Chương 1. Tổng quan về mạng di ðộng GSM. Trạm BTS – Thiết kế xây dựng một trạm BTS của MobiFone tại Thành phố Hải Phòng. Quy trình lắp đặt một trạm BTS.
Sinh viên: Hoàng Thị Lan Anh 2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƢỜNG ĐHDL HẢI PHÒNG CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG GSM 1. GIỚI THIỆU CHUNG Dịch vụ điện thoại di động bắt đầu xuất hiện ở các dạng sử dụng đƣợc vào đầu những năm 1960, khi đó nó chỉ là các sửa đổi thích ứng của các hệ thống điều vận. Các hệ thống điện thoại di động đầu tiên này ít tiện lợi và dung lƣợng thấp. Năm 1980 hệ thống điện thoại tổ ong điều tần sử dụng kỹ thuật đa thâm nhập phân chia theo tần số xuất hiện.
Nhƣng các hệ thống tổ ong tƣơng tự không thể đáp ứng đƣợc nhu cầu ngày càng tăng do có quá nhiều hạn chế : Phân bổ tần số rất hạn chế. Dung lƣợng thấp. Tiếng ồn khó chịu và nhiễu hệ thống xảy ra khi máy di động dịch chuyển trong môitrƣờng phading đa tia. Không đáp ứng đƣợc các dịch vụ mới hấp dẫn đối với khách hàng.
Không cho phép giảm đáng kể giá thành của thiết bị di động và cơ sở hạ tầng Không đảm bảo tính bí mật của các cuộc gọi. Không tƣơng thích giữa các hệ thống khác nhau. Do đó cần chuyển sang sử dụng kỹ thuật thông tin số cho thông tin di động cùng với các thông tin di độngvới các kỹ thuật đa thâm nhập mới .Năm 1982 hệ thống thông tin di đông số sử dụng kỹ thuật đa thâm nhập phân chia theo thời gian(TDMA) ra đời ở Châu Âu có tên là GSM (Global System for Mobile Communication). Tháng 5/1986 giải pháp TDMA băng hẹp đƣợc lựa chọn cho dịch vụ viễn thông chung Châu Âu ở băng tần 900 Mhz.
Năm 1985 công nghệ CDMA bắt đầu phát triển và phiên bản đầu tiên là CDMA IS_95A. Các mạng Sinh viên: Hoàng Thị Lan Anh 3 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƢỜNG ĐHDL HẢI PHÒNG CDMA đƣợc đƣa vào khai thác ở Hàn Quốc, HongKong, Argentina, Brasil,Chile.Để tăng dung lƣợng của hệ thống thông tin di động, tần số các hệ thống này đang đƣợc chuyển từ vùng 800-900 Mhz vào vùng 1,8-1,9 GHz. Sự ra đời của loại hình thông tin di động số GSM là một bƣớc nhẩy vọt của lĩnh vực thông tin, nó mang lại cho ngƣời sử dụng những lợi ích không thể phủ nhận đƣợc. Cộng với sự phát triển của kỹ thuật hiện đại, sự đổi mới công nghệ, mạng lƣới viễn thông toàn cầu nói chung cũng ngày càng đổi mới theo chiều hƣớng tích cực, và trong cái chung đó, lĩnh vực thông tin di động đã luôn cập nhật những thành tựu khoa học mới.
GSM Ký hiệu: NSS: mạng và phân hệ chuyển mạch BSS: phân hệ trạm gốc OSS: phân hệ khai thác MS: trạm di động Hình 1. Tổng quan mạng GSM Hỡnh 1: Tổng quan mạng GSM 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG TỔ ONG Toàn bộ vùng phục vụ của hệ thống điện thoại di động tổ ong đƣợc chia thành nhiều vùng nhỏ, gọi là các ô, mỗi ô có một trạm gốc phụ trách và đƣợc điều khiển bởi tổng đài sao cho thuê bao vẫn có thể duy trì cuộc gọi một cách liên tục khi di chuyển giữa các ô. Sinh viên: Hoàng Thị Lan Anh 4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƢỜNG ĐHDL HẢI PHÒNG Trong hệ thống điện thoại di động tổ ong thì tần số các máy di động là không cố định ở một kênh nào đó mà kênh đàm thoại đƣợc xác định nhờ kênh báo hiệu và máy di động đƣợc đồng bộ về tần số một cách tự động.
Vì vậy các ô kề nhau nên sử dụng tần số khác nhau còn nếu cách xa hơn thì có thể tái sử dụng tần số đó. Để cho phép các máy di động có thể duy trì cuộc gọi liên tục trong khi di chuyển giƣã các ô thì tổng đài sẽ điều khiển các kênh báo hiệu hoăc kênh lƣu lƣợng theo sử dụng của máy di động để chuyển đổi tần số của máy di động đó thành một tần số thích hợp một cách tự động. Hệ thống điện thoại di động tổ ong Hiệu quả sử dụng tần số của hệ thống điện thoại di động tăng lên vì các kênh RF giữa các BS kề nhau có thể đƣợc định vị một cách hiệu quả nhờ việc tái sử dụng tần số và do đó dung lƣợng thuê bao đƣợc phục vụ sẽ tăng lên. Sinh viên: Hoàng Thị Lan Anh 5 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƢỜNG ĐHDL HẢI PHÒNG 1.
CẤU TRÖC CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG GSM Mô hình cấu trúc hệ thống của một mạng thông tin di động GSM có sơ đồ nhƣ sau: NSS AU C MAP ISDN ISUP VLR EIR HLR PSPDN MAP MAP MAP MS CSPDN C TUP BSSAP OSS PSTN BSS BSC PLMN MUP LAPD BTS Truyền báo hiệu LAPDm Truyền lƣu lƣợng MS AUC: Trung tâm nhận thực BSS: Phân hệ trạm gốc VLR: Bộ ghi ðịnh vị tạm trú MS: Trạm di ðộng HLR: Bộ ghi ðịnh vị thýờng trú OSS: Phân hệ khai thác bảo dýỡng EIR: Bộ ghi nhận dạng thiết bị PSPDN: Mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói MSC: Trung tâm chuyển mạch CSPDN: Mạng số liệu công cộng chuyển mạch kênh các dịch vụ mạng PSTN: Mạng ðiện thoại chuyển mạch công cộng BSC: Bộ ðiều khiển trạm gốc PLMN: Mạng di ðộng mặt ðất Sơ thu BTS: Trạm Hình 1. đồphỏt cấugốctrúc hệ thống củaISDN: một Mạng mạng thông số dịch tin vụ tớch hợpdi động GSM NSS: Phừn hệ chuyển mạch OMC: Trung tõm khai thỏc và bảo dýỡng Sinh viên: Hoàng Thị Lan Anh 6 Cấu trỳc chung mạng GSM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƢỜNG ĐHDL HẢI PHÒNG Cấu trúc mạng GSM đƣợc chia thành 3 phân hệ chính: Phân hệ chuyển mạch (SS: Switching Subsystem) Phân hệ trạm gốc( BSS: Base Station Subsystem) Phân hệ vận hành và bảo dƣỡng (OMS: Operation and Maintenance Subsystem) SS HLR EIR AC BSS MSC BSC BTS Các mạng khác GMSC VLR MS ` Sessions OMS Hình 1. Tổng quan về kiến trúc GSM HLR (Home Location Register): Thanh ghi địa chỉ thƣờng trỳ VLR(Visitor Location Register): Thanh ghi địa chỉ tạm trỳ MSC(Mobile Switching Center): Trung tâm chuyển mạch di động AC(Authentication Center) : Trung tâm nhận thực 1. Phân hệ BSS Chức năng của BSS là tạo ra vùng hoạt động cho thuê bao di động và thực hiện truyền dẫn thông suốt tín hiệu, BSS gồm có các thành phần : BTS, BSC, MS.
Sinh viên: Hoàng Thị Lan Anh 7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƢỜNG ĐHDL HẢI PHÒNG 1. MS(Mobile Station) Trạm di động là thiết bị thu phát cá nhân do ngƣời đăng ký thuê bao trực tiếp sử dụng. MS có thể là một máy điện thoại di động.Đối với hệ thống GSM thì MS gồm có 2 thành phần chính là ME và SIM. ME(Mobile Equipment) là thiết bị cứng thực hiện chức năng thu phát tín hiệu.
ME trở thành MS chỉ khi nào SIM card đƣợc gắn vào trong ME. Nếu không có SIM, ME không thể thực hiện đƣợc bất kỳ dịch vụ nào. SIM là thẻ chip mà bên trong cócác bộ nhớ để lƣu trữ thông tin cá nhân của thuê bao di động và một số thông tin mạng. Trong quá trình hoạt động, MS sẽ sử dụng các thông tin trong SIM.
Thông tin lƣu trong SIM gồm có: Nhận dạng số thuê bao quốc tế Số vùng đăng ký Khóa nhận thực Ki 1. BTS( Base Transceiver System): Trạm thu phát gốc, chức năng của BTS là tạo ra vùng hoạt động cho MS. Vùng phủ sóng nhỏ nhất của một BTS gọi là một tế bào (Cell). Cell: Là đơn vị cơ bản của hệ thống tế bào, đƣợc định nghĩa theo vùng phủ sóng của BTS.
Mỗi cell đƣợc cấp một số định danh duy nhất gọi là CGI (Cell Global Identity) Một BTS có thể phát và thu sóng ra một hay nhiều cell, và một hay nhiều tần số khác nhau tuỳ theo lƣu lƣợng thoại phục vụ tại khu vực trạm gốc. Mỗi cell có một trạm vô tuyến gốc BTS hoạt động trên một tập các kênh vô tuyến. Các kênh vụ tuyến này sẽ khác các kênh vụ tuyến của các cell bên cạnh để tránh hiện tƣợng can nhiễu. Hệ thống đƣợc xem nhƣ là một mạng lƣới của các cell vụ tuyến cạnh nhau - hay có thể gọi là các vùng phủ sóng - các cell này kết hợp với nhau để bảo đảm cho việc phủ sóng toàn khu vực.
BTS giao tiếp với MS qua đƣờng vô tuyến. BTS hoạt động dƣới sự điều khiển của BSC. Bốn kênh phục vụ của 1 trạm phát sóng cơ bản phụ thuộc: Sinh viên: Hoàng Thị Lan Anh 8 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƢỜNG ĐHDL HẢI PHÒNG Góc ngẩng của anten Công suất phát của trạm Địa hình, thời tiết… Độ nhạy anten 1. BSC (Base Station Controller) Bộ điều khiển trạm gốc, chức năng chính của BSC là điều khiển các hoạt dộng của BTS nhƣ: quản lý tài nguyên vô tuyến, điều khiển nhảy tần, điều khiển chuyển giao, điều khiển công suất,…Một BSC có thể điều khiển nhiều BTS.
Với chức năng này, một BSC có thể đƣợc xem nhƣ một bộ chuyển mạch của báo hiệu. Phân hệ chuyển mạch SS( Switching Subsystem) Chức năng của SS là xử lý cuộc gọi và quản lý thuê bao di động. Các thành phần trong SS gồm có 5 thành phần: 1. MSC ( Mobile Service Switching Center) Một số các bộ điều khiển trạm gốc BSC đƣợc phục vụ bởi 1 tổng đài di động MSC.
Tổng đài di động MSC này có chức năng kiểm soát các cuộc gọi tới cũng nhƣ gọi đi từ mạng ĐT di động đến các mạng khác nhƣ mạng chuyển mạch công cộng PSTN, mạng liên kết dịch vụ số ISDN, mạng di động mặt đất công cộng PLMN khác, mạng dữ liệu công cộng cũng nhƣ các mạng cá nhân khác v. MSC là nơi thực hiện việc thiết lập, định tuyến và giám sát các cuộc gọi đến và từ thuê bao di động. Các tin nhắn ngắn, phân tuyến từ SMS - GMSC hoặc gửi từ máy di động đều qua MSC. GMSC (Gateway Mobile Service Center) GMSC là một MSC làm nhiệm vụ giao tiếp giữa mạng di động với các mạng khác nhƣ PSTN, ISDN, PLMN,.
Nó là tổng đài cổng của mạng GSM, có chức năng định tuyến cuộc gọi đến MS tuỳ theo vị trí của MS đƣợc cung cấp bởi HLR và định tuyến các cuộc gọi ra ngoài. Sinh viên: Hoàng Thị Lan Anh 9 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƢỜNG ĐHDL HẢI PHÒNG 1. VLR (Visitor Location Register – Đăng ký vị trí tạm) VLR là một cơ sở dữ liệu chứa tạm thời các thông tin về thuê bao di động MS đang hoạt động trong vùng phục vụ MSC. Dựa vào vị trí và dữ kiện, các thuê bao trong vùng phục vụ, VLR cung cấp các số chuyển vùng (Roaming) để kết nối các cuộc gọi cho máy di động.