CHƯƠNG 1 CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN [1] 1. Giới thiệu chung Mạng viễn thông tổ ong là một trong những các ứng dụng của kỹ thuật viễn thông, nó có nhu cầu lớn và sự phát triển của mạng rất nhanh. Hệ thống thông tin di động ra đời vào những năm 1920.
Hệ thống thông tin di động hay còn gọi là hệ thống thông tin tế bào số ( Digital Cellular mobile communication systems ) là hệ thống liên lạc với nhiều điểm truy nhập khác nhau trên một vùng địa lý hay còn gọi là các Cell. Hệ thống thông tin di động cùng cấp chức năng di chuyển, người sử dụng hệ thống có thể di chuyển trong vùng phủ sóng của các trạm (Base Station). Năm 1982 GMS bắt đầu phát triển khi các nước Bắc Âu gửi đề nghị đến CEPT để quy định một dịch vụ viễn thông chung Châu Âu ở 900MHz, đến năm 1985 việc xây dựng hệ thống số đã bàn luận và chọn lựa giải pháp băng hẹp và băng rộng. Vào năm 1986 một cuộc kiểm tra ngoài hiện trường đã được tổ chức tại Paris với các hãng khác nhau với các giải pháp của mình, đến tháng 05 năm 1987 đã giải pháp băng hẹp TDMA được lựa chon và đến ngày 01 tháng 07 năm 1991 các hãng khai thác đã ký biên bản ghi nhớ MoU ( Memorandem of Understanding ) thực hiện các ưuy định đã hứa sẽ có 1 GSM.
Năm 1991 Qualcomm triển khai hệ thống di động trên công nghệ CDMA chuẩn IS-95A (Interim Standard-95A). Tại Viết Nam sử dụng GSM vào năm 1993, và triển khai hệ thống thông tin di động theo công nghệ CDMA và đưa vào sử dụng vào tháng 07 năm 2003. Các thế hệ của hệ thống thông tin di động Sự phát triển của công nghệ thông tin di động được chia thành 3 thế hệ: Thế hệ thứ nhất là First Generation được gọi là 1G 1 Thế hệ thứ hai là Second Generation được gọi là 2G Thế hệ thứ ba là Third Generation được gọi là 3G Thế hệ thứ bốn Fourth Generation được gọi là 4G Do sự phát triển của công nghệ cũng như kỹ thuật, các thế hệ của hệ thống thông tin di động phải tiến hành phát triển theo thế hệ như sau: Thế hệ thứ nhất 1G: Mạng 1G là thế hệ đầu tiên của của công nghệ điện thoại di động bao gồm AMTS, TACS và NTM, việc sử dụng hệ thống thông tin di động tương tự việc sử dụng phương thức đa truy nhập chia phân theo tấn số FDMA và điều chế tấn số FM. Những đặc trưng của hệ thống 1G là: Phương phát truy nhập là FDMA Kỹ thuật chuyển mạch tương tự Circuit-Switched Xác suất rớt cuộc gọi cao Khả năng Handoff của chuyển cuộc gọi giữa các tế bào không tin cậy Dịch vụ đơn thuần là thoại Chất lượng thấp và âm thanh rất chuối Bảo mật kém như là không có chế độ bảo bật Một số hệ thống điển hình trong mạng 1G: NMT ( Nordic Mobile Telephone ) được triển khai trên hệ thống thông tin di động ở thế hệ thứ nhất vào năm 1981 tại các nước Bắc Âu.
Sử dụng băng tần 450MHz. TACS ( Total Access Communication System ) được triển khai trên hệ thống thông tin di động ở thế hệ thứ nhất vào năm 1985 tại nước Anh. AMTS ( Advanced Mobile Phone System ) được triển khai trên hệ thống thông tin di động ở thế hệ thứ nhất vào năm 1978 tại Bắc Mỹ. Sử dụng băng tần 800MHz.
Thế hệ thứ hai 2G: Mạng 2G là thế hệ của công nghệ thông tin di động bao gồm GSM, CDMA IS- 2 95 and D-AMPS, IS-136. Đặc điểm khác biệt nổi bật giữa mạng điện thoại thế hệ 1G và mạng 2G là sự chuyển đổi từ điện thoại dùng tín hiệu tương tự sang tín hiệu số. Tùy theo kỹ thuật đa truy cập. Mạng 2G có thể phân ra 2 loại: mạng 2G dựa trên nền TDMA ( Time Division Multiple Access ) và mạng 2G dựa trên nền CDMA ( Code Division Multiple Access ).
Trong 2 loại của mạng 2G là sử dụng phương thức khác nhau. TDMA là phương thức đa truy cập phân chia theo thời gian còn CDMA là phương thức đa truy cập phân chia theo mã. Trong kỹ thuật CDMA, tín hiệu của mỗi người dùng sẽ được dàn trải bằng một mã xác định trực giao (hoặc giả trực giao) với nhau. Tín hiệu truyền sẽ là tín hiệu chồng chập của nhiều người dùng khác nhau theo thời gian và trên cùng một băng tần số.
Những đặc điểm của thế hệ thứ hai 2G: Hệ thống di động số tế bào: dung lượng tăng lên so với thế hệ 1G, chất lượng tốt so với thế hệ 1G và hỗ trợ dịch vụ số liệu (DATA). Phương thức truy nhập là TDMA, CSMA sử dụng bằng hẹp NarrowBand. Sử dụng chuyển mạch kênh (Cricuit Swiching). Một số hệ thống điển hình trong mạng 2G: GSM ( Global System for Mobile Phone ) –TDMA được triển khai trên hệ thống thông tin di động ở thế hệ thứ hai tại Châu Âu.
D-AMPS ( IS-136-Advanced Mobile Phone System ) –TDMA được triển khai trên hệ thống thông tin di động ở thế hệ thứ hai tại Mỹ. IS-95 ( CDMA one ) –CDMA được triển khai trên hệ thống thông tin di động ở thế hệ thứ hai tại Nhật Bản. Thế hệ thứ 2.5G là sự nâng cấp của công nghệ điện thoại di động ở thế hệ thứ hai, và 2.5G là chữ viết tắt của Evolved Second Generation. 3 Trong thế hệ này đã triển khai như là: Các dịch vụ số liệu cải tiến: làm tăng lên về tốc độ truyền dữ liệu và hỗ trợ kết nối Internet.
Với phương pháp chuyển mạch triển khai thành chuyển mạch gói (Packet Swiching). Thế hệ thứ ba 3G: Mạng 3G là thế hệ thứ 3 của công nghệ điện thoại di động được phủ sóng bởi ITU IMT-2000. Để Để cung cấp một truy nhập Internet di động thực sự, 3G sẽ yêu cầu không chỉ một giao diện vô tuyến băng rộng mà còn yêu cầu truyền tải dựa trên gói băng rộng trên mạng lõi và mạng truy nhập vô tuyến (RAN). Điều này dẫn đến nhu cầu cần phải tích hợp mạng truyền tải ATM hoặc IP.
Mạng 3G hỗ trợ các dịch vụ số liệu gói tốc độ cao với việc di chuyển trên các phương tiện (Vehicles) dùng tốc độ 144kbps-Macro Cell, di chuyển chậm ( Pedestrians) của mạng 3G cung cấp với tốc độ 384kbps-Macro Cell, sử dụng tại văn phòng ( Indoor, Stationary users) mạng 3G cung cấp dịch vụ gói với tốc độ 2Mbps- Pico Cell. Trong thế hệ thứ 3 công nghệ điện thoại di động cung cấp dịch vụ đa phương tiện, kết nối qua Internet ví dụ như Video Streaming, Video Conference, Web Browsing, email. Hai tiêu chuẩn chính của mạng 3G gồm có W-CDMA và CDMA2000 : Chuẩn W-CDMA là chuẩn liên lạc di động của mạng 3G song hành với chuẩn GSM. Chuẩn W-CDMA chia ra 2 chuẩn con là UMTS và FOMA, Chuẩn UMTS của W-CDMA được phát triển từ hệ thống GSM, GPRS và EDGE.
Chuẩn CDMA2000 là một trong những chuẩn quan trọng của mạng 3G, là một công nghệ 3G đầu tiên được triển khai, nó nâng cấp của hệ thống CDMA IS-95, cho phép truyền tải dữ liệu trên mạng di động. Thế hệ thứ bốn 4G: Mạng 4G là thế hệ thứ bốn của công nghệ điện thoại di động, 4G là một giải 4 pháp để vượt lên những giới hạn và những điểm yếu của mạng 3G. Mạng 4G đang trong trạng thái xây dựng với mục đích là xây đựng chuẩn và cải tiến thêm các dịch vụ dữ liệu với tốc độ bít cao hơn so với mạng 3G. Hiện này mạng 4G cải tiến dịch vụ dữ liệu bít với tốc 100Mb/s cao hơn rất nhiều so với mạng điện thoại di động ở các thế hệ trước.
Mạng 4G dùng phương thức điều chế OFDM và MC- CDMA với xu hướng kết hợp là mạng lõi IP cộng với mạng truy nhập di động 3G và truy nhập vô tuyến Wimax và Wi-fi. CẤU TRÚC HỆ THỐNG[1] Trước tiên em sẽ đưa ra mô tả cấu trúc hệ thống thông tin di động theo hình 1.2 của cấu trúc hệ thống thông tin di động.2: CẤU TRÚC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TR UNG T ÂM Ạ CHUY ỂN M CH DI ĐỘNG 5 Cấu trúc hệ thống thông tin di động bao gồm HLR ( Home Location Register ), VLR ( Visited Location Register ), AuC ( Authentication Center ) và MSC ( Mobile Swiching Center ), Cell. Các công việc kết nối với các hệ thống khác như PSTN, ISDN, xác định cuộc gọi, tính cược đều được thực hiện ở trong phần này. Các chức năng trong hệ thống gồm có: HLR là bộ ghi có nhiệm vụ đăng ký định vị thường trú.
VLR là bộ ghi có nhiệm vụ đăng ký định vị tạm trú. AuC là trung tâm nhận thực. MSC là trung tâm chuyển mạch di động. MSC MSC là trung tâm chuyển mạch di động, Nó có nhiệm vụ điều phối trong việc thiết lập cuộc gọi đến những người sử dụng mạng GSM.
MSC được giao tiếp với hệ thống con BSS, và mắt khác giao tiếp với mạng ở ngoài gọi là MSC cổng. Trong việc giao tiếp với mạng bên ngoài có nhiệm vụ đảm bảo thông tin cho nhưng người sử dụng mạng GSM đòi hỏi cổng thích ứng của các chức năng tương tác IWF ( Interworking Function ). MSC thường như là một tổng đài lớn điều kiển trạm gốc BSC, một tổng đài MSC thích hợp cho một vùng đô thị và nhoại ô có dân cư vào khoảng một triệu với một độ thuê bao trung bình. Để có thể kết nối MSC với một số mạng khác cần phải thích ứng với các đặc điểm truyền dẫn của mạng GSM với các mạng này.
Các thích ứng này được gọi là các chức năng tương tác IWF bao gồm một thiết bị để thích ứng giao thức và truyền dẫn, nó cho phép kết nối với các mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói PSPDN hay mạng số liệu công cộng chuyển mạch theo mạch CSPDN và tồn tại khi các mạng khác chỉ đơn thuần là PSTN và ISDN. Ở trong trường hợp hai giao tiếp giữa MSC và IWF được mở IWF có thể được thực hiện trong cùng chức năng với MSC hay có thể ở các thiết bị riêng. HLR HLR là bộ ghi có nhiệm vụ đăng ký định vị thường trú, nó là một trong các cơ sở dữ liệu của hệ thống con chuyển mạch SS. Các thông tin liên quan đến cung cấp dữ liệu viễn thông được lưu trong HLR.
HLR không có khả năng chuyển mạch nhưng có khả 6 năng quản lý các thuê bao.