Bài giảng Thông tin di động: Phần 1 - Trường Đại học Thái Bình

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:51

Thêm vào BST

Báo xấu

15
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Thông tin di động cung cấp cho bạn đọc nền tảng kiến thức liên quan tới mạng thông tin di động tại Việt Nam và hướng dẫn sinh viên sửa chữa phần cứng và cài đặt phần mềm cho một số máy di động thông dụng. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung phần 1 dưới đây!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Thông tin di động: Phần 1 - Trường Đại học Thái Bình

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THÁI BÌNH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÀI GIẢNG THÔNG TIN DI ĐỘNG (tài liệu lưu hành nội bộ) Thái Bình, năm 2021 1
LỜI MỞ ĐẦU Mạng thông tin di động hiện nay đang được phát triển rất nhanh tại Việt Nam và trên toàn thế giới nên kiến thức về mạng di động không chỉ cần thiết trang bị cho bạn đọc với mục đích giúp ích cho công việc chuyên môn mà còn giúp ích trong cuộc sống hàng ngày ở thời đại công nghệ số hiện nay. Bài giảng Thông tin di động cung cấp cho bạn đọc nền tảng kiến thức liên quan tới mạng thông tin di động tại Việt Nam và hướng dẫn sinh viên sửa chữa phần cứng và cài đặt phần mềm cho một số máy di động thông dụng. Bài giảng gồm hai phần lý thuyết và thực hành. Ở phần lý thuyết có 4 chương lần lượt giới thiệu tổng quan mạng thông tin di động, các vấn đề kỹ thuật của mạng thông tin di động thế hệ thứ 2 GSM, mạng thông tin di động thế hệ thứ ba UMTS và hiện trạng mạng thông tin di động tại Việt Nam hiện nay. Ở phần thực hành bạn đọc sẽ được hướng dẫn cài đặt một số phần mềm cho máy và cách vệ sinh, sửa chữa, thay thế IC trên main điện thoại. Trong quá trình soạn không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong sự đóng góp ý kiến của đồng nghiệp và sinh viên. Trân trọng cám ơn! Nhóm người biên soạn 2
MỤC LỤC CHƯƠNG 1 ..................................................................................................................................................... 5 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG ........................................................................... 5 1.1. Tổng quan về hệ thống di động .......................................................................................................... 5 1.2. Cấu trúc chung của một hệ thống thông tin di động........................................................................ 7 CHƯƠNG 2 ..................................................................................................................................................... 8 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ 2 GSM.................................................................... 8 2.1 Tổng quan GSM .............................................................................................................................. 8 2.1.1 Các đặc tính của mạng thông tin di động GSM ...................................................................... 8 2.1.2 Các dịch vụ của mạng thông tin di động GSM ....................................................................... 8 2.1.3 Sử dụng tần số .......................................................................................................................... 8 2.2 Cấu trúc, các thành phần của mạng .............................................................................................. 9 2.2.1 Cấu trúc .................................................................................................................................... 9 2.2.2 Các thành phần của mạng ..................................................................................................... 10 2.2.3 Cấu trúc địa lý của mạng GSM ............................................................................................. 18 2.3 Các trường hợp chuyển giao cuộc gọi ......................................................................................... 21 2.4 Quy hoạch và tính toán mạng ...................................................................................................... 25 2.4.1 Quy hoạch cell cho hệ thống GSM ........................................................................................ 25 2.4.2 Tính toán mạng GSM ............................................................................................................ 32 CHƯƠNG 3 ................................................................................................................................................... 34 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ 3 WCDMA UMTS .............................................. 34 3.1 Giới thiệu về quá trình phát triển từ 2G lên 3G và 3GPP ......................................................... 34 3.2 Cấu trúc mạng W-CDMA UMTS ................................................................................................ 36 3.2.1. Thiết bị người sử dụng (UE) ....................................................................................................... 37 3.2.2 Mạng truy nhập vô tuyến UMTS .................................................................................................. 39 3.2.3 Mạng lõi......................................................................................................................................... 40 3.2.4 Các mạng ngoài............................................................................................................................. 44 3.3 Giao tiếp vô tuyến của W-CDMA UMTS ................................................................................... 44 3.4 Các dịch vụ ứng dụng trên UMTS ............................................................................................... 45 CHƯƠNG 4 ................................................................................................................................................... 52 THỰC TRẠNG DI ĐỘNG TẠI VIỆT NAM .............................................................................................. 52 4.1 Sự phát triển chung............................................................................................................................ 52 4.2 Đặc điểm chung các mạng dịch vụ di động chính ở Việt Nam ....................................................... 56 3
4.3 Tình hình quản lý chất lượng của các nhà cung cấp dịch vụ tại Việt Nam.................................... 57 BÀI 5 .............................................................................................................................................................. 58 ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG .............................................................................................................................. 58 5.1. Điện thoại nokia s40 ........................................................................................................................... 58 5.1.1. Giới thiệu chung........................................................................................................................... 58 5.1.2. Chạy lại firmware cho dòng S40 ................................................................................................. 59 5.2. Điện thoại Android............................................................................................................................. 64 5.2.1. Tổng quan..................................................................................................................................... 64 5.2.2. Hướng dẫn uprom cho máy samsung ......................................................................................... 66 5.3. Điện thoại iphone ............................................................................................................................... 71 5.3.1. Tổng quan..................................................................................................................................... 71 5.3.2. Hướng dẫn restore iphone bằng itunes ....................................................................................... 72 BÀI 6 .............................................................................................................................................................. 74 SỬA CHỮA PHẦN CỨNG ĐIỆN THOẠI ................................................................................................. 74 6.1. Sơ đồ khối điện thoại di động ............................................................................................................ 74 6.1.1. Chức năng của khối nguồn .......................................................................................................... 74 6.1.2. Chức năng của khối điều khiển................................................................................................... 75 6.1.3. Chức năng của khối thu phát ...................................................................................................... 76 6.1.4. Chức năng của các mạch khác.................................................................................................... 77 6.2. Thực hành tháo lắp IC trên main điện thoại ................................................................................... 77 6.2.1. Máy khò nhiệt ............................................................................................................................... 78 6.2.2. Cách sử dụng máy khò ................................................................................................................. 79 6.3. Thực hành làm chân IC ..................................................................................................................... 79 6.4. Thực hành tháo lắp điện trở tụ điện ................................................................................................. 83 6.5. Thực hành câu dây linh kiện trên main ........................................................................................... 86 ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP ................................................................................................................................... 88 4
PHẦN LÝ THUYẾT CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1. Tổng quan về hệ thống di động Do sự phát triển của khoa học kỹ thuật, nhu cầu thông tin đòi hỏi ngày càng cao. Từ chỗ thực hiện được các kết nối thông tin trên khoảng cách xa bằng hệ thống đường dây điện thoại, nhu cầu thông tin được đặt ra là kết nối ở mọi nơi, mọi lúc. Chính từ những yêu cầu này làm xuất hiện hình thức thông tin di động. Một trong các hình thức xuất hiện đầu tiên của thông tin di động đó là các kỹ thuật máy bộ đàm, loại thông tin này được sử dụng trong quân đội. Đó là máy bộ đàm với kỹ thuật chủ yếu là FDMA, năm 1980. Đối với các hệ thống bộ đàm khả năng phục vụ kết nối thông tin bị hạn chế về; khoảng cách ngắn, chất lượng thông tin kém và dung lượng nhỏ. Mà nhu cầu về thông tin ngày càng mở rộng và đòi hỏi nhiều hơn, nên các hệ thống thông tin hiện đại hơn đã lần lượt ra đời. Vấn đề đặt ra là các hệ thống thông tin khi ra đời phải đảm bảo được khả năng kết nối toàn cầu, nên năm 1982 tại hội nghị bưu chính viễn thông châu Âu CEPT (Conference European for Post and Tele-communications) đã thành lập một tổ chức tiêu chuẩn hoá các hệ thống thông tin di động gọi tắt là GSM (Groupe Special Mobile) để tạo ra một hệ thống thông tin di động chung cho toàn Châu Âu. 1988 viện tiêu chuẩn thông tin châu âu đã đưa ra bản ghi chi tiết kỹ thuật của công nghệ GSM và thay đổi tên đầy đủ của GSM (Global System for Mobile Communication). 1991 công nghệ viễn thông GSM chính thức được thương mại hoá. Tiêu chuẩn GSM được thiết kế để có thể kết hợp với ISDN (Integrated Services Digital Network) và tương thích với môi trường di động. Hệ thống truyền thông di động toàn cầu GSM là hệ thống điện thoại mạng lưới hoàn toàn sử dụng kỹ thuật số, khác với hệ thống mạng điện thoại đầu tiên của Mỹ được xây dựng vào năm 1983, mạng này được dùng kiểu analog và sử dụng công nghệ FDMA (Frequency Division Multiple Access) để tạo các kênh liên lạc, còn GSM ngoài sử dụng 5
FDMA còn sử dụng TDMA ( Time Division multiple Access) đây là kỹ thuật khe thời gian trên mỗi mobile trên mạng được được cấp phát một khe thời gian riêng biệt để di chuyển dữ liệu đi. Hiện nay kỹ thuật CDMA (Code Division multiple Access) - kỹ thuật trải phổ rộng trong đó dữ liệu trong một cuộc đàm thoại khác, mã này giúp mỗi (máy) người nhận truy cập đến đúng các bit dành cho họ - đang được rộng rãi trên thế giới. Ngoài tính lưu động quốc tế, tiêu chuẩn GSM còn cung cấp một số tính năng như thông tin tốc độ cao ,fax, data và dịch vụ thông báo tin nhắn SMS. Đến ngày nay dần trở thành thiết bị cá nhân không thể thiếu được nó trong sinh hoạt hàng ngày, nó cung cấp cho chúng ta các dịch vụ ngày càng tiện ích hơn, như: nhắn tin đa phương tiện, internet, máy nghe nhạc và cái đích sẽ là dịch vụ video phone mà các nhà sản xuất đang chạy đua về công nghệ để đạt được cái đích này. Thông tin di động từ khi ra đời cho đến nay đã trải qua các thế hệ:  Thế hệ thứ nhất 1G là hệ thống tương tự, sử dụng chuyển mạch kênh và chỉ cung cấp dịch vụ nghe gọi.  Thế hệ thứ hai 2G là hệ thống số, phủ song theo mạng tổ ong, sử dụng thêm chuyển mạch gói để truyền dữ liệu nhưng tốc độ còn thấp (vài trăm KBps)  Thế hệ thứ ba 3G tốc độ truyền dữ liệu có thể lên đến 2MB với các di động indoor do vậy các hệ thống 3G có thể cung cấp được nhiều loại hình dịch vụ như lướt web, gọi truyền hình, hội tháo trực tuyến, định vị dẫn đường….  Thế hệ thứ tư 4G tốc độ truyền dẫn được nâng cao hơn nữa và nhà mạng có thể cung cấp được nhiều dịch vụ hơn nữa  Thế hệ thứ năm 5G đang được triển khai thử nghiệm Qua các thế hệ, hệ thống thông tin di động được cải tiến kỹ thuật nhằm tiết kiệm băng thông, tăng tốc độ truyền dẫn để cung cấp được ngày càng nhiều các dịch vụ với chất lượng ngày càng cao. Trên đà đó, hệ thống thông tin di động sẽ còn được phát triển theo nhiều thế hệ tiếp theo. Ở Việt Nam hiện nay đang triển khai hệ thống 4G. 6
1.2. Cấu trúc chung của một hệ thống thông tin di động Hình 1.1. Mô hình tổng quát của mạng di động Trong cấu trúc trên thuê bao di động MS sẽ liên lạc qua trạm thu phát song gốc BTS, mỗi trạm BTS phủ song một phạm vi địa lý nhất định tạo thành các cell hay tế bào. Một nhà mạng di động có thể cung cấp vùng phủ song rộng lớn nhờ xếp kín các tế bào trên bằng cách tính toán đặt các trạm BTS ở vị trí thích hợp. 7
CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ 2 GSM 2.1 . Tổng quan GSM 2.1.1 Các đặc tính của mạng thông tin di động GSM GSM - Global System for Mobile Communication – Hệ thống điện thoại di động tòan cầu được triển khai tại châu Âu có những đặc tính:  Là hệ thống di động thế hệ thứ 2 – hệ thống di động số tế bào giúp tăng dung lượng truyền và cải thiện chất lượng thoại  Sử dụng phương thức chuyển mạch kênh  Khoảng cách giữa các sóng mang 200 KHz  Điều chế nén dữ liệu thoại dùng kỹ thuật GMSK  Tốc độ truyền dẫn dữ liệu giữa các mobile/carrier và mạng 270K bit/s  Phương thức truy xuất dữ liệu dùng kỹ thuật TDMA và FDMA  Mã hoá thoại dùng kỹ thuật RPE-LTP (Regular Pulse Excitation-Long Term Prediction-Linear Prediction Coder) 2.1.2 Các dịch vụ của mạng thông tin di động GSM Hệ thống thông tin di động GSM cung cấp dịch vụ thoại và hỗ trợ các dịch vụ số liệu. 2.1.3 Sử dụng tần số Các mạng di động GSM hoạt động trên 4 dải tần số. Hầu hết hoạt động ở tần số 900 MHz và 1800 MHz. Vài nước ở châu Mỹ sử dụng tần số 850MHz và 1900 MHz do tần số 900 MHz và 1800 MHz ở nước này đã bị sử dụng trước. Cụ thể như sau: 8
2.2 . Cấu trúc, các thành phần của mạng 2.2.1 Cấu trúc Hình 2.1. Sơ đồ khối của hệ thống tổng đài GSM 9
OSS : Phân hệ khai thác và hỗ trợ BTS : Trạm vô tuyến gốc AUC : Trung tâm nhận thực HLR : Bộ ghi định vị thường trú MSC : Tổng đài di động MS : Trạm di động ISDN : Mạng số liên kết đa dịch vụ PSTN : Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng BSS : Phân hệ trạm gốc BSC : Bộ điều khiển trạm gốc OMC : Trung tâm khai thác vận hành và bảo dưỡng SS : Phân hệ chuyển mạch VLR : Bộ ghi định vị tạm trú EIR : Thanh ghi nhận dạng thiết bị PLMN : Mạng số liệu chuyển mạch kênh công cộng Một hệ thống GSM có thể được chia thành nhiều phân hệ sau đây: - Trạm di động (MS: Mobile Station) - Phân hệ trạm gốc (BSS: Base Station Subsystem) - Phân hệ chuyển mạch (SS: Switching Subsystem) - Phân hệ khai thác (OSS: Operation Subsystem) 2.2.2 Các thành phần của mạng 2.2.2.1 Trạm di động MS Trạm di động là thiết bị duy nhất mà người sử dụng có thể thường xuyên nhìn thấy của hệ thống. MS có thể là: máy cầm tay, máy xách tay hay máy đặt trên ô tô. 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 micrô, loa, màn hiển thị, bàn phím để quản lý cuộc gọi) hoặc giao diện với một 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: 10
- 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 vô tuyến. - Bộ thích ứng đầu cuối làm việc như một cửa nối thông thiết bị đầu cuối với kết cuối di động. 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. SIM thường được chế tạo bằng một vi mạch chuyên dụng gắn trên thẻ gọi là Sim-card. Sim-card 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 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. 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 2.2.2.2. Phân hệ trạm gốc (BSS - Base Station Subsystem) BSS giao diện trực tiếp với các trạm di động MS bằng thiết bị BTS thông qua giao diện vô tuyến. Mặt khác BSS thực hiện giao diện với các tổng đài ở phân hệ chuyển mạch SS. Tóm lại, BSS thực hiện đấu nối các MS với tổng đài và nhờ vậy đấu nối những người sử dụng các trạm di động với những người sử dụng viễn thông khác. BSS cũng phải được điều khiển, do đó nó được đấu nối với phân hệ vận hành và bảo dưỡng OSS. Phân hệ trạm gốc BSS bao gồm:  BTS (Base Transceiver Station): Trạm thu phát gốc  TRAU (Transcoding and Rate Adapter Unit): Bộ chuyển đổi mã và phối hợp tốc độ. BSC (Base Station Controler): Bộ điều khiển trạm gốc. Khối BTS (Base Tranceiver Station) 11
Một BTS bao gồm các thiết bị thu /phát tín hiệu sóng vô tuyến, an ten và bộ phận mã hoá và giải mã giao tiếp với BSC. BTS là thiết bị trung gian giữa mạng GSM và thiết bị thuê bao MS, trao đổi thông tin với MS qua giao diện vô tuyến. Mỗi BTS tạo ra một hay một số khu vực vùng phủ sóng nhất định gọi là tế bào (cell). Khối TRAU (Transcode/Rate Adapter Unit) Khối thích ứng và chuyển đổi mã thực hiện chuyển đổi mã thông tin từ các kênh vô tuyến (16 Kb/s) theo tiêu chuẩn GSM thành các kênh thoại chuẩn (64 Kb/s) trước khi chuyển đến tổng đài. Tốc độ 16 Kb/s được tạo thành từ 260 bit / segment 20ms ( Tốc độ 13 Kb/s ) thêm vào 60 bit / segment 20ms ( các bit dồng bộ và hệ thống. Tốc độ 3 Kb/s ) tạo thành từ 320 bit / segment 20ms ( Tốc độ 16 Kb/s ) TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình mã hoá và giải mã tiếng đặc thù riêng cho GSM được tiến hành, tại 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 cách xa BTS và thậm chí còn đặt trong BSC và MSC. Khối BSC (Base Station Controller) BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển từ xa. Các lệnh này chủ yếu là lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và chuyển giao. Một phía BSC được nối với BTS, còn phía kia nối với MSC của phân hệ chuyển mạch SS. Giao diện giữa BSC và MSC là giao diện A, còn giao diện giữa BTS và BSC là giao diện A bis. Các chức năng chính của BSC:  Quản lý mạng vô tuyến: Việc quản lý vô tuyến chính là quản lý các cell và các kênh logic của chúng. Các số liệu quản lý đều được đưa về BSC để đo đạc và xử lý, chẳng hạn như lưu lượng thông tin ở một cell, môi trường vô tuyến, số lượng cuộc gọi bị mất, các lần chuyển giao thành công và thất bại...  Quản lý trạm vô tuyến gốc BTS: Trước khi đưa vào khai thác, BSC lập cấu hình của 12
 BTS ( số máy thu/phát Transceiver TRX, tần số cho mỗi trạm... ). Nhờ đó mà BSC có sẵn một tập các kênh vô tuyến dành cho điều khiển và nối thông cuộc gọi.  Điều khiển nối thông các cuộc gọi: BSC chịu trách nhiệm thiết lập và giải phóng các đấu nối tới máy di động MS. Trong quá trình gọi, sự đấu nối được BSC giám sát. Cường độ tín hiệu, chất lượng cuộc đấu nối được ở máy di động và TRX gửi đến BSC. Dựa vào đó mà BSC sẽ quyết định công suất phát tốt nhất của MS và TRX để giảm nhiễu và tăng chất lượng cuộc đấu nối. BSC cũng điều khiển quá trình chuyển giao nhờ các kết quả đo kể trên để quyết định chuyển giao MS sang cell khác, nhằm đạt được chất lượng cuộc gọi tốt hơn. Trong trường hợp chuyển giao sang cell của một BSC khác thì nó phải nhờ sự trợ giúp của MSC. Bên cạnh đó, BSC cũng có thể điều khiển chuyển giao giữa các kênh trong một cell hoặc từ cell này sang kênh của cell khác trong trường hợp cell này bị nghẽn nhiều.  Quản lý mạng truyền dẫn: BSC có chức năng quản lý cấu hình các đường truyền dẫn tới MSC và BTS để đảm bảo chất lượng thông tin. Trong trường hợp có sự cố một tuyến nào đó, nó sẽ tự động điều khiển tới một tuyến dự phòng. 2.2.2.3. Phân hệ chuyển mạch (SS - Switching Subsystem) Phân hệ chuyển mạch bao gồm các khối chức năng sau:  Trung tâm chuyển mạch nghiệp vụ di động MSC  Thanh ghi định vị thường trú HLR  Thanh ghi định vị tạm trú VLR  Trung tâm nhận thực AuC  Thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR Phân hệ chuyển mạch (SS) bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của mạng 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. Trung tâm chuyển mạch di động MSC Tổng đài di động MSC (Mobile services Switching Center) thường là một tổng đài lớn điều khiển và quản lý một số các bộ điều khiển trạm gốc BSC. MSC thực hiện các chức 13
năng chuyển mạch chính, nhiệm vụ chính của MSC là tạo kết nối và xử lý cuộc gọi đến những thuê bao của GSM, một mặt MSC giao tiếp với phân hệ BSS và mặt khác giao tiếp với mạng ngoài qua tổng đài cổng GMSC (Gateway MSC). Chức năng chính của tổng đài MSC:  Xử lý cuộc gọi (Call Processing)  Điều khiển chuyển giao (Handover Control)  Quản lý di động (Mobility Management)  Tương tác mạng IWF(Interworking Function): qua GMSC Hình 2.2. Chức năng xử lý cuộc gọi của MSC (1) : Khi chủ gọi quay số thuê bao di động bị gọi, số mạng dịch vụ số liên kết của thuê bao di động, sẽ có hai trường hợp xảy ra :  (1.a) – Nếu cuộc gọi khởi đầu từ mạng cố định PSTN thì tổng đài sau khi phân tích số thoại sẽ biết đây là cuộc gọi cho một thuê bao di động. Cuộc gọi sẽ được định tuyến đến tổng đài cổng GMSC gần nhất.  (1.b) – Nếu cuộc gọi khởi đầu từ trạm di động, MSC phụ trách ô mà trạm di động trực thuộc sẽ nhận được bản tin thiết lập cuộc gọi từ MS thông qua BTS có chứa số thoại của thuê bao di động bị gọi. (2) : MSC (hay GMSC) sẽ phân tích số MSISDN (The Mobile Station ISDN) của thuê bao bị gọi để tìm ra HLR nơi MS đăng ký. (3) : MSC (hay GMSC) sẽ hỏi HLR thông tin để có thể định tuyến đến MSC/VLR quản lý MS. 14
(4) : HLR sẽ trả lời, khi đó MSC (hay GMSC) này có thể định tuyến lại cuộc gọi đến MSC cần thiết. Khi cuộc gọi đến MSC này, VLR sẽ biết chi tiết hơn về vị trí của MS. Như vậy có thể nối thông một cuộc gọi ở mạng GSM, đó là chức năng xử lý cuộc gọi của MSC. Để kết nối MSC với một số mạng khác cần phải thích ứng các đặc điểm truyền dẫn của mạng GSM với các mạng này. Các thích ứng này gọi là chức năng tương tác IWF (Inter Networking Function). IWF bao gồm một thiết bị để thích ứng giao thức và truyền dẫn. IWF có thể thực hiện trong cùng chức năng MSC hay có thể ở thiết bị riêng, ở trường hợp hai giao tiếp giữa MSC và IWF được để mở. Bộ ghi định vị thường trú (HLR - Home Location Register) HLR là cơ sở dữ liệu tham chiếu lưu giữ lâu dài các thông tin về thuê bao, các thông tin liên quan tới việc cung cấp các dịch vụ viễn thông. HLR không phụ thuộc vào vị trí hiện thời của thuê bao và chứa các thông tin về vị trí hiện thời của thuê bao. HLR bao gồm:  Các số nhận dạng: IMSI, MSISDN.  Các thông tin về thuê bao  Danh sách các dịch vụ mà MS được sử dụng và bị hạn chế  Số hiệu VLR đang phục vụ MS Bộ ghi định vị tạm trú (VLR - Visitor Location Register) VLR là cơ sở dữ liệu về thuê bao thứ 2 trong GSM. Nó được nối với một hay nhiều MSC và có nhiệm vụ lưu dữ tạm thời số liệu hiện tại của các thuê bao đang nằm trong vùng phục vụ của MSC, bao gồm; vị trí cell, số thuê bao đang kết nối, thời gian đang đàm thoại, dịch vụ sử dụng..Dữ liệu của VLR dùng để thực hiện việc tính cước cuộc gọi. VLR là một cơ sở dữ liệu chứa thông tin về tất cả các MS hiện đang ở vùng phục vụ của MSC. Mỗi MSC có một VLR, thường thiết kế VLR ngay trong MSC. Ngay cả khi MS lưu động vào một vùng MSC mới. VLR liên kết với MSC sẽ yêu cầu số liệu về MS từ HLR. Đồng thời HLR sẽ được thông báo rằng MS đang ở vùng MSC nào. Nếu sau đó MS muốn thực hiện một cuộc gọi, VLR sẽ có tất cả các thông tin cần thiết để thiết lập một cuộc gọi mà không cần hỏi HLR, có thể coi VLR như một HLR phân bố. VLR chứa 15
thông tin chính xác hơn về vị trí MS ở vùng MSC. Nhưng khi thuê bao tắt máy hay rời khỏi vùng phục vụ của MSC thì các số liệu liên quan tới nó cũng hết giá trị. Hay nói cách khác, VLR là cơ sở dữ liệu trung gian lưu trữ tạm thời thông tin về thuê bao trong vùng phục vụ MSC/VLR được tham chiếu từ cơ sở dữ liệu HLR. VLR bao gồm:  Các số nhận dạng: IMSI, MSISDN, TMSI.  Số hiệu nhận dạng vùng định vị đang phục vụ MS  Danh sách các dịch vụ mà MS được và bị hạn chế sử dụng  Trạng thái của MS ( bận: busy; rỗi: idle) Thanh ghi nhận dạng thiết bị (EIR - Equipment Identity Register) EIR có chức năng kiểm tra tính hợp lệ của ME thông qua số liệu nhận dạng di động quốc tế (IMEI-International Mobile Equipment Identity) và chứa các số liệu về phần cứng của thiết bị. Một ME sẽ có số IMEI thuộc một trong ba danh sách sau:  Nếu ME thuộc danh sách trắng (White List) thì nó được quyền truy nhập và sử dụng các dịch vụ đã đăng ký.  Nếu ME thuộc danh sách xám (Gray List), tức là có nghi vấn và cần kiểm tra. Danh sách xám bao gồm những ME có lỗi (lỗi phần mềm hay lỗi sản xuất thiết bị) nhưng không nghiêm trọng tới mức loại trừ khỏi hệ thống  Nếu ME thuộc danh sách đen (Black List), tức là bị cấm không cho truy nhập vào hệ thống, những ME đã thông báo mất máy. Khối trung tâm nhận thực AuC (Authentication Center) Khối này có chức năng giải mã thông tin thuê bao thông qua khoá bảo mật của nhà sản xuất, nhằm hai mục đích: bảo mật thông tin thuê bao và nhà cung cấp dịch vụ Dữ liệu thuê bao nằm hoàn toàn trong SIM card. mỗi khách hàng khi đăng ký sẽ được cấp một thông số bảo mật, được sao chép và lưu trữ trong Sim card và cái còn lại được lưu trữ tại AuC. Khi bắt lần đầu kết nối AuC sẽ tạo ra một dãy số ngẫu nhiên và gửi đến mobile. Cả mobile và AuC sẽ dùng dãy số ngẫu nhiên đó trong các hoạt động sau này. 16
AuC được nối đến HLR, chức năng của AuC là cung cấp cho HLR các tần số nhận thực và các khoá mật mã để sử dụng cho bảo mật. Đường vô tuyến cũng được AuC cung cấp mã bảo mật để chống nghe trộm, mã này được thay đổi riêng biệt cho từng thuê bao. Cơ sở dữ liệu của AuC còn ghi nhiều thông tin cần thiết khác khi thuê bao đăng ký nhập mạng và được sử dụng để kiểm tra khi thuê bao yêu cầu cung cấp dịch vụ, tránh việc truy nhập mạng một cách trái phép. Cổng MSC ( GMSC- Gate Mobile services switching center) Để thiết lập một cuộc gọi từ ngoài vào, hay từ trong ra ngoài của hệ thống GSM trong nội vùng của MSC, trước hết cuộc gọi phải được định tuyến đến một tổng đài cổng được gọi là GMSC mà không cần biết hiện thời thuê bao đang ở đâu. Các tổng đài cổng có nhiệm vụ lấy thông tin về vị trí của thuê 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 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. Tổng đài cổng có một giao diện với các mạng bên ngoài thông qua giao diện này nó làm nhiệm vụ cổng để kết nối các mạng bên ngoài với mạng GSM Ngoài ra tổng đài này cũng có giao diện báo hiệu số 7 ( CCS No 7 ) để có thể kết nối giao tiếp với các thông tin khác hệ; PTN , PLMN,…Về phương diện kinh tế không phải bao giờ tổng đài cổng cũng đứng riêng mà thường được kết nối với MSC 2.2.2.4. Phân hệ khai thác và bảo dưỡng (OSS) Khai thác và bảo dưỡng: Khai thác: Là 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 cell.v.v.. Nhờ vậy nhà khai thác có giám sát được toàn bộ chất lượng dịch vụ mà họ cung cấp cho khách hàng và kịp thời nâng cấp. Khai thác còn bao gồm việc thay đổi cấu hình để giảm những vẫn đề xuất hiện ở thời điểm hiện thời, để chuẩn bị tăng lưu lượng trong tương lai và mở rộng vùng phủ 17ong. Ở hệ thống viễn thông hiện đại, khai thác được thực hiện bằng máy tính và được tập trung ở một trạm. 17
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 hệ thống viễn thông hiện đại có khả năng tự phát hiện một số các sự cố hay dự báo sự cố thông qua kiểm tra. Hệ thống khai thác và bảo dưỡng có thể được xây dựng trên nguyên lý của 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 (MSC, HLR, VLR, BSC, và các phần tử mạng khác trừ BTS). Mặt khác hệ thống khai thác và bảo dưỡng được nối tới máy tính chủ đóng vai trò giao tiếp người – máy. Theo tiêu chuẩn GSM hệ thống này được gọi là trung tâm vận hành và bảo dưỡng (OMC – Operation and Maintenance Center). Quản lý thuê bao Bao gồm các hoạt động quản lý đăng ký thuê bao. Nhiệm vụ đầu tiên là nhập và xoá 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 có thể thâm nhập được các thông số nói trên. Một nhiệm vụ quan trọng khác của khai thác là tính cước các cuộc gọi rồi gửi đến thuê bao. Khi đó HLR, SIM-Card đóng vai trò như một bộ phận 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 trữ toàn bộ 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. 2.2.3 Cấu trúc địa lý của mạng GSM Trong hệ thống GSM, vùng phủ song được chia nhỏ thành các cell về lý thuyết có hình lục giác đều như hình vẽ sau: 18
Hình dạng thực tế và kích thước cell: Kích thước các cell có hai loại là kích thước nhỏ và kích thước lớn được chọn phụ thuộc vào các yếu tố:  Công suất phát  Mật độ thuê bao  Đặc điểm địa hình 19
Ví dụ ở nơi có mật độ thuê bao cao, yêu cầu phát song với công suất nhỏ, có nhiều chướng ngại vật che khuất đường truyền sóng như các nhà cao tầng thì có thể sử dụng cell kích thước nhỏ. Có tất cả bốn kích thước cell 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 an ten 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 32 km (22 dặm). Một số khu vực trong nhà mà các an ten ngoài trời không thề phủ sóng tới như nhà ga, sân bay, siêu thị... thì người ta sẽ dùng các trạm pico để chuyển tiếp sóng từ các anten ngoài trời vào. Trong một cell, các trạm BTS được đặt tại vị trí trung tâm và có hai phương thức phủ song là:  Phủ song đẳng hướng 3600 An tenvô hướng hay 3600 bức xạ năng lượng đều theo mọi hướng. Với An tenvô hướng: 1 Site = 1 Cell 3600 20