Tổng quan về hệ thống thông tin di động GSM

Tổng quan về hệ thống thông tin di động GSM

GVHD: Th.s Võ Thị Hương

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ
KHOA ĐIỆN

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT VIỄN THÔNG
ĐỀ TÀI:
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM

SVTH: Nhóm 4

1


Tổng quan về hệ thống thông tin di động GSM

GVHD: Th.s Võ Thị Hương

MỤC LỤC
MỤC LỤC.........................................................................................................................
LỜI NÓI ĐẦU..................................................................................................................
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG THÔNG TIN
DI ĐỘNG..........................................................................................................................
1.1 Lịch sử phát triển viễn thông..................................................................................
1.2 Sự phát triển của dịch vụ thông tin di động............................................................
1.3 Mạng thông tin di động toàn cầu GSM..................................................................
1.4 Kết luận.................................................................................................................
CHƯƠNG II: CẤU TRÚC VÀ THÀNH PHẦN MẠNG GSM ...................................

2.1 Sơ đồ khối mạng GSM.........................................................................................
2.2 Các phần tử chức năng trong mạng GSM............................................................
2.2.1. Phân hệ chuyển mạch NSS...........................................................................
2.2.1. Hệ thống trạm gốc.........................................................................................
2.2.3. Hệ thống hỗ trợ hoạt động OSS....................................................................
2.2.4. Trạm di động MS..........................................................................................
2.3 Các giao diện trong GSM.....................................................................................
2.4 Cấu trúc mạng địa lý của GSM.............................................................................
2.4.1 Tổng đài chuyển mạch di động cổng (GMSC)..............................................
2.4.2 Vùng phục vụ.................................................................................................
2.4.3 Cell..................................................................................................................
2.4.4 Vùng định vị...................................................................................................
2.4.5 Vùng phục vụ của MSC.................................................................................
2.4.6 Vùng phục vụ của nhà khai thác....................................................................

SVTH: Nhóm 4

2


Tổng quan về hệ thống thông tin di động GSM

GVHD: Th.s Võ Thị Hương

2.4.7 Băng tần..........................................................................................................
CHƯƠNG III: CÁC THỦ TỤC CƠ BẢN TRONG GSM ...........................................
3.1 Thực hiện cuộc gọi trong mạng GSM..................................................................
3.2 Gửi và nhận tin nhắn trong mạng GSM...............................................................
CHƯƠNG IV: GIAO DIỆN VÔ TUYẾN ....................................................................
4.1 Giới thiệu...............................................................................................................

4.2 Kênh vật lý............................................................................................................
4.3 Kênh logic.............................................................................................................
4.3.1 Nhóm kênh lưu lượng TCH...........................................................................
4.3.2 Nhóm kênh điều khiển CCH..........................................................................
4.4 Cấu trúc cụm và siêu đa khung.............................................................................
4.4.1 Cấu trúc một cụm...........................................................................................
4.4.2 Tổ chức khung, đa khung và siêu khung.......................................................
4.5 Sử dụng lại tần số trong GSM..............................................................................
CHƯƠNG V: CÁC THÔNG SỐ CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG GSM
.........................................................................................................................................
5.1 Các yêu cầu chức năng mạng...............................................................................
5.2 Các chỉ tiêu về cấu hình mạng..............................................................................
5.3 Các chỉ tiêu về truyền dẫn.....................................................................................
5.4 Các chỉ tiêu về chất lượng dịch vụ.......................................................................
LỜI KẾT.........................................................................................................................

SVTH: Nhóm 4

3


Tổng quan về hệ thống thông tin di động GSM

GVHD: Th.s Võ Thị Hương

LỜI NÓI ĐẦU

Thông tin liên lạc là một nhu cầu của bất kỳ một xã hội phát triển nào. Để đáp
ứng nhu cầu liên lạc ngày càng cao của xã hội, thông tin di động đã được nghiên
cứu và phát triển từ rất sớm. Bắt đầu với các hệ thống thông tin di động sử dụng

công nghệ analog, cho đến nay các mạng di động sử dụng công nghệ số đang
được ứng dụng rộng rãi và phát triển vô cùng mạnh mẽ. Trong các công nghệ
thông tin di động thì công nghệ GSM đóng vai trò nền tảng, chủ đạo trong hệ
thống thông tin di động hiện tại, chiếm ưu thế tuyệt đối khi có đến 80% thiết bị di
động toàn cầu sử dụng công nghệ này. Ngoài ra, nó còn đóng vai trò quan trọng
trong việc làm nền tảng để có thể phát triển thêm các công nghệ thông tin di động
sau này như GPRS , EDGE và W-CDMA.
Đồ án kĩ thuật viễn thông của chúng em sẽ nghiên cứu các vấn đề kĩ thuật của
GSM như cấu trúc, thành phần, các giao diện và cuối cùng là chỉ tiêu đánh giá
chất lượng dịch vụ trong một mạng di động sử dụng công nghệ này. Đồ án gồm
các chương sau:
Chương I: Giới thiệu lịch sử phát triển của mạng thông tin di động
Chương II: Cấu trúc và thành phần mạng GSM
Chương III: Các thủ tục cơ bản trong GSM
Chương IV: Giao diện vô tuyến
Chương V: Các thông số chỉ tiêu đánh giá chất lượng mạng GSM
Chúng em xin chân thành cám ơn Th.s Võ Thị Hương đã giúp đỡ bọn em
trong quá trình hoàn thành đồ árrhgfvbrn này. Mặc dù đã có rất nhiều cố gắng
trong việc hoàn thành đồ án nhưng với thời gian và trình độ có hạn nên đồ án còn
SVTH: Nhóm 4

4


Tổng quan về hệ thống thông tin di động GSM

GVHD: Th.s Võ Thị Hương

có nhiều thiếu sót, chúng em rất mong nhận được các ý kiến đóng góp và chỉ dẫn
thêm từ các thầy cô và các bạn.

Đà Nẵng 5-2012

SVTH: Nhóm 4

5


Tổng quan về hệ thống thông tin di động GSM

GVHD: Th.s Võ Thị Hương

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA
MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VIỄN THÔNG
Kĩ thuật viễn thông đã trải qua một quá trình phát triển lâu dài. Nhu cầu
thông tin liên lạc tầm xa hiệu quả đã thúc đẩy sự phát triển không ngừng của các
công nghệ mới. Từ bước khởi đầu sơ khai với điện báo vào nửa đầu thế kỉ XIX,
hiện nay công nghệ viễn thông đã dần tiến đến thế hệ thứ 5 của hệ thống thông
tin di động.
Chi tiết các mốc thời gian đáng chú ý:
1836-1866: Điện báo, kỹ thuật ghép kênh, cáp nối qua Đại tây dương.
1876-1899: Điện thoại (A.G. Bell), tổng đài điện thoại, chuyển mạch tự động
từng nấc.
1887-1907: Điện báo không dây (Marconi) nối từ tàu biển vào bờ ừên ĐTD.
1820-1828: Lý thuyết truyền dẫn (Carson, Nyquist, Johnson, Hartley).
1923-1938: Truyền hình, ống tia âm cực chân không (DuMont), phát thanh
quảng bá.
1948-1950: Lý thuyết thông tin (Shannon), các mã sửa lỗi (Hamming, Golay),
ghép kênh theo thời gian ứng dụng vào điện thoại.

1960: Mô phỏng laser (Maiman).
1962: Thông tin yệ tinh Telstar I.
1962-1966: Dịch vụ truyền số liệu được đưa ra thương mại; PCM khả thi cho
truyền dẫn tín hiệu thoại và truyền hình; lý thuyết truyền dẫn số, mã sửa sai
(Viterbi).
SVTH: Nhóm 4

6


Tổng quan về hệ thống thông tin di động GSM

GVHD: Th.s Võ Thị Hương

1964: Khai thác các hệ thống chuyển mạch.
1970-1975: CCITT phát triển các tiêu chuẩn về PCM.
1975-1985: Hệ thống quang dưng lượng lớn, chuyển mạch tích hợp cao, các
bộ vi xử lý tín hiệu số; Mạng di động tổ ong hiện đại được đưa vào khai thác
(NMT, AMPS); Mô hình tham chiếu OSI (tổ chức ISO).
1985- 1990: LAN, ISDN được chuẩn hoá, các DV truyền SL phổ biến,
truyền dẫn quang thay cáp đồng trên các đường truyền dẫn băng rộng cự ly xa,
phát triển SONET, chuẩn hoá và khai thác GSM, SDH.
1990-1997: GSM tế bào số, truyền hình vệ tinh phổ biến rộng rãi trên thế
giới; Internet mở rộng nhanh chóng nhờ world wide web.
1997-2000: Viễn thông mang tính cộng đồng, phát triển rộng rãi GSM,
CDMA; Internet phát triển; WAN băng rộng nhờ ATM, LAN Gb.
2001: HDTV, di động 3G, các mạng băng rộng, các hệ thống truy nhập đưa
các dịch vụ đa phương tiện tới mọi người.
Chúng ta có thể xét tiến trình phát triển của mạng thông tin di động qua các
giai đoạn sau:

Giai đoạn 2G: gồm có GSM, SMS, Cỉcuit Data
Giai đoạn 2,5G (năm 2001 - 2002): HSCSD, GPRS, ASCI
Giai đoạn 3 (GSM Phase 2+): ở giai đoạn này được chia làm 2 hướng phát
triển là:
+ Từ giai đoạn 2 lên UMTS
+ Từ giai đoạn 2 thông qua EDGE lên UMTS.

SVTH: Nhóm 4

7


Tổng quan về hệ thống thông tin di động GSM

GVHD: Th.s Võ Thị Hương

1.2 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA DỊCH VỤ THÔNG TIN DI ĐỘNG
Hệ thống thông tin di động từ lâu đã là một khao khát lớn lao của con người.
Khao khát này chỉ có thể trở thành hiện thực ngay sau khi kỹ thuật thông tin bằng
sóng vô tuyến điện ra đời vào thế kỷ thứ 19. Tuy nhiên việc đưa hệ thống thông
tin di động vào phục vụ công cộng chỉ được thực hiện sau chiến tranh thế giới lần
thứ hai.
Do sự phát triển của công nghệ điện tử và thông tin cùng nhu cầu đòi hỏi của
con người ngày càng tăng cao nên mạng thông tin di động ngày càng được phổ
biến, độ tin cậy ngày càng tăng. Quá trình phát triển của mạng thông tin di động
như sau:
* Thế hệ thứ nhất: Sau năm 1946. Khả năng phục vụ nhỏ, chất luợng không
cao, giá cả đắt.
* Thế hệ thứ hai: Từ năm 1970 đến 1979. Cùng với sự phát triển của
processor đã mở cửa cho việc thực hiện một hệ thống phức tạp hơn. Nhưng vì

vùng phủ sóng của Anten phát của trạm di động còn bị hạn chế do đó hệ thống
chia thành các trạm phát và có thể dùng nhiều trạm thu cho 1 trạm phát.
* Thế hệ thứ ba: Là mạng tổ ong tương tự (1979-1990). Các trạm thu phát
được đặt theo hình tổ ong, mỗi ô là 2 cell. Mạng này cho phép sử dụng lại tần số,
cho phép chuyển giao các vùng trong cuộc gọi.
Các mạng điển hình là:
+ AMPS (Advanced Mobile phone service): Đưa vào hoạt động tại Mỹ năm
1979.
+ NMT (Nordic Mobile Telephone System): Là hệ thống điện thoại di động

SVTH: Nhóm 4

8


Tổng quan về hệ thống thông tin di động GSM

GVHD: Th.s Võ Thị Hương

tương tự của các nước Bắc Âu (1981).
+ TACS (Total Access Communication System): nhận được từ AMPS đã
được lắp đặt ở Anh năm 1985.
Ngày nay hầu hết tất cả các nước Châu Âu đều có 1 hoặc nhiều mạng tổ ong.
Tất cả những hệ thống tế bào này đều thực hiện việc truyền âm tương tự bằng
điều tần. Họ thường dùng băng tần xung quanh tần số 450MHz hoặc 900MHz,
vùng phủ sóng thường là vùng rộng với số lương thuê bao lên đến hàng trăm
ngàn.
* Thế hệ thứ tư: Là thế hệ dựa trên kỹ thuật truyền dẫn số.
+ GSM (Global System for Mobile Communications): Đưa vào hoạt động tại
Châu Âu từ năm 1992.

+ DCS (Digital Cellular System): Dựa trên mạng GSM sử dụng tần số
1800MHz.
+ CDMA(Code Division Multi Access): Công nghệ truy cập 3G dựa trên nền
tảng CDMA (khác với nền tảng GSM).
* Thế hệ thứ năm: Đang được các tổ chức chuẩn hóa nghiên cứu và thảo
luận. Người ta ước tính hệ thống này sẽ được triển khai rộng rãi vào năm 2020
(10 năm sau thế hệ thứ tư).
1.3 MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TOÀN CẦU GSM:
Từ đầu năm 1980 sau khi hệ thống WMT đã được đưa vào hoạt động một
cách thành công thì nó cũng biểu hiện một số hạn chế:
Thứ nhất: Do yêu cầu dịch vụ di động quá lớn so với con số mong đợi của các
nhà thiết kế hệ thống, do đó hệ thống này không đáp ứng được.
Thứ hai: Các hệ thống khác nhau đang hoạt động không phù hợp với người
dùng trong mạng. Ví dụ: Một đầu cuối trong TACS không thể truy nhập vào
SVTH: Nhóm 4

9


Tổng quan về hệ thống thông tin di động GSM

GVHD: Th.s Võ Thị Hương

mạng NMT cũng như một đầu cuối di động NMT cũng không thể truy nhập vào
mạng TACS.
Thứ ba: Nếu thiết kế một mạng lớn cho toàn Châu Âu thì không một nước
nào đáp ứng được vì vốn đầu tư lớn.
Tất cả những điều đó dẫn đến một yêu cầu là phải thiết kế một hệ thống mới
được làm theo kiểu chung để có thể đáp ứng được cho nhiều nứoc trên thế giới.
Trước tình hình đó vào tháng 9/1987 trong Hội nghị của Châu Âu về bưu chính

viễn thông, 17 quốc gia đang sử dụng mạng điện thoại di động đã họp hội nghị
và ký vào biên bản ghi nhớ làm nền tảng cho mạng thông tin di động số toàn
Châu Âu.
Đến năm 1988 Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu EuropeanTelecommunication-Standard Institute) đã thành lập nhómđặc trách về mạng
thông tin di động số GSM. Nhóm này có nhiệm vụ đưa ra tiêu chuẩn thống nhất
cho hệ thống thông tin di động số GSM dưới hình thức các khuyến nghị, lấy các
tiêu chuẩn này làm cơ sở cho việc xây dựng mạng thông tin di động và làm sao
cho chúng thống nhất, tương thích với nhau.
* Về mặt kỹ thuật:
Một số mục đích của Hệ thống sáng tỏ một trong nhữngmục đích ấy là hệ
thống cần cho phép chuyển vùng tự do với các thuê bao trong Châu Âu, có nghĩa
là thuê bao của nước này có thể thâm nhập vào mạng của nứoc khác khi di
chuyển qua biên giới trạm GSM-MS (Mobile -Station) phải tạo cho người dùng
gọi hoặc bị gọi được trong vùng phủ sóng quốc tế.
* Các chỉ tiêu phục vụ:
- Hệ thống được thiết kế sao cho MS có thể được dùng trong tất cả các nước
SVTH: Nhóm 4

10


Tổng quan về hệ thống thông tin di động GSM

GVHD: Th.s Võ Thị Hương

có mạng.
- Cùng với phục vụ thoại, hệ thống phải cho phép sự linh hoạt lớn nhất cho
các loại dịch vụ khác liên quan đến mạng liên kết số liệu đa dịch vụ ISDN
(Intergrated Service Digital Network).
- Tạo một thống có thể phục vụ cho các MS trên các tầu viễn dương cũng như

một mạng mở rộng của các dịch vụ di động mặt đất.
* Về chất lượng phục vụ và an toàn bảo mật:
- Chất lượng của tiếng thoại trong GSM phải ít nhất có chất lượng như các hệ
thống di động tương tự trước đó trong điều kiện thực tế.
- Hệ thống có khả năng mật mã hoá thông tin người dùng mà không ảnh
hưởng gì đến hệ thống, cũng như không ảnh hưởng đến thêu bao khác không
dùng đến khả năng này.
* Về sử dụng tần số:
- Hệ thống cho phép khả năng sử dụng dải tần đạt hiệu quả cao để có thể phục
vụ ở vùng thành thị lẫn vùng nông thôn cũng như các dịch vụ mới phát triển.
- Dải tần số hoạt động: 890-960MHz.
- Hệ thống GSM900 phải có thể cùng tồn tại với các hệ thống dùng 900MHz
trước đây.
* Về mạng:
- Kế hoạch nhận dạng dựa trên khuyến nghị của CCITT. Kế hoạch đánh số
cũng dựa trên khuyến nghị của CCITT.
- Trung tâm chuyển mạch và các thanh ghi dịch vụ phải dùng hệ thống báo
hiệu đã được tiêu chuẩn hoá quốc tế.
1.3 KẾT LUẬN
Rõ ràng lịch sử cho thấycông nghệ thông tin di động di động đã phát triển
SVTH: Nhóm 4

11


Tổng quan về hệ thống thông tin di động GSM

GVHD: Th.s Võ Thị Hương

không ngừng. Tuy ra đời đã khá lâu nhưng GSM vẫn đóng vai trò hết sức quan

trọng, làm tiền đề cho các công nghệ sau này như GPRS, EDGE và W-CDMA.
Việc thiết bị di động sử dụng công nghệ GSM chiếm lĩnh hơn 80% thị phần di
động toàn cầu (theo GSM Association) đã chứng tỏ tầm quan trọng và sự phổ
biến của nó. Các chương sau sẽ đi sâu hơn vào công nghệ di động này.

CHƯƠNG II: CẤU TRÚC VÀ THÀNH PHẦN MẠNG GSM
2.1 SƠ ĐỒ KHỐI MẠNG GSM

Hình 2.:1 Sơ đồ khối cấu trúc GSM

2.2 CÁC PHẦN TỬ CHỨC NĂNG TRONG MẠNG GSM:
2.2.1. Phân hệ chuyển mạch NSS (Network Switching Subsystem)

SVTH: Nhóm 4

12


Tổng quan về hệ thống thông tin di động GSM

GVHD: Th.s Võ Thị Hương

Bao gồm các thành phần có chức năng chuyển mạch chính của GSM và chức
năng quản lý cơ sở dũ liệu của các thuê bao. Chức năng chính của nó là quản lý
thông tin giữa những người dùng mạng GSM và các mạng khác.
NNS bao gồm:
- Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động cổng (GMSC).
- Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động (MSC).
- Bộ ghi định vị tạm trú (VLR)
- Bộ ghi định vị thường trú (HLR)

- Trung tâm nhận thực (AMC)
- Bộ ghi nhận dạng thiết bị (EIR)

Hình 2.2: Kiến trúc logic của NSS

* Đặc tính và nhiệm vụ của từng khối:
- MSC: là hạt nhân của mạng PLMN, nó có nhiệm vụ định tuyến và kết nối các
phần tử của mạng thuê bao di động với nhau hoặc với thuê bao của mạng PSTN
và ISDN. Các số liệu liên quan đến thuê bao di động được cung cấp từ HLR,
VNR, AUC và EIR, từ đó các báo hiệu cần thiết sẽ được phát ra các giao diện
SVTH: Nhóm 4

13


Tổng quan về hệ thống thông tin di động GSM

GVHD: Th.s Võ Thị Hương

ngoại vi với tất cả các thành phần mạng (BSS/HLR/AVC/EIR/OMC) và nối với
mạng cố định PSTN hay ISDN. MSC còncung cấp các dịch vụ của mạng cho
thuê bao. Nó chứa các dữ liệu và thực hiện quá trình Hardover. Trong chế độ
thoại một bộ phận Echo-Canceller được đặt giữa MSC và PSTN để triệt tiếng
vọng gây ra ở các bộ biến đổi từ 2 dây sang 4 dây trong PSTN.

- HLR: Cơ sở dữ liệu quan trọng nhất của mạng di động số. HLR được sử dụng
theo dõi MS, là nơi thuê bao mua một đăng ký từ một hãng khai thác GMS mà
HLR thuộc hãng này. HLR chứa thông tin về thuê bao như các dịch vụ bổ xung
và các thông số nhận thực. Nó chứa thông tin về vị trí thông tin của MS trong
một vùng MSC nào đó và thông tin này thay đổi thì MS di động. MS sẽ gửi đi

thông tin về vị trí (qua MSC/VLR) đến HLR của mình nhẵm đảm bảo phương
tiện thu một cuộc gọi. Trong HLR còn thực hiện tạo một báo hiệu số 7 trên giao
diện với MSC.
- VLR: Là cơ sở dữ liệu chứa thông tin về tất cả các MS hiện ở vùng phục vụ
của MSC. Mỗi MSC có một VLR và VLR được kết hợp trong phần cứng của
MSC. VLR có thể coi như một HLR phân bố. VLR chứa thông tin chính xác hơn
về vị trí của MS ở vùng MSC. Trong trường hợp MS lưu động và cùng MSC
mới. VLR liên kết với MSC lấy số liệu về MS này từ HLR và thông báo cho
HLR vị trí của MS sau đó VLR có thể thiết lập cuộc gọi cho MS mà không cần
đến HLR.
- AUC: Là một bộ phận trong phần cứng của HLR trong đó GSM có nhiều biện
pháp an toàn khác nhau để tránh việc sử dụng trái phép, cho phép bám và ghi lại
cuộc gọi đường vô tuyến. Với mỗi một mã thuê bao có một mã bảo mật riêng
SVTH: Nhóm 4

14


Tổng quan về hệ thống thông tin di động GSM

GVHD: Th.s Võ Thị Hương

biệt nhằm chống lại sự nghe trộm, mã này được bảo vệ chống mọi xâm nhập trái
phép. Mã nhận dạng thuê bao duy nhất được lưu trong HLR và trong bộ nhớ
SIM-CARD.
- EIR: Chứa số liệu phần cứng của thiết bị (MS). EIR được nối với MSC qua
đường báo hiệu, cho phép MSC kiểm tra sự hợp lệ của thiết bị. Nó bảo vệ mạng
PLMN khỏi sự thâm nhập của thuê bao trái phép.

2.2.2. Hệ thống trạm gốc (BBS)

BSS chịu trách nhiệm chủ yếu các chức năng vô tuyến ở hệ thống quản lý
thông tin vô tuyến với các máy di động. Nó cũng điều khiển việc chuyển giao các
cuộc gọi đan tiến hành giữa các ô được điều khiển bởi BSC này. BSS chịu trách
nhiệm quản lý tất cả các tiềm năng vô tuyến của mạng và số liệu về cấu hình của
ô.
BSS chứa một bộ điều khiển trạm gốc BSC (Base Station Controller) và một
hay nhiều trạm thu phát gốc BTS (Base Tranceiver Station).
Nếu khoảng cách giữa BTS và BSC nhỏ hơn 10m các kênh thông tin có thể nối
trực tiếp (Combine), nếu lớn hơn thì có thể phải qua một giao diện ABIS
(Remote). Một BSC có thể quản lý nhiều BTS theo cấu hình hỗn hợp.

SVTH: Nhóm 4

15


Tổng quan về hệ thống thông tin di động GSM

GVHD: Th.s Võ Thị Hương

Hình 2.3:Kiến trúc logic của BSS

a. Chức năng của BTS:
Mỗi trạm BTS phục vụ cho một ô để cung cấp đường truyền vô tuyến. BTS
được giới hạn bởi hai giao diện:
- Giao diện vô tuyến (giữa BTS và MS).
- Giao diện BTS – MSC

BTS đảm bảo:
+ Đường nối vô tuyến với MS.

+ Phần băng cơ sở của lớp thu phát 1 và 2. Phần này sử lý giao thức thâm
nhập đường truyền ở kênh D (LAPD: Link Access Procotol on D channel ) giữa
BTS và BSC và giao thức thâm nhập đường truyền ở kênh D di động (LAPDm
Link Acces Procotol on D mobile) giữa BTS và MS. LAPDm có thể được sử
dụng đồng thời cho bản tin ngắn.
+ Các chức năng khai thác và bảo dưỡng riêng cùng với chức năng quản lý
các tiềm năng vô tuyến.
SVTH: Nhóm 4

16


Tổng quan về hệ thống thông tin di động GSM

GVHD: Th.s Võ Thị Hương

b. Chức năng của BSC:
BSC thực hiện các chức năng quản lý tiềm năng vô tuyến. Các chức ăng
chính của BSC là:
- Thiết lập và giải phóng các tiềm năng vô tuyến theo nhu cầu của MS và
MSC.
- Chuyển giao MS.
- Điều khiển công suất BTS và MS có thể thực hiện bởi BTS hoặc bởi BSC.
Nhà 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 thi cấu hình BSC.
BSC cũng có thể thu nhập các số liệu đo từ BTS, BIE, lưu giữ chúng trong bộ
nhớ và cung cấp OMC theo yêu cầu. Gioa diện giữa BSC và OMC được thực
hiện bằng các đường truyền X.25. BSC cũng có giao diện người máy đấu nối tại
chỗ thiết bị máy tính đầu cuối.

2.2.3. Hệ thống hỗ trợ hoạt động OSS
OSS: Hệ thống khai thác hỗ trợ được nối đến tất cả các thiết bị ở hệ thống
chuyển mạch và nối đến BSS. OSS có các chức năng sau:
- Quản lý hệ thống chuyển mạch, quy định các thay đổi số thoại, phân tích
tuyến, các băng phân tích IMSI,...
- Quản lý thuê bao : Các loại đầu nối, giải phóng nối, các nhận dạng định vị
vùng (LAI).
- Quản lý TRX: Các qui định TRX, TRI, các kênh lôgíc,...
- Các chức năng đo : Lưu lượng các chuyển giao thống kê,...
2.2.4 Trạm di động (Mobile Station)
SVTH: Nhóm 4

17


Tổng quan về hệ thống thông tin di động GSM

GVHD: Th.s Võ Thị Hương

MS bao gồm một thiết bị vật lý được sử dụng bởi thuê bao PLMN để kết nối
với mạng. Nó bao gồm thiết bị di động (Mobile Equipment) và khối nhận dạng
thuê bao (Subscriber Identification Module).
* SIM lưu trữ IMSI, MSISDN, khóa xác thực Ki và giải thuật dùng cho kiểm
tra xác thực.
* ME có số xác nhận IMEI duy nhất, được sử dụng bởi EIR.
2.3 CÁC GIAO DIỆN TRONG GSM
2.3.1 Giao diện A (MSC-BSS)
Giao diện giữa BSS-MSC được dùng để mang các thông tin liên quan đến:
* Quản lý BSS

* Quản lý cuộc gọi
* Quản lý di động
2.3.2 Giao diện Abis (BSC-BTS)
Giao diện này được sử dụng giữa BSC và BTS để hỗ trợ các dịch vụ cho
người dùng và thuê bao GSM. Giao diện này cũng cho phép việc điều khiển các
thiết bị vô tuyến và tần số vô tuyến cấp phát cho BTS.
2.3.3 Giao diện B (MSC-VLR)
Bất cứ khi nào MSC cần dữ liệu liên quan tới một MS đang trong khu vực
của nó, nó sẽ hỏi VLR thông qua giao diện này. Thí dụ khi mà MS bắt đầu thủ
tục cập nhật vị trí với một MSC, MSC thông báo cho VLR của nó các thông tin
liên quan.
2.3.4 Giao diện D (HLR-VLR)
Giao diện này được sử dụng để trao đổi dữ liệu liên quan đến vị trí của MS và
việc quản lý thuê bao. Dịch vụ chính được cung cấp cho thuê bao di động là khả
năng thiết lập hay nhận các cuộc gọi trong toàn bộ service area. Để hỗ trợ điều
SVTH: Nhóm 4

18


Tổng quan về hệ thống thông tin di động GSM

GVHD: Th.s Võ Thị Hương

này, các thanh ghi vị trí phải trao đổi dữ liệu.
Trao đổi dữ liệu xảy ra khi thuê bao di động đòi hỏi dịch vụ cụ thể, khi muốn
thay đổi dữ liệu attach trong thông tin thuê bao.
2.3.5 Giao diện E (MSC-MSC)
Khi MS di chuyển từ MSC area sang MSC area khác trong suốt cuộc gọi, thủ
tục handover phải được tiến hành để có thể duy trì liên lạc. Bởi mục đích đó các

MSC phải trao đổi dữ liệu để bắt đầu và thực hiện việc này
Sau khi handover hoàn tất, các MSC sẽ trao đổi thông tin để truyền tải báo
hiệu giao diện A nếu cần thiết. Khi mà một thông điệp ngắn được truyền giữa
MS và SMC (Short Message Service Centre), cả 2 chiều, giao diện này được
dùng để truyền thông điệp giữa MSC phục vụ MS và MSC có giao diện với SC.
2.3.6 Giao diện F (MSC-EIR)
Giao diện này dùng cho trao đổi dữ liệu giữa MSC và EIR, mục đích để EIR
có thể xác nhận trạng thái khi nhận được IMEI từ MS

2.3.7 Giao diện G (VLR-VLR)
Khi MS di chuyển từ VLR area này sang VLR area khác, thủ tục đăng ký vị
trí sẽ xảy ra. Thủ tục này có thể bao gồm việc lấy IMSI và các thông số xác thực
trong VLR cũ.
2.3.8 Giao diện H (HLR-AuC)
Khi HLR nhận yêu cầu xác thực và mã hóa dữ liệu cho MS, HLR yêu cầu dữ
liệu từ AuC. Giao thức được sử dụng để truyền dữ liệu thông qua giao diện này
không được chuẩn hóa.
2.3.9 Giao diện Um (MS-BTS)
Giao diện này là giao diện vô tuyến sẽ được trình bày trong chương sau.
SVTH: Nhóm 4

19


Tổng quan về hệ thống thông tin di động GSM

GVHD: Th.s Võ Thị Hương

Hình 2.4. Các giao diện trong hệ thống GSM

2.4 CẤU TRÚC MẠNG ĐỊA LÝ CỦA GSM
Mọi mạng điện thoại cần một cấu trúc nhất định để định tuyến các cuộc gọi
vào đến tổng đài cần thiết và cuối cùng đến thuê bao bị gọi. Đây là yếu tố quan
trọng với một mạng di động do nó đảm bảo tính lưu động của thuê bao trong
mạng.
2.4.1. Tổng đài chuyển mạch di động cổng (GATEWAY-MSC)
GMSC làm việc như một tổng đài trung kế vào cho mạng GSM/ PLMN. Nó
thực hiện chức năng hỏi định tuyến cuộc gọi cho các cuộc gọi kết cuối di động,
cho phép hệ thống định tuyến các cuộc gọi đến nơi nhận cuối cùng của chúng là
SVTH: Nhóm 4

20


Tổng quan về hệ thống thông tin di động GSM

GVHD: Th.s Võ Thị Hương

các trạm di động bị gọi.
Tất cả các cuộc gọi vào GSM/PLMN sẽ được định tuyến đến một hay nhiều
GMSC.

Hình 2.5: Sơ đồ liên kết GMSC
2.4.2. Vùng phục vụ
Vùng MSC được một MSC quản lý. Về định tuyến cuộc gọi đến một thuê bao
di động, đường truyền qua mạng sẽ nối đến MSC ở vùng phục vụ mà thuê bao
đang ở. Vùng phục vụ là bộ phận của mạng được định nghĩa như một vùng mà ở
đó có thể đạt đến một trạm di động nhờ việc trạm này được nghỉ lại ở một bộ
định vị tạm trú VLR. ở CME 20 vùng MSC và vùng phục vụ bao phủ cùng một
bộ phận của mạng.

2.4.3 Ô (cell)
Là đơn vị cơ bản của hệ thống tế bào, được định nghĩa theo vùng phủ sóng
của BTS. Mỗi ô được cấp một số định danh duy nhất gọi là CGI (Cell Global
Identity). Để phủ sóng toàn quốc, người ta càn đến một số lượng rất lớn BTS. Để
phủ sóng toàn bộ 61 tỉnh thành Mobiíone bố ừí 358 BTS, Việc bố ừí dựa trên
một mức độ khai thác của từng khu vực, chỉ riêng khu vực 2 (từ Lâm Đồng trở
vào) đã đặt đến gần 300 BTS (chiếm gàn một nữa tổng số BTS của mạng); trong
tương lai, GPC (công ty quản lý mạng Vinaphone) và VMS (MobiFone) vẫn sẽ
SVTH: Nhóm 4

21


Tổng quan về hệ thống thông tin di động GSM

GVHD: Th.s Võ Thị Hương

tiếp tục lắp đặt thêm BTS để mở rộng và nâng cấp chất lượng vùng phủ sóng.
2.4.4 Vùng định vị (Location Area)
Nhiều ô được ghép nhóm và gọi là một LA. Trong mạng, vị trí của thuê bao
do LA khu vực của thuê bao nắm giữ. số định danh cho LA được lưu thành thông
số LAI (Location Area Identity) ứng với từng thiết bị di động (điện thoại di
động) trong VLR. Khi thiết bị di chuyển sang ô của LA khác thì bắt buộc phải
đăng ký lại vị trí với mạng, nếu dịch chuyển giữa các ô ừong cùng một LA thì
không phải thực hiện qui ữình trên. Khi có cuộc gọi đến thiết bị, thông điệp được
phát ra (broadcast) toàn bộ các ô của LA đang quản lý thiết bị.
2.4.5 Vùng phục vụ của MSC
Nhiều vùng LA được quản lý bởi một MSC. Để có thể kết nối cuộc thoại đến
thiết bị di động, thông tin vùng dịch vụ MSC cũng được theo dõi và lưu lại HLR.

2.4.6 Vùng dịch vụ của nhà khai thác
Vùng phục vụ của nhà khai thác bao gồm toàn bộ các ô mà công ty có thể
phục vụ; nói cách khác, đây chính là toàn bộ của vùng phủ sóng của nhà khai
thác mà thuê bao có thể truy nhập vào hệ thống. Mỗi nhà khai thác sẽ có thông số
vùng phục vụ riêng. Việt Nam hiện có hai vùng phục vụ MobiFone và
Vinaphone, hy vọng sắp tới sẽ sớm có thêm vùng phục vụ của Saigon Postel liên
doanh với SLD (Singapore), Vietel, Viễn Thông Sài Gòn.
Vừng dịch vụ GSM: Vùng dịch vụ GSM là toàn bộ vùng địa lý mà thuê bao
có thể truy nhập vào mạng GSM, và sẽ càng mở rộng khi có thêm nhiều nhà khai
thác ký thỏa ước họp tác với nhau. Hiện tại thì vùng dịch vụ GSM đã phủ hàng
chục quốc gia, kéo dài từ Ai-xơ-len đến Châu úc và Nam Phi. Chuyển vùng là
khả năng cho phép thuê bao truy nhập mạng của mình từ mạng khác. Mô hình
SVTH: Nhóm 4

22


Tổng quan về hệ thống thông tin di động GSM

GVHD: Th.s Võ Thị Hương

mạng di động tế bào có thể được trình bày giữa hai góc độ .
2.4.7 Băng tần
Hiện tại mạng GSM đang hoạt động trên 3 băng tần: 900, 1800, 1900MHz.
Chuẩn GSM ban đầu sử dụng băng tần 900MHz, gọi là phiên bản P-GSM
(Primary GSM). Để tăng dung lượng, băng tần dàn mở sang 1800 và 1900MHz,
gọi là phiên bản mở rộng (E-GSM). Chính vì thế, thị trường đã xuất hiện nhiều
loại điện thoại hỗ ừợ nhiều băng tần nhằm tạo thuận lợi cho người dùng thường
xuyên đi nước ngoài và tận dụng được hết ưu thế chuyển vùng quốc tế của mạng
GSM hiện nay.

CHƯƠNG III: CÁC THỦ TỤC CƠ BẢN TRONG GSM
Khi thực hiện cuộc gọi hay nhắn tin trong mạng GSM thì hệ thống sẽ phải trải
qua một số các thủ tục để thiết lập cuộc gọi hay chuyển tin. Thiết bị sẽ tự động
thực hiện quy trình cần thiết mà không cần đến sự quan tâm hay điều khiển của
người dùng.
3.1. THỰC HIỆN CUỘC GỌI TRONG MẠNG GSM
Khi thực hiện cuộc gọi trong mạng GSM thì hệ thống sẽ phải trải qua một số
SVTH: Nhóm 4

23


Tổng quan về hệ thống thông tin di động GSM

GVHD: Th.s Võ Thị Hương

các thủ tục để thiết lập cuộc gọi. Thiết bị sẽ tự động thực hiện quy trình cần thiết
mà không cần đến sự quan tâm hay điều khiển của người dùng.
3.1.1 Đăng nhập thiết bị vào mạng:
Khi thiết bị (điện thoại di động) ở trạng thái tắt, nó được tách ra khỏi mạng.
Khi bật lên, thiết bị dò tần số GSM để tìm kênh điều khiển. Sau đó, thiết bị đo
cường độ của tín hiệu từ các kênh và ghi lại. Cuối cùng thì chuyển sang kết nối
với kênh có tín hiệu mạnh nhất.
3.1.2. Chuyển vùng:
Vì GSM là một chuẩn chung nên thuê bao có thể dùng điện thoại hệ GSM
tại hầu hết các mạng GSM trên thế giới. Trong khi di chuyển, thiết bị liên tục dò
kênh để luôn duy trì tín hiệu với trạm là mạnh nhất. Khi tìm thấy trạm có tín hiệu
mạnh hơn, thiết bị sẽ tự động chuyển sang mạng mới; nếu trạm mới nằm trong
LA khác, thiết bị sẽ báo cho mạng biết vị trí mới của mình. Riêng với chế độ

chuyển vùng quốc tế hoặc chuyển vùng giữa mạng của hai nhà khai thác dịch vụ
khác nhau thì quá trình cập nhật vị trí đòi hỏi phải có sự chấp thuận và hỗ trợ từ
cấp nhà khai thác dịch vụ.

3.1.3 Thực hiện cuộc gọi từ thiết bị di động vào điện thoại cố định:
1. Thiết bị kiểu yêu cầu một kênh báo hiệu.
2. BSC/TRC sẽ chỉ định kênh báo hiệu.
3. Thiết bị gửi yêu cầu thiết lập cuộc gọi cho MSC/VLR. Thao tác đăng ký
trạng thái tích cực cho thiết bị vào VLR, xác thực, mã hóa, nhận dạng thiết bị,
gửi số được gọi cho mạng, kiểm tra xem thuê bao có đăng ký dịch vụ cấm gọi ra
đều được thực hiện trong bước này. - Nếu hợp lệ, MSC/VLR báo cho BSC/TRC
SVTH: Nhóm 4

24


Tổng quan về hệ thống thông tin di động GSM

GVHD: Th.s Võ Thị Hương

một kênh đang rỗi. - MSC/VLR chuyển tiếp số được gọi cho mạng PSTN. - Nếu
máy được gọi trả lời, kết nối sẽ được thiết lập.
3.1.4 Thực hiện cuộc gọi từ điện thoại cố định đến thiết bị di động:
Điểm khác biệt quan trọng so với gọi từ thiết bị di động là vị trí của thiết bị
không được biết chính xác. Chính vì thế trước khi kết nối, mạng phải thực hiện
công việc xác định vị trí của thiết bị di động.
1. Từ điện thọai cố định, số điện thoại di động được gửi đến mạng PSTN.
Mạng sẽ phân tích, và nếu phát hiện ra từ khóa gọi ra mạng di động, mạng PSTN
sẽ kết nối với trung tâm GMSC của nhà khai thác thích hợp.
2. GMSC phân tích số điện thoại di động để tìm ra vị trí đăng ký gốc trong

HLR của thiết bị và cách thức nối đến MSC/VLR phục vụ.
3. HLR phân tích số điện thoại di động để tìm ra MSC/VLR đang phục vụ
cho thiết bị. Nếu có đăng ký dịch vụ chuyển tiếp cuộc gọi đến, cuộc gọi sẽ được
trả về GMSC với số điện thoại được yêu cầu chuyển đến.
4. HLR liên lạc với MSC/VLR đang phục vụ.
5. MSC/VLR gửi thông điệp trả lời qua HLR đến GMSC.
6. GMSC phân tích thông điệp rồi thiết lập cuộc gọi đến MSC/VLR
7. MSC/VLR biết địa chỉ LA của thiết bị nên gửi thông điệp đến BSC quản lý
vùng nội bộ (LA) này.
8. BSC phát thông điệp ra toàn bộ các ô thuộc LA.
9. Khi nhận được thông điệp, thiết bị sẽ gửi yêu cầu ngược lại.
10. BSC cung cấp một khung thông điệp chứa thông tin.
11. Phân tích thông điệp của BSC gửi đên để tiến hành thủ tục bật trạng thái
của thiết bị lên tích cực, xác nhận, mã hóa, nhận diện thiết bị.
12. MSC/VLR điều khiển BSC xác lập một kênh rỗi, đổ chuông. Nếu thiết bị
SVTH: Nhóm 4

25