Nghiên cứu tối ưu hóa mạng vô tuyến GSM

Đồ án tốt nghiệp đại học

Lời nói đầu

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, nhu cầu cả về số lượng lẫn 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”.
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 giàu 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. Sự hình thành
nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn thông mới đã tạo ra sức cạnh tranh thu hút thị phần
thuê bao giữa các nhà cung cấp dịch vụ. Cùng với đó, mức sống chung của toàn xã hội
ngày càng được nâng cao đã khiến cho số lượng thuê bao sử dụng dịch vụ di động tăng
đột biến trong các năm gần đây.
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 GSM với số lượng thuê
bao áp đảo các dịch vụ khác. Chính vì vậy việc tối ưu hóa mạng di động GSM là việc
làm cần thiết và mang một ý nghĩa thực tế rất cao.
Trên cơ sở kiến thức tích lũy trong những năm học ngành Điện tử viễn thông tại
Học viện Công nghệ Bưu Chính Viễn thông cùng với sự hướng dẫn của thầy Lê Xuân
Trung, em đã tìm hiểu, nghiên cứu và hoàn thành báo cáo thực tập với đề tài “Nghiên

cứu tối ưu hóa mạng vô tuyến GSM”.

SVTH: Hoàng Thu Hương
Lớp : D10VT4

1


Đồ án tốt nghiệp đại học

Lời nói đầu

Nội dung chính được trình bày trong các chương như sau:

- Chương 1: Tổng quan về GSM.
- Chương 2: Tối ưu mạng vô tuyến GSM
- Chương 3: Các vấn đề và một số giải pháp tối ưu hóa mạng vô tuyến
GSM.
Do kiến thức hạn hẹp cũng như thời gian không được nhiều nên bài báo cáo còn
nhiều thiếu sót và hạn chế. Em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô để bài
báo cáo được hoàn thiện hơn.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Lê Xuân Trung đã trực tiếp hướng
dẫn và giúp đỡ em hoàn thành báo cáo thực tập này.
Hà Nội, ngày 27 tháng 11 năm 2014
Sinh viên thực hiện

Hoàng Thu Hương

SVTH: Hoàng Thu Hương
Lớp : D10VT4

2


Đồ án tốt nghiệp đại học

Lời cảm ơn

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp, em xin cảm ơn toàn thể các thầy cô giáo trong
Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình
trang bị những kiến thức quý báu cho em trong suốt thời gian học tập tại trường.
Em xin cảm ơn ThS. Lê Xuân Trung đã tận tâm hướng dẫn và giúp đỡ em tìm
hiểu về đề tài “Nghiên cứu tối ưu hóa mạng vô tuyến GSM” cũng như chỉ ra những
thiếu sót để em có thể bổ sung, hoàn thiện trong quá trình làm đồ án. Nếu không có
những lời chỉ bảo của thầy thì đồ án tốt nghiệp của em khó có thể hoàn thiện được.
Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn thầy!
Em cũng xin cảm ơn Ban lãnh đạo Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
và Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện đã tạo điều kiện, giúp đỡ và động viên em trong
quá trình học tập và tốt nghiệp.
Trong quá trình học tập và tốt nghiệp, mặc dù đã rất cố gắng song không thể
không có những thiếu sót. Em rất mong nhận được thêm nhiều sự góp ý nữa để bài báo
cáo càng được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!


Đồ án tốt nghiệp đại học

Nhận xét

Đồ án tốt nghiệp đại học

Nhận xét


Đồ án tốt nghiệp đại học

Nhận xét

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………


Đồ án tốt nghiệp đại học

Mục lục


Đồ án tốt nghiệp đại học

Mục lục

MỤC LỤC


Đồ án tốt nghiệp đại học

Danh mục hình vẽ, bảng biểu


Đồ án tốt nghiệp đại học

Danh mục hình vẽ, bảng biểu

DANH MỤC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU

Đồ án tốt nghiệp đại học

Các thuật ngữ viết tắt


Đồ án tốt nghiệp đại học

Các thuật ngữ viết tắt

CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
AGCH

Access Grant Channel

Kênh cho phép thâm nhập

AMPS

Advanced Mobile Phone
System

Hệ thống điện thoại di động tiên
tiến

AuC

Authentication Center

Trung tâm nhận thực

BCCH

Broadcast Control Channel

Kênh điều khiển quảng bá

BSC

Base Station Controller

Bộ điều khiển trạm gốc

BSIC

The Base Station Identity Code Giải mã nhận dạng trạm gốc

BSS

Base Station Subsystem

Phân hệ trạm gốc

BTS

Base Station Subsystem

Trạm thu phát gốc

CBCH

Cell Broadcast Channel

Kênh quảng bá

CCITT

Consultative Committee for
International Telephony and
Telegraphy

Uỷ ban tư vấn quốc tế về điện
thoại và điện báo

CCS7

Common Channel Signaling
Nr 7

Mạng báo hiệu kênh chung số 7

CDMA

Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã

CDR

Call drop rate

Tỷ lệ rớt cuộc gọi

CEPT

Conference of European Posts
and Telecommunications

Hiệp hội bưu chính viễn thông
Châu Âu

CGI

Cell Global Identity

Chỉ số nhận dạng ô toàn cầu

CSSR

Call setup success rate

Tỉ lệ thiết lập cuộc gọi thành
công

DCCH

Dedicated Control Channels
Enhanced Data Rates for GSM

Kênh điều khiển dành riêng
Nâng cao tốc độ truyền dữ liệu

Evolution
Equipment Identity Register

cho GSM
Bộ ghi nhận dạng thiết bị

FACCH

Fast associated control
channel

Kênh điều khiển liên kết nhanh

FCCH

Correction Channel

Kênh hiệu chỉnh tần số

FDMA

Frequency Division Multiple
Access

Đa truy nhập phân chia theo tần
số

FN

Frame Number

Số khung

FSK

Frequency Shift Keying

Điều chế khoá dịch tần FSK

EDGE
EIR


Đồ án tốt nghiệp đại học

Các thuật ngữ viết tắt

Gateway Mobile Switching
Centre

Tổng đài cổng

Global Positioning System
General Packet Radio Service
Global System for Mobile
Communications

Hệ thống định vị toàn cầu
Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp

Hệ thống thông tin di động toàn
cầu

HISR

Handover incoming success
rate

Tỷ lệ chuyển giao vào thành
công

HOSR

Handover outgoing success
rate

Tỷ lệ chuyển giao ra thành công

HLR

Home location register

HSPA

High Speed Packet Access

IMSI

International mobile
Subscriber Identity

Mã nhận dạng thuê bao

ISDN

Integrated Services Digital
Network

Mạng liên kết số đa dịch vụ

KPI

Key Performance Indicator

Các tham số chất lượng chính

LAC

Location Area Code

Mã nhận dạng vùng định vị

LAI

Location Area Identity

Chỉ số nhận dạng vùng định vị

MSRN

Mobile Station Roaming
Number

Số chuyển vùng của trạm di động

MS

Mobile Station

Trạm di động

MSC

Mobile switching center

GMSC
GPS
GPRS
GSM

Bộ ghi định vị thường trú
Công nghệ truy nhập gói tốc độ
cao

Nordic Mobile Telephone

Trung tâm chuyển mạch các dịch
vụ di động
Hệ thống điện thoại di động Bắc

MOS

System
Mean Opinion Score

Âu
Chỉ số đo lường chủ quan

OSS

Operation Subsystem

Phân hệ bảo dưỡng và khai thác

PCH

Paging Channel

Kênh tìm gọi

PLMN

Public Land Mobile Network

Mạng di động công cộng mặt đất

PSPDN

Packet Switched Public Data
Network

Mạng số liệu công cộng chuyển
mạch gói

PSTN

Public Switch telephone
Network

Mạng điện thoại chuyển mạch
công cộng

QoS

Quality of Service

Chất lượng dịch vụ

NMT


Đồ án tốt nghiệp đại học

Các thuật ngữ viết tắt

RACH

Random Access Channel

Kênh thâm nhập ngẫu nhiên

RxLev

Rx Level

Mức thu cường độ tín hiệu

RxQual

Rx Quality

Mức chất lượng tín hiệu

SCH

Synchronisation Channel

Kênh đồng bộ

SACCH

Slow Associated Control
Channel

Kênh điều khiển liên kết chậm

SDCCH

Standalone Dedicated Control
Channel

Kênh điều khiển dành riêng đứng
một mình

SS

Switching Subsystem

Phân hệ chuyển mạch

STP

Signalling Transfer Point

Điểm chuyển báo hiệu

TCH

Traffic Channel
Total Access Communication

Kênh lưu lượng
Hệ thống truy nhập truyền thông

TACS
TDMA

Sytem

truy nhập toàn phần

Đa truy nhập phân chia theo thời
Time Division Multiple Access
gian

TRAU

Transcode/Rate Adapter Unit

Khối chuyển đổi mã và thích ứng
tốc độ

TRX

Tranceive

Bộ thu-phát

VLR

Visitor location register

Bộ ghi định vị tạm trú

VSWR
W-CDMA

The voltage standing wave
ratio
Wideband Code Division
Multiple Access

Tỷ số sóng đứng theo điện áp
Đa truy nhập phân mã băng rộng


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương 1 Tổng quan về GSM


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương 1 Tổng quan về GSM

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ GSM
Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM (Global System for Mobile
Communications) là chuẩn phổ biến nhất cho mạng thông tin di động trên thế giới
được sử dụng bởi hơn 2 tỷ người trên 212 quốc gia và vùng lãnh thổ. Với lợi thế là
chất lượng cuộc gọi tốt, giá thành thấp và khả năng phủ sóng rộng, GSM cho phép
người dùng thực hiện các cuộc gọi ở hầu khắp các nơi trên thế giới.
GSM khác với các chuẩn trước kia về cả tín hiệu, tốc độ lẫn chất lượng cuộc
gọi. Nó được xem như là một hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2 (2G – Second
Generation).
1.1. Lịch sử phát triển của 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, hệ thống tế bào kỹ thuật tương tự FM ở dải tần số 850MHz ra
đời. 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 tần
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).
Năm 1982, Hiệp hội bưu chính viễn thông Châu Âu (CEPT - Conference of
European Posts and Telecommunications) bắt đầu đưa ra chuẩn viễn thông kỹ thuật số
tại băng tần 900MHz tên là GSM với mục đích phát triển một chuẩn thống nhất cho
thông tin di động để có thể sử dụng chung cho toàn Châu Âu.
GSM được các nhà khai thác của 12 nước Châu Âu cùng ký bản ghi nhớ
Memorandum of Understanding (MoU) và giới thiệu vào năm 1991. Năm 1992, đặc
tả giai đoạn 1 hoàn tất, mạng GSM giai đoạn 1 thương mại đầu tiên được công bố.
Thỏa thuận chuyển vùng (roaming) quốc tế đầu tiên giữa Telecom Finland và
Vodafone (Anh) được ký kết.


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương 1 Tổng quan về GSM

GSM đầu tiên được thiết kế hoạt động ở dải tần 890-915 MHz và 935-960
MHz, và hiện nay là 1800 MHz. GSM mang những đặc tính chủ yếu sau:

• Số lượng lớn các dịch vụ và tiện ích cho các thuê bao cả trong thông tin
thoại và số liệu.

• Sự tương thích của các dịch vụ trong GSM với các dịch vụ của mạng có sẵn
(PSTN-ISDN) bởi các giao diện theo tiêu chuẩn chung.

• Tự động cập nhật vị trí cho mọi thuê bao di động.

• Độ linh hoạt cao nhờ sử dụng các đầu cuối thông tin di động khác nhau như
máy xách tay, máy cầm tay, đặt trên ô tô.

• Sử dụng băng tần số 900MHz với hiệu quả cao nhờ sự kết hợp giữa TDMA
(Time Division Multiple Access) với FDMA (Frequency Division Multiple
Access).

• Giải quyết sự hạn chế dung lượng nhờ việc sử dụng tần số tốt hơn.
Năm 2000, GPRS được ứng dụng. GPRS là một bước đệm mềm dẻo để tiến lên
3G, dùng cơ sở hạ tầng đang tồn tại của 2G trang bị thêm hệ thống chuyển mạch gói,
bên cạnh hệ thống chuyển mạch kênh truyền thống. GPRS được thiết kế để cung cấp
các dịch vụ tốc độ cao hơn so với tốc độ truyền số liệu dựa trên công nghệ chuyển
mạch kênh của mạng 2G GSM.
Năm 2003, mạng EDGE đi vào hoạt động. EDGE hay còn gọi là E-GPRS, có
thể coi là một sản phẩm cải tiến của GPRS. Cũng giống GPRS, EDGE là một sản
phẩm được nghiên cứu và triển khai trên nền GMS để tiến lên 3G. EDGE sử dụng
phương thức mã hóa và cơ chế thích ứng đường truyền mới để đạt được tốc độ truyền
dẫn dữ liệu tối đa gấp 3 lần tốc độ tối đa của GPRS.
Hiện nay, mặc dù 2G vẫn đang phục vụ khắp nơi trên thế giới nhưng thị trường
viễn thông càng ngày mở rộng nảy sinh ra những mặt hạn chế về dung lượng, băng
thông, khả năng truy cập tại mỗi trạm BTS. Sự ra đời của hệ thống di động thứ ba với
công nghệ WCDMA cùng với công nghệ mở rộng HSPA có thể đáp ứng như cầu của
phần lớn người sử dụng để truy cập mạng tốc độ cao, băng thông rộng cho người sử
dụng. Không dừng lại ở đó, các nhà phát triển đã giới thiệu, cung cấp cho người sử
dụng thế hệ mạng 4G LTE (Long Term Evolution). Một chuẩn di động cung cấp cho


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương 1 Tổng quan về GSM

người sử dụng khả năng kết nối linh động, tốc độ và băng thông không thua kém nhiều
với kết nối cố định.
1.2. Các chỉ tiêu kỹ thuật mạng GSM
Hệ thống thông tin di động GSM cho phép chuyển vùng tự do của các thuê bao
trên thế giới, có nghĩa là một thuê bao có thể thâm nhập sang mạng của nước khác khi
di chuyển qua biên giới. Trạm di động GSM – MS (GSM Mobile Station) phải có khả
năng trao đổi thông tin tại bất cứ nơi nào trong vùng phủ sóng quốc tế.
a) Về khả năng phục vụ :

• Hệ thống được thiết kế sao cho MS có thể dùng được trong tất cả các
nước 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 tới mạng số liên kết đa dịch vụ
(ISDN).
• Tạo một hệ thống có thể phục vụ cho các MS trên các tàu viễn dương
như một mạng mở rộng cho các dịch vụ di động mặt đất
b) Về chất lượng phục vụ và an toàn bảo mật

• Chất lượng của thoại trong GSM phải ít nhất có chất lượng như các hệ
thống di động tương tự trước đó trong điều kiện vận hành 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 các thuê bao
khác không dùng đến khả năng này.
c) Về sử dụng tần số

• Hệ thống cho phép mức độ cao về hiệu quả của dải tần mà có thể phục
vụ ở vùng thành thị và nông thôn cũng như các dịch vụ mới phát triển.
• Dải tần số hoạt động là 890 - 915 và 935 - 960 MHz.
• Hệ thống GSM 900MHz phải có thể cùng tồn tại với các hệ thống dùng

900MHz trước đây.
d) Về mạng

• Kế hoạch nhận dạng dựa trên khuyến nghị của CCITT.
• Kế hoạch đánh số dựa trên khuyến nghị của CCITT.
• Hệ thống phải cho phép cấu trúc và tỷ lệ tính cước khác nhau khi được
dùng trong các mạng khác nhau.


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương 1 Tổng quan về GSM

• Trung tâm chuyển mạch và các thanh ghi định vị phải dùng hệ thống báo
hiệu được tiêu chuẩn hoá quốc tế.
• Chức năng bảo vệ thông tin báo hiệu và thông tin điều khiển mạng phải
được cung cấp trong hệ thống.
1.3. Cấu trúc và các thành phần mạng GSM
1.3.1. Cấu trúc tổng thể
Mạng thông tin di động số thực chất là mạng di động mặt đất công cộng PLMN
(Public Land Mobile Network). Một cách tổng quát thì PLMN hợp tác với các mạng
cố định để thiết lập cuộc gọi, qua các giao diện PLMN tiếp xúc với bên ngoài, thế giới
này bao gồm các mạng ngoài, nhà khai thác và người sử dụng như hình vẽ dưới đây:

Hình 1.1: Cấu trúc tổng thể mạng GSM

Như vậy một hệ thống GSM được chia thành nhiều hệ thống con như sau:

-

Phân hệ chuyển mạch SS (Switching Subsystem )
Phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem)
Phân hệ bảo dưỡng và khai thác OSS (Operation Subsystem)
Trạm di động MS (Mobile Station)


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương 1 Tổng quan về GSM

1.3.2. Các thành phần của mạng
Sơ đồ mô hình của hệ thống GSM được mô tả như ở hình dưới đây:

Hình 1.2: Mô hình mạng GSM

Các ký hiệu :
AUC

: Trung tâm nhận thực

VLR

: Bộ ghi định vị tạm trú

BTS

: Trạm thu phát gốc

SS

: Hệ thống con chuyển mạch

ISDN

: Mạng liên kết số đa dịch vụ

HLR

: Bộ ghi định vị thường trú

EIR

: Bộ ghi nhận dạng thiết bị

BSC

: Bộ điều khiển trạm gốc

MS

: Trạm di động

BSS

: Hệ thống con trạm gốc

OSS

: Trung tâm khai thác và bảo dưỡng

PSPDN

: Mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói

PSTN

: Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng

CSPDN

: Mạng số liệu công cộng chuyển mạch theo mạch


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương 1 Tổng quan về GSM

PLMN

: Mạng di động công cộng mặt đất

MSC

: Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động

1.3.2.1. Phân hệ chuyển mạch SS
Phân hệ chuyển mạch bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của GSM
cũng như các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lý di động của thuê
bao. Chức năng chính của SS là quản lý thông tin giữa những người sử dụng mạng
GSM với nhau và với mạng khác.

SS bao gồm các thiết bị :

• Tổng đài 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 hệ thống con BSS, mặt khác giao tiếp với mạng ngoài.
MSC làm nhiệm vụ giao tiếp với mạng ngoài được gọi là MSC cổng GMSC.
Để kết nối MSC với các mạng khác cần phải thích ứng các đặc điểm truyền dẫn
GSM với các mạng đó. Các thích ứng này được gọi là các chức năng tương tác IWF
( Interworking funtions ). IWF bao gồm một thiết bị để thích ứng giao thức và truyền
dẫn. IWF cho phép kết nối với các mạng PSTN, ISDN, PSPDN, CSPDN và có thể
được thực hiện kết hợp trong cùng các chức năng MSC hay trong thiết bị riêng.
SS cũng cần giao tiếp với mạng ngoài để sử dụng các khả năng truyền tải của
các mạng này cho việc truyền tải số liệu của người sử dụng hoặc báo hiệu giữa các
phần tử của mạng GSM.
Ví dụ, mạng báo hiệu kênh chung số 7 (SS7) bảo đảm hợp tác, tương tác giữa
các thiết bị của SS trong một hay nhiều mạng GSM. MSC thường là một tổng đài lớn
điều khiển và quản lý một số bộ điều khiển trạm gốc BSC. Một tổng đài MSC thích
hợp cho một vùng đô thị và ngoại ô dân cư vào khoảng một triệu (với mật độ thuê bao
trung bình).

• Bộ đăng ký định vị thường trú HLR
Ngoài MSC, SS còn bao gồm các cơ sở dữ liệu. Bất kể vị trí của thuê bao, mọi
thông tin liên quan đến việc cung cấp các dịch vụ viễn thông đều được lưu giữ trong
HLR, kể cả vị trí hiện thời của MS. HLR thường là một máy tính đứng riêng có khả
năng quản lý hàng trăm ngàn thuê bao nhưng không có khả năng chuyển mạch. Một


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương 1 Tổng quan về GSM

chức năng nữa của HLR là nhận dạng thông tin nhận thực AUC, mà nhiệm vụ của
trung tâm này là quản lý số liệu bảo mật về tính hợp pháp của thuê bao.

• Bộ đăng ký định vị tạm trú VLR
VLR là một cơ sở dữ liệu được nối với một hay nhiều MSC và có nhiệm vụ lưu
giữ tạm thời số liệu thuê bao của các thuê bao hiện đang nằm trong vùng phục vụ của
MSC tương ứng và đồng thời lưu giữ số liệu về vị trí của các thuê bao nói trên ở mức
độ chính xác hơn HLR.
Các chức năng VLR thường được liên kết với các chức năng MSC.

• Tổng đài cổng GMSC
SS có thể chứa nhiều MSC, VLR và HLR. Để thiết lập một cuộc gọi liên quan
đến GSM mà không cần biết đến vị trí hiện thời của thuê bao MS, trước hết cuộc gọi
phải được định tuyến đến một tổng đài cổng GMSC để lấy thông tin về vị trí của thuê
bao và định tuyến cuộc gọi đến MSC nào hiện đang quản lý thuê bao đó. Để thực hiện
việc này, trước hết các tổng đài cổng phải dựa trên số thoại danh bạ của thuê bao để
tìm đúng HLR cần thiết và hỏi HLR này. GMSC có giao diện với các mạng bên ngoài
để kết nối mạng bên ngoài với mạng GSM. Ngoài ra, tổng đài cổng GSM còn có giao
diện với mạng báo hiệu số 7 để có thể tương tác với các phần tử khác của NSS. Do
tính kinh tế cần thiết của mạng nên không bao giờ tổng đài cổng GSM đứng riêng mà
thường được kết hợp với GSM.

• Mạng báo hiệu kênh chung số 7 (CCS7)
Nhà khai thác mạng GSM có thể có mạng báo hiệu CCS7 riêng hay chung phụ
thuộc vào quy định của từng nước. Nếu nhà khai thác có mạng báo hiệu này riêng thì
các điểm chuyển báo hiệu STP (Signalling Transfer Point) có thể là một bộ phận của
NSS và có thể được thực hiện ở các điểm nút riêng hay kết hợp trong cùng một MSC
tuỳ thuộc vào điều kiện kinh tế. Nhà khai thác GSM có thể dùng mạng riêng để định

tuyến các cuộc gọi giữa GMSC và MSC hay thậm chí định tuyến cuộc gọi ra đến điểm
gần nhất trước khi sử dụng mạng cố định. Lúc này các tổng đài quá giang TE (Transit
Exchange) có thể sẽ là một bộ phận của mạng GSM và có thể được thực hiện như một
nút đứng riêng hay kết hợp với MSC.


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương 1 Tổng quan về GSM

1.3.2.2. Phân hệ trạm gốc BSS
BSS giao diện trực tiếp với các trạm di động MS thông qua giao diện vô tuyến
nên nó bao gồm các thiết bị phát và thu đường vô tuyến và quản lý các chức năng này.
Mặt khác BSS thực hiện giao diện với các tổng đài NSS. Tóm lại BSS thực hiện đấu
nối các MS với tổng đài, tức là kết nối thuê bao di động MS với những người sử dụng
viễn thông khác. Do vậy, BSS phải phối ghép với NSS bằng thiết bị BSC. Ngoài ra, do
BSS cũng cần phải được điều khiển nên nó được đấu nối với OSS. BSS gồm hai thiết
bị : BTS giao diện với MS, BSC giao diện với MSC

• Đài vô tuyến gốc BTS
Một BTS bao gồm các thiết bị phát, thu, anten và khối 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 chức năng khác. Một bộ phận quan trọng của BTS là khối chuyển đổi mã và thích
ứng tốc độ TRAU (Transcode/Rate Adapter Unit). TRAU thực hiện quá trình mã hóa
và giải mã tiếng đặc thù cho GSM. Đồng thời 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
được đặt xa BTS, chẳng hạn đặt giữa BSC và MSC.

• Đài điều khiển trạm gốc BSC
BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả các giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều

khiển từ xa của BTS và MS. Các lệnh này chủ yếu là các lệnh ấn định, giải phóng
kênh vô tuyến và quản lý chuyển giao. Một phía BSC được nối với BTS còn phía kia
được nối với MSC của NSS. Trong thực tế, BSC là một tổng đài nhỏ có khả năng tính
toán đáng kể. Vai trò chủ yếu của nó là quản lý các kênh ở giao diện vô tuyến và
chuyển giao. Một BSC trung bình có thể quản lý hàng chục BTS, tạo thành một trạm
gốc. Tập hợp các trạm gốc trong mạng gọi là phân hệ trạm gốc. Giao diện quy định
giữa BSC và MSC là giao diện A, còn giao diện giữa BSC và BTS là giao diện Abis.
1.3.2.3. Trạm di động MS
MS là một thiết bị phức tạp, có khả năng như một máy tính nhỏ. Nó bao gồm
hai thiết bị : thiết bị di động ME và module nhận dạng thuê bao SIM. SIM có dạng như
một card thông minh hoặc được chia nhỏ hơn gắn trên giá, nó như một loại khoá, có
thể tháo khỏi MS một cách dễ dàng. Không có SIM, trạm di động không thể gọi được
trừ trường hợp khẩn cấp được mạng cho phép. SIM lưu giữ thông tin liên quan đến


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương 1 Tổng quan về GSM

thuê bao và nó có thể được phân biệt qua chỉ số nhận dạng IMSI. 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.
• 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.
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 micro, loa, màn hiển thị,
bàn phím để quản lý cuộc gọi) hoặc giao diện với một số thiết bị đầu cuối khác như
giao diện với máy tính cá nhân, Fax ...
Như vậy ta nhận thấy MS có 3 chức năng chính như sau :

• Thiết bị đầu cuối: để thực hiện các dịch vụ người sử dụng (thoại, fax, số
liệu...)
• Kết cuối di động: để thực hiện truyền dẫn ở giao diện vô tuyến vào
mạng.
• Thích ứng đầu cuối: làm việc như một cửa nối thông thiết bị đầu cuối với
kết cuối di động.
1.3.2.4. Phân hệ khai thác và bảo dưỡng OSS
Hiện nay OSS được xây dựng theo nguyên lý của mạng quản lý viễn thông
TMN (Telecommunication Management Network). Lúc này, một mặt hệ thống khai
thác và bảo dưỡng được nối đến các phần tử của mạng viễn thông (các MSC, BSC,
HLR và các phần tử mạng khác trừ BTS vì thâm nhập đến BTS được thực hiện qua
BSC). Mặt khác hệ thống khai thác và bảo dưỡng lại được nối đến một máy tính chủ
đóng vai trò giao tiếp người máy. OSS thực hiện ba chức năng chính là : khai thác và
bảo dưỡng mạng, quản lý thuê bao và tính cước, quản lý thiết bị di động.
Dưới đây ta xét tổng quát các chức năng nói trên:

• Chức năng khai thác và bảo dưỡng mạng
Khai thác là các 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 ô ... nhờ vậy


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương 1 Tổng quan về GSM

nhà khai thác có thể giám sát được toàn bộ chất lượng của dịch vụ mà họ cung cấp cho
khách hàng và kịp thời xử lý các sự cố. Khai thác cũng 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, để tăng vùng phủ sóng. Việc thay đổi mạng có thể được thay đổi
“mềm” qua báo hiệu (chẳng hạn thay đổi thông số handover để thay đổi biên giới
tương đối giữa hai ô) hoặc được thực hiện “cứng” đòi hỏi can thiệp tại hiện trường
(chẳng hạn bổ sung thêm dung lượng truyền dẫn hoặc lắp đặt thêm một trạm mới). Ở
các hệ thống viễn thông hiện đại, việc 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 mạng viễn thông hiện đại có khả
năng tự phát hiện một số sự cố hay dự báo sự cố thông qua sự kiểm tra. Trong nhiều
trường hợp người ta dự phòng cho thiết bị để khi có sự cố có thể thay thế bằng thiết bị
dự phòng. Sự thay thế này có thể được thực hiện tự động, ngoài ra việc giảm nhẹ sự cố
có thể được người khai thác thực hiện bằng điều khiển từ xa. Bảo dưỡng cũng bao
gồm cả các hoạt động tại hiện trường nhằm thay thế thiết bị có sự cố.

• Chức năng quản lý thuê bao
Chức năng quản lý thuê bao được bắt đầu từ việc nhập và xoá thuê bao ra khỏi
mạng. Đăng ký thuê bao cũng có thể rất phức tạp, bao gồm nhiều dịch vụ khác nhau và
các chức năng bổ sung. Nhà khai thác phải có khả năng xâm nhập vào các thông số nói
trên. Một nhiệm vụ quan trọng khác của khai thác là tính cước cuộc gọi. Cước phí phải
được tính và gửi đến thuê bao. Quản lý thuê bao ở mạng GSM chỉ liên quan đến HLR
và một số thiết bị OSS riêng, chẳng hạn mạng nối HLR với các thiết bị giao tiếp người
- máy ở các trung tâm giao dịch với thuê bao. SIM card cũng đóng vai trò như một bộ
phận của hệ thống quản lý thuê bao.

• Chức năng quản lý thiết bị di động
Quản lý thiết bị di động được thực hiện bởi bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR
(Equipment Identity Register). EIR lưu giữ tất cả các 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. ở GSM, EIR được coi là thuộc hệ thống con SS.