Báo cáo: Hệ thống thông tin di động

Chia sẻ: Nguyen Dang Huy | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:44

Thêm vào BST

Báo xấu

377
lượt xem 122
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Báo cáo tốt nghiệp: Hệ thống thông tin di động gồm 3 phần. Phần 1 gồm 3 chương trình bày lý thuyết về tổng quan về hệ thống GSM, truyền sóng trong thông tin di động, sử dụng tần số trong GSM. Phần 2 trình bày các nội dung về trang thiết bị được cung cấp của tổng đài viễn thông Cẩm Thủy, cách thức đấu nối cáp đồng vào hộp cáp, cách đếm dây,... Phần 3 trình bày về sản phẩm thực hiện.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo: Hệ thống thông tin di động

Báo cáo tốt nghiệp “Hệ thống thông tin di động”
MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................................. 4 Phần I: LÝ THUYẾT ...................................................................................................... 5 Phần II: THỰC TẾ ......................................................................................................... 5 Phần III: SẢN PHẨM THỰC HIỆN .............................................................................. 5 EM XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN!!! .............................................................................. 5 Phần I: LÝ THUYẾT ...................................................................................................... 5 I. Tổng quan .................................................................................................................... 6 Hình 1.1. CẤU TRÚC MẠNG GSM............................................................................... 6 1. Cấu trúc địa lý của mạng ............................................................................................ 7 Hình 1.2. Ví dụ về phân cấp cấu trúc địa lý của ............................................................. 8 Hình 1.3 Vùng mạng GSM/PLMN ................................................................................. 8 Trong AUC các bước sau đây để tạo ra bộ ba: ............................................................ 11 Qúa trình nhận thực diễn ra như sau:.......................................................................... 12 Các đặc điển cơ bản của IEM gồm: .............................................................................. 12 Các chức năng chính của BTS là : ................................................................................ 13 4. Trạm di động MS ...................................................................................................... 14 Cấu trúc của một máy di động: .................................................................................... 15 5. Hệ thống vận hành khai thác và bảo dưỡng OSS ..................................................... 16 Dưới đây ta xét tổng quát các chức năng nói trên: ...................................................... 16 Có hai loại OMC là: ...................................................................................................... 18 OMC cung cấp các chức năng sau: ............................................................................... 18 II . TRUYỀN SÓNG TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG .............................................. 19 2. Nguyên tắc truyền sóng ............................................................................................. 19 Hình 2.1.......................................................................................................................... 20 Hình 2.2.......................................................................................................................... 20 Hình 2.4. Cường độ tín hiệu Rx và fading theo khoảng cách ...................................... 21 Hình 2.5 Dự trữ fading chậm ........................................................................................ 23 Hình 2.6. Dự trữ fading chậm ...................................................................................... 23 Độ nhạy yêu cầu ở đường vào lối thu: .......................................................................... 23 Phân tán thời gian và nhiễu giao thoa ký tự ISI: ......................................................... 24 Hình 2.7. Truyền sóng tới nhiều tia, nguyên nhân gây phân tán thời gian ................ 24 Hình 2.8. Phân tán thời gian ......................................................................................... 25 C/R = 10log pd/pr .......................................................................................................... 25 Hình 2.9. Nhiễu giữa các ký tự ..................................................................................... 27 III. SỬ DỤNG TẦN SỐ TRONG GSM ........................................................................ 27 1. Tỷ số C/I..................................................................................................................... 27 2. Tỷ số C/R ................................................................................................................... 27 3. Tỷ số C/A ................................................................................................................... 27 Hình 3.1.......................................................................................................................... 28 Hình 3.2.......................................................................................................................... 28 Hệ thống tái sử dụng tần số: ......................................................................................... 28 Hình 3.3.......................................................................................................................... 29 Hình 3.4. Mẫu sử dụng tần số 3/9 ................................................................................. 31 Bao gồm các thiết bị sau: ............................................................................................... 32 8. Hệ thống nguồn ........................................................................................................... 33 9. Bộ lợi dây.................................................................................................................... 33 1. Cáp đồng loại 20 đôi dây thuê bao ............................................................................ 33
III. CÁCH THỨC LẮP ĐẶT VÀ SỬ LÝ ADSL .......................................................... 35 2. Xử lý ADSL bị mất tín hiệu internet......................................................................... 35 PHẦN III: SẢN PHẨM THỰC HIỆN.......................................................................... 37 MẠCH QUANG BÁO DÙNG LED HIỂN THỊ DÒNG CHỮ “ DTVT” .................... 37 I. GIỚI THIỆU MẠCH QUANG BÁO ....................................................................... 37 II. CHỨC NĂNG TỪNG KHỐI TRONG MẠCH QUANG BÁO .............................. 38 Hình 2.1. Sơ đồ khối mạch quang báo .......................................................................... 38 Hình 2.2. Sơ đồ chân AT89S52 ..................................................................................... 39 III. MẠCH QUANG BÁO DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN AT89S52.................................. 41 Hình3.1........................................................................................................................... 42 IV. Linh kiện sử dụng trong mạch................................................................................ 42 KẾT LUẬN .................................................................................................................... 43 Sinh viên thực hiện đề tài .............................................................................................. 43 Nguyễn Đăng Huy ......................................................................................................... 43 MỤC LỤC ...................................................................................................................... 44 Lời nói đầu..................................................................................................................... 44 Phần II: Tình hình thực tập tại cơ sở và những kết quả đạt được .............................. 44 Các từ viết tắt ................................................................................................................ 45 CÁC TỪ VIẾT TẮT...................................................................................................... 46 SS : Swithching system – hệ thống chuyển mạch ........................................................... 46
LỜI NÓI ĐẦU Một trong những phát minh vĩ đại nhất của con người trong thời gian khoảng thập niên 80 là việc con người đã phát minh ra điện thoại di động. Điện thoại di động đem lại lợi ích vô cùng lớn cho con người, trong mọi lĩnh vực thông tin liên lạc, nó giúp con người xích lại gần nhau không phân biệt khoảng cách xa gần, xóa bỏ khoảng cách không gian về địa lý mọi người đều có thể trực tiếp nói chuyện với nhau điều này góp phần to lớn trong việc trao đổi buôn bán giao lưu kinh tế nó tham gia một cách tích cực vào cuộc sống của con người .kể từ khi điện thoai di động ra đời nó đã trở thành thiết bị mang tính chuyên biệt rồi trở thành vật dụng thiết yếu đối với mỗi con người trong cuộc sống và sinh hoạt. Qua II thập kỷ gần đây với sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ nói chung và công nghệ di động nói riêng đã có những bước tiến đáng kể nó đã đáp ứng được rất nhiều các dịnh vụ mà con người cần thiết Ví dụ: từ các dịch từ đơn thuần như nghe gọi, nhắn tin,cho đến các dịch vụ cao hơn như GPRS, VIDEO CALL, MOBI INTERNET ..v.v.. Với những dịch vụ ngày càng phong phú cộng với giá cước ngày càng trở nên bình dân hơn. ngày nay số lượng thuê bao di động ngày một tăng nhanh ,Vào khoảng những năm 2000 ở châu âu có trên 220 triệu thuê bao di động và trên toàn cầu có trên 580 triệu thuê bao, ở Anh cứ 2 người thì lại có 1 thuê bao di động , rong khi ở phần Lan con số người sử dụng di động đã vươt quá số lượng thuê bao cố định .Ở việt Nam tính đến ngày 31/1/2010 số lượng thuê bao di động đã gấp 6 lần thuê bao cố định, với 8 nhà cung cấp dịch vụ di động.Điều này cho thấy nghành di động đang phát triển với 1 tốc độ chóng mặt. Sự phát triển của điện thoại di động đã trải qua 3 thế hệ 1G, 2G, 3G với rất nhiếu các dịch vụ đa dạng như GPRS,lướt wet,xem tivi qua di động … với tốc độ truy suất dữ liệu cao.hiện nay các nhà khoa học đang trong quá trình nghiên cưu thế hệ di động thứ tư 4G cho tốc độ dữ liệu cực cao 2MB/s và có khả năng lên đến 155MB/s trong 1 số môi trường nhất định . Ở nước ta cùng với sự hòa nhập của công nghệ di động hiện nay công nghệ 3G cũng đang được sử dụng rộng rãi kể từ giữa năm 2009 với 3 nhà cung cấp dịch vụ 3G đó là viettell, mobiphone, vinaphone. Đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng.
Chính sự quan trọng của công nghệ di động đối với cuộc sống và sự đam mê đối với nghành công nghệ còn khá mới mẻ này. Là một sinh viên khoa điện tử viễn thông em đã quyết định chọn đề tài “hệ thống thông tin di động” để nghiên cứu. Phần I: LÝ THUYẾT Nội dung nghiên cứu đề tài của em gồm 3 chương: Chương I : Tổng quan về hệ thống GSM Chương II : Truyền sóng trong thông tin di động Chương III : Sử dụng tần số trong GSM Phần II: THỰC TẾ Nội dung thực tập và những kết quả đạt được trong qua trình đi thực tập của em gồm 3 phần: I. Giới thiệu các trang thiết bị được cung cấp của tổng đài viễn thông Cẩm Thủy. II. Cách thức đấu nối cáp đồng vào hộp cáp, cách đếm dây. III. Cách thức lắp đặt và xử lý một thuê bao ADSL bị mất tín hiệu Internet. IV. Quy trình xử lý một thuê bao điện thoại bị mất tín hiệu. Phần III: SẢN PHẨM THỰC HIỆN Về nội dung em đã trình bày 1 cách ngắn gọn, dễ hiểu mang đến một cái nhìn tổng quan về hệ thống thông tin di động nói chung và hệ thống GSM nói riêng. Do thời gian hoàn thành đề tài có hạn, nguần tài liệu tìm hiểu chưa được phong phú cộng với khả nang bản thân còn hạn chế do vậy bày làm của em sẽ không thể thóat khỏi những thiếu sót mong thầy cô cùng các bạn xem xet đánh giá gúp để em có thể hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Em xin chân thành cảm cac thầy cô đã giảng dậy tận tình, đặc biệt em xin chân thành cảm ơn cô Ngô Thị Lành giảng viên khoa kỹ thuật điện tử đã trực tiếp giúp em hoàn thành bài báo cáo. EM XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN!!! Sv thực hiện giảng viên hướng dẫn Nguyễn Đăng Huy Ngô Thị lành Phần I: LÝ THUYẾT
I. Tổng quan Hình 1.1. CẤU TRÚC MẠNG GSM Trong đó: SS: Swithching system – hệ thống chuyển mạch AUC: Trung tâm nhận thực VLR: Bộ ghi định vị tạm trú HLR: Bộ ghi định vị thường trú EIR: Equipment Identifed Reader – Bộ ghi nhận dạng thiết bị MSC: Mobile Switching Central –trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động BTS: Base station system –hệ thống trạm gốc BSC: Base station Control – Đài điều khiển trạm gốc MS: Máy di động OSS: Operating and surveilance System –Hệ thống khai thác và giám sát. OMC: Operating and Maintaining Central –trung tâm khai thác và bảo dưỡng ISDN: Mạng số liên kết đa dịch vụ PSTN: Mạng điện thoại mặt đất công cộng CSPDN: Mạng chuyển mạch số công cộng theo mạch
PLMN: Mạng di động mặt đất công cộng MS: Máy di động. Hệ thống GSM được chia thành hệ thống chuyển mạch (SS hay NSS) và hệ thống trạm gốc (BSS). Hệ thống được thực hiện như một mạng gồm nhiều ô vô tuyến cạnh nhau để cùng đảm bảo toàn bộ vùng phủ sóng của vùng phục vụ. Mỗi ô có một trạm vô tuyến gốc BTS làm việc ở một tập hợp các kênh vô tuyến. Các kênh này khác với các kênh được sử dụng ở các ô lân cận để tránh giao thoa nhiễu. Một bộ điều khiển trạm gốc BSC điều khiển nhóm BTS. BSC điều khiển các chức năng như một trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động MSC điều khiển một số trạm BTS. MSC điều khiển các cuộc gọi đến và từ mạng chuyển mạch điện thoại công cộng PSTN, mạng số liên kết đa dịch vụ ISDN, mạng di động mặt đất công cộng PDN, và có thể là các mạng riêng. Ở mạng cũng có một số các cơ sở dữ liệu để theo dõi như: - Bộ đăng ký định vị thường trú HLR chứa thông tin về thuê bao như các dịch vụ bổ xung các thông số nhận thực và thông tin về vị trí của MS. - Trung tâm nhận thực AUC được nối đến HLR. Chức năng của AUC là cung cấp cho HLR các thông số nhận thực và các khóa mật mã để sử dụng cho các khóa bảo mật. - Bộ ghi định vị tạm trú VLR : là một cơ sở dữ liệu chứa thông tin về tất cả các MS hiện đang phục vụ của vùng MSC, Mỗi MSC có một VLR. - Thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR được nối với MSC qua một đường báo hiệu nó cho phép MSC kiểm tra sự hợp lệ của thiết bị,chuyển giao, điều khiển công suất. 1. Cấu trúc địa lý của mạng Mọi mạng điện thoại đều có một cấu trúc nhất định để định tuyến các cuộc gọi đến tổng đài cần thiết và cuối cùng đến thuê bao bị gọi. Trong mạng di động cấu trúc này rất quan trọng do tính lưu thông của các thuê bao trong mạng. Về mặt địa lý một mạng di động bao gồm : - Vùng mạng. - Vùng phục vụ. - Vùng định vị. - Ô (Cell).
Hình 1.2. Ví dụ về phân cấp cấu trúc địa lý của mạng di động cellular (GSM) a. Vùng mạng Các đường truyền giữa mạng GSM/PLMN và mạng PSTN/ISDN khác hay các mạng PLMN khác sẽ ở mức tổng đài trung kế quốc gia hay quốc tế. Trong một mạng GSM/PLMN tất cả các cuộc gọi kết cuối di động đều được định tuyến đến một tổng đài vô tuyến cổng (GMSC). GMSC làm việc như một tổng đài trung kế vào cho GSM/PLMN. Đây là nơi thực hiện chức năng hỏi định tuyến cuộc gọi cho các kết cuối di động Hình 1.3 Vùng mạng GSM/PLMN b. Vùng phục vụ: MSC/VLR
Vùng phục vụ là bộ phận của mạng được MSC quản lý. Để định tuyến cuộc gọi đến thuê bao di động, đường truyền qua mạng sẽ được nối đến MSC ở vùng phục vụ MSC nơi thuê bao đang ở. Vùng phục vụ là bộ phận của mạng được định nghĩa như một vùng mà ở đó có thể đạt đến một trạm di động nhờ việc trạm MS này được ghi lại ở một bộ ghi tạm trú, một vùng mạng GSM/PLMN được chia thành một hay nhiều vùng phục vụ MSC/LVR. c. Vùng định vị (LA: Location Area ) Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR được chia thành một số vùng định vị. Vùng định vi là một phần của vùng phục vụ MSC/VLR mà ở đó một MS có thể chuyển động tự do mà không cần cập nhật thông tin về vị trí tổng đài MSC/VLR. Hệ thống có thể nhận dạng vùng định vị bằng cách sử dụng nhận dạng vùng đinh vị LAI. Vùng định vị hệ thống sử dụng để tìm một thuê bao Đang ở trạng thái hoạt động. d. Ô (Cell) Vùng định vị được chia thành một số ô. Ô là một vùng bao phủ vô tuyến được mạng nhận dạng bằng nhận dạng ô toàn cầu (CGI –Cell Global Identity). Trạm di động tự nhận dạng ô bằng cách sử dụng mã nhận dạng trạm gốc (BISC Base station Identity Code ). Các vùng ở GSM có mối liên hệ chặt chẽ với nhau. Mối quan hệ giữa các vùng của GSM (được thể hiện ở hình 1.3). 2. Hệ thống chuyển mạch (ss- swictching subsytem) Hệ thống 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 của mạng GSM với nhau và với mạng khác. a. Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động (MSC –Mobile service switching centre) Ở SS chức năng chính 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 BSC giao tiếp với hệ thống con BSS, mặt khác giao tiếp với mạng ngoài được gọi là MSC cổng. Việc giao tiếp với mạng ngoài để đảm bảo thông tin cho những người sử dụng mạng GSM đòi hỏi
cổng thích ứng. SS cũng cần giao tiếp với mạng ngoài để sử dụng các khả năng truyền tải của các mạng này cho việc truyền tai số liệu của người sử dụng hoặc báo hiệu giữa các phần tử của mạng GSM. Chẳng hạn SS có thể sử dụng mạng báo hiệu kênh chung số 7 (CCS7), mạng này bảo đảm hoạt động tương tác giữa các phần tử của SS trong nhiều hay một mạng GSM. MSC thường là một tổng đài lớn điều khiển và quản lý một số các bộ điều khiển trạm gốc BSC. Một tổng đài MSC thích hợp cho một vùng đô thị và ngoại ô có dân cư vào khoảng một triệu (với mật độ thuê bao trung bình). 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 bao gồm một số thiết bị để thích ứng giao tiếp truyền dẫn. Nó cho phép kết kết nối với các mạng: PSTPDN (Packet swictched public dât network: Mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói) hay CSPDN (Circuit siched public daat network: Mạng số liệu chuyển mạch công cộng chuyển mạch theo mạch), 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 giao tiếp giữa MSC và IWF được để mở. b. Bộ ghi định vị thường trú ( HLR –Home Location Register) Ngoài MSC, SS bao gồm các cơ sở dữ liệu. Các thông tin liên quan đến việc cung cấp các dịch vụ viễn thông được lưu giữ ở HLR không phụ thuộc vào vị trí hiện thời của thuê bao. HLR cũng chứ các thông tin liên quan đến vị trí hiện thời của thuê bao. Thường HLR là một máy tính đứng riêng không có khả năng chuyển mạch nhưng có khả năng quản lý hàng trăm thuê bao. Một chức năng con của HLR là nhận dạng trung tâm nhận thực AUC mà nhiêm vụ của trung tâm này là quản lý an toàn số liệu của các thuê bao được phép. c. Bộ ghi định vị tạm trú (VRL-Lisitor –location register) VRL là cơ sở dữ liệu thứ hai trong mạng GSM. Nó được nối với một hay nhiều MSC và có nhiện 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 sác hơn HLR. Mỗi MSC có một HLR. Ngay khi MS lưu động vào một vùng MSC mới, VLR liên kết với MSC sẽ yêu cầ số liệu về MS này từ HLR. Đồng thời HLR sẽ thông báo là MS đang ở vùng phục vụ nào. Nếu sau đó MS muốn thực
hiện một cuộc gọi, VRL sẽ có tất cả thông tin cần thiết để thiết lập cuộc gọi mà không cần hỏi HLR. Có thể coi VLR như một HLR phân bố. - Dữ liệu bổ xung được lưu giữ ở HLR gồm: + Tình trạng của thuê bao (bận, rỗi, không trả lời…) + Nhận dạng vùng định vị (LAI). + Nhận dạng của thuê bao di động tam thời (TMSI). + Số lưu động của trạm di động (MSRN). Các chứ năng VLR thường được liên kết với chức năng MSC. d. Tổng đài di động cổng (GMSC – Gate MSC) SS có thể chứa nhiều MSC, VLR, HLR. Để thiết lập một cuộc gọi đến người sử dụng GSM, trước hết cuộc gọi phải được định tuyến đến tổng đài cổng được gọi là GSMC 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 danh bạ của thêu bao để tìm đúng HLR cần thiết và hỏi HLR này. Tổng đài cổng có một giao diện với một mạng bên ngoài thông qua giao diện này nó làm nhiệm vụ cổng để kết nối các các mạng bên ngoài với mạng GSM. Ngoài ra tổng đài này cũng có giao diện báo hiệu đường dây số 7 (CCS7) để có thể tương tác với các phần tử khác của SS. Về phương diện kinh tế không phải bao giờ tổng đài cũng đứng riêng mà thường được kết hợp với MSC. e. Trung tâm nhận thực (AUC-Authentication Center) Trung tâm nhận thực AUC có chức năng cung cấp cho HLR các thông số nhận thực và các khóa mật mã. Trung tâm nhận thực liên tục cung cấp các bộ ba cho từng thuê bao. Các bộ ba này được coi như là số liệu liên quan đến thuê bao. Một bộ ba (RAND, SRES, khóa mật mã (Ks) được sử dụng để nhận thực một cuộc gọi để tránh trường hợp Card thuê bao (card thông minh) bị mất. Ít nhất phải luôn có bộ ba mới (cho một thuê bao) ở HLR để luôn có thể cung cấp bộ ba này theo yêu cầ của MSC/VLR. AUC chủ yếu chứa một số các máy tính cá nhân gọi là PC- AUC để tạo ra các bộ ba và cung cấp chúng đến HLR. PC- AUC được coi như thiết bị vào/ra (I/O). Trong AUC các bước sau đây để tạo ra bộ ba: - Một số ngẫu nhiên không thể đoán trước được (RAND) được tạo ra.
- RAND và Ki được sử dụng để tính toán trả lời được mật hiệu (SRES) và khóa mật mã (Kc) bằng hai thuật toán: SRES = A3(RAND, Ki) Kc = A8 (RAND, Ki) - RAND, SRES và Kc cũng được đưa đến HLR như một bộ ba. - Qúa trình nhận thực sẽ luôn diễn ra mỗi lần thuê bao truy cập vào mạng của hệ thống. Qúa trình nhận thực diễn ra như sau: VLR có tất cả thông tin yêu cầu để thực hiện quá trình nhận thực (Kc, SRES, RAND). Nếu các thông tin này không sẵn có ở VLR thì VLR sẽ yêu cầu chúng từ HLR/AUC. 1. Bộ ba (Kc, SRES, RAND) được lưu giữ nó trong VLR. 2. VLR gửi RAND qua MSC và BSS tới MS ( không được mã hóa). 3 . MS sử dụng các thuật toán A3 và A8 và tham số Ki được lưu giữ trong SIM card của MS, cùng với RAND nhận được từ VLR, sẽ tính toán các giá trị của SRES và Kc. 4. MS gửi SRES không mã hóa tới VLR. 5. Trong VLR giá trị của SERS được so sánh với SRES mà nhận được từ máy di động. Nếu hai giá trị này là phù hợp thì nhận thực là thành công. 6. Máy di động tính toán Kc từ RAND và Ki (Ki ở trong SIM) bằng thuật toán A8. 7. Dùng Kc, thuật toán A5 và số siêu siêu khung sự mã hóa giữa MS và BSS bây giờ có thể xảy ra qua giao diện vô tuyến. f. Chức năng tương tác (IWF –Interworking function) IWM cung cấp chức năng để đảm bảo hệ thống GSM có thể giao tiếp với nhiều dạng khác nhau của mạng số liệu tư nhân và công cộng đang được sử dụng. Các đặc điển cơ bản của IEM gồm: - Sự thích hợp tốc độ dữ liệu. - Sự chuyển đổi giao thức. Một số hệ thống yêu cầu nhiều khả năng của IWM hơn các hệ thống khác, điều này phụ thuộc vào mạng mà IWM được nối tới. CCS7 phụ thuộc quy định của từng nước, một hãng khai thác GSM có thể có mạng báo hiệu CCS7 riêng hay chung. Nếu hãng khai thác có mạng
báo hiệu này thì riêng các điểm chuyển giao báo hiệu (STP) có thể là một bộ phận của SS và có thể được thực hiện ở các điểm nút riêng hay trong cùng một MSC tùy thuộc vào hoàn cảnh kinh tế. Tương tự, một nhà khai thác GSM cũng có thể có quyền thực hiện một 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 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. 3. Hệ thống trạm gốc BSS. Có thể nói BSS là một hệ thống các thiết bị đặc thù riêng cho các tính chất tổ ong vô tuyến của GSM. BSS giao diện trực tiếp với các trạm di động (MS) thông qua giao diện vô tuyến. Vì thế nó bao gồm các thiết bị phát và thu đường truyền vô tuyến và quản lý các chức năng này. Mặt khác BSS thực hiện giao diện với các tổng đài SS. Tóm lại BSS thực hiện đấu 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 và ít vậy nó được đấu nối với OSS. BSS bao gồm hai loại thiết bị: BTS giao diện với MS và BSC giao diện với MSC. a. Trạm thu phát gốc (BTS –Base transceiver station) Một BTS bao gồm các thiết bị thu phát, anten và xử lý tín hiệu đặc thù cho giao diên vô tuyến. Có thể coi BTS là các Modem vô tuyến phức tạp có thêm một số các chức năng khác. Một bộ phận quan trọng của BTS là TRAU. TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình mã hóa và giải mã tiếng đặc thù riêng cho GSM được tiến hành, ở đây cũng thực hiện thích ứng tốc độ truyền, 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. Các chức năng chính của BTS là : - Biến đổi truyền dẫn (dây dẫn –vô tuyến). - Các phép đo vô tuyến. - Phân tập anten. - Mật mã.
- Nhảy tần. - Truyền dẫn không liên tục. - Đồng bộ thời gian. - Giám sát và kiểm tra. Mỗi BTS có thể có tối đa 4 bộ thu phát (TRX –Transceiver). Bộ thu phát cho phép đấu nối 16 TRX trên cùng một anten. Có thể đấu nối 32 TRX đến cùng một trạm anten thu. b. BSC BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển từ xa BTS và MS. Các lệnh này chủ yếu là lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và quản lý chuyển giao (Handover). Một phía BSC được nối với BTS còn phía kia được nối với MSC của SS. 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 tới vài chục BTS phụ thuộc vào lưu lượng của các BTS này. Giao diện giữa BSC với MSC được gọi là giao diện A, còn giao diện giữa nó với BTS được gọi là giao diện Abis. BSC có các chức năng chính sau: - Giám sát các trạm vô tuyến gốc. - Quản lý mạng vô tuyến. - Điều khiển nối thông đến các máy di động. - Định vị và chuyển giao. - Quản lý tìm gọi. - Khai thác bảo dưỡng của BSS. - Quản lý mạng truyền dẫn. - Chức năng chuyển đổi máy (gồm cả ghép 4 kênh lưu thông GSM toàn bộ tốc độ vào một kênh 64kbit/s). - Mã hóa tiếng (giảm tốc độ bít xuống 13kbit/s) sẽ được thực hiện ở BSC. Vì vậy một đường PCM có thể truyền được 4 cuộc nối tiếng. 4. 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 thiết bị đặt trong ô tô hay thiết bị
xách tay hay cầm tay. Loại thiết bị nhỏ cầm tay sẽ là thiết bị trạm di động phổ biến nhất. Ngoài việc chứa các chức năng vô tuyến chung và sử lý giao diện vô tuyến, MS còn phải cung cấp giao diện với người sử dụng (như mic, loa, màn hình, bàn phím để quản lý cuộc gọi) hoặc giao diện với một số thiết bị khác như giao diện với máy tính cá nhân, fax… Hiện nay người ta đang cố gắng sản suất các thiết bị đầu cuối gọn nhẹ để đấu nối với trạm di động. Việc lựa chọn các thiết bị đầu cuối hiện để mở cho các nhà sản suất. Ta có thể liệt kê ba chức năng chính: - Thiết bị đầu cuối thực hiện các chức năng không liên kết qua mạng GSM. - Kết cuối trạm di động thực hiện các chức năng liên quan đến truyền dẫn 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. Cần sử dụng bộ thích ứng đầu cuối khi giao diện ngoài trạm di động tuân theo tiêu chuẩn ISDN để đấu nối đầu cuối – modem. Cấu trúc của một máy di động: Máy di động gồm thiết bị di động ME (Mobile equipment) và modun nhận dạng thuê bao SIM. Modun nhận dạng thuê bao: SIM là một modun tháo rút được để cắm vào mỗi khi thuê bao muốn sử dụng MS và rút ra khi MS không có người hoặc lắp đặt ở MS khi ban đầu đăng ký thuê bao. Có hai phương án được đưa ra: - SIM dạng card IC. - SIM dạng cắm. a) SIM dạng card IC: Là một modun để có một giao tiếp với bên ngoài theo các tiêu chuẩn ISO về các card IC. SIM có thể là một bộ phận của card đa dịch vụ trong đó viễn thông di động GSM là một trong số các ứng dụng. b) SIM dạng cắm: Là một modun riêng hoàn toàn được tiêu chuẩn hóa trong hệ thống GSM. Nó được dự định lắp đặt bán cố định ở ME. Các khai thác mạng GSM là các khai thác khi thiết lập, hoạt động xóa một cuộc gọi. Khi sử dụng ở ME, SIM đảm bảo các chức năng sau nếu nó nằm trong khai thác của mạng GSM: - Lưu giữ thông tin bảo mật liên quan đến thuê bao (như IMSI) và thực hiện các cơ chế nhận thực và tạo khóa mật mã.
- Khai thác PIN người sử dụng (nếu cần mã PIN) và quản lý. - Quản lý thông tin liên quan đến thuê bao di động chỉ được thực hiện khai thác mạng GSM khi SIM có một IMSI đúng. - SIM phải có khả năng sử lý một số nhận dạng cá nhân (PIN), kể cả khi không bao giời sử dụng nó. PIN bao gồm 4 đến 8 chữ số. Một PIN ban đầu được nạp bởi bộ hoạt động dịch vụ ở thời điểm đăng ký. Sau đó người sử dụng có thể thay đổi PIN cũng như độ dài PIN tùy ý. Người sử dụng cũng có thể sử dụng chức năng PIN hay không bằng một chức năng SIM-ME được gọi là chức năng cấm PIN. Việc cấm này giữ nguyên cho đến khi người sử dụng cho phép lại kiểm tra PIN. Nhân viên được phép của hãng khai thác có thể chặn chức năng cấm PIN khi đăng ký thuê bao, nghĩa là thuê bao khi bị chặn chức năng cấm PIN không còn lựa chọn nào khác là sử dụng PIN. Chặn SIM nghĩa là đặt nó vào trạng thái cấm khai thác mạng GSM, có thể dùng khóa giải tỏa chặn cá nhân để giải tỏa chặn. Ngoài ra SIM phải có bộ nhớ không mất thông tin cho một số khối thông tin như: - Số seri: Là số đơn vị xác định SIM và chứa thông tin về nhà sản suất, thế hệ điều hành, số SIM,… - Trạng thái SIM (chặn hay không). - Khóa nhận thực. - Số nhận dạng thuê bao di động quốc tế (IMSI). - Khóa mật mã. - Số trình tự khóa mật mã. - Nhận dạng số thuê bao di động tạm thời (TMSI). - Loại điều khiển thâm nhập thuê bao. - Số nhận dạng cá nhân (PIN). 5. Hệ thống vận hành khai thác và bảo dưỡng OSS OSS thực hiện ba chức năng chính sau: - 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: a. Khai thác và bảo dưỡng mạng
Khai thác là hoạt động cho phép nhà khai thác mạng theo dõi hành vi của mạng như: tải của hệ thống, mức độ chậm, số lượng chuyển giao (handover) giữa hai ô…, nhờ vậy nhà khai thác có thể giám sát được toàn bộ vật chất của dịch vụ mà họ cung cấp cho khách hàng và kịp thời sử lý sự cố. Khai thác cũng bao gồm việc thay đổi cấu hình để giảm những vấn đề suất hiện ở thời điểm hiện thời, để chuẩn bị tăng lưu lượng trong tương lai, để tăng vùng phủ. Việc thay đổi mạng có thể được thực hiện “mềm” qua báo hiệu, hoặc thực hiện cứng đòi hỏi sự can thiệp tại hiện trường. Ở hệ thống viễn thông hiện đại khai thác được thực hiện bằng máy vi tính và được tập trung ở một trạm. Bảo dưỡng có nhiệm vụ phát hiện, định vị, sữa chữa các sự cố và hỏng hóc. Nó có một số quan hệ với khai thác. Các thiết bị hiện đại của mạng viễn thông có khả năng tự phát hiện một số sự cố hay dự báo sự cố thông qua tự kiểm tra. Trong nhiều trường hợp người ta dự phòng cho thiết bi để khi có sự cố có thể thay thế bằng thiết bị dự phòng. Sự thay thế này có thể được thực hiện bằng điều khiển từ xa. Bảo dưỡng cũng bao gồm các hoạt động tại hiện trường nhằm thay đổi thiết bị có sự cố. Hệ thống khai thác và bảo dưỡng có thể được thực hiện 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 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 máy tính chủ đóng vai trò giao tiếp người máy. Theo tiêu chuẩn GSM hệ thống được gọi là OMC (Operation and mainternance center: trung tâm khai thác và bảo dưỡng). b. Quản lý thuê bao Bao gồm các hoạt động đăng ký quản lý thuê bao. Nhiệm vụ đầu tiên là nhập và xóa thuê bao khỏi mạng. Đăng ký thuê bao cũng rất phức tạp, bao gồm nhiều dịch vụ và tính năng bổ sung. Nhà khai thác phải có thể thâm nhập vào tất cả các thông số nói trên. Một nhiệm vụ quan trọng khác của nhà khai thác là tính cước các 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. c. Quản lý thiết bị di động Quản lý thiết bị di động được đăng ký nhận dạng thiết bị EIR (Equiment Identity Register) thực hiện. EIR lưu giữa tất cả các dữ liệu liên quan đến trạm di động MS. EIR Chứa số liệu phần cứng của của thiết bị đó là nhận dạng thiết bị di động quốc tế ( IMEI). IMEI là duy nhất đối với một thiết bị di động (ME) nhưng nó không phải là duy nhất đối với thuê bao mà đang sử dụng nó thiết lập hay nhận một cuộc gọi. EIR được nối với MSC qua một đường báo hiện. Nó cho phép MSC kiểm tra sự hợp lệ của thiết bị, bằng cách này có thể cấm một MS có dạng không được chấp thuận. Cơ sở dữ liệu của EIR chứa danh sách của các IMEI được tổ chức như sau: - Danh sách trắng: Chứa các IMEI mà được dùng để ấn định trước sự hợp lệ của thiếp bị di động. - Danh sách đen: Chứa các IMEI của MS mà được thông báo là bị mất cắp hay bị từ chối phục vụ vì một số lý do khác. - Danh sách sám: Chứa các IMEI của MS mà có vấn đề (ví dụ: lỗi phần mềm). Tuy nhiên chúng chưa đủ lý do xác đáng để đưa vào danh sách đen. d. Trung tâm quản lý mạng (OMC: operation and maintenance center) OMC cung cấp khả năng phân phối việc quản lý mạng được phân vùng hóa theo phân cấp của một hệ thống GSM hoàn chỉnh. NMC chịu trách nhiệm cho khai thác và bảo dưỡng ở mức mạng. NMC nằm ở đỉnh của cấu trúc mạng và vùng cấp mạng quản lý toàn cầu. e. Trung tâm khai thác và bảo dưỡng (OMC: Operation and maintenance centr) OMC cung cấp một điển trung tâm mà từ đó điều khiển và giám sát các thực thể khác của mạng (như: các trạm cơ sở, các chuyển mạch, cơ sở dữ liệu …) cũng như giám sát chất lượng dịch vụ mà được cung cấp. Có hai loại OMC là: - OMC (R): điều khiển BSS. - OMC (S): điều khiển NSS. OMC cung cấp các chức năng sau: - Quản lý, cảnh báo sự kiện. - Quản lý việc thực hiện.
- Quản lý cấu hình. - Quản lý sự an toàn. II . TRUYỀN SÓNG TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1. Băng tần - Tất cả các mạng điện thoại ở Việt Nam đều sử dụng băng tần 900 MHZ. - Các nước trên thế giới sử dụng băng tần 1800MHZ. - Mỹ sử dụng băng tần 1900MHZ. 2. Nguyên tắc truyền sóng - Do đặc điểm sóng vô tuyến dùng cho thông thi di động là loại sóng VHF và UHF có tần số > 30MHZ và có bước sóng rất ngắn nên sóng đất trở nên không đáng kể và bị hấp thụ rất nhanh. Sóng trời có xu hướng thoát vào không gian bởi các đặc tính khác nhau của tầng điện ly. Những bức xạ ở góc thấp hơn là sóng không gian là phương thức truyền sóng chủ yếu ở những tần số này. Truyền theo kiểu này cũng được gọi là truyền sóng trong tầm nhìn thẳng. a. trong tầng đối lưu - Tầng đối lưu là một môi trường có các tham số thay đổi theo thời gian và không gian. - Tầng đối lưu là một môi trường không đồng nhất. Nếu một vùng nào đó trong tầng đối lưu không đồng nhất với môi trường xung quanh, theo nguyên lý quang, một tia sóng đi vào vùng không đồng nhất sẽ bị khuếch tán ra mọi phía. - Trong thực tế, phương thức này ít được sử dụng do độ tin cậy kém, fading xấu, yêu cầu công suất phát lớn và hướng tính anten cao. b. Trong vô tuyến di động
Hình 2.1 Trong thông tin vô tuyến, sóng vô tuyến được truyền trong môi trường vật lý có nhiều cấu trúc vật thể như tòa nhà, đồi núi, cây cối, xe cộ chuyển động. Hình 2.2. * Truyền sóng nhiều đường sảy ra khi có phản xạ, nhiễu xạ và tán xạ. + Hiện tượng phản xạ: Xảy ra khi sóng gặp một mặt nhẵn, cường độ phản xạ phụ thuộc vào dẫn suất của vật phản xạ. Dẫn suất càng cao thì phản xạ càng mạnh. Kiểu phản xạ thường được dự đoán và kéo theo sự đảo pha tín hiệu. + Hiện tượng tán xạ: Xảy ra khi sóng phản xạ trên mặt phẳng gồ ghề với độ tán xạ phụ thuộc vào bề mặt gồ ghề. Khi bị tán xạ tia tới sẽ bị phân tán thành nhiều tia có cường độ khác nhau. + Hiện tượng khúc xạ: Xảy ra khi sóng gặp phải mép của vật thể nó sẽ đổi hướng theo một góc nhất định phụ thuộc vào tần số. Khi tần số càng cao góc khúc xạ càng lớn.