GIỚI THIỆU CHUNG...........................................................................................29
2.2. DUNG LƯỢNG VÀ LƯU LƯỢNG PHỤC VỤ...................................................30
2.3. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VIỆC PHỦ SÓNG.....................................33
2.4. KẾT LUẬN............................................................................................................42
CHƯƠNG III...............................................................................................................................43
TỐI ƯU HÓA DUNG LƯỢNG MẠNG GSM...........................................................................43

3.1. TĂNG DUNG LƯỢNG Ở CÁC ĐÀI TRẠM.......................................................43
3.2. QUY HOẠCH CELL.............................................................................................44
3.3. TÁI SỬ DỤNG TẦN SỐ.......................................................................................55
3.4. KẾT LUẬN............................................................................................................61
KẾT LUẬN CHUNG..................................................................................................................62
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................................63
PHỤ LỤC....................................................................................................................................64
DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT....................................................................................................66

Lớp 48K - Khoa ĐTVT

Sinh viên: Trần Văn Hiệu
2


Đồ án tốt nghiệp
GSM

Tối ưu dung lượng mạng thông tin di động

MỞ ĐẦU
Hiện nay trên thế giới mọi mặt của đời sống xã hội đều phát triển, không những về
kinh tế, khoa học tự nhiên mà còn rất nhiều lĩnh vực khác. Ngành thông tin liên lạc
được coi là ngành mũi nhọn cần phải đi trước một bước, làm cơ sở cho các ngành khác
phát triển. Nhu cầu trao đổi, cập nhật thông tin của con người ở mọi nơi mọi lúc ngày
càng cao. Thông tin di động ra đời và phát triển đã trở thành một loại hình dịch vụ,
phương tiện thông tin phổ biến, đáp ứng nhu cầu của cuộc sống hiện đại. Các hệ thống
thông tin di động đang phát triển rất nhanh cả về qui mô, dung lượng và đặc biệt là các
loại hình dịch vụ mới để đáp ứng tốt hơn nhu cầu của người sử dụng.
Trong những năm gần đây, lĩnh vực thông tin di động trong nước đã có những

bước phát triển vượt bậc cả về cơ sở hạ tầng lẫn chất lượng phục vụ. Với sự phát triển
của nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn thông đã tạo ra sự cạnh tranh giữa các nhà cung
cấp dịch vụ. Các nhà cung cấp dịch vụ liên tục đưa ra các chính sách khuyến mại, giảm
giá và đã thu hút được rất nhiều khách hàng sử dụng dịch vụ. Cùng với đó, mức sống
chung của toàn xã hội ngày càng được nâng cao đã khiến cho số lượng các thuê bao sử
dụng dịch vụ di động tăng đột biến trong các năm gần đây.
Các nhà cung cấp dịch vụ di động trong nước hiện đang sử dụng hai công nghệ là
GSM (Global System for Mobile Communication - Hệ thống thông tin di động toàn
cầu) với chuẩn TDMA (Time Division Multiple Access - đa truy cập phân chia theo
thời gian) và công nghệ CDMA (Code Division Multiple Access - đa truy cập phân chia
theo mã). Các nhà cung cấp dịch vụ di động sử dụng hệ thống thông tin di động toàn
cầu GSM là Mobifone, Vinaphone, Viettel và các nhà cung cấp dịch vụ di động sử dụng
công nghệ CDMA là S-Fone, EVN.
Các nhà cung cấp dịch vụ di động sử dụng công nghệ CDMA mang lại nhiều tiện
ích hơn cho khách hàng, và cũng đang dần lớn mạnh. Tuy nhiên hiện tại do nhu cầu sử
dụng của khách hàng nên thị phần di động trong nước phần lớn vẫn thuộc về các nhà
cung cấp dịch vụ di động GSM với số lượng các thuê bao là nhiều hơn. Chính vì vậy
việc tối ưu hóa mạng di động GSM là việc làm rất cần thiết và mang một ý nghĩa thực tế
rất cao.
Trên cơ sở những kiến thức tích luỹ trong những năm học tập chuyên ngành Điện
Tử - Viễn Thông tại trường đại học Vinh cùng với sự hướng dẫn của PGS.TS. Nguyễn
Hoa Lư, em đã tìm hiểu, nghiên cứu và hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài “ Tối ưu
dung lượng mạng thông tin di động GSM ”.
Lớp 48K - Khoa ĐTVT

Sinh viên: Trần Văn Hiệu
3


Đồ án tốt nghiệp

GSM

Tối ưu dung lượng mạng thông tin di động

Nội dung đồ án được trình bày theo trình tự sau:
Chương I

: Tổng quan về mạng thông tin di động GSM

Chương II

: Cơ sở lý thuyết để thực hiện tối ưu dung lượng

Chương III

: Tối ưu hóa dung lượng mạng GSM

Em xin cam đoan đề tài “ tối ưu hóa dung lượng mạng thông tin di động GSM ” là
đề tài nghiên cứu của riêng cá nhân em, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết,
khảo sát tình hình thực tiễn và dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Nguyễn Hoa Lư.
Do thời gian làm đồ án có hạn và những hạn chế không tránh khỏi của việc hiểu
biết các vấn đề dựa trên lý thuyết là chính nên báo cáo tốt nghiệp của em chắc chắn
không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong có được những ý kiến đánh giá, góp ý
của các thầy cô và các bạn để đồ án thêm hoàn thiện.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong khoa “Điện tử - viễn thông ”
trường Đại Học Vinh đã tận tình dạy dỗ chúng em trong suốt thời gian học tập tại
trường . Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS. Nguyễn Hoa Lư người đã trực
tiếp hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.

Vinh, tháng 12 năm 2011

Sinh viên thực hiện
Trần Văn Hiệu

Lớp 48K - Khoa ĐTVT

Sinh viên: Trần Văn Hiệu
4


Đồ án tốt nghiệp
GSM

Tối ưu dung lượng mạng thông tin di động

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM
1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MẠNG GSM
Thuật ngữ thông tin di động tế bào ra đời vào những năm 70, khi kết hợp được
các vùng phủ sóng riêng lẻ thành công, đã giải được bài toán khó về dung lượng.
Tháng 12-1971 đưa ra hệ thống cellular kỹ thuật tương tự, FM, ở dải tần số
850Mhz.Dựa trên công nghệ này đến năm 1983, mạng điện thoại di động AMPS
(Advance Mobile Phone Service) phục vụ thương mại đầu tiên tại Chicago, nước Mỹ.
Sau đó hàng loạt các chuẩn thông tin di động ra đời như : Nordic Mobile Telephone
(NTM), Total Access Communication System (TACS).
Giai đoạn này gọi là hệ thống di động tương tự thế hệ đầu tiên (1G) với dải tầng
hẹp, tất cả các hệ thống 1G sử dụng điều chế tần số FM cho đàm thoại, điều chế khoá
dịch tần FSK (Frequency Shift Keying) cho tín hiệu và kỹ thuật truy cập được sử dụng
là FDMA (Frequency Division Multiple Access).
Thế hệ thứ 2 (2G) được phổ biến trong suốt thập niên 90. Sự phát triển công
nghệ thông tin di động thế hệ thứ hai cùng các tiện ích của nó đã làm bùng nổ lượng

thuê bao di động trên toàn cầu. Đây là thời kỳ chuyển đổi từ các công nghệ analog sang
digital.
Giai đoạn này có các hệ thống thông tin di động số như : GSM - 900MHZ
(Global System for Mobile), DCS-1800MHZ (Digital Cordless System), PDC 1900Mhz (Personal Digital Cellular), IS - 54 và IS - 95 (Interior Standard). Trong đó
GSM là tiền thân của hai hệ thống DCS, PDC. Các hệ thống sử dụng kỹ thuật TDMA
(Time Division Multiple Access) ngoại trừ IS-95 sử dụng kỹ thuật CDMA (Code
Division Multiple Access).
Thế hệ 2G có khả năng cung cấp dịch vụ đa dạng, các tiện ích hỗ trợ cho công
nghệ thông tin, cho phép thuê bao thực hiện quá trình chuyển vùng quốc tế tạo khả năng
giữ liên lạc trong một diện rộng khi họ di chuyển từ quốc gia này sang quốc gia khác.
Thế hệ thứ ba (3G), từ năm 1992 Hội nghị thế giới truyền thông dành cho truyền
thông một số dải tần cho hệ thống di động 3G : phổ rộng 230MHz trong dải tần 2GHz,
trong đó 60MHz được dành cho liên lạc vệ tinh. Sau đó Liên Hiệp Quốc Tế Truyền
Thông (UIT) chủ trương một hệ thống di động quốc tế toàn cầu với dự án IMT - 2000
sử dụng trong các dải 1885 - 2025MHz và 2110-2200MHz.

Lớp 48K - Khoa ĐTVT

Sinh viên: Trần Văn Hiệu
5


Đồ án tốt nghiệp
GSM

Tối ưu dung lượng mạng thông tin di động

Thế hệ 3G gồm có các kỹ thuật : W-CDMA (Wide band CDMA) kiểu FDD và
TD-CDMA (Time Division CDMA) kiểu TDD. Mục tiêu của IMT- 2000 là giúp cho
các thuê bao liên lạc với nhau và sử dụng các dịch vụ đa truyền thông trên phạm vi thế

giới, với lưu lượng bit đi từ 144Kbit/s trong vùng rộng và lên đến 2Mbps trong vùng địa
phương. Dịch vụ bắt đầu vào năm 2001- 2002.
Ở nước ta, mạng thông tin di động đầu tiên ra đời vào năm 1992 với khoảng
5.000 thuê bao. Hai nhà cung cấp dịch vụ thông tin di động lớn là Mobifone (VMS) ra
đời năm 1993 – liên doanh giữa công ty bưu chính viễn thông VN (VNPT) và tập đoàn
COMVIK (Thụy Điển) và Vinafone của trung tâm dịch vụ viễn thông (GPC) thuộc
VNPT ra đời năm 1996. Đến năm 2002 Sfone của tập đoàn TELECOM của Hàn Quốc
và tháng 6/2004, Viettell của công Ty Viễn Thông Quân Đội cùng bước vào cuộc. Cuộc
chạy đua của các nhà khai thác làm cho giá cước giảm xuống và các dịch vụ càng đa
dạng.
1.2. CẤU TRÚC ĐỊA LÝ CỦA MẠNG
Mọi mạng điện thoại cần một cấu trúc nhất định để định tuyến các cuộc gọi đến
tổng đài cần thiết và cuối cùng đến thuê bao bị gọi. Ở một mạng di động, cấu trúc này
rất quan trọng do tính lưu thông của các thuê bao trong mạng. Trong hệ thống GSM,
mạng được phân chia thành các phân vùng sau:

Hình 1.1. Phân cấp cấu trúc địa lý mạng GSM

Lớp 48K - Khoa ĐTVT

Sinh viên: Trần Văn Hiệu
6


Đồ án tốt nghiệp
GSM

Tối ưu dung lượng mạng thông tin di động

Hình 1.2. Phân vùng và chia ô

 Vùng phục vụ PLMN
Vùng phục vụ GSM là toàn bộ vùng phục vụ do sự kết hợp của các quốc gia
thành viên nên những máy điện thoại di động GSM của các mạng GSM khác nhau có
thể sử dụng được nhiều nơi trên thế giới.
Phân cấp tiếp theo là vùng phục vụ PLMN, đó có thể là một hay nhiều vùng
trong một quốc gia tùy theo kích thước của vùng phục vụ.
Kết nối các đường truyền giữa mạng di động GSM/PLMN và các mạng khác (cố
định hay di động) đều ở mức tổng đài trung kế quốc gia hay quốc tế. Tất cả các cuộc gọi
vào hay ra mạng GSM/PLMN đều được định tuyến thông qua tổng đài vô tuyến cổng
G-MSC (Gateway - Mobile Service Switching Center). G-MSC làm việc như một tổng
đài trung kế vào cho GSM/PLMN.
 Vùng phục vụ MSC
MSC (Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động, gọi tắt là tổng đài di
động). 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. Mọi thông tin để định tuyến cuộc gọi tới thuê
bao di động hiện đang trong vùng phục vụ của MSC được lưu giữ trong bộ ghi định vị
tạm trú VLR.
Lớp 48K - Khoa ĐTVT

Sinh viên: Trần Văn Hiệu
7


Đồ án tốt nghiệp
GSM

Tối ưu dung lượng mạng thông tin di động

Một vùng mạng GSM/PLMN được chia thành một hay nhiều vùng phục vụ
MSC/VLR.

 Vùng định vị LA
Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR được chia thành một số vùng định vị LA. 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 LA được hệ
thống sử dụng để tìm một thuê bao đang ở trạng thái hoạt động.
Hệ thống có thể nhận dạng vùng định vị bằng cách sử dụng nhận dạng vùng định
vị LAI (Location Area Identity):
LAI = MCC + MNC + LAC
MCC (Mobile Country Code): mã quốc gia
MNC (Mobile Network Code): mã mạng di động
LAC (Location Area Code) : mã vùng định vị (16 bit)
 Cell
Vùng định vị được chia thành một số ô mà khi MS di chuyển trong đó thì không
cần cập nhật thông tin về vị trí với mạng. Cell là đơn vị cơ sở của mạng, là một vùng
phủ sóng vô tuyến được nhận dạng bằng nhận dạng ô toàn cầu (CGI). Mỗi ô được quản
lý bởi một trạm vô tuyến gốc BTS.
CGI = MCC + MNC + LAC + CI
CI (Cell Identity): Nhận dạng ô để xác định vị trí trong vùng định vị.
Trạm di động MS tự nhận dạng một ô bằng cách sử dụng mã nhận dạng trạm gốc
BSIC (Base Station Identification Code).
1.3. BĂNG TẦN VÀ PHƯƠNG PHÁP TRUY NHẬP SỬ DỤNG TRONG HỆ
THỒNG GSM
Hệ thống thông tin di động GSM làm việc trong băng tần 890 – 960 MHz, băng
tần này được chia làm 2 phần:
- Băng tần lên (uplink band): 890 – 915 MHz cho các kênh vô tuyến từ trạm di
động đến hệ thống tram thu phát gốc.
- Băng tần xuống (downlink band): 935 – 960 MHz cho các kênh vô tuyến từ
tram thu phát gốc đếm trạm di động

Lớp 48K - Khoa ĐTVT

Sinh viên: Trần Văn Hiệu
8


Đồ án tốt nghiệp
GSM

Tối ưu dung lượng mạng thông tin di động

890 M hz
200 K hz
25 M hz

935 M hz
200 K hz

1710 M hz

915 M hz G SM
m ë
r
éng
927 M hz

1785 M hz

960 M hz

1880 M hz

B ¨ n g tÇ n lª n
(T õ M S - B T S )
915 M hz

25 M hz

882 M hz

D SC
1805 M hz

B ¨ n g tÇ n x u è n g
(T õ B T S - M S )
960 M hz

Hình 1.3. Băng tần cơ bản và mở rộng của GSM
Mỗi băng rộng 25MHz , được chia làm 124 sóng mang. Các sóng mang cạnh
nhau cách nhau 200KHz. Mỗi kênh sử dụng 2 tần số riêng biệt, một cho đường lên, một
cho đường xuống. các kênh này được gọi là kênh song công. Khoảng cách giữa 2 tần số
là không thay đổi và bằng 20MHz, được gọi là khoảng cách song công. Kênh vô tuyến
này được chia làm 8 khe thời gian, mỗi khe thời gian là một kênh vật lý để trao đổi
thông tin giữa trạm thu phát và trạm di động. Ngoài băng tần trên GSM còn mở rộng
băng tần DCS (Digital Cellular System)
Ở giao diện vô tuyến, MS và BTS liên lạc với nhau bằng sóng vô tuyến. Để sử
dụng tài nguyên tần số có hiệu quả, ngoài việc sử dụng lại tần số, số kênh vô tuyến được
dùng theo kiểu kênh 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 sử dụng các kênh gọi

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 (Friquency Division Multiple
Access): phục vụ các cuộc gọi theo các kênh tần số khác nhau. Người dùng được cấp
phát một kênh trong tập hợp các kênh trong lĩnh vực tần số. Phổ tần số được chia thành
2N dải tần số kế tiếp, cách nhau một khoảng bảo vệ. Mỗi dải tần số được gán một kênh
liên lạc, N dải dành cho liên lạc hướng lên, N dải dành cho liên lạc hướng xuống.
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 một kênh nhờ cài xen thời gian. Mỗi thuê bao được cấp một khe trong
cấu trúc khung tuần hoàn 8 khe.
Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA (Code Division Multiple Access): là
phương pháp trai phổ tín hiệu, gán cho mỗi MS một mã riêng biệt cho phép nhiều MS
Lớp 48K - Khoa ĐTVT

Sinh viên: Trần Văn Hiệu
9


Đồ án tốt nghiệp
GSM

Tối ưu dung lượng mạng thông tin di động

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) đang sử
dụng công nghệ này.
Ngoài ra còn sử dụng phương pháp truy nhập theo không gian SDMA. Mạng
GSM sử dụng phương pháp TDMA kết hợp FDMA.

1.4. MÔ HÌNH HỆ THỐNG TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM

Hình 1.4. Mô hình hệ thống thông tin di động GSM
Các ký hiệu:
OSS

: Phân hệ khai thác và hỗ trợ

BTS

: Trạm vô tuyến gốc

AuC

: Trung tâm nhận thực

MS

: Trạm di động

HLR

: Bộ ghi định vị thường trú

ISDN

: Mạng số liên kết đa dịch vụ

MSC

: Tổng đài di động

PSTN (Public Switched Telephone Network):

BSS

: Phân hệ trạm gốc

Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng.

BSC

: Bộ điều khiển trạm gốc

PSPDN

OMC

: Trung tâm khai thác và bảo dưỡng

CSPDN (Circuit Switched Public Data Network):

Lớp 48K - Khoa ĐTVT

: Mạng chuyển mạch gói công cộng

Sinh viên: Trần Văn Hiệu
10

Đồ án tốt nghiệp
GSM

Tối ưu dung lượng mạng thông tin di động

SS

: Phân hệ chuyển mạch

Mạng số liệu chuyển mạch kênh công cộng

VLR

: Bộ ghi định vị tạm trú

PLMN

EIR

: Thanh ghi nhận dạng thiết bị

: Mạng di động mặt đất công cộng

 Phân hệ chuyển mạch SS
Hệ thống con 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 SS là quản lý thông tin giữa những người sử dụng mạng
GSM với nhau và với mạng khác.
 Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động MSC
Trong SS, chức năng chuyển mạch chính được MSC thực hiện. Nhiệm vụ chính

của MSC là điều phối việc thiết lập cuộc gọi đến những người sử dụng mạng GSM. Một
mặt MSC giao tiếp với phân hệ BSS, mặt khác nó giao tiếp với mạng ngoài.
MSC thực hiện cung cấp các dịch vụ của mạng cho thuê bao, chứa dữ liệu và
thực hiện các quá trinh chuyển giao cuộc gọi (Handover). Ngoài ra MSC còn làm nhiệm
vụ phát tin tức báo hiệu ra các giao diện ngoại vi.
 Bộ ghi định vị thường trú HLR
Là cơ sở dữ liệu quan trọng nhất của hệ thống thông tin di động GSM. HLR lưu
trử các số liệu và địa chỉ nhận dạng cũng như các thông số nhận thực của thuê bao trong
mạng. các thông tin lưu trử trong HLR gồm: khóa nhận dạng thuê bao IMSI, MSISDN,
VLR hiện thời, trạng thái thuê bao, khóa nhận thực và chức năng nhận thực, số lưu động
tram di động MSRN
HLR chứa những cơ sở dữ liệu bậc cao của tất cả các thuê bao trong mạng GSM.
Những dữ liệu này được truy nhập từ xa bởi các MSC và VLR của mạng.
HLR lưu giử các dịch vụ mà thê bao đăng kí, lưu giử số liệu động về vùng mà ở
đó đang chứa thuê bao của nó.
 Bộ ghi định vị tạm trú VLR
VLR là cơ sở dữ liệu thứ 2 trong mạng GSM. Nó được nối với một hay nhiều
MSC và có nhêm vụ lưu giữ tạm thời số liệu thuê bao hiện đang nằm trong vùng phuc
vụ của MSC tương ứng và đồng thời lưu giử số liệu về vị trí thuê bao nói trên ở mức đọ
chính xác hơn HLR. Các chức năng của VLR thường được liên kết với các chức năng
của MSC.
 Trung tâm nhận thực AuC

Lớp 48K - Khoa ĐTVT

Sinh viên: Trần Văn Hiệu
11


Đồ án tốt nghiệp

GSM

Tối ưu dung lượng mạng thông tin di động

AuC quản lí các thông tin nhận thực và mật mã liên quan đến từng cá nhân thuê
bao dựa trên một khóa nhận dạng bí mật Ki để đảm bảo an toàn số liệu cho các thuê bao
được phép. Khóa này cũng được lưu giữ vĩnh cửu và bí mật trong bộ nhớ ở MS. Bộ
nhớ này có dạng Simcard có thể rút ra và cắm lại được. AuC có thể được đặt trong HLR
hoặc MSC hoặc độc lập với cả hai.
 Bộ đăng kí nhận dạng thiết bị EIR
Quản lý thiết bị di động được thực hiện bởi bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR.
EIR lưu giữ tất cả các dữ liệu liên quan đến phần thiết bị di động ME của trạm di động
MS. EIR được nối với MSC thông qua đường báo hiệu để kiển tra sự được phép của
thiết bị bằnng cách so sánh các tham số nhận dạng thiết bị di động quốc tế IMEI
(International Mobile Equipment Identity) của thê bao gửi tới khi thiết lập thông tin với
số IMEI lưu giữ trong EIR phòng trường hợp đây là những thiết bị đầu cuối bị đánh cắp,
nếu so sánh không đúng thì thiết bị không thể truy nhập vào mạng được.
 Tổng đài di động cổng G – MSC
Tất cả các cuộc gọi vào mạng GSM sẽ được định tuyến cho tổng đài di động
cổng Gateway – MSC. Nếu một người nào đó ở mạng cố định PSTN muốn thực hiện
một cuộc gọi đến một thuê bao di động của mạng GSM. Tổng đài tại PSTN sẽ kết nối
cuộc gọi này đến MSC có trang bị một chức năng đựoc gọi là chức năng cổng. Tổng đài
MSC này gọi là MSC cổng và nó có thể là một MSC bất kỳ ở mạng GSM. G- MSC sẽ
phải tìm ra vị trí của MSC cần tìm. Điều này được thực hiện bằng cách hỏi HLR nơi MS
đăng ký. HLR sẽ trả lời, khi đó MSC này có thể định tuyến lại cuộc gọi đến MSC cần
thiết. Khi cuộc gọi đến MSC này, VLR sẽ biết chi tiết hơn về vị trí của MS. Như vậy có
thể nối thông một cuộc gọi ở mạng GSM có sự khác biệt giữa thiết bị vật lý và đăng ký
thuê bao.
 Khối IWF
Để kết nối MSC với một số mạng khác cần phải thích ứng các đặc điểm truyền

dẫn của mạng GSM với các mạng này. Các thích ứng này gọi là chức năng tương tác
IWF. IWF bao gồm một thiết bị để thích ứng giao thức và truyền dẫn. IWF có thể thực
hiện trong chức năng MSC hay có thể ở thiết bị riêng, ở trường hợp hai giao tiếp giữa
MSC và IWF được để mở.
 Phân hệ trạm gốc BSS
BSS giao diện trực tiếp với các trạm di động MS bằng thiết bị BTS thông qua
giao diện vô tuyến. Mặt khác BSS thực hiện giao diện với các tổng đài ở phân hệ
chuyển mạch SS. Tóm lại, BSS thực hiện đấu nối các MS với tổng đài và nhờ vậy đấu
Lớp 48K - Khoa ĐTVT

Sinh viên: Trần Văn Hiệu
12


Đồ án tốt nghiệp
GSM

Tối ưu dung lượng mạng thông tin di động

nối những người sử dụng các trạm di động với những người sử dụng viễn thông khác.
BSS cũng phải được điều khiển, do đó nó được đấu nối với phân hệ vận hành và bảo
dưỡng OSS. Phân hệ trạm gốc BSS bao gồm:
- BSC (Base Station Controler): Bộ điều khiển trạm gốc.
- BTS (Base Transceiver Station): Trạm thu phát gốc
BSS thực hiện nhiệm vụ giám sát các đường ghép nối vô tuyến, liên kết kênh vô
tuyến với máy phát và quản lý cấu hình của các kênh này. Đó là:
- Điều khiển sự thay đổi tần số vô tuyến của đường ghép nối (Frequency
Hopping) và sự thay đổi công suất phát vô tuyến.
- Thực hiện mã hóa kênh và tín hiệu thoại số, phối hợp tốc độ truyền thông tin.
- Quản lý quá trình Handover.

- Thực hiện bảo mật vô tuyến.
 Trạm thu phát gốc BTS
Một BTS bao gồm các thiết bị phát thu tín hiệu sóng vô tuyến, anten, bộ phận mã
hóa và giải mã giao tiếp với BSC và xử lý tín hiệu đặc thù cho giao diện vô tuyến. Có
thể coi BTS là các Modem vô tuyến phức tạp có thêm một số các chức năng khác. Một
bộ phận quan trọng của BTS là TRAU (Transcoder and Rate Adapter Unit: khối chuyển
đổi mã và thích ứng tốc độ). Khối thích ứng và chuyển đổi mã thực hiện chuyển đổi mã
thông tin từ các kênh vô tuyến (16 Kb/s) theo tiêu chuẩn GSM thành các kênh thoại
chuẩn (64 Kb/s) trước khi chuyển đến tổng đài. TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình mã
hoá và giải mã tiếng đặc thù riêng cho GSM được tiến hành, ở đây cũng thực hiện thích
ứng tốc độ trong trường hợp truyền số liệu. TRAU là một bộ phận của BTS, nhưng
cũng có thể đặt cách xa BTS và thậm chí trong nhiều trường hợp được đặt giữa BSC và
MSC.
BTS có các chức năng sau:
- Quản lý lớp vật lý truyền dẫn vô tuyến
- Quản lý giao thức cho liên kết số liệu giữa MS và BSC
- Vận hành và bảo dưỡng trạm BTS
- Cung cấp các thiết bị truyền dẫn và ghép kênh nối trên giao tiếp A-bis
 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 các lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến
và quản lý chuyển giao (Handover). Một phía BSC được nối với BTS còn phía kia nối
với MSC của SS. Trong thực tế, BSC là một tổng đài nhỏ có khả năng tính toán đáng
Lớp 48K - Khoa ĐTVT

Sinh viên: Trần Văn Hiệu
13


Đồ án tốt nghiệp

GSM

Tối ưu dung lượng mạng thông tin di động

kể. Một BSC có thể quản lý vài chục BTS tuỳ theo lưu lượng các BTS này. Giao diện
giữa BSC và MSC là giao diện A, còn giao diện giữa nó với BTS là giao diện A-bis.
Nhân viên khai thác có thể từ trung tâm khai thác và bảo dưỡng OMC nạp
phần mềm mới và dữ liệu xuống BSC, thực hiện một số chức năng khai thác và bảo
dưỡng, hiển thị cấu hình của BSC.
BSC có thể thu thập số liệu đo từ BTS và BIE (Base Station Interface
Equipment: Thiết bị giao diện trạm gốc), lưu trữ chúng trong bộ nhớ và cung cấp chúng
cho OMC theo yêu cầu.
 Trạm di động MS
Trạm di động là thiết bị duy nhất mà người sử dụng có thể thường xuyên nhìn
thấy của hệ thống. MS có thể là: máy cầm tay, máy xách tay hay máy đặt trên ô tô.
Ngoài việc chứa các chức năng vô tuyến chung và xử lý cho giao diện vô tuyến MS còn
phải cung cấp các giao diện với người sử dụng (như micrô, loa, màn hiển thị, bàn phím
để quản lý cuộc gọi) hoặc giao diện với môt số các thiết bị khác (như giao diện với máy
tính cá nhân, Fax…). Hiện nay, người ta đang cố gắng sản xuất các thiết bị đầu cuối gọn
nhẹ để đấu nối với trạm di động. Ba chức năng chính của MS:
- Thiết bị đầu cuối thực hiện các chức năng không liên quan đến mạng GSM.
- Kết cuối trạm di động thực hiện các chức năng liên quan đến truyền đẫn ở giao
diện vô tuyến.
- Bộ thích ứng đầu cuối làm việc như một cửa nối thông thiêt bị đầu cuối với kết
cuối di động. Cần sử dụng bộ thích ứng đầu cuối khi giao diện ngoài trạm di động tuân
theo tiêu chuẩn ISDN để đấu nối đầu cuối, còn thiết bị đầu cuối lại có thể giao diện đầu
cuối – modem.
Máy di động MS gồm hai phần: Module nhận dạng thuê bao SIM
(Subscriber Identity Module) và thiết bị di động ME (Mobile Equipment).
Để đăng ký và quản lý thuê bao, mỗi thuê bao phải có một bộ phận gọi là SIM.

SIM là một module riêng được tiêu chuẩn hoá trong GSM. Tất cả các bộ phận thu, phát,
báo hiệu tạo thành thiết bị ME. ME không chứa các tham số liên quan đến khách hàng,
mà tất cả các thông tin này được lưu trữ trong SIM. SIM thường được chế tạo bằng một
vi mạch chuyên dụng gắn trên thẻ gọi là Simcard. Simcard có thể rút ra hoặc cắm vào
MS.
Sim đảm nhiệm các chức năng sau:
- Lưu giữ khoá nhận thực thuê bao Ki cùng với số nhận dạng trạm di động
quốc tế IMSI nhằm thực hiện các thủ tục nhận thực và mật mã hoá thông tin.
Lớp 48K - Khoa ĐTVT

Sinh viên: Trần Văn Hiệu
14


Đồ án tốt nghiệp
GSM

Tối ưu dung lượng mạng thông tin di động

- Khai thác và quản lý số nhận dạng cá nhân PIN (Personal Identity
Number) để bảo vệ quyền sử dụng của người sở hữu hợp pháp. PIN là một số gồm từ 4
đến 8 chữ số, được nạp bởi nhà khai thác khi đăng ký lần đầu.
 Phân hệ khai thác và bảo dưỡng OSS
 Khai thác và bảo dưỡng mạng
+ Khai thác.
Là hoạt động cho phép nhà khai thác mạng theo dõi hành vi của mạng như tải
của hệ thống, mức độ chặn, số lượng chuyển giao giữa hai cell.v.v.. Nhờ vậy nhà khai
thác có thể giám sát được toàn bộ chất lượng dịch vụ mà họ cung cấp cho khách hàng
và kịp thời nâng cấp. Khai thác còn bao gồm việc thay đổi cấu hình để giảm những vấn
đề xuất hiện ở thời điểm hiện thời, để chuẩn bị tăng lưu lượng trong tương lai và mở

rộng vùng phủ sóng. Ở hệ thống viễn thông hiện đại, khai thác được thực hiện bằng máy
tính và được tập trung ở một trạm.
+ Bảo dưỡng.
Có nhiệm vụ phát hiện, định vị và sửa chữa các sự cố và hỏng hóc, nó có một số
quan hệ với khai thác. Các thiết bị ở hệ thống viễn thông hiện đại có khả năng tự phát
hiện một số các sự cố hay dự báo sự cố thông qua kiểm tra. Bảo dưỡng bao gồm các
hoạt động tại hiện trường nhằm thay thế các thiết bị có sự cố, cũng như việc sử dụng các
phần mềm điều khiển từ xa.
Hệ thống khai thác và bảo dưỡng có thể được xây dựng trên nguyên lý của TMN
(Telecommunication Management Network - Mạng quản lý viễn thông). Lúc này, một
mặt hệ thống khai thác và bảo dưỡng được nối đến các phần tử của mạng viễn thông
(MSC, HLR, VLR, BSC, và các phần tử mạng khác trừ BTS). Mặt khác hệ thống khai
thác và bảo dưỡng được nối tới máy tính chủ đóng vai trò giao tiếp người - máy. Theo
tiêu chuẩn GSM hệ thống này được gọi là trung tâm vận hành và bảo dưỡng (OMC Operation and Maintenance Center).
 Quản lý thuê bao
Bao gồm các hoạt động quản lý đăng ký thuê bao. Nhiệm vụ đầu tiên là nhập và
xoá thuê bao khỏi mạng. Đăng ký thuê bao cũng có thể rất phức tạp, bao gồm nhiều
dịch vụ và các tính năng bổ sung. Nhà khai thác có thể thâm nhập được các thông số nói
trên. Một nhiệm vụ quan trọng khác của khai thác là tính cước các cuộc gọi rồi gửi đến
thuê bao. Khi đó HLR, SIM - Card đóng vai trò như một bộ phận quản lý thuê bao.
 Quản lý thết bị di động
Lớp 48K - Khoa ĐTVT

Sinh viên: Trần Văn Hiệu
15


Đồ án tốt nghiệp
GSM

Tối ưu dung lượng mạng thông tin di động

Quản lý thiết bị di động được bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR thực hiện. EIR
lưu trữ toàn bộ dữ liệu liên quan đến trạm di động MS. EIR được nối đến MSC qua
đường báo hiệu để kiểm tra tính hợp lệ của thiết bị. Trong hệ thống GSM thì EIR được
coi là thuộc phân hệ chuyển mạch NSS.
 Giao diện vô tuyến số
 Kênh vật lý
Kênh vật lý tổ chức theo quan niệm truyền dẫn. Đối với TDMA GSM, kênh vật
lý là một khe thời gian ở một tần số sóng mang vô tuyến được chỉ định.
- GSM 900 nguyên thủy
Dải tần số: 890 ÷ 915 MHz cho đường lên uplink (từ MS đến BTS).
935 ÷ 960 MHz cho đường xuống downlink (từ BTS đến MS).
Dải thông tần của một kênh vật lý là 200KHz. Dải tần bảo vệ ở biên cũng rộng
200KHz.
Ful (n) = 890,0 MHz + (0,2 MHz) * n
Fdl (n) = Ful (n) + 45 MHz
Với 1 ≤ n ≤ 124
Các kênh từ 1 ÷ 124 được gọi là các kênh tần số vô tuyến tuyệt đối ARFCN
(Absolute Radio Frequency Channel Number). Kênh 0 là dải phòng vệ.
Vậy GSM 900 có 124 tần số bắt đầu từ 890,2MHz. Mỗi dải thông tần là một
khung TDMA có 8 khe thời gian. Như vậy, số kênh vật lý ở GSM 900 là sẽ 992 kênh.
- EGSM (GSM mở rộng E : extended)
Hệ thống GSM nguyên thủy được mở rộng mỗi bằng tần thêm 10 MHz (tương
đương 50 kênh tần số) thì được gọi là EGSM:
Dải tần số: 880 ÷ 915 MHz uplink.
925 ÷ 960 MHz downlink.
Ful (n) = 880 MHz +(0,2 MHz)*n
Fdl (n) = Ful (n) + 45 MHz.
Với n=ARFCN , 1 ≤ n ≤ 174. Kênh 0 là dải phòng vệ.

- DCS 1800:
DCS 1800 có số kênh tần số tăng gấp 3 lần so với GSM 900
Dải tần số: 1710 ÷ 1785 MHz uplink.
1805 ÷ 1880 MHz downlink.
Ful (n) = 1710MHz + (0,2 MHz)*(n – 511)
Lớp 48K - Khoa ĐTVT

Sinh viên: Trần Văn Hiệu
16


Đồ án tốt nghiệp
GSM

Tối ưu dung lượng mạng thông tin di động

Fdl (n) = Ful (n) + 95 MHz
Với 512 ≤ n ≤ 885.
 Kênh logic
Kênh logic được tổ chức theo quan điểm nội dung tin tức, các kênh này được đặt
vào các kênh vật lý. Các kênh logic được đặc trưng bởi thông tin truyền giữa BTS và
MS.
Có thể chia kênh logic thành hai loại tổng quát: các kênh lưu lượng TCH và các
kênh báo hiệu điều khiển CCH.
Kênh lưu lượng TCH: Có hai loại kênh lưu lượng:
− Bm hay kênh lưu lượng toàn tốc (TCH/F), kênh này mang thông tin tiếng hay
số liệu ở tốc độ 22,8 kbit/s.
− Lm hay kênh lưu lượng bán tốc (TCH/H), kênh này mang thông tin ở tốc độ
11,4 kbit/s

Hình 1.5. Phân loại kênh logic
Kênh điều khiển CCH (ký hiệu là Dm): bao gồm:
− Kênh quảng bá BCH (Broadcast Channel).
− Kênh điều khiển chung CCCH (Common Control Channel).
Lớp 48K - Khoa ĐTVT

Sinh viên: Trần Văn Hiệu
17


Đồ án tốt nghiệp
GSM

Tối ưu dung lượng mạng thông tin di động

− Kênh điều khiển riêng DCCH (Dedicate Control Channel).
+ Kênh quảng bá BCH: BCH = BCCH + FCCH + SCH.
− FCCH (Frequency Correction Channel): Kênh hiệu chỉnh tần số cung cấp tần
số tham chiếu của hệ thống cho trạm MS. FCCH chỉ được dùng cho đường xuống.
− SCH (Synchronous Channel): Kênh đồng bộ khung cho MS.
− BCCH (Broadcast Control Channel): Kênh điều khiển quảng bá cung cấp các
tin tức sau: Mã vùng định vị LAC (Location Area Code), mã mạng di động MNC
(Mobile Network Code), tin tức về tần số của các cell lân cận, thông số dải quạt của cell
và các thông số phục vụ truy cập.
+ Kênh điều khiển chung CCCH: CCCH là kênh thiết lập sự truyền thông giữa
BTS và MS. Nó bao gồm: CCCH = RACH + PCH + AGCH.
− RACH (Random Access Channel), kênh truy nhập ngẫu nhiên. Đó là kênh
hướng lên để MS đưa yêu cầu kênh dành riêng, yêu cầu này thể hiện trong bản tin đầu
của MS gửi đến BTS trong quá trình một cuộc liên lạc.
− PCH (Paging Channel, kênh tìm gọi) được BTS truyền xuống để gọi MS.

− AGCH ( Access Grant Channel): Kênh cho phép truy nhập AGCH, là kênh
hướng xuống, mang tin tức phúc đáp của BTS đối với bản tin yêu cầu kênh của MS để
thực hiện một kênh lưu lượng TCH và kênh DCCH cho thuê bao.
+ Kênh điều khiển riêng DCCH: DCCH là kênh dùng cả ở hướng lên và hướng
xuống, dùng để trao đổi bản tin báo hiệu, phục vụ cập nhật vị trí, đăng ký và thiết lập
cuộc gọi, phục vụ bảo dưỡng kênh. DCCH gồm có:
- Kênh điều khiển dành riêng đứng một mình SDCCH dùng để cập nhật vị trí và
thiết lập cuộc gọi.
- Kênh điều khiển liên kết chậm SACCH, là một kênh hoạt động liên tục trong
suốt cuộc liên lạc để truyền các số liệu đo lường và kiểm soát công suất.
- Kênh điều khiển liên kết nhanh FACCH, nó liên kết với một kênh TCH và hoạt
động bằng cách lấy lên một khung FACCH được dùng để chuyển giao cell.
 Hệ thống mã
Trong GSM, mỗi phần tử mạng cũng như mỗi vùng phục vụ đều được địa chỉ
hoá bằng một số gọi là mã (code). Trên phạm vi toàn cầu, hệ thống mã này là đơn trị
(duy nhất) cho mỗi đối tượng và được lưu trữ rải rác trong tất cả các phần tử mạng.
 Mã xác định khu vực LAI (Location Area Identity)

Lớp 48K - Khoa ĐTVT

Sinh viên: Trần Văn Hiệu
18


Đồ án tốt nghiệp
GSM

Tối ưu dung lượng mạng thông tin di động

LAI là mã quốc tế cho các khu vực, được lưu trữ trong VLR và là một thành

phần trong mã nhận dạng tế bào toàn cầu CGI (Cell Global Identity). Khi một thuê bao
có mặt tại một vùng phủ sóng nào đó, nó sẽ nhận CGI từ BSS, so sánh LAI nhận được
trước đó để xác định xem nó đang ở đâu. Khi hai số liệu này khác nhau, MS sẽ nạp LAI
mới cho bộ nhớ. Cấu trúc của một LAI như sau:
MCC

MNC

LAC

Trong đó:
- MCC (Mobile Country Code): mã quốc gia của nước có mạng GSM.
- MNC (Mobile Network Code): mã của mạng GSM, do quốc gia có mạng GSM
qui định.
- LAC (Location Area Code): mã khu vực, dùng để nhận dạng khu vực trong
mạng GSM.
 Các mã số đa dịch vụ toàn cầu (International ISDN Numbers)
Các phần tử của mạng GSM như MSC, VLR, HLR/AUC, EIR, BSC đều có một
mã số tương ứng đa dịch vụ toàn cầu. Mã các điểm báo hiệu được suy ra từ các mã này
được sử dụng cho mạng báo hiệu CCS7 trong mạng GSM.
Riêng HLR/AUC còn có một mã khác, gồm hai thành phần. Một phần liên quan
đến số thuê bao đa dịch vụ toàn cầu - MSISDN (International Mobile Subscriber ISDN
Number) được sử dụng trong việc thiết lập cuộc gọi từ một mạng khác đến MS trong
mạng. Phần tử khác liên quan đến mã nhận dạng thuê bao di động quốc tế - IMSI
(International Mobile Subscriber Identity) được lưu giữ trong AUC.
 Mã nhận dạng tế bào toàn cầu CGI: CGI được sử dụng để các MSC và BSC
truy nhập các tế bào
CGI = LAI + CI.
CI (Cell Identity) gồm 16 bit dùng để nhận dạng cell trong phạm vi của LAI.
CGI được lưu giữ trong cơ sở dữ liệu của MSC/VLR.

 Mã nhận dạng trạm gốc BSIC (Base Station Identity Code)
Cấu trúc của mã nhận dạng trạm gốc như sau:
NCC (3 bits) BCC (3 bits)
Trong đó:
NCC (Network Color Code): mã màu của mạng GSM. Được sử dụng để phân
biệt với các mạng khác trong nước.

Lớp 48K - Khoa ĐTVT

Sinh viên: Trần Văn Hiệu
19


Đồ án tốt nghiệp
GSM

Tối ưu dung lượng mạng thông tin di động

BCC (BTS Color Code): mã màu của BTS. Dùng để phân biệt các kênh sử dụng
cùng một tần số của các trạm BTS khác nhau.
 Số thuê bao ISDN của máy di động - MSISDN (Mobile Subscriber ISDN
Number)
Mỗi thuê bao di động đều có một số máy MSISDN được ghi trong danh bạ điện
thoại. Nếu một số dùng cho tất cả các dịch vụ viễn thông liên quan đến thuê bao thì gọi
là đánh số duy nhất, còn nếu thuê bao sử dụng cho mỗi dịch vụ viễn thông một số khác
nhau thì gọi là đánh số mở rộng.
MSISDN được sử dụng bởi MSC để truy nhập HLR khi cần thiết lập cuộc nối.
MSISDN có cấu trúc theo CCITT, E164 về kế hoạch đánh số ISDN như sau:
CC

NDC

SN

Trong đó:
CC (Country Code): mã nước, là nơi thuê bao đăng kí nhập mạng (Việt Nam thì
CC = 84).
NDC (National Destination Code): mã mạng GSM, dùng để phân biệt các mạng
GSM trong cùng một nước.
SN (Subscriber Number): số thuê bao, tối đa được 12 số, trong đó có 3 số để
nhận dạng HLR.
 Nhận dạng thuê bao di động toàn cầu IMSI (International Mobile Subscriber
Identity)
IMSI là mã số duy nhất cho mỗi thuê bao trong một vùng hệ thống GSM. IMSI
được ghi trong MS và trong HLR và bí mật với người sử dụng. IMSI có cấu trúc như
sau:
MCC

MNC

MSIN

Trong đó:
MCC (Mobile Country Code): mã nước có mạng GSM, do CCITT qui định để
nhận dạng quốc gia mà thuê bao đang có mặt.
MNC (Mobile Network Code): mã mạng GSM.
MSIN (Mobile Subscriber Identification Number): số nhận dạng thuê bao di
động, gồm 10 số được dùng để nhận dạng thuê bao di động trong các vùng dịch vụ của
mạng GSM, với 3 số đầu tiên được dùng để nhận dạng HLR.
MSIN được lưu giữ cố định trong VLR và trong thuê bao MS. MSIN được VLR

sử dụng khi truy nhập HLR/AUC để tạo lập “Hộ khẩu thường trú” cho thuê bao.

Lớp 48K - Khoa ĐTVT

Sinh viên: Trần Văn Hiệu
20


Đồ án tốt nghiệp
GSM

Tối ưu dung lượng mạng thông tin di động

 Nhận dạng thuê bao di động cục bộ - LMSI (Location Mobile subscriber
Identity)
Gồm 4 octet. VLR lưu giữ và sử dụng LMSI cho tất cả các thuê bao hiện đang có
mặt tại vùng phủ sóng của nó và chuyển LMSI cùng với IMSI cho HLR. HLR sử dụng
LMSI mỗi khi cần chuyển các mẩu tin liên quan đến thuê bao tương ứng để cung cấp
dịch vụ.
 Nhận dạng thuê bao di động tạm thời - TMSI (Temporaly Mobile subscriber
Identity)
TMSI do VLR tự tạo ra trong cơ sở dữ liệu của nó cùng với IMSI sau khi việc
kiểm tra quyền truy nhập của thuê bao chứng tỏ hợp lệ. TMSI được sử dụng cùng với
LAI để địa chỉ hoá thuê bao trong BSS và truy nhập số liệu của thuê bao trong cơ sở dữ
liệu của VLR.
 Số vãng lai của thuê bao di động - MSRN (Mobile Station Roaming Number)
MSRN do VLR tạm thời tạo ra yêu cầu của HLR trước khi thiết lập cuộc gọi đến
một thuê bao đang lưu động đến mạng của nó. Khi cuộc gọi kết thúc thì MSRN cũng bị
xoá. Cấu trúc của MSRN bao gồm CC, NDC và số do VLR tạm thời tự tạo ra.
 Số chuyển giao HON (Handover Number)

Handover là việc di chuyển cuộc nối mà không làm gián đoạn cuộc nối từ tế bào
này sang tế bào khác (trường hợp phức tạp nhất là chuyển giao ở những tế bào thuộc
các tổng đài MSC khác nhau). Ví dụ khi thuê bao di chuyển từ MSC1 sang MSC2 mà
vẫn đang sử dụng dịch vụ. MSC2 yêu cầu VLR của nó tạm thời tạo ra HON để gửi cho
MSC1 và MSC1 sử dụng HON để chuyển cuộc nối sang cho MSC2. Sau khi hết cuộc
thoại hay thuê bao rời khỏi vùng phủ sóng của MSC1 thì HON sẽ bị xoá.
 Nhận dạng thiết bị di động quốc tế - IMEI (International Moble Equipment
Identity)
IMEI được hãng chế tạo ghi sẵn trong thiết bị thuê bao và được thuê bao cung
cấp cho MSC khi cần thiết. Cấu trúc của IMEI:
TAC

FAC

SNR

Trong đó:
TAC (Type Approval Code): mã chứng nhận loại thiết bị, gồm 6 kí tự, dùng để
phân biệt với các loại không được cấp bản quyền. TAC được quản lý một cách tập
trung.
FAC (Final Assembly Code): xác định nơi sản xuất, gồm 2 kí tự.

Lớp 48K - Khoa ĐTVT

Sinh viên: Trần Văn Hiệu
21


Đồ án tốt nghiệp
GSM

Tối ưu dung lượng mạng thông tin di động

SNR (Serial Number): là số Seri, dùng để xác định các máy có cùng TAC và
FAC.
1.5. CÁC TRƯỜNG HỢP THÔNG TIN VÀ THỦ TỤC MẠNG
Trước khi khảo sát các thủ tục thông tin khác nhau, hãy khảo sát các tình huống
đặc biệt của 1 PLMN có tất cả các thuê bao di động, vì thế ta quan sát MS ở một số tình
huống sau:
- Tắt máy:
Mạng sẽ không thể tiếp cận đến máy vì MS không trả lời thông báo tìm gọi. Nó
sẽ không báo cho hệ thống về vùng định vị (nếu có) và MS sẽ được coi là rời mạng.
- MS bật máy, trạng thái rỗi:
Hệ thống có thể tìm gọi MS thành công, MS được coi là nhập mạng. Trong khi
chuyển động, MS luôn kiểm tra rằng nó được nối đến một kênh quảng bá được thu phát
tốt nhất. Quá trình này được gọi là lưu động (Roaming). MS cần thông báo cho hệ thống
về các thay đổi vùng định vị, quá trình này được gọi là cập nhật vị trí.
- MS bận:
Mạng vô tuyến có một kênh thông tin (kênh tiếng) dành cho luồng số liệu tới và
từ MS trong quá trình chuyển động MS phải có khả năng chuyển đến một kênh thông
tin khác. Quá trình này được gọi là chuyển giao (Handover). Để quyết định chuyển giao
hệ thống phải diễn giải thông tin nhận đuợc từ MS và BTS. Quá trình này được gọi là
định vị.
 Lưu động và cập nhật vị trí
Coi rằng MS ở trạng thái tích cực, rỗi và đang chuyển động theo một phương
liên tục MS được khoá đến một tần số vô tuyến nhất định có CCCH và BCH ở TS 0. Khi
MS rời xa BTS nối với nó cường độ tín hiệu sẽ giảm. Ở một thời điểm nào đó không xa
biên giới lý thuyết giữa hai ô lân cận nhau cường độ tới mức mà MS quyết định chuyển
đến một tần số mới thuộc một trong các ô lân cận nó. Để chọn tần số tốt nhất nó liên tục
đo cường độ tín hiệu của từng tần số trong số tần số nhất định của ô lân cận. Thường

MS phải tìm được tần số BCH/CCCH từ BTS có cường độ tín hiệu tốt hơn tần số cũ.
Sau khi tự khoá đến tần số mới này, MS tiếp tục nhận thông bao tìm gọi các thông báo
quảng bá chừng nào tín hiệu của tần số mới vẫn đủ tốt. Quyết định việc thay đổi tần số
BCH/CCCH sẽ được thực hiện mà không cần thông báo cho mạng. Nghĩa là mạng mặt
đất không tham gia và quá trình này.

Lớp 48K - Khoa ĐTVT

Sinh viên: Trần Văn Hiệu
22


Đồ án tốt nghiệp
GSM

Tối ưu dung lượng mạng thông tin di động

Khả năng chuyển động vô định đồng thời với việc thay đổi nối thông MS ở giao
tiếp vô tuyến tại thời điểm cần thiết để đảm bảo chất lượng thu được gọi là lưu động “
Roaming ”.
- Khi MS chuyển động đến giữa hai cell thuộc 2 BTS khác nhau:
Ta biết rằng MS không hề biết cấu hình của mạng chứa nó. Để gửi cho MS thông
tin về vị trí chính xác của nó hệ thống gửi đi mã nhận dạng vùng định vị (LAI) liên tục
ở giao tiếp vô tuyến bằng BCCH.
Khi đi vào cell thuộc BSC khác MS sẽ nhận thấy vùng mới bằng cách thu
BCCH. Vì thông tin về vị trí có tầm quan trọng lớn nên mạng phải thông báo về sự thay
đổi này, ở điện thoại di động quá trình này được gọi là “ đăng ký cưỡng bức”. MS
không còn cách nào khác là phải cố gắng thâm nhập vào mạng để cập nhật vị trí của
mình ở MSC/VLR. Quá trình này được gọi là cập nhật vị trí.
Sau khi đã phát vị trí mới của mình lên mạng, MS tiếp tục chuyển động ở trong

vùng mới như đã mô tả ở trên.
- Khi MS chuyển động giữa hai vùng phục vụ khác nhau:
Trong trường hợp có một cuộc gọi vào cho MS, việc chuyển từ một vùng phục
vụ MSC/VLR này sang một vùng phục vụ MSC/VLR khác có nghĩa là tuyến thông tin
đi qua mạng cũng sẽ khác. Để tìm được định tuyến đúng, hệ thống phải tham khảo bộ
ghi định vị thường trú HLR vì thế MSC/VLR sẽ phải cập nhật HLR về vị trí của
MSC/VLR cho MS của chúng ta.
Quá trình cập nhật vị trí như sau:

Hình 1.6. Quá trình cập nhật vị trí

Lớp 48K - Khoa ĐTVT

Sinh viên: Trần Văn Hiệu
23


Đồ án tốt nghiệp
GSM

Tối ưu dung lượng mạng thông tin di động

Sau khi cập nhật vị trí thành công ở HLR hệ thống sẽ huỷ bỏ vị trí cũ, HLR
thông báo huỷ bỏ vị trí cho tổng đài MSC/VLR cũ để xoá vị trí cũ của MS có liên quan.
 Thủ tục nhập mạng, đăng ký lần đầu và rời mạng
Khi MS bật máy nó sẽ quét giao tiếp vô tuyến để tìm ra tần số đúng, tần số mà
MS tìm kiếm sẽ chứa thông tin quảng bá cũng như thông tin tìm gọi BCH/CCCH có thể
có. MS tự khoá đến tần số đúng nhờ việc hiệu chỉnh tần số thu và thông tin đồng bộ
Vì đây là lần đầu MS sử dụng nên phần mạng chịu trách nhiệm xử lý thông tin
tới / từ MS hoàn toàn không có thông tin về MS này, MS không có chỉ thị nào về nhận

dạng vùng định vị mới. Khi MS cố gắng thâm nhập tới mạng và thông báo với hệ thống
rằng nó là MS mới ở vùng định vị này bằng cách gửi đi một thông báo “ Cập nhật vị trí
mạng ” đến MSC/VLR.
Từ giờ trở đi MSC/VLR sẽ coi rằng MS hoạt động và đánh dấu trường dữ liệu
của MS này bằng 1 cờ “nhập mạng” cờ này liên quan đến IMSI.
Thủ tục rời mạng liên quan đến IMSI. Thủ tục rời mạng của IMSI cho phép
thông báo với mạng rằng thuê bao di động sẽ tắt nguồn , lúc này tìm gọi MS bằng thông
báo tìm gọi sẽ không xảy ra.
Một MS ở trạng thái hoạt động được đánh dấu là “đã nhập mạng”. Khi tắt nguồn
MS gửi thông báo cuối cùng đến mạng, thông báo này chứa yêu cầu thủ tục rời mạng.
Khi thu được thông báo rời mạng MSC/VLR đánh dấu cờ IMSI đã rời mạng tương ứng.
 Thủ tục tìm gọi, gọi đến và gọi đi
 Tìm gọi:
Cuộc gọi đến MS được định tuyến đến MSC/VLR nơi MS đăng ký. Khi đó
MSC/VLR sẽ gửi đi một thông báo tìm gọi đến MS, thông báo này được phát quảng bá
trên toàn bộ vùng định vị LA nghĩa là tất cả các BTS trong LA sẽ gửi thông báo tìm gọi
MS. Khi chuyển động ở LA và “ nghe ” thông tin CCCH MS sẽ “ nghe thấy ” thông báo
tìm gọi và trả lời ngay lập tức.
 Gọi đến:
Giả sử có một thuê bao A thuộc mạng cố định PSTN yêu cầu thiết lập cuộc gọi
với thuê bao B thuộc mạng di động.
- Thuê bao A quay mã nơi nhận trong nước để đạt tới vùng GSM/PLMN. Nối
thông được thiết lập từ tổng đài nội hạt của thuê bao A đến GMSC của mạng
GSM/PLMN.

Lớp 48K - Khoa ĐTVT

Sinh viên: Trần Văn Hiệu
24

Đồ án tốt nghiệp
GSM

Tối ưu dung lượng mạng thông tin di động

- Thuê bao A quay số của thuê bao B, số thuê bao được phân tích ở GMSC. Bằng
chức năng hỏi đáp GMSC gửi MSISDN cùng với yêu cầu về số lưu động (MSRN) đến
bộ ghi định vị thường trú (HLR)
- HLR dịch số thuê bao của MS được quay vào nhận dạng GSM/PLMN:
MSISDN ⇒ IMSI
- HLR chỉ cho MS vùng phục vụ và gửi IMSI của MS đến VLR của vùng phục
vụ đồng thời yêu cầu về MSRN.
- VLR sẽ tạm thời gán số lưu động MSRN cho thuê bao bị gọi và gửi nó ngược
trở về HLR, HLR sẽ gửi nó về tổng đài cổng GSMC.
- Khi nhận được MSRN đúng tổng đài GMSC sẽ có khả năng thiết lập cuộc gọi
đến vùng phục vụ MSC/VLR nơi thuê bao B hiện đang có mặt.
- VLR sẽ chỉ cho thuê bao này vùng định vị (LAI) ở giai đoạn quá trình thiết lập
cuộc gọi hệ thống muốn rằng thông báo tìm gọi thuê bao bị gọi được phát quảng bá trên
vùng phủ sóng của tất cả các ô của vùng định vị này. Vì vậy MSC/VLR gửi thông báo
tìm gọi đến tất cả các BTS trong vùng định vị.
- Khi nhận được thông tin tìm gọi, BTS sẽ phát nó lên đường vô tuyến ở kênh
tìm gọi PCH. Khi MS ở trạng thái rỗi và “nghe” ở kênh PCH của một trong số các ô
thuộc vùng định vị LA, nó sẽ nhận thông tin tìm gọi , nhận biết dạng IMSI và gửi trả lời
về thông báo tìm gọi.
- Sau các thủ tục về thiết lập cuộc gọi và sau khi đã gán cho một kênh thông tin
cuộc gọi nói trên được nối thông đến MS ở kênh vô tuyến.
 Gọi đi:
Giả sử MS rỗi và muốn thiết lập một cuộc gọi, thuê bao này sẽ quay tất cả các
chữ số của thuê bao bị gọi và bắt đầu thủ tục này bằng cách ấn phím “ phát ”. Khi này

MS gửi đi một thông báo đầu tiên đến mạng bằng CCCH để yêu cầu thâm nhập. Trước
hết MSC/VLR sẽ giành cho MS một kênh riêng, kiểm tra thể loại của thuê bao bị gọi và
đánh dấu thuê bao này ở trạng thái bận. Nếu thuê bao gọi được phép sử dụng mạng
MSC/VLR sẽ công nhận yêu cầu thâm nhập. Bây giờ MS sẽ gửi đi một thông báo để
thiết lập cuộc gọi, tuỳ theo thuê bao bị gọi là cố định hay di động số của nó sẽ được
phân tích trực tiếp ở MSC/VLR hoặc gửi đến một tổng đài chuyển tiếp của mạng PSTN
cố định. Ngay khi đường nối đến thuê bao bị gọi đã sẵn sàng thông báo thiết lập cuộc
gọi sẽ được công nhận, MS cũng sẽ được chuyển đến một kênh thông tin riêng. Bây giờ
tín hiệu cuối cùng sẽ là sự khẳng định thuê bao.
 Chuyển giao cuộc gọi
Lớp 48K - Khoa ĐTVT

Sinh viên: Trần Văn Hiệu
25