bcmvt21R
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.9 MB, 49 trang )
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
PHÂN HIỆU TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA: ĐIỆN- ĐIỆN TỬ
----
BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN
MẠNG VIỄN THƠNG
ĐỀ TÀI:
TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG MẠNG
THƠNG TIN DI ĐỘNG GSM
GVHD: TS.Trần Xuân Trường
SVTH: Nhóm 3
LỚP :Kỹ Thuật Viễn Thông
---o0o--TP.HCM, 2019
1
Mục Lục
Lời Nói Đầu………………………………………...……………………..6
Chương 1: Tổng Quan Và Cấu Trúc Hệ Thống
Thông Tin Di Động GSM…………………………………………….….7
1)Khái niệm về thông tin di động…………………………………....….7
2)Lịch sử hình thành mạng thơng tin di động GSM…………………..7
3)Giao diện vô tuyến của thông tin di động GSM…………………......8
4)Đặc điểm của mạng thông tin di động GSM…………….……...…...9
5) Cấu trúc hệ thống GSM………………………………………….....10
5.1) Phân hệ chuyển mạch SS…………………………………………11
5.1.1) Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động cổng MSC…….11
5.1.2) Bộ ghi định vị thường trú HLR………………………………...12
5.1.3)Bộ ghi định vị tạm trú VLR……………………………………..12
5.1.4) Trung tâm nhận thực AUC...........................................................13
5.1.5) Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR…………………………….13
5.1.6) Phân hệ trạm gốc BSS…………………………………………...13
5.2)Trạm thu phát gốc BTS………………………………………....….14
5.2.1)Bộ điều khiển trạm gốc BSC……………………………………..14
5.2.2)Bộ chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ TRAU…………………..14
5.2.3)Trạm di động MS(Mobile Station……………………………….15
5.3) Phân hệ khai thác OSS…………………………………………….15
Chương 2 : Trạm Thu Phát Gốc GSM 2G……………………………18
1)Mạng thông tin di động 2G ………………………………………….18
2)Giao diện giữa các phần tử mạng……………………………………20
2.1) Giao diện vô tuyến Um (BTS và MS)……………………………..20
2.2)Giao diện Abis (BTS và BSC)……………………………………...20
2.3)Giao diện A (BSC và MSC)………………………………………...21
2.4)Giao diện B (MSC và VLR)………………………………………..21
2.5) Giao diện C (MSC và HLR)……………………………………….22
2.6)Giao diện D (VLR và HLR)………………………………………..22
2.7)Giao diện E (MSC và MSC)………………………………………..22
2.8)Giao diện G (VLR và VLR)………………………………………..24
2
3)Giao diện ngoại vi………………………………….…………………24
3.1)Giao diện với OMC…………………………………………………24
3.2)Giao diện với PSTN…………………………………………………24
3.3)Giao diên với ISDN………………………………………………….24
3.4)Giao diện với PLMN thông qua PSTN/ISDN………………….…..25
4)Các chuẩn trong hệ thống thông tin di động thứ 2…………..….…..26
5)Chức năng của BTS…………………………………………….……..26
6) Bộ chuyển đổi mã thích ứng tốc độ TRAU…………………….…....28
7)Khái niệm về TDMA,FDMA,CDMA,IS-95………………………....29
8)Giao diện trong mạng GSM………………………………………....44
9)Ưu và nhược điểm của thông tin di động GSM…………………...46
10)Thiết bị BTS 2G.................................................................................46
Nguồn tài liệu tham khảo………………………………………………51
3
Lời Mở Đầu
Từ khi ra đời, mạng thông tin di động GSM đã góp phần đáng kể trong
việc thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của thị trường thông tin di động trên
thế giới. Nhưng cũng như các công nghệ khác, sau gần 20 năm phát triển,
thông tin di động thế hệ 2 đã bắt đầu bộc lộ những khiếm quyết của nó khi
nhu cầu dịch vụ truyền số liệu và các dịch vụ băng rộng ngày càng tăng.
Tình trạng phát triển các mạng di động thế hệ thứ hai đã phát sinh ra một
loạt các vấn đề cần phải giải quyết như phổ tần bị hạn chế, chuyển vùng
phức tạp, lãng phí tài ngun vơ tuyến…, nhược điểm cơ bản của của GSM
là chuyển mạch kênh do đó nó khơng thích ứng được với các dịch vụ
truyền số liệu tốc độ cao, sự lãng phí tài ngun vơ tuyến do một kênh
ln mở ngay cả khi khơng cịn lưu lượng được truyền tải. Sự phát triển
của mạng Internet khi đó thơng tin di động cũng địi hỏi khả năng hỗ trợ
truy cập Internet và thực hiện thương mại điện tử di động. Trước tình hình
đó, việc chuyển sang sử dụng hệ thống thông tin di động thế hệ 3 là quá
trình tất yếu.
Để nhằm nâng cao hiểu biết về cơng nghệ thơng tin trong lĩnh vực
mạng Viễn Thơng, nhóm chúng e đã chọn đề tài" Các Trạm Thu Phát Gốc
2G Trong Thông Tin Di Động GSM". Ngày nay GSM (Global System for
Mobile communication: Hệ thống thơng tin tồn cầu) với những ưu điểm
nổi bật như: dung lượng lớn, chất lượng kết nối tốt, tính bảo mật cao…đã
có một chỗ đứng vững chắc trên thị trường Viễn thông Việt Nam.
4
Chương 1: Tổng Quan Và Cấu Trúc Hệ Thống
Thông Tin Di Động GSM
1)Khái niệm về thông tin di động :
-GSM được viết đầy đủ Global System for Mobile Communications, hay
còn gọi là hệ thống thơng tin tồn cầu. GSM là một công nghệ dùng cho
mạng thông tin di động. Dịch vụ GSM được sử dụng rộng rãi tại tất cả các
quốc gia trên thế giới. Cũng bởi công nghệ này mà những chiếc điện thoại
di động của các mạng GSM khác nhau có thể sử dụng được nhiều nới trên
thế giới.
-GSM là chuẩn phổ biến nhất cho điện thoại di động. GSM khác với các
chuẩn tiền thân của nó về cả tín hiệu và tốc độ hay chất lượng cuộc gọi. Nó
được xem như là một hệ thống thế hệ thứ hai (2G). GSM là một chuẩn mở,
được phát triển bởi 3GPP. GSM cho phép nhà điều hành mạng có thể sẵn
sàng dịch vụ ở khắp nơi, vì thế người sử dụng có thể sử dụng điện thoại
của họ ở khắp nơi trên thế giới
-Hệ thống thông tin di động là hệ thống liên lạc với nhiều điểm truy nhập
khác nhau trên 1 vùng địa lý hay còn gọi là các cell . Người ta dùng để di
chuyển trong vùng phủ sóng của các trạm gốc.
2)Lịch sử hình thành mạng thông tin di động GSM
5
-Vào đầu thập niên 1980 tại châu Âu người ta phát triển một mạng điện
thoại di động chỉ sử dụng trong một vài khu vực. Sau đó vào năm 1982 nó
được chuẩn hố bởi CEPT (European Conference of Postal and
Telecommunications Administrations) và tạo ra Groupe Spécial Mobile
(GSM) với mục đích sử dụng chung cho toàn Châu Âu.
-Mạng điện thoại di động sử dụng công nghệ GSM được xây dựng và đưa
vào sử dụng đầu tiên bởi Radiolinja ở Phần Lan.
-Vào năm 1989 công việc quản lý tiêu chuẩn vá phát triển mạng GSM
được chuyển cho viện viễn thông châu Âu (European Telecommunications
Standards Institute - ETSI), và các tiêu chuẩn, đặc tính phase 1 của cơng
nghệ GSM được cơng bố vào năm 1990. Vào cuối năm 1993 đã có hơn 1
triệu thuê bao sử dụng mạng GSM của 70 nhà cung cấp dịch vụ trên 48
quốc gia.
3)Giao diện vô tuyến của thông tin di động GSM
-GSM là mạng điện thoại di động thiết kế gồm nhiều tế bào do đó các máy
điện thoại di động kết nối với mạng bằng cách tìm kiếm các cell gần nó
nhất. Các mạng di động GSM hoạt động trên 4 băng tần. Hầu hết thì hoạt
động ở băng 900 MHz và 1800 MHz. Vài nước ở Châu Mỹ thì sử dụng
băng 850 MHz và 1900 MHz do băng 900 MHz và 1800 MHz ở nơi này đã
bị sử dụng trước.
-Và cực kỳ hiếm có mạng nào sử dụng tần số 400 MHz hay 450 MHz chỉ
có ở Scandinavia sử dụng do các băng tần khác đã bị cấp phát cho việc
khác.
-Các mạng sử dụng băng tần 900 MHz thì đường lên (từ thuê bao di động
đến trạm truyền dẫn uplink) sử dụng tần số trong dải 890–915 MHz và
đường xuống downlink sử dụng tần số trong dải 935–960 MHz. Và chia
các băng tần này thành 124 kênh với độ rộng băng thông 25 MHz, mỗi
kênh cách nhau 1 khoảng 200 kHz. Khoảng cách song công (đường lên &
xuống cho 1 thuê bao) là 45 MHz.
-Ở một số nước, băng tần chuẩn GSM900 được mở rộng thành E-GSM,
nhằm đạt được dải tần rộng hơn. E-GSM dùng 880–915 MHz cho đường
lên và 925–960 MHz cho đường xuống. Như vậy, đã thêm được 50 kênh
(đánh số 975 đến 1023 và 0) so với băng GSM-900 ban đầu. E-GSM cũng
sử dụng công nghệ phân chia theo thời gian TDM (time division
multiplexing), cho phép truyền 8 kênh thoại toàn tốc hay 16 kênh thoại bán
6
tốc trên 1 kênh vơ tuyến. Có 8 khe thời gian gộp lại gọi là một khung
TDMA. Các kênh bán tốc sử dụng các khung luân phiên trong cùng khe
thời gian. Tốc độ truyền dữ liệu cho cả 8 kênh là 270.833 kbit/s và chu kỳ
của một khung là 4.615 m.
-Công suất phát của máy điện thoại được giới hạn tối đa là 2 watt đối với
băng GSM 850/900 MHz và tối đa là 1 watt đối với băng GSM 1800/1900
MHz.
*Mã hóa âm thanh
-GSM sử dụng khá nhiều kiểu mã hóa thoại để nén tần số audio 3,1 kHz
vào trong khoảng 6.5 and 13 kbit/s. Ban đầu, có 2 kiểu mã hố là bán tốc
(haft rate -5.6 kbps)và tồn tốc (Full Rate -13 kbit/s)). Để nén họ sử dụng
hệ thống có tên là mã hóa dự đốn tuyến tính (linear predictive coding LPC).
-GSM được cải tiến hơn vào năm 1997 với mã hóa EFR (mã hóa tồn tốc
cải tiến -Enhanced Full Rate), kênh tồn tốc nén cịn 12.2 kbit/s. Sau đó,
với sự phát triển của UMTS, EFR được tham số lại bởi kiểu mã hóa biến
tốc, được gọi là AMR-Narrowband.
-Có tất cả bốn kích thước cell site trong mạng GSM đó là macro, micro,
pico và umbrella. Vùng phủ sóng của mỗi cell phụ thuộc nhiều vào môi
trường. Macro cell được lắp trên cột cao hoặc trên các toà nhà cao tầng,
micro cell lại được lắp ở các khu thành thị, khu dân cư, pico cell thì tầm
phủ sóng chỉ khoảng vài chục mét trở lại nó thường được lắp để tiếp sóng
trong nhà. Umbrella lắp bổ sung vào các vùng bị che khuất hay các vùng
trống giữa các cell.
-Bán kính phủ sóng của một cell tuỳ thuộc vào độ cao của anten, độ lợi
anten thường thì nó có thể từ vài trăm mét tới vài chục km. Trong thực tế
thì khả năng phủ sóng xa nhất của một trạm GSM là 35 km (22 dặm).
4)Đặc điểm của mạng thông tin di động GSM
Đáp ứng nhiều dịch vụ tiện ích cả về thơng tin điện thoại và truyền số
liệu
Mã hóa số tín hiệu thoại với tốc độ bit ngày càng thấp, cho phép ghép
nhiều kênh thoại hơn vào dòng bit tốc độ chuẩn.
Giảm tin tức báo hiệu, dành tỉ lệ lớn hơn cho tin tức người dùng.
Có khả năng tương thích với dịch vụ các mạng có sẵn
Tự động cập nhật vị trí từng thuê bao
7
Áp dụng kĩ thuật mã hóa kênh và mã hóa nguồn
Độ linh hoạt cao, có thể sử dụng các loại máy đầu cuối khác nhau
Tính bảo mật cao
Hiệu quả sử dụng tần số cao nhờ kết hợp FDMA và TDMA
Có khả năng mở rộng được dung lượng bằng việc sử dụng lại tần số
và kĩ thuật phân chia ô
Công nghệ mới làm cho những chiếc điện thoại nhỏ gọn nhẹ hơn.
5) Cấu trúc hệ thống GSM
Một hệ thống GSM có thể được chia thành nhiều phân hệ sau đây:
- Phân hệ chuyển mạch (SS: Switching Subsystem)
- Phân hệ trạm gốc (BSS: Base Station Subsystem)
- Phân hệ khai thác (OSS: Operation Subsystem)
- Trạm di động (MS: Mobile Station)
ISDN
SS
AUC
VLR
HLR
EIR
MSC
PSPDN
CSPDN
PSTN
OSS
BSS
BSC
BTS
PLMN
MS
Mơ hình tổng qt của GSM
Chú thích :
------: truyền báo hiệu
8
____: truyền lưu lượng
SS: hệ thống con chuyển mạch
AUC: trung tâm nhận thức
EIR: thanh ghi nhận dạng thiết bị
MSC : trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động
OMC : trung tâm khai thác và bảo dưỡng
ISDN : mạch số liên kết đa dịch vụ
PSPDN: mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói
CSPDN : mạng số liệu cơng cộng chuyển mạch theo mạch
PLMN: mạng di động mặt đất công cộng
VLR : bộ ghi định vị tạm trú
HLR: bộ ghi định vị thường trú
BSS: hệ thống con trạm gốc
BTS : trạm thu phát gốc
BSC: bộ điều khiển trạm gốc
MS :máy di động
PSTN :mạng điện thoại công cộng
5.1) Phân hệ chuyển mạch SS
-Hệ thống con chuyển mạch bao gồm các chức năng chuyển mạch
chính của GSM cũng như các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao
và quản lý di động của thuê bao. Chức năng chính của SS là quản lý thông
tin giữa những người sử dụng mạng GSM với nhau và với mạng khác.
-Hệ thống con chuyển mạch SS bao gồm các khối chức năng sau:
+ Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động (MSC: Mobile
Services
Switching Center).
+Bộ ghi định vị tạm trú (VLR: Visitor Location Register)
+ Bộ ghi định vị thường trú (HLR: Home Location Register)
+Trung tâm nhận thức (AUC: Authentication Center)
+Bộ nhận dạng thiết bị (EIR: Equipment Identity Register)
+Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động cổng (GMSC:
Gateway Mobile Services Switching Center)
5.1.1) Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động cổng MSC
-Ở SS, chức năng chuyển mạch chính được MSC thực hiện. Nhiệm
vụ chính của MSC là điều phối việc thiết lập cuộc gọi đến những người sử
dụng mạng GSM. Một mặt MSC giao tiếp với phân hệ BSS, mặt khác nó
9
giao tiếp với mạng ngoài. MSC làm nhiệm vụ giao tiếp với mạng ngoài
được gọi là MSC cổng. Việc giao tiếp với mạng ngồi để đảm bảo thơng
tin cho người sử dụng mạng GSM địi hỏi cổng thích ứng (các chức năng
tương tác IWF: Interworking Function). 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. MSC thường là một tổng đài lớn điều khiển và quản lý một số các
bộ điều khiển trạm gốc .
-Để kết nối MSC với một số mạng khác, cần phải thích ứng các đặc
điểm truyền dẫn của GSM với các mạng này. Các thích ứng này được gọi
là các chức năng tương tác IWF (Interworking Function) bao gồm một
thiết bị để thích ứng giao thức và truyền dẫn. Nó cho phép kết nối với các
mạng: PSPDN (Packet Switched Public Data Network: mạng số liệu công
cộng chuyển mạch gói), hay CSPDN (Circuit Switched Public Data
Network: mạng số liệu cơng cộng chuyển mạch kênh), nó cũng tồn tại khi
các mạng khác chỉ đơn thuần là PSTN hay ISDN. IWF có thể được thực
hiện trong cùng chức năng MSC hay có thể ở thiết bị riêng, ở trường hợp
hai thì giao tiếp giữa MSC và IWF được để mở.
-Để thiết lập một cuộc gọi đến người sử dụng GSM, trước hết cuộc
gọi phải được định tuyến đến một tổng đài cổng GMSC mà không cần biết
đến hiện thời thuê bao đang ở đâu. Các tổng đài cổng có nhiệm vụ lấy
thơng tin về vị trí của th bao và định tuyến cuộc gọi đến tổng đài đang
quản lý thuê bao ở thời điểm hiện thời (MSC tạm trú). Để vậy trước hêt các
tổng đài cổng phải dựa trên số thoại danh bạ của thuê bao để tìm đúng
HLR cần thiết và hỏi HLR này. Tổng đài cổng có một giao diện với các
mạng bên ngoài với mạng GSM. Về phương diện kinh tế, không phải bao
giờ tổng đài cổng cũng đứng riêng mà thường được kết hợp với MSC.
5.1.2) Bộ ghi định vị thường trú HLR
-Là cơ sở dữ liệu quan trọng nhất của mạng GSM, lưu trữ các số liệu
và địa chỉ nhận dạng cũng như các thông số nhận thực của thuê bao trong
mạng. Các thông tin lưu trữ trong HLR gồm: nhận dạng thuê bao IMSI,
MSISDN, VLR hiện thời, trạng thái thuê bao, khoá nhận thực và chức năng
nhận thực, số lưu động trạm di động MSRN.
-HLR chứa những cơ sở dữ liệu bậc cao của tất cả các thuê bao trong
GSM. Những dữ liệu này được truy nhập từ xa bởi các MSC và VLR của
mạng.
5.1.3)Bộ ghi định vị tạm trú VLR
-VLR là cơ sở dữ liệu thứ hai trong mạng GSM. Nó 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 th bao nói trên ở mức độ chính xác
10
hơn HLR. Các chức năng VLR thường được liên kết với các chức năng
MSC.
5.1.4) Trung tâm nhận thực AUC
-AUC quản lý các thông tin nhận thực và mật mã liên quan đến từng
cá nhân thuê bao dựa trên một khoá nhận dạng bí mật để đảm bảo tồn số
liệu cho các thuê bao được phép. Khoá này cũng được lưu giữ vĩnh cửu và
bí mật trong bộ nhớ ở MS. Bộ nhớ này có dang Simcard có thể rút ra và
cắm lại được. AUC có thể được đặt trong HLR hoặc MSC hoặc độc lập với
cả hai.
-Khi dăng ký thuê bao, khoá nhận thực được ghi nhớ vào Simcard
của thuê bao cùng với IMSI của nó. Đồng thời khố nhận thực cũng được
lưu giữ ở trung tâm nhận thực AUC để tạo ra bộ ba thông số cần thiết cho
quá trình nhận thực và mật mã hố:
+Số ngẫu nhiên RAND
+Mật khẩu SRES
+Khoá mật mã
5.1.5) Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR
-Quản lý thiết bị di động được thực hiện bởi bộ đăng ký nhận dạng
thiết bị EIR. EIR lưu giữ tất cả các dữ liệu liên quan đến phần thiết bị di
động ME của trạm di động MS. EIR được nối với MSC thông qua đường
báo hiệu để kiểm tra sự được phép của thiết bị bằng cách so sánh tham số
nhận dạng thiết bị di động quốc tế IMEI (International Mobile Equipment
Identity) của thuê bao gửi tới khi thiết lập thông tin với số IMEI lưu giữ
trong EIR phòng trường hợp đây là những thiết bị đầu cuối bị đánh cắp,
nếu so sánh khơng đúng thì thiết bị không thể truy nhập vào mạng được.
5.1.6) Phân hệ trạm gốc BSS
-BSS thực hiện nhiệm vụ giám sát các đường ghép nối vô tuyến, liên
kết kênh vô tuyến với máy phát và quản lý cấu hình của các kênh này. Đó
là:
+Điều khiển sự thay đổi tần số vơ tuyến của đường ghép nối
(Frequency Hopping) và sự thay đổi công suất phát vơ tuyến.
+Thực hiện mã hố kênh và tín hiệu thoại số, phối hợp tốc độ truyền
thông tin.
+Quản lý quá trình chuyển giao Handover.
+Thực hiện bảo mật kênh vơ tuyến.
-Phân hệ BSS gồm hai khối chức năng: bộ điều khiển trạm gốc (BSC:
Base Station Controller) và các trạm thu phát gốc (BTS: Base Transceiver
Station). Nếu khoảng cách giữa BSC và BTS nhỏ hơn 10m thì các kênh
thơng tin có thể được kết nối trực tiếp (chế độ Combine), ngược lại thì phải
qua một giao diện A-bis (chế độ Remote). Một BSC có thể quản lý nhiều
BTS theo cấu hình hỗn hợp của 2 loại trên.
11
5.2)Trạm thu phát gốc BTS
-Một BTS bao gồm các thiết bị phát thu, anten và xử lý tín hiệu đặc
thù cho giao diện vơ tuyến. Có thể coi BTS là các Modem vơ tuyến phức
tạp có thêm một số các chức năng khác. Một bộ phận quan trọng của BTS
là TRAU (Transcoder and Rate Adapter Unit: khối chuyển đổi mã và thích
ứng tốc độ). TRAU là thiết bị mà ở đó q trình mã hố và giải mã tiếng
đặc thù riêng cho GSM được tiến hành, ở đây cũng thực hiện thích ứng tốc
độ trong trường hợp truyền số liệu. TRAU là một bộ phận của BTS, nhưng
cũng có thể đặt cách xa BTS và thậm chí trong nhiều trường hợp được đặt
giữa BSC và MSC.
BTS có các chức năng sau:
+Quản lý lớp vật lý truyền dẫn vô tuyến
+Quản lý giao thức cho liên kết số liệu giữa MS và BSC
+Vận hành và bảo dưỡng trạm BTS
+Cung cấp các thiết bị truyền dẫn và ghép kênh nối trên giao tiếp Abis
5.2.1)Bộ điều khiển trạm gốc BSC
-BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến qua các lệnh điều
khiển từ xa BTS và MS. Các lệnh này chủ yếu là các lệnh ấn định, giải
phóng kênh vơ tuyến và quản lý chuyển giao (Handover). Một phía BSC
được nối với BTS cịn phía kia nối với MSC của SS. Trong thực tế, BSC là
một tổng đài nhỏ có khả năng tính tốn đáng kể. Một BSC có thể quản lý
vài chục BTS tuỳ theo lưu lượng các BTS này. Giao diện giữa BSC và
MSC là giao diện A, còn giao diện giữa nó với BTS là giao diện A-bis.
-Nhân viên khai thác có thể từ trung tâm khai thác và bảo dưỡng
OMC nạp
phần mềm mới và dữ liệu xuống BSC, thực hiện một số chức năng khai
thác và bảo dưỡng, hiển thị cấu hình của BSC.
-BSC có thể thu thập số liệu đo từ BTS và BIE (Base Station
Interface Equipment: Thiết bị giao diện trạm gốc), lưu trữ chúng trong bộ
nhớ và cung cấp chúng cho OMC theo yêu cầu.
5.2.2)Bộ chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ TRAU
-Trong GSM, tín hiệu thoại trên giao diện vơ tuyến được mã hoá ở
tốc độ 13Kbps sử dụng mã hoá tiền định tuyến LPC. Để thích ứng tốc độ
này các tốc độ mạng hội thoại cố định PSTN cần có bộ chuyển đổi mã
TRAU để chuyển đổi giữa 13Kbps PCM giữa MS và MSC. TRAU có thể
được đặt tại BTS, BSC hoặc tại MSC. Để giảm thiểu chi phí truyền dẫn,
thường TRAU đặt ở MSC. Khi đó cần thêm báo hiệu bổ xung vào tiếng
thoại 13Kbps để truyền thông tin điều khiển từ bộ chuyển đổi mã từ xa dặt
ở BTS đến TRAU.
12
5.2.3)Trạm di động MS(Mobile Station)
-Trạm di động là thiết bị duy nhất mà người sử dụng có thể thường
xun nhìn thấy của hệ thống. MS có thể là: máy cầm tay, máy xách tay
hay máy đặt trên ơ tơ. Ngồi việc chứa các chức năng vô tuyến chung và
xử lý cho giao diện vơ tuyến MS cịn phải cung cấp các giao diện với
người sử dụng (như micrô, loa, màn hiển thị, bàn phím để quản lý cuộc
gọi) hoặc giao diện với môt số các thiết bị khác (như giao diện với máy
tính cá nhân, Fax…). Hiện nay, người ta đang cố gắng sản xuất các thiết bị
đầu cuối gọn nhẹ để đấu nối với trạm di động. Ba chức năng chính của MS:
- Thiết bị đầu cuối thực hiện các chức năng không liên quan đến
mạng GSM.
- Kết cuối trạm di động thực hiện các chức năng liên quan đến truyền
đẫn ở giao diện vơ tuyến.
- Bộ thích ứng đầu cuối làm việc như một cửa nối thông thiêt bị đầu
cuối với kết cuối di động. Cần sử dụng bộ thích ứng đầu cuối khi giao diện
ngồi trạm di động tuân theo tiêu chuẩn ISDN để đấu nối đầu cuối, cịn
thiết bị đầu cuối lại có thể giao diện đầu cuối – modem.
-Máy di động MS gồm hai phần: Module nhận dạng thuê bao SIM
( Subscriber Identity Module) và thiết bị di động ME (Mobile Equipment).
-Để đăng ký và quản lý thuê bao, mỗi thuê bao phải có một bộ phận
gọi là SIM. SIM là một module riêng được tiêu chuẩn hoá trong GSM. Tất
cả các bộ phận thu, phát, báo hiệu tạo thành thiết bị ME. ME không chứa
các tham số liên quan đến khách hàng, mà tất cả các thông tin này được lưu
trữ trong SIM. SIM thường được chế tạo bằng một vi mạch chuyên dụng
gắn trên thẻ gọi là Simcard. Simcard có thể rút ra hoặc cắm vào MS.
Sim đảm nhiệm các chức năng sau:
- Lưu giữ khoá nhận thực thuê bao cùng với số nhận dạng trạm di
động quốc tế IMSI nhằm thực hiện các thủ tục nhận thực và mật mã hố
thơng 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.
5.3) Phân hệ khai thác OSS
Phân hệ khai thác OSS thực hiện ba chức năng chính sau:
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 nhà khai thác có thể giám sát được tồn 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
13
ở thời điểm hiện tại, để chuẩn bị lưu lượng cho tương lai, để tăng vùng
phủ. Ở hệ thống viễn thơng hiện đại, khai thác được thực hiện bằng máy
tính và được tập trung ở một trạm.
-Bảo dưỡng có nhiệm vụ phát hiện, định vị và sửa chữa các sự cố
hỏng hóc. Nó có một số quan hệ với khai thác. Bảo dưỡng cũng bao gồm
cả các hoạt động tại hiện trường nhằm thay thế thiết bị có sự cố.
-Hệ thống khai thác và bảo dưỡng có thể được xây dựng trên nguyên
lý TMN (Telecommunication Management Network: Mạng quản lý viễn
thông). Lúc này, một mặt hệ thống khai thác và bảo dưỡng được nối đến
các phần tử của mạng viễn thông ( 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. Theo tiêu chuẩn GSM, hệ thống được gọi
là OMC (Operation and Maintenance Center: Trung tâm khai thác và bảo
dưỡng).
Quản lý thuê bao:
-Bao gồm các hoạt động quản lý đăng ký thuê bao. Nhiệm vụ đầu tiên
là
nhập và xóa thuê bao khỏi mạng. Đăng ký thuê bao cũng có thể rất phức
tạp, bao gồm nhiều dịch vụ và các tính năng bổ sung. Nhà khai thác phải có
thể thâm nhập được tất cả các thơng số nói trên. Một nhiệm vụ quan trọng
khác của khai thác là tính cước các cuộc gọi. Cước phí phải được tính và
gửi đến thuê bao. Quản lý thuê bao ở 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 th bao. Simcard cũng đóng vai
trị như một bộ phận của hệ thống quản lý thuê bao.
Quản lý thiết bị di động:
-Quản lý thiết bị di động được bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR
thực
hiện. 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 sự được phép của thiết
bị. Một thiết bị không được phép sẽ bị cấm. Trong hệ thống GSM, EIR
được coi là hệ thống con SS.
14
15
Chương 2 : Trạm Thu Phát Gốc GSM 2G
1)Mạng thông tin di động 2G ?
-Là thế hệ kết nối thông tin di động mang tính cải cách cũng như khác hồn
tồn so với thế hệ đầu tiên. Nó sử dụng các tín hiệu kỹ thuật số thay cho tín
hiệu analog của thế hệ 1G và được áp dụng lần đầu tiên tại Phần Lan bởi
Radiolinja (hiện là nhà cung cấp mạng con của tập đoàn Elisa Oyj) trong
năm 1991. Mạng 2G mang tới cho người sử dụng di động 3 lợi ích tiến bộ
trong suốt một thời gian dài: mã hoá dữ liệu theo dạng kỹ thuật số, phạm vi
kết nối rộng hơn 1G và đặc biệt là sự xuất hiện của tin nhắn dạng văn bản
đơn giản – SMS. Theo đó, các tin hiệu thoại khi được thu nhận sẽ đuợc mã
hố thành tín hiệu kỹ thuật số dưới nhiều dạng mã hiệu (codecs), cho phép
nhiều gói mã thoại được lưu chuyển trên cùng một băng thông, tiết kiệm
thời gian và chi phí. Song song đó, tín hiệu kỹ thuật số truyền nhận trong
thế hệ 2G tạo ra nguồn năng lượng sóng nhẹ hơn và sử dụng các chip thu
phát nhỏ hơn, tiết kiệm diện tích bên trong thiết bị hơn…
-Tốc độ tối đa 20 Kbps , cung cấp chủ yếu thoại và fax.
-Mạng 2G chia làm 2 nhánh chính: nền TDMA (Time Division Multiple
Access) và nền CDMA cùng nhiều dạng kết nối mạng tuỳ theo yêu cầu sử
dụng từ thiết bị cũng như hạ tầng từng phân vùng quốc gia:
GSM (TDMA-based), khơi nguồn áp dụng tại Phần Lan và sau đó trở
thành chuẩn phổ biến trên tồn 6 Châu lục. Và hiện nay vẫn đang được sử
dụng bởi hơn 80% nhà cung cấp mạng di động toàn cầu.
CDMA2000 – tần số 450 MHZ cũng là nền tảng di động tương tự GSM
nói trên nhưng nó lại dựa trên nền CDMA và hiện cũng đang được cung
cấp bởi 60 nhà mạng GSM trên toàn thế giới.
16
IS-95 hay còn gọi là cdmaOne, (nền tảng CDMA) được sử dụng rộng rãi
tại Hoa Kỳ và một số nước Châu Á và chiếm gần 17% các mạng toàn cầu.
Tuy nhiên, tính đến thời điểm này thì có khoảng 12 nhà mạng đang chuyển
dịch dần từ chuẩn mạng này sang GSM (tương tự như HT Mobile tại Việt
Nam vừa qua) tại: Mexico, Ấn Độ, Úc và Hàn Quốc.
PDC (nền tảng TDMA) tại Japan
iDEN (nền tảng TDMA) sử dụng bởi Nextel tại Hoa Kỳ và Telus Mobility
tại Canada.
IS-136 hay còn gọi là D-AMPS, (nền tảng TDMA) là chuẩn kết nối phổ
biến nhất tính đến thời điểm này và được cung cấp hầu hết tại các nước
trên thế giới cũng như Hoa Kỳ.
17
-BTS là thiết bị trung gian giữa mạng GSM và thuê bao di động
(hay trạm di động - MS), trao đổi thông tin với MS thông qua giao
diện vô tuyến Um. BTS bao gồm các thiết bị như: Anten thu phát,
thiết bị xử lý tín hiệu đặc thù cho giao diện vơ tuyến. Một BTS có thể
gồm một hay vài máy thu phát vô tuyến TRx.BTS dưới sự điều khiển
của một BSC có thể kết nối theo nhiều đường khác nhau. Cơ bản là
các cấu hình hình sao, vịng hoặc chuỗi nhỏ, nhưng cũng có thể kết
hợp các cấu hình đó lại với nhau.
2)Giao diện giữa các phần tử mạng
2.1) Giao diện vô tuyến Um (BTS và MS)
-Là giao diện giữa MS và BTS, nó là giao diện quan trọng, quyết
định lớn đến chất lượng của dịch vụ trong mạng GSM. Với giao diện
này thì:
-Một MS có thể sử dụng trong bất cứ mạng GSM tương thích nào
trên thế giới. Với giá thành thiết bị thấp cho một vùng phủ sóng nhất
định với một lưu lượng nhất định, dễ khai thác và quản lý mạng.
2.2)Giao diện Abis (BTS và BSC)
-Là giao diện giữa BTS và BSC, được sử dụng để trao đổi thông tin
18
của thuê bao (thoại, dữ liệu…) và thông tin điều khiển (báo hiệu,
đồng bộ…). Giao diện Abis sử dụng đường truyền PCM 32
(2Mbps) với mã sửa lỗi CRC4 theo khuyến nghị CCITT, G372, giao
thức trong kênh báo hiệu tuân theo chuẩn CCITT LAPD.
2.3)Giao diện A (BSC và MSC)
-Là giao diện giữa BSC và MSC thông qua bộ chuyển đổi mã
tương thích tốc độ TRAU.
2.4)Giao diện B (MSC và VLR)
19
-Là giao diện giữa MSC và VLR được tiêu chuẩn hoá cho GSM pha 1.
Giao diện này sử dụng báo hiệu số 7 (CCS N07) để trao đổi số liệu giữa
MSC và VLR về quyền truy cập mạng, các tham số về chuyển cuộc gọi,
số nhận dạng thuê bao vãng lai và các số liệu cần trao đổi giữa tổng đài
và MS trong thời gian nối mạch. Hiện nay các nhà sản xuất đã kết hợp
MSC và VLR vào một thiết bị nên giao diện này khơng cịn quan trọng
nữa.
2.5) Giao diện C (MSC và HLR)
-Là giao diện giữa MSC và HLR được tiêu chuẩn hoá cho GSM.
Giao diện này sử dụng mạng báo hiệu số 7 (CCS N 07). MSC sử dụng
giao diện này để lấy số liệu từ HLR trong các trường hợp sau:
+ Số thuê bao di động vãng lai MSRN khi có cuộc gọi từ mạng cố
định vào mạng di động.
+ Thông tin định tuyến từ HLR đến GSMC khi có cuộc gọi từ
mạng cố định vào mạng di động.
2.6)Giao diện D (VLR và HLR)
-Là giao diện giữa VLR và HLR. Giao diện D sử dụng mạng báo
hiệu số số 7 (CCS N07) để trao đổi thông tin của các thuê bao di động
giữa các cơ sở dữ liệu của VLR và HLR như:
+ Các tham số về quyền truy nhập mạng của thuê bao.
+ Tái thiết lập mạng số liệu của thuê bao cho VLR khi thuê
bao di động chuyển sang vùng phục vụ của tổng đài khác.
+ Thiết lập mới các số liệu về thuê bao cho VLR khi thuê
bao chuyển từ vùng phục vụ của tổng đài khác tới.
+ Xử lý và lưu trữ các thông tin liên quan tới dịch vụ bổ sung khi
thuê bao yêu cầu.
2.7)Giao diện E (MSC và MSC)
20
-Là giao diện giữa các tổng đài trong mạng GSM. Giao diện E để thiết lập
các cuộc gọi giữa các thuê bao thuộc vùng kiểm soát của các tổng đài khác
nhau. Giao diện này sử dụng các luồng PCM 32 cùng các kênh CCS N07 để
thực hiện các chức năng như:
+Di chuyển cuộc gọi qua MSC khác khi đang nối mạch cho thuê
bao đang đàm thoại và đang di chuyển, hiện tượng này gọi là
chuyển giao.
21
+Trao đổi các thông số điều khiển cuộc gọi giữa MSC và thuê
bao khi xẩy ra chuyển giao.
+Thiết lập hay huỷ cuộc gọi.
2.8)Giao diện G (VLR và VLR)
-Là giao diện giữa các VLR trong mạng GSM. Giao diện G sử
dụng để trao đổi số liệu của máy di động thông qua quá trình tạo
lập và lưu trữ “hộ khẩu tạm trú” của thuê bao đó. Giao diện G sử
dụng mạng báo hiệu CCS N07 để trao đổi thông tin:
+Gửi các yêu cầu về IMSI từ VLR cũ sang VLR mới.
+ Gửi các yêu cầu về tham số quyền truy cập của thuê bao từ VLR
này sang VLR
3)Giao diện ngoại vi
3.1)Giao diện với OMC
-Là giao diện giữa OMC và các phần tử mạng như MSC, VLR,
HLR, AUC, BSC… giao diện này nhằm điều hành khai thác và bảo
dưỡng các phần tử trong mạng. Đến nay vẫn chưa có một tiêu
chuẩn thống nhất cho giao diện này, nhìn chung đều dùng X.25.
3.2)Giao diện với PSTN
-Là giao diện giữa mạng GSM với PSTN được chuẩn hoá bằng
luồng PCM 32 (2Mbps) với các hệ thống báo hiệu CCS N07 hay
MFCR2 tuỳ thuộc vào mạng thoại chỉ có các dich vụ có mặt ở cả
hai mạng mới có thể cho phép các cuộc gọi liên quan tới các thuê
bao trong mạng thực hiện liên lạc với nhau.
3.3)Giao diên với ISDN
22
-Giao diện với mạng số liệu X.25 cũng được chuẩn hoá trong
mạng GSM. Cấu trúc cụ thể của giao diện này phụ thuộc vào yêu
cầu cụ thể của từng nhà khai thác.
3.4)Giao diện với PLMN thông qua PSTN/ISDN
-Giao diện giữa các mạng GSM với nhau thông qua mạng cố
định PSTN và ISDN được chuẩn hoá cho mạng GSM. Giữa các
MSC của hai mạng có hai loại báo hiệu được trao đổi khi nối
mạng.
-Các chức năng xử lý cuộc gọi cơ bản, phụ thuộc vào hệ thống
báo hiệu của mạng cố định (CCS N07 hoặc RS). Các chức năng
của MAP được quy định trong SCCP của mạng báo hiệu số 7.
23
4)Các chuẩn trong hệ thống thông tin di động thứ 2:
-Thế hệ thứ 2 (2G):thong tin di động số , sử dụng TDMA kết hợp
FDMA hoặc CDMA kết hợp FDMA
-Các tiêu chuẩn chính là :
+GSM (TDMA-Based):Châu Âu
+IS -95 cịn được gọi là CDMAOne (CDMA-Based) (Interim Standard 1995): nghiên cứu tại Qualcom Mỹ
+PDC còn được gọi JDC (Japanese Digital Cellular ) (TDMA –Based)
+DAMPS –TDMA triển khai tại Mỹ.
5)Chức năng của BTS:
-Cung cấp môi trường truy nhập vô tuyến cho các thiết bị đầu cuối
- Thu phát vô tuyến
- Ánh xạ kênh logic vào kênh vật lý
- Mã hóa và giải mã - Mật mã / giải mật mã
- Điều chế / giải điều chế.
-BTS không cần phải điều khiển công suất .
-BTS kết nối với BSC thông qua giao diện A bis.
-BSS nối với NSS thông qua luồng PCM cơ sở 2 Mbps
Mạng và hệ thống chuyển mạch Network and Switching Subsystem
(phần này gần giống với mạng điện thoại cố định). Đơi khi người ta
cịn gọi nó là mạng lõi (core network).
Phần mạng GPRS (GPRS care network) Phần này là một phần lắp
thêm để cung cấp dịch vụ truy cập Internet.
Và một số phần khác phục vụ việc cung cấp các dịch vụ cho mạng
GSM như gọi, hay nhắn tin SMS...
Máy điện thoại - Mobile Equipment
24
Thẻ SIM (Subscriber identity module)
Trạm thu phát gốc BTS
25
