Kỹ thuật xử lý số và truyền dẫn vô tuyến số trong các hệ thống thông tin di động
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (852.51 KB, 103 trang )
Kỹ thuật xử lý số và truyền dẫn vô tuyến số trong các hệ thống thông tin di động
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
KHOA CÔNG NGHỆ
ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:
KỸ THUẬT XỬ LÝ SỐ VÀ TRUYỀN DẪN VÔ TUYỄN
SỐ TRONG CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
Sinh viên thực hiện : Trần Văn Tùng
Người hướng dẫn
: Ths. Phạm Mạnh Toàn
Vinh, 5-2010
1
Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh
Kỹ thuật xử lý số và truyền dẫn vô tuyến số trong các hệ thống thông tin di động
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
KHOA CÔNG NGHỆ
ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:
KỸ THUẬT XỬ LÝ SỐ VÀ TRUYỀN DẪN VÔ TUYỄN
SỐ TRONG CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
Sinh viên thực hiện : Trần Văn Tùng
Người hướng dẫn
: Ths. Phạm Mạnh Toàn
Vinh, 5-2010
2
Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh
Kỹ thuật xử lý số và truyền dẫn vô tuyến số trong các hệ thống thông tin di động
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Trần Văn Tùng
Khoá: 46 Khoa Công nghệ Ngành Điện tử viễn thông
1. Đầu đề đồ án: Kỹ thuật xử lý số và truyền dẫn vô tuyến số trong các hệ thống
thông tin di động
2. Các số liệu và dữ liệu ban đầu: Tài liệu Thông tin di đ ộng, Tài liệu Kỹ thuật
truyền dẫn...
3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
4. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):
5. Họ tên giảng viên hướng dẫn: Ths Phạm Mạnh Toàn
6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 23 tháng 2 năm 2010
7. Ngày hoàn thành đồ án: 10 tháng 05 năm 2010
Chủ nhiệm Bộ môn
Ngày
tháng
năm
Giảng viên hướng dẫn
Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày
tháng
năm
Cán bộ phản biện
3
Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh
Kỹ thuật xử lý số và truyền dẫn vô tuyến số trong các hệ thống thông tin di động
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
---------------------------------------------------
BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Trần Văn Tùng
Sinh viên ngành: Điện tử Viễn thông
Khoá: 46
Người hướng dẫn: Ths. Phạm Mạnh Toàn
Cán bộ phản biện: ……………………………....
Nội dung thiết kế tốt nghiệp:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
................
1. Nhận xét của cán bộ phản biện:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
....................................
Ngày
tháng
năm 2010
Cán bộ phản biện
( Ký, ghi rõ họ và tên )
4
Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh
Kỹ thuật xử lý số và truyền dẫn vô tuyến số trong các hệ thống thông tin di động
LỜI NÓI ĐẦU
***
Trong cuộc sống hàng ngày thông tin liên lạc đóng một vai trò rất quan trọng
và không thể thiếu được. Nó quyết định nhiều mặt hoạt động của xã hội, giúp con
người nắm bắt nhanh chóng các thông tin có giá trị văn hoá, kinh tế, khoa học kỹ
thuật rất đa dạng và phong phú.
Ngày nay với những nhu cầu cả về số lượng và chất lượng của khách hàng
sử dụng các dịch vụ viễn thông ngày càng cao, đòi hỏi phải có những phương tiện
thông tin hiện đại nhằm đáp ứng các nhu cầu đa dạng của khách hàng “mọi lúc, mọi
nơi” mà họ cần.
Thông tin di động ngày nay đã trở thành một dịch vụ kinh doanh không thể
thiếu được của tất cả các nhà khai thác viễn thông trên thế giới. Đối với các khách
hàng viễn thông, nhất là các nhà doanh nghiệp thì thông tin di động trở thành
phương tiện liên lạc quen thuộc và không thể thiếu được. Dịch vụ thông tin di động
ngày nay không chỉ hạn chế cho các khách hàng giầu có nữa mà nó đang dần trở
thành dịch vụ phổ cập cho mọi đối tượng viễn thông.
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
hình thành nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn thông mới đã tạo ra sự cạnh tranh để
thu hút thị phần thuê bao 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
5
Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh
Kỹ thuật xử lý số và truyền dẫn vô tuyến số trong các hệ thống thông tin di động
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). WCDMA (Wideband Code Division Multiplex Access
- Đa truy cập phân chia theo mã băng rộng). Các nhà cung cấp dịch vụ di động sử
dụng hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM là Mobiphone, Vinaphone, Viettel
và các nhà cung cấp dịch vụ di động sử dụng công nghệ CDMA là S-Fone, EVN,
Hanoi Telecom.
Các nhà cung cấp dịch vụ di động sử dụng công nghệ WCDMA 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 áp đảo. Chính vì
vậy „Kỹ thuật xử lý số và truyền dẫn vô tuyến số trong các hệ thống thông tin
di động” là việc làm rất cần thiết và mang một ý nghĩa thực tế rất cao.
Nội dung trình bày trong bản đồ án:
Chương 1: Tổng quan về thông tin di động GSM.
Chương 2: Tiến trình phát triển GSM lên W-CDMA.
Chương 3: Các kỹ thuật xử lý số trong hệ thống thông tin di động W-CDMA.
Để hoàn thành đồ án, Trên cơ sở những kiến thức tích luỹ trong những năm
học tập chuyên ngành Điện Tử - Viễn Thông tại Khoa Công Nghệ trường đại Học
Vinh, ngoài sự nỗ lực của bản thân, yêu cầu về thời gian và năng lực là rất cần thiết.
Bước đầu làm quen với công tác nghiên cứu khoa học, do kiến thức và khả năng của
em còn hạn chế, nên đồ án tốt nghiệp này không tránh khỏi các sai sót. Em mong
nhận được ý kiến đóng góp của quý thầy, cô và các bạn sinh viên.
Em xin chân thành cảm ơn thầy ThS Phạm Mạnh Toàn, cô Ks Nguyễn Thị
Kim Thu đã giới thiệu, cung cấp tài liệu, phương pháp và tận tình hướng dẫn về nội
dung giúp em hoàn thành tốt đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô trong khoa Công Nghệ trường Đại
Vinh, đã tận tình giúp đỡ em trong thời gian học tập ở trường.
6
Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh
Kỹ thuật xử lý số và truyền dẫn vô tuyến số trong các hệ thống thông tin di động
Vinh, Ngày 10 Tháng 05 Năm
2010.
Sinh viên thực hiện.
Trần Văn Tùng
Mục Lục.
CHƯƠNG
I.
TỔNG
QUAN
VỀ
THÔNG
TIN
DI
ĐỘNG
GSM ............................1
1.1.
Tổng
quan.................................................................................................................1
1.1.1.
Lịch
sử
phát
triển
của
thông
tin
di
động................................................................1
1.1.2.
Các
đặc
tính
cơ
bản
của
hệ
thống
thông
tin
di
động..............................................2
1.1.3.
Xu
thế
phát
triển
của
mạng
thông
tin
di
động.......................................................3
1.2.
Kiến
trúc
của
hệ
thống
GSM. ..................................................................................3
1.2.1.
Kiến
mạng......................................................................................................4
1.2.2.
Trạm
di
động(MS
Station).....................................................................5
1.2.3.
Phân
trúc
-
hệ
Mobile
trạm
gốc
(BSS)........................................................................................5
1.2.4.
Phân
hệ
chuyển
mạch
(SS). ..................................................................................6
1.2.5.
Phân
hệ
khai
thác
và
hỗ
trợ
(OSS). ......................................................................7
7
Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh
Kỹ thuật xử lý số và truyền dẫn vô tuyến số trong các hệ thống thông tin di động
1.3.
Kiến
trúc
địa
lý. .......................................................................................................8
1.3.1.
Vùng
mạng
tổng
đài
vô
tuyến
cổng
(Gateway
-
MSC). .......................................8
1.3.2.
Vùng
phục
vụ
MSC/VLR. ....................................................................................8
1.3.3.
Vùng
định
vị
LA
(Location
Area).........................................................................8
1.3.4.
Cell
(tế
bào)...........................................................................................................8
1.4.
Kỹ
thuật
xử
lý
số
trong
GSM...................................................................................9
1.4.1.
số
hoá
và
mã
nguồn(ở
Codec).............................................................................10
1.4.2.
Mã
kênh...............................................................................................................10
1.4.3.
Ghép
xen..............................................................................................................13
1.4.4.
Bảo
mật................................................................................................................13
1.4.5.
Tạo
cụm...............................................................................................................13
1.4.5.
Điều
chế...............................................................................................................13
1.4.6.
Phương
pháp
đa
truy
nhập
trong
GSM................................................................16
1.5.
Tổng
kết
chương
1..................................................................................................17
CHƯƠNG
II:
TIẾN
TRÌNH
PHÁT
TRIỂN
GSM
LÊN
WCDMA........................18
8
Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh
Kỹ thuật xử lý số và truyền dẫn vô tuyến số trong các hệ thống thông tin di động
2.1.
Sự
cần
thiết
nâng
cấp
mạng
GSM
lên
3G. ............................................................18
2.2.
Giải
pháp
nâng
cấp. ...............................................................................................18
2.3.
Kiến
trúc
mạng
GPRS. ..........................................................................................20
2.3.1.
Tổng
quan
GPRS. ...............................................................................................20
2.3.2.
Cấu
trúc
mạng
GPRS..........................................................................................21
2.3.3.
Chức
năng
các
phần
tử
trong
mạng
GPRS. ........................................................22
2.4.
Node
GSN. ............................................................................................................25
2.4.1.
Cấu
trúc. .............................................................................................................25
2.4.2.
Thuộc
tính
của
node
GSN. .................................................................................26
2.4.3.
Chức
năng. .........................................................................................................27
2.4.4.
Mạng
Backbone(mạng
đường
trục). ..................................................................27
2.4.5.
Cấu
trúc
BSC
trong
GPRS. ................................................................................28
2.5.
Cấu
trúc
dữ
liệu
GPRS...........................................................................................29
2.6.
Các
giao
diện
và
giao
thức
trong
mạng
GPRS.......................................................30
2.6.1.
Mặt
phẳng
truyền
dẫn..........................................................................................30
9
Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh
Kỹ thuật xử lý số và truyền dẫn vô tuyến số trong các hệ thống thông tin di động
2.6.2.
Mặt
phẳng
báo
hiệu. ...........................................................................................32
2.6.3.
Giao
diện
Gb. ......................................................................................................32
2.6.4.
Giao
diện
Gr. ......................................................................................................33
2.6.5.
Giao
diện
Gs........................................................................................................34
2.6.6.
Giao
diện
Gc........................................................................................................35
2.6.7.
Giao
diện
vô
tuyến
Um.......................................................................................35
2.6.8.
Mạng
vô
tuyến
GPRS. .......................................................................................36
2.6.9.
Quản
lý
tài
nguyên
vô
tuyến. ............................................................................42
2.7.
Các
giải
pháp
nâng
cấp
lên
GPRS
cho
mạng
GSM
Việt
Nam. ............................44
2.7.1.
Giải
pháp
của
hãng
Alcatel
(Pháp). ....................................................................45
2.7.2.
Giải
pháp
của
hãng
Ericson
(Thụy
Điển). ..........................................................45
2.7.3.
Giải
pháp
của
hãng
Motorola
(Mỹ). ...................................................................46
2.7.4.
Giải
pháp
của
hãng
Siemen
(Đức). .....................................................................46
2.8.
EDGE
(Enhanced
Data
rate
for
GSM
Evolution). ................................................47
2.8.1.
Tổng
quan............................................................................................................47
10
Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh
Kỹ thuật xử lý số và truyền dẫn vô tuyến số trong các hệ thống thông tin di động
2.8.2.
Kỹ
thuật
điều
chế
trong
EDGE. ..........................................................................47
2.8.3.
Giao
tiếp
vô
tuyến. .............................................................................................48
2.8.4. Các kế hoạch cần thực hiện khi áp dụng EDGE trên mạng
GSM.......................49
2.9.
Tổng
kết
chương
2. ...............................................................................................51
CHƯƠNG III: CÁC KỸ THUẬT XỬ LÝ SỐ TRONG HỆ THỐNG THÔNG
TIN
DI
ĐỘNG
W-
CDMA...................................................................................................52
3.1.
Giới
thiệu
chương...................................................................................................52
3.2.
Cấu
trúc
mạng
W-
CDMA......................................................................................52
3.2.1.
Đặc
trưng
mạng
truy
nhập
vô
tuyến....................................................................55
3.2.2.
Bộ
điều
khiển
mạng
vô
tuyến..............................................................................55
3.2.3.
Node
B. ...............................................................................................................56
3.3.
Sơ
đồ
khối
chung
của
thiết
bị
thu
phát
vô
tuyến
số................................................56
3.4.
Mã
hoá
nguồn(ở
codec)..........................................................................................57
3.5.
Mã
hoá
kênh...........................................................................................................57
3.5.1.
Mã
vòng...............................................................................................................57
3.5.2.
Mã
xoắn...............................................................................................................57
11
Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh
Kỹ thuật xử lý số và truyền dẫn vô tuyến số trong các hệ thống thông tin di động
3.6.
Đan
Xen..................................................................................................................60
3.6.1.
Đan
xen
W-
CDMA..............................................................................................60
3.7.
Phối
hợp
tốc
độ.......................................................................................................60
3.8.
phân
tập..................................................................................................................61
3.8.1.
Phân
tập
thu.........................................................................................................61
3.8.2.
Các
dạng
phân
tập...............................................................................................62
3.8.3.
Phân
tập
phát.......................................................................................................62
3.9.
Anten
linh
hoạt.......................................................................................................63
3.10.
Mã
hoá
tiếng
trong
các
hệ
thống
thông
tin
di
dộng
W-
CDMA............................64
3.10.1.
Bộ
dự
đoán
tuyến
tính
kích
thích
theo
mã
CELP..............................................64
3.10.2.
Codec
tốc
độ
khả
biến
cải
biến,
EVRC.............................................................68
3.10.3.
Codec
đa
tố
độ
thích
ứng,
AM..........................................................................70
3.10.4.
Codec
đa
tốc
độ
băng
rộng,
AMR
trong
W-
WB..............................................................70
3.11.
Giải
pháp
kỹ
thuật
CDMA.....................................................................71
3.11.1.
Điều
chế
BIT/SK...............................................................................................71
3.11.2.
Điều
chế
12
Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh
Kỹ thuật xử lý số và truyền dẫn vô tuyến số trong các hệ thống thông tin di động
QPSK..................................................................................................73
3.12.
Trải
phổ
trong
WCDMA......................................................................................74
3.12.1.
Giới
thiệu...........................................................................................................74
3.12.2.
Nguyên
lý
trải
phổ
DSSS..................................................................................75
3.13.
Cấu
trúc
phân
kênh
của
W-
CDMA......................................................................76
3.13.1.
Kênh
vật
lý........................................................................................................76
3.13.2.
Kênh
truyền
tải..................................................................................................77
3.14.
Truy
nhập
gói.......................................................................................................78
3.14.1.
Tổng
quan
về
truy
nhập
gói
trong
WCDMA....................................................78
3.14.2.
Lưu
lượng
số
liệu
gói........................................................................................78
3.14.3.
Các
phương
pháp
lập
biểu
gói..........................................................................79
3.15.
Kết
luận
chương...................................................................................................80
Kết
luận.........................................................................................................................81
Tài
liệu
tham
khảo.........................................................................................................82
13
Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh
Kỹ thuật xử lý số và truyền dẫn vô tuyến số trong các hệ thống thông tin di động
BẢNG TRA CỨU CÁC TỪ VIẾT TẮT
A
AUC
AUTN
AGCH
AMR
ATM
AWGN
Authentication Centre
Authentication Token Network
Access Grant Channel
Adaptive Multi Rate
Asynchronous Tnsfer Mode
Addition White Gaussian Noise
Trung tâm nhận thực
Thẻ nhận dạng mạng
Kênh cho phép thâm nhập
Mã hóa nhiều tốc độ thích ứng
Chế độ truyền không đồng bộ
Tạp âm Gauss trắng cộng sinh
B
14
Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh
Kỹ thuật xử lý số và truyền dẫn vô tuyến số trong các hệ thống thông tin di động
BTS
BSS
BSC
BSIC
Base Transceiver Station
Base Station Subsystem
Base Station Controller
Base Transceiver Station
Identity Code
Broadcast Control Channel
Border Gateway
Binary Phase Shift Keying
Bit Error Rate
Base Station
Broadcast Channel
BCCH
BG
BPSK
BER
BS
BCH
BCS
Trạm thu phát gốc
Hệ thống con trạm gốc
Bộ điều khiển trạm gốc
Mã nhận dạng trạm thu phát gốc
Kênh điều khiển quảng bá
Cổng đường biên
Điều chế pha nhị phân
Tỷ lệ lỗi bit
Trạm gốc
Kênh quảng bá
C
CEPT
CCITT
CSPDN
CCH
CCCH
CGI
CI
CDMA
CDRs
CN
CS
CTCH
CPCH
CPICH
CCPCH
CLPC
CC
CRC
European Conference of Postal
and Telecommunications
Committee International
Telephone and telegraph
Circuit Switch Public Data
Network
Control Channel
Common Control Channel
Cell Global Identity
Cell Identity
Code Division Multiple Access
Charging Data Records
Core Network
Circuit Switching
Common Traffic Channel
Common Packet Channel
Common Pilot Channel
Common Control Physical
Channel
Closed loop Power Control
Convolutional Code
Cyclic Redundance Check
Hội nghị châu Âu của Bưu điện và
Viễn thông
Ủy ban quốc tế Điện thoại và điện
báo
Mạng số liệu công cộng chuyển
mạch theo mạch
Kênh điều khiển
Kênh điều khiển chung
Số nhận dạng ô
Số nhận dạng tế bào
Đa truy nhập phân chia theo mã
Bản ghi dữ liệu cước
Mạng lõi
Chuyển mạch kênh
Kênh lưu lượng chung
Kênh gói chung
Kênh hoa tiêu chung
Kênh vật lý điều khiển chung
Điều khiển công suất vòng kín
Mã xoắn
Kiểm tra độ dư vòng
D
DPCH
DCCH
DTCH
DPDCH
DPCCH
Deticated Physical Channel
Deticated Control Channel
Deticated Traffic Channel
Deticated Physical Data Channel
Deticated Physical Control
Channel
Kênh vật lý dành riêng
Kênh điều khiển dành riêng
Kênh lưu lượng dành riêng
Kênh số liệu vật lý dành riêng
Kênh điều khiển vật lý dành riêng
15
Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh
Kỹ thuật xử lý số và truyền dẫn vô tuyến số trong các hệ thống thông tin di động
DSSS
Direct Sequence Spread
Spectrum
Trải phổ chuỗi trực tiếp
E
ETSI
European Telecommunications
Standards Institute
Equipment Identification
Register
Enhanced Data tes for GSM
Evolution
Enhanced Circuit Switched Data
EIR
EDGE
ECSD
Viện tiêu chuẩn viễn thông Chân
Âu
Bộ ghi nhận dạng thiết bị
Tốc độ số liệu tăng cường để phát
triển GSM
Tăng cường dữ liệu chuyển mạch
kênh
F
FDMA
FSK
FB
FCCH
FN
FACCH
FSCCH
FDD
FER
FHSS
Frequency Division Multiple
Access
Frequency Shift Keying
Frequency Correction Burst
Frequency Correction Channel
Frame Number
Fast Associated Control Channel
Forward Supplemental Code
Channel
Frequency Division Duplex
Frame Error Rate
Frequency Hopping Spreading
Spectrum
Đa truy nhập phân chia theo thời
gian
Điều chế số theo tần số tín hiệu
Cụm hiệu chỉnh tần số
Kênh hiệu chỉnh tần số
Số khung
Kênh điều khiển liên kết nhanh
Song công phân chia theo tần số
Tỷ lệ lỗi khung
Trải phổ nhảy tần
G
GSM
GMSC
GMSK
GPRS
GGSN
GTP
GSN
3GPP
Global System for Mobile
Communication
Gateway MSC
Hệ thống viễn thông toàn cầu
Trung tâm chuyển mạch các nghiệp
vụ di động cổng
Gaussian Minimum Shift Keying Điều chế khóa dịch pha cực tiểu
Gauss
General Packet Radio Service
Dịch vụ vô tuyến gói chung
GPRS Support Node
Nút hỗ trợ cổng GPRS
GPRS Tunnelling Protocol
Giao thức đường hầm GPRS
GPRS Support Node
Nút hỗ trợ GPRS
Third Generation Partnership
Tổ chức chuẩn hóa các công nghệ
Pecject
mạng thông tin di động tế bào
GPC
16
Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh
Kỹ thuật xử lý số và truyền dẫn vô tuyến số trong các hệ thống thông tin di động
H
HLR
HSCSD
HPLMN
HPSK
Home Location Register
High Speed Circuit Switched
Data
Home Public Land Mobile
Network
Hybrid Phase Shift Keying
Bô ghi định vị trường trú
Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ
cao
Mạng di động mặt đất công cộng
thường trú
Điều chế pha hỗn hợp
I
ISDN
IWF
IMEI
IMSI
IP
IF
Integrated Service Digital
Network
Interworking Function
International Mobile Equipment
Identity
International Mobile Subciber
Identity
Internet Protocol
Intermediate Frequency
Mạng số liên kết đa dịch vụ
Các chức năng tương tác
Số nhận dạng di động quốc tế
Số nhận dạng thuê bao di động
quốc tế
Giao thức Internet
Trung tần
L
LA
LAI
LAC
LLC
LFSR
Location Area
Location Area Identity
Location Area Code
Logical Link Control
Linear Feedback Shift Register
Vùng định vị
Số nhận dạng vùng định vị
Mã vùng định vị
Điều khiển kênh logic
Bộ thanh ghi dịch có mạch hồi tiếp
tuyến tính
M
MS
MSC
ME
MSK
MCC
MNC
MSIN
MSRN
MT
MMS
MAC
Mobile Station
Mobile Service Switching
Center
Mobile Equipment
Minimum Shift Keying
Mobile Country Code
Mobile Network Code
Mobile Station Identification
Number
Mobile Station Roaming
Number
Mobile Terminal
Multimedia Messaging Service
Medium Access Control
Trạm di động
Trung tâm chuyển mạch các nghiệp
vụ di động
Thiết bị di động
Điều chế khóa pha cực tiểu
Mã quốc gia của mạng di động
Mã mạng thông tinn di động
Số nhận dạng trạm di động
Số lưu động của thuê bao di động
Máy di động đầu cuối
Dịch vụ tin nhắn đa phương tiện
Điều khiển truy nhập môi trường
17
Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh
Kỹ thuật xử lý số và truyền dẫn vô tuyến số trong các hệ thống thông tin di động
MM
MAP
MTP
Mobile Management
Mobile Application Port
Message Transfer Part
Quản lý di động
Cổng ứng dụng di động
Phần chuyển giao tin báo
N
NMC
NB
NRZ
NSS
Network Management Center
Normal Burst
Non Return ti Zero
Network Subsystem
Trung tâm quản lý mạng
Cụm bình thường
Mã không trở về không
Phân hệ mạng
O
OSS
Operation and Support
Subeystem
Operation & Maintenance
Center
Open Loop Power Control
Open System Interconnection.
OMC
OLPC
OSI
Hệ thống khai thác và hỗ trợ
Trung tâm quản lý và bảo dưỡng
Điều khiển công suất vòng hở
Kết nối hệ thống mở
P
PSTN
PSPDN
PLMN
PCM
PCH
PCU
PDP
PLL
PTP
PTM
PN
PACCH
PCCCH
PCPCH
PDSCH
PRACH
PSK
Public Switch Telephone
Network
Packet Switched Public Data
Network
Public Land Mobile Network
Pulse Code Modulation
Paging Channel
Packet Control Unit
Packet Data Protocol
Physical Link Layer
Point to Point
Point to Multi point
Pseudo Noise
Packet Associated Control
Channel
Packet Common Control
Channel
Physical Common Packet
Channel
Physical Downlink Shared
Channel
Physical Random Access
Channel
Phase Shift Keying
Mạng điện thoại chuyển mạch công
cộng
Mạng số liệu công cộng chuyển
mạch gói
Mạng di động mặt đất công cộng
Điều chế xung mã
Kênh tìm gọi
Đơn vị điều khiển gói
Giao thức dữ liệu gói
Lớp đường truyền vật lý
Điểm - điểm
Điểm – đa điểm
Mã giả tạp âm
Kênh điều khiển liên kết gói
Kênh điều khiển gói chung
Kênh gói chung vật lý
Kênh chia sẻ đường xuống vật lý
Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lý
Khóa dịch pha
18
Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh
Kỹ thuật xử lý số và truyền dẫn vô tuyến số trong các hệ thống thông tin di động
PDCP
PS
PCCC
Packet Data Convergence
Packet Switch
Parallel Concatenated
Convolutional Code
Giao thức hội tụ số liệu gói
Chuyển mạch gói
Mã xoắn móc nối song song
R
RACH
RLC
RF
RA
RNC
RNS
RANAP
Random Access Channel
Radio Link Control
Radio Frequency
Routing Area
Radio Network Controller
Radio Network Subsystem
Radio Access Network
Application Part
Kênh truy nhập ngẫu nhiên
Điều khiển liên kết vô tuyến
Tần số sóng mang
Vùng định tuyến
Bộ điều khiển mạng vô tuyến
Hệ thống mạng con vô tuyến
Phần ứng dụng truy nhập mạng vô
tuyến
S
SS
SIM
SB
SCH
SDCCH
SACCH
SAMB
SMS
SN
SGSN
SAPI
SNR
SDU
SF
SCPCH
SHCCH
Switching Subsystem
Subscriber Identity Module
Synchronization Burst
Synchoronization Channel
Stand alone Dedicated Control
Channel
Slow Associated Control
Channel
Set Asynchronous Balance
Mode
Short Message Service
Subcriber Number
Serving GPRS Support Node
Service Access Point Identifier
Signal to Noise Ratio
Service Data Unit
Hệ thống con chuyển mạch
Modul nhận dạng thuê bao
Cụm đồng bộ
Kênh đồng bộ
Kênh điều khiển dành riêng đứng
một mình
Kênh điều khiển liên kết chậm
Kiểu cân bằng không đồng bộ tổ
hợp
Dịch vụ bản tin ngắn
Số thuê bao
Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS
Nhận dạng điểm truy nhập dịch vụ
Tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm
Khối đữ liệu dịch vụ
Hệ số trải phổ
Secondary Common Control
Kênh vật lý điều khiển chung thứ
Physical Channel
cấp
Shared Channel Control Channel Kênh điều khiển phân chia kênh
T
TDMA
Time Division Multiple Access
TRAU
Transcoder/Rate Adapter Unit
TCH
Traffic Channel
Đa truy nhập phân chia theo thời
gian
Khối chuyển đổi mã và thích ứng
tốc độ
Kênh lưu lượng
19
Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh
Kỹ thuật xử lý số và truyền dẫn vô tuyến số trong các hệ thống thông tin di động
TE
TAF
TCP
TLLI
Terminal Equipment
Terminal Adaptation Function
Transmission Control Protocol
Temporary Logical Link
Identifier
Time Division Duplex
Time Slot
Transmit Power Control
Transport Format Combination
Indicator
Time Hopping Spreading
Spectrum
TDD
TS
TPC
TFCI
THSS
Thiết bị đầu cuối
Chức năng thích ứng đầu cuối
Giao thức điều khiển truyền dẫn
Nhận dạng kênh logic tạm thời
Song công phân chia theo thời gian
Khe thời gian
Điều khiển công suất truyền dẫn
Bộ chỉ thị kết hợp định dạng truyền
dẫn
Trải phổ nhảy thời gian
U
UMTS
UTRAN
UE
USIM
Universal Mobile
Telecommunication System
UMTS Terrestrial Radio Access
Network
User Equipment
UMTS Subscriber Identity
Module
Hệ thống viễn thông di động toàn
cầu
Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất
UMTS
Thiết bị người sử dụng
Modul nhận dạng thuê bao UMTS
V
VLR
VTS
VPLMN
Visistor Location Register
Video Streaming
Visited Public Land Mobile
Network
Bộ ghi định vị tạm trú
Dịch vụ truyến ảnh động
Mạng di động mặt đất công cộng
tạm trú
W
WAP
Wireless Application Protocol
W-CDMA Wideband Code Division
Multiple Access
Giao thức ứng dụng không dây
Đa truy cập phân mã băng rộng
20
Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh
Kỹ thuật xử lý số và truyền dẫn vô tuyến số trong các hệ thống thông tin di động
CHƯƠNG I.
TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM.
1.1. Tổng quan.
1.1.1. Lịch sử phát triển của thông tin di động.
Điện thoai di động ra đời ở những năm 1920, khi đó điện thoại di động chỉ
dùng như những phương tiện thông tin liên lạc giữa các đơn vị cảnh sát Mỹ. Mãi
đến năm 1980 người ta nhận thấy rằng các hệ thống tổ ong tương tự không loại bỏ
được các hạn chế cố hữu của các hệ thống này. Giải pháp duy nhất để loại bỏ những
hạn chế trên là phải chuyển sang sử dụng kỹ thuật thông tin số cho thông tin di động
cùng với các kỹ thuật đa truy nhâp mới.
Hệ thống thông tin di động số sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo
thời gian (TDMA) đầu tiên trên thế giới được ra đời ở châu Âu và có tên gọi là
GSM. Ban đầu hệ thông này gọi là “nhóm đặc trách di động” (Group Special
Mobile). Sau đó để tiện cho việc thương mại hoá GSM được gọi là “hệ thống di
động toàn cầu” (GSM: Global System for Mobile communication). Hệ thống thông
tin di động GSM bắt đầu phát triễn từ năm 1982 khi các nước Bắc Âu gửi đề nghị
đến CEPT (Conference of European Postal and Telecommunications - Hội nghị các
cơ quan (quản lý viễn thông và bưu chính Châu Âu) để quy định một dịch vụ viễn
thông chung ở Châu Âu ở tần số 900MHZ. Năm 1985 người ta quyết định xây dựng
hệ thống thông tin di động kỹ thuật số. Đến năm 1986 tại Pari mới hoàn thành việc
đánh giá định hướng các giải pháp của các nước khác nhau để tiến tới lựa chọn
phương án công nghệ TDMA băng hẹp.
Để phát triển, nghiên cứu và nhằm nâng cao mạng lưới dịch vụ thông tin di
động GSM, đầu năm 1992 một số nước Châu Âu đã thành lập hiệp hội GSM MOU
nhằm trao đổi, hợp tác trong kinh doanh và bảo vệ quyền lợi cho các nhà khai thác
GSM trên toàn thế giới.
21
Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh
Kỹ thuật xử lý số và truyền dẫn vô tuyến số trong các hệ thống thông tin di động
Tháng 5/1987, 13 nước Châu Âu đã ký GSM MOU để hứa hẹn lẫn nhau về
việc hoàn thiện các chỉ tiêu kỹ thuật, nhằm cùng nhau hợp tác mở rộng thị trường
rộng lớn cho GSM và thoả thuận mỗi nước sẽ có một mạng GSM hoạt động kể từ
01/7/1991. Song vì một số nguyên nhân, cuối năm 1992 mới có 13 thành viên của
mạng GSM của nước và đến nay đã có 253 thành viên mạng GSM của 109 nước.
Ở Việt Nam, GPC và VMS hiện nay đang khai thác hai mạng thông tin di
động số VinaPhone và MobiFone, Viettel theo tiêu chuẩn GSM.
1.1.2. Các đặc tính cơ bản của hệ thống thông tin di động.
GSM được thiết kế độc lập với hệ thống nên hoàn toàn không phụ thuộc vào
phần cứng, mà chỉ tập trung vào chức năng và ngôn ngữ giao tiếp của hệ thống.
Điều này tạo điều kiện cho nhà thiết kế phần cứng sáng tạo thêm tính năng và cho
phép công ty vận hành mạng mua thiết bị từ nhiều hãng khác nhau.
- GSM với tiêu chuẩn toàn Châu Âu mới, sẽ giải quyết sự hạn chế dung
lượng hiện nay. Thực chất dung lượng sẽ tăng 2 ÷ 3 lần nhờ việc sử dụng tần số tốt
hơn và kỹ thuật ô nhỏ, do vậy số thuê bao được phục vụ sẽ tăng lên.
- Lưu động là hoàn toàn tự động, người sử dụng dịch vụ có thể đem máy di
động của mình đi sử dụng ở nước khác. Hệ thống sẽ tự động cập nhật thông tin về
vị trí. Người sử dụng cũng có thể gọi đi và nhận cuộc gọi đến mà người gọi không
biết vị trí của mình. Ngoài tính lưu động quốc tế, tiêu chuẩn GSM còn cung cấp một
số tính năng như thông tin tốc độ cao, faxcimile và dịch vụ thông báo ngắn. Các
máy điện thoại di động sẽ ngày càng nhỏ hơn và tiêu thụ ít công suất hơn các thế hệ
trước chúng.
- Tiêu chuẩn GSM được thiết kế để có thể kết hợp với ISDN (Integrated
Servive Digital Network) và tương thích với môi trường di động. Nhờ vậy tương tác
giữa hai tiêu chuẩn này đảm bảo.
- Ở GSM việc đăng ký thuê bao được ghi ở module nhận dạng thuê bao SIM
(Subscribe Identity Module). Card thuê bao chỉ được sử dụng với một máy. Hệ
thống kiểm tra là đăng ký thuê bao đúng và card không bị lấy cắp. Quá trình này
được tự động thực hiện bằng một thủ tục nhận thực thông qua một trung tâm nhận
thực.
22
Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh
Kỹ thuật xử lý số và truyền dẫn vô tuyến số trong các hệ thống thông tin di động
- Tính bảo mật cũng được tăng cường nhờ việc sử dụng mã số để ngăn chặn
hoàn toàn việc nghe trộm ở vô tuyến. Ở các nước điều kiện tương đối tốt, chất
lượng tiếng ở GSM ngang bằng với hệ thống tương tự. Tuy nhiên, ở các điều kiện
xấu do tín hiệu yếu hay do nhiễu giao thoa nặng thì GSM có chất lượng vượt trội.
1.1.3. Xu thế phát triển của mạng thông tin di động.
Tổng kết quá trình và xu thế phát triển của các hệ thống thông tin di động
trên thế giới, để đáp ứng các nhu cầu ngày càng tăng về các dịch vụ thông tin di
động, ngay từ các năm đầu của những năm 1990 người ta đã tiến hành nghiên cứu
và hoạch định hệ thống thông tin di động thế hệ ba. ITU-R đang tiến hành cộng tác
chuẩn hoá cho hệ thống thông tin di động toàn cầu IMT-2000.
- Các dịch vụ mạng mới và cải thiện các dịch liên quan đến truyền số liệu
của người sử dụng, số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao, dịch vụ vô tuyến gói
chung.
- Các tính năng liên quan đến dịch vụ tiêng, chuyển hướng cuộc gọi, hiện tên
chủ gọi, chuyển giao cuộc gọi và các dịch vụ cấm gọi mới.
- Cải thiện liên quan đến dịch vụ bản tin ngắn, móc nối các SMS (Short
Message Service), mở rộng bằng chữ cái, mở rộng tương tác giữa các SMS.
- Các công việc liên quan đến tính cước như dịch vụ tra tiền thoại trước, tính
cước nóng và hỗ trợ cho ưu tiên vùng gia đình.
- Tăng cường công nghệ SIM, dịch vụ mạng thông minh, chuyển mạch mạng
GSM-AMPS, các dịch vụ định vị, hỗ trợ định vị tuyến tối ưu…
- Mạng phải là băng rộng và có khả năng truyền đa phương tiện. Nghĩa là
mạng phải đảm bảo được tốc độ bít của người sử dụng đêne 2Mbps, có khả năng
cung cấp độ rộng băng tần (dung lượng) theo yêu cầu. ngoài ra phải đảm bảo đường
truyền vô tuyến không đối xứng với: Tốc độ cao bít ở đuờng xuống và tốc độ bít
thấp đường lên.
- Mạng phải cung cấp thời gian truyền dẫn theo yêu cầu. Nghĩa là đảm bảo
các kết nỗi chuyển mạch cho tiếng, các dịch vụ video, chất lượng dịch vụ không
thua kém chất lượng mạng cố định, nhất là với tiếng, phải có khả năng sử dụng toàn
cầu, nghĩa là bao gồm cả phần tử thông tin vệ tinh…
1.2. Kiến trúc của hệ thống GSM.
23
Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh
Kỹ thuật xử lý số và truyền dẫn vô tuyến số trong các hệ thống thông tin di động
Kiến trúc hệ thống được biểu diễn trên Hình 1.1.
SS
:
Hệ thống chuyển mạch
AUC
:
Trung tâm nhận thực
VLR
:
Bộ ghi định vị tạm trú
HLR
:
Bộ định vị thường trú
EIR
:
Thanh ghi nhận dạng thường trú
BSS
:
Hệ thống trạm gốc
BTS
:
Đài vô tuyến
BSC
:
Đài điều khiển trạm gốc
SS
AUC
ISDN
PSPDN
VLR
HLR
EIR
CSPDN
MSC
PSTN
BSS
PLMN
OSS
MC
BSC
BTS
MS
Hình 1.1. Mô hình hệ thống GSM
...............
là đường truyền dẫn tin tức.
kết nối cuộc gọi và truyền dẫn tin tức.
MSC
:
Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động
(goi tắt là tổng đài vô tuyến )
MS
:
Máy di động
OSS
:
Trung tâm khai thác và bảo dưỡng
ISDN
: Mạng số liên kiết đa dịch vụ
PSPDN
:
Mạng chuyển mạch công cộng theo gói
CSPDN
:
Mạng chuyển mạch số công cộng chuyển mạch kênh
PSTN
:
Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng
24
Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh
Kỹ thuật xử lý số và truyền dẫn vô tuyến số trong các hệ thống thông tin di động
PLMN
: Mạng di động mặt đất công cộng.
1.2.1. Kiến trúc mạng.
Mạng GSM được chia làm bốn phần chính.
• Trạm di động MS (Mobile Station)
• Hệ thống trạm gốc BSS (Base Station Subsystem) xử lý công việc liên quan
đến truyền phát sóng vô tuyến.
• Hệ thống chuyển mạch SS (Switching Subeystem) chuyên xử lý cuộc gọi và
công việc liên quan đến thuê bao.
• Hệ thống khai thác và hỗ trợ OSS (Operation and Support Subeystem) nó
cung cấp hỗ trợ ít tốn kém cho khách hàng để đảm bảo công tác bảo dưỡng
khai thác tại chỗ.
1.2.2. Trạm di động (MS - Mobile Station).
MS là thiết bị đầu cuối di động. Nó gồm thiết bị di động và được gắn cùng
với một module nhận thực thuê bao gọi là SIM
- Thiết bị di động (ME – Mobile Equipment): thiết bị di động có nhiều loại
khác nhau, được phân loại theo ứng dụng và công suất.
- SIM: SIM là một card thông minh lưu trữ các thông tin liên quan đến MS,
các dịch vụ GSM và các thông tin liên quan đến PLMN nhằm mục đích nhận
dạng thuê bao.
1.2.3. Phân hệ trạm gốc (BSS).
Hệ thống được thực hiện như là một mạng gồm nhiều ô vô tuyến cạnh nhau
để đảm bảo toàn bộ vùng phủ của vùng phục vụ. Mỗi ô có một trạm vô tuyến gốc
(BTS) làm việc ở tập hợp các kênh vô tuyến. Các kênh này khác với các kênh làm
việc của ô kế cận để tránh nhiễu giao thoa. BTS được điều khiển bởi bộ điều khiển
trạm gốc BSC. Các BSC được phục vụ bởi trung tâm chuyển mạch nghiệp vụ di
động (MSC). Một BSC điều khiển nhiều BTS.
BSS nối với MS thông qua giao diện vô tuyến và cũng nối đến NSS. Một bộ
phận TRAU (Transcoder/Rate Adaption Unit) thực hiện mã hoá và giải mã đồng
25
Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh
