[Type text]
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay trong cuộc sống hàng ngày thông tin liên lạc đóng một vai trò rất
quan trọng không thể thiếu được, nó quyết định nhiều mặt hoạt động của xã hội, giúp
con người nắm bắt nhanh chóng các giá trị văn hoá, kinh tế, khoa học kỹ thuật rất đa
dạng và phong phú.
Bằng những bước phát triển thần kỳ, các thành tựu công nghệ Điện Tử – Tin
Học – Viễn Thông làm thay đổi cuộc sống con người từng giờ từng phút, nó tạo ra
một trào lưu "Điện Tử – Tin Học – Viễn Thông " trong mọi lĩnh vực ở thế kỷ 21.
Lĩnh vực Thông Tin Di Động cũng không nằm ngoài trào lưu đó. Cùng với
nhiều công nghệ khác nhau Thông Tin Di Động đang không ngừng phát triển đáp
ứng nhu cầu thông tin ngày càng tăng cả về số lượng và chất lượng, tạo nhiều thuận
lợi trong miền thời gian cũng như không gian. Chắc chắn trong tương lai Thông Tin
Di Động sẽ được hoàn thiện nhiều hơn nữa để thoả mãn nhu cầu thông tin tự nhiên
của con người.
Trên cơ sở những kiến thức đã tích luỹ được qua 5 năm học tập chuyên ngành
Điện Tử – Viễn Thông tại trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và hơn một tháng thực
tập tại phòng kỹ thuật công ty thông tin di động VMS, tôi đã hoàn thành bản báo cáo
thực tập tốt nghiệp này.
Để hoàn thành bản báo cáo này tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Phạm
Công Hùng đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực tập tốt nghiệp.
BÁO CÁO THỰC TẬP
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của trưởng phòng Đỗ
Vũ Anh cùng các cán bộ phòng kỹ thuật trong suốt quá trình thực tập.
CHƯƠNG 1. CẤU HÌNH MẠNG GSM
1.1 Giới thiệu chung về mạng thông tin di động GSM
1.1.1. Vài nét lịch sử về mạng GSM
Hệ thống thông tin di động từ lâu đã là một ước mơ lớn của con người, và ước
mơ này đã trở thành hiện thực ngay khi kỹ thuật cho phép. Sự thực hiện đầu tiên bằng
sóng vô tuyến được thực hiện từ cuối thế kỷ 19. Tuy nhiên việc đưa hệ thống thông
dịch vụ di động quá lớn vượt qua con số mong đợi của các nhà thiết kế hệ thống nên
hệ thống này không đáp ứng được. Hai là các hệ thống khác nhau đang hoạt động
không thể phục vụ cho tất cả các thuê bao ở châu Âu, nghĩa là thiết bị của mạng này
không thể truy nhập vào mạng khác. Ba là nếu thiết kế một mạng lớn phục vụ cho cả
châu Âu thì không một nước nào có thể đáp ứng được vì vốn đầu tư quá lớn. Tất cả
những hạn chế trên dẫn đến một nhu cầu là phải thiết kế một hệ thống loại mới được
làm theo kiểu chung để có thể dùng cho nhiều nước. Năm 1988, viện tiêu chuẩn viễn
thông châu âu – ETSI (Europe Telecommunication Standard Institute) đã thành lập
nhóm đặc trách di động – GSM (Groupe Special Mobile). GSM còn có nghĩa là hệ
thống thông tin di động toàn cầu (Global System for Mobile Communication). GSM
là tiêu chuẩn điện thoại di động số toàn châu Âu sử dụng dải tần số 900Mhz.
Năm 1990, Vương quốc Anh đưa ra hệ thống DCS (Digital Cellular System).
DCS dựa trên hệ thống GSM với việc sử dụng tần số 1800Mhz.
Hiện nay, để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về các dịch vụ viễn thông mới,
các hệ thống thông tin di động đang tiến tới thế hệ thứ ba. Ở thế hệ thứ ba này, các hệ
3
BÁO CÁO THỰC TẬP
thống thông tin di động có xu thế hoà nhập thành một tiêu chuẩn duy nhất và có khả
năng phục vụ ở tốc độ lên đến 2Mbit/s.
Ở Việt Nam, hệ thống thông tin di động số GSM được đưa vào từ năm 1993,
hiện nay đang được hai công ty VMS và GPC khai thác rất hiệu quả. Trong năm 2004
này công ty Vietel cũng sẽ cung cấp dịch vụ này.
1.1.2. Các chỉ tiêu kỹ thuật của mạng GSM
Hệ thống thông tin di động GSM cho phép chuyển vùng tự do của các thuê bao
trong châu Âu, có nghĩa là một thuê bao có thể thâm nhập sang mạng của nước khác
khi di chuyển qua biên giới. Trạm di động GSM – MS (GSM Mobile Station) phải có
khả năng trao đổi thông tin tại bất cứ nơi nào trong vùng phủ sóng quốc tế.
Về khả năng phục vụ :
- Hệ thống được thiết kế sao cho MS có thể dùng được trong tất cả các nước
có mạng.
- Phân hệ trạm gốc (BSS: Base Station Subsystem)
- Phân hệ khai thác (OSS: Operation Subsystem)
- Trạm di động (MS: Mobile Station)
5
BÁO CÁO THỰC TẬP
1.2.1. Hệ thống con 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 thực (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)
BSS
MS
AUC
HLR
MSC
VLR
EIR
SS
BSC
BTS
OSS
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 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 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.
7
BÁO CÁO THỰC TẬP
1.2.1.2. 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.
1.2.1.3. 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 thuê bao nói trên ở mức độ chính xác hơn HLR. Các chức năng VLR thường
được liên kết với các chức năng MSC.
1.2.1.4. 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 Ki để đảm bảo toàn 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.
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.
1.2.2.1. 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 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 (Transcoder and
Rate Adapter Unit: khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ). TRAU là thiết bị mà ở
đó quá trình mã hoá 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
9
BÁO CÁO THỰC TẬP
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 A-bis
1.2.2.2. 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 vô tuyến
và quản lý chuyển giao (Handover). Một phía BSC được nối với BTS còn phía kia
nối với MSC của SS. Trong thực tế, BSC là một tổng đài nhỏ có khả năng tính toán
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
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 Ki 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.
11
BÁO CÁO THỰC TẬP
1.2.4. 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 toàn 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 ở thời điểm hiện tại, để chuẩn bị
lưu lượng cho tương lai, để tăng vùng phủ. Ở hệ thống viễn thông 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
Suy hao trong không gian tự do:
Ls ≈ d
2
.f
2
Ls (dB) = 33,4 (dB) + 20logF(MHz) + 20logd(km)
d: là khoảng cách giữa anten phát Tx và thu Rx.
f: tần số phát
(Công thức trên chỉ đúng với các hệ thống vô tuyến di động gần BS.)
Môi trường sử dụng của MS thường có chướng ngại vật gây hiệu ứng che tối
làm giảm cường độ tín hiệu thu. Khi di động cùng với đài di động cường độ tín hiệu
giảm và tăng dù giữa Tx và Rx có hay không có chướng ngại. Hiệu ứng này gọi là
pha đinh chuẩn log. Thời gian giữa 2 chỗ trũng pha đinh khoảng vài giây khi máy di
động MS là loại lắp trên xe và chuyển động.
Phađinh chuẩn logarit
Trong trường hợp môi trường thông tin có mật độ thuê bao dày và nhiều
chướng ngại ta có pha đinh nhiều tia hay raile, xảy ra khi tín hiệu truyền nhiều đường
từ anten Tx đến Rx.
Ở hiện tượng pha đinh raile, tín hiệu thu được là tổng các tín hiệu phản xạ khác
pha, khác biên độ. Những tín hiệu này khi cộng lại như các véctơ tạo nên một véctơ
tổng gần bằng không có nghiã là cường độ tín hiệu bằng 0. Đây là chỗ trũng pha
14
MS
BÁO CÁO THỰC TẬP
nghiêm trọng. Khoảng thời gian giữa hai chỗ trũng phađinh phụ thuộc vào tốc độ
chuyển động và tần số phát.
Phađinh Raile
Ở một khoảng cách nhất định (x mét) so với anten phát Tx, tín hiệu thu được minh
hoạ như sau:
Trong cửa sổ thời gian đó sẽ tăng cường độ tín hiệu đến trực tiếp. Tổng các tín hiệu
phản xạ có thể nhỏ hơn 15µ s phải ít nhất nhỏ hơn 9 lần tổng các tín hiệu trong cửa
sổ. Tỉ số này gọi là tỉ số sóng mang trên sóng phản xạ (C/R). C/R được tính bằng tỉ số
giữa năng lượng trong cửa sổ và năng lượng ngoài cửa sổ của bộ cân bằng. C/R càng
nhỏ thì chất lượng càng kém. Vị trí đặt BTS ảnh hưởng rất lớn đến tỉ số này nên đặt
không hợp lí sẽ gây nên phân tán thời gian lớn. Các vùng có địa hình như miền núi,
thành phố nhiều nhà cao tầng, vùng hồ xây dựng nhiều thềm, bậc thường có tỉ số C/R
nhỏ.
Thông thường tín hiệu phản xạ phải đi qua quãng đường lớn hơn 4,5 Km so
với tín hiệu trực tiếp thì mới có trễ hơn 1,5µ s tuy nhiên nếu tín hiệu phản xạ đó
không mạnh tức là tỉ số C/R lớn hơn 1 số cho phép thì không ảnh hưởng đến vùng
sóng phục vụ.
Ngược lại nếu tín hiệu phản xạ mạnh nhưng trễ vẫn thuộc cửa sổ thì sẽ tăng độ
mạnh của tín hiệu đi thẳng. Chỉ khi C/R nhỏ phân tán thời gian lớn thì mới có yêu
cầu thay đổi vi trí BTS, hoặc dùng phương pháp đặt thêm BTS phụ trợ. Khi sét vấn
16
BÁO CÁO THỰC TẬP
đề này cân phải căn cứ vào các vị trí cân đối giữa MS và BTS bởi vì mỗi vị trí dù là
cách nhau không lớn thì có thể C/R cách nhau rất lớn.
* Nhiễu đồng kênh:
Nhiễu giao thoa đồng kênh là nhiễu do tín hiệu thu không mong muốn có cùng
tần số và tín hiệu thu mong muốn. Tỉ số giữa mức sóng mang không mong muốn là tỉ
số nhiễu giao thoa đồng kênh (C/I). Tỉ số này phụ thuộc vào những yếu tố như:
+ Mẫu sử dụng lại tần số: khoảng cách giữa hai Cell cùng tần số ảnh hưởng lẫn
nhau.
+ Vị trí địa hình.
+ Các vùng phản xạ địa phương.
+ Kiểu Angten, tính định hướng, chiều cao Angten.
+ Các sóng gây nhiễu địa phương có cùng tần số.
Tỉ số này gây ảnh hưởng rất mạnh đến chất lượng tín hiệu, dẫn đến sai tín hiệu,
Tín hiệu 1 Tín hiệu 2
CĐTH
SS
Anten
BÁO CÁO THỰC TẬP
thay đổi tần số sóng mang trong một số tần số khi cuộc gọi đang tiến hành, khi gặp
chỗ trũng phađinh chỉ một phần thông tin bị mất.
Mã hoá kênh:
Ở truyền dẫn số người ta đo chất lượng của tín hiệu được chủ yếu bằng số
lượng các bit thu được chính xác, dẫn đến biểu diễn tỷ số bit lỗi BER. BER không thể
bằng không do đường truyền dẫn luôn luôn thay đổi. Nghĩa là ta phải cho phép một
lưọng lỗi nhất định và có khả năng khôi phục thông tin này hoặc có thể phát hiện
tránh sử dụng thông tin lỗi. BER quan trọng với phát số liệu hơn Voice.
Ở phương pháp mã hoá kênh ta phải phát đi một lượng thông tin có số bit lớn
hơn nhưng sẽ đạt độ an toàn chống lỗi cao hơn. Mã hoá kênh có thể phát hiện và sửa
lỗi ở từng bit thu.
Ví dụ: Khi muốn gửi một bit “0” hay “1” để được bảo vệ ta bổ xung thêm ba bit như
sau:
Thông tin
0
1
Bổ xung
000
111
Gửi đi
0000
1111
Khối mã 0000 sẽ đúng với 0 và 1111 sẽ đúng với 1. Tỷ lệ là 1:4, bảo vệ sẽ xảy
ra như sau:
Thu được : 0000 0010 0110 0111 1110
Các khối bán tin
ghép xen
Các khối bán tin
được ghép xen
Một khung
Máy phát
Máy thu
tối ưu
Kênh
BÁO CÁO THỰC TẬP
Máy thu tối ưu là máy thu hiểu rõ kênh. Ta lập mô hình toán học của kênh và
điều chỉnh máy thu đến mô hình. Kênh được xét như một bộ lọc và được kích thích
bởi một tín hiệu biết trước. So sánh đầu ra với đầu vào ta có đáp ứng xung của bộ lọc.
Đáp ứng xung của bộ lọc cho ta biết được tín hiệu ra đối với tín hiệu vào, như vậy ta
có thể tìm được đáp ứng xung của kênh và lập mô hình kênh khi phân tích một tín
hiệu thu được. Đáp ứng xung khi không có phản xạ (a) và có một phản xạ (b).
Xét nguyên lý làm việc của một bộ cân bằng: Sau khi lập mô hình kênh ta sẽ
phải tạo ra tất cả các chuỗi bit có thể có rồi đưa chúng qua mô hình kênh chuỗi đầu
vào mà từ đó nhận được chuỗi đầu ra giống nó nhất gọi là chuỗi nguyên thuỷ hay
chuỗi phát. Theo quy định của GMS, một bộ cân bằng cần có khả năng xử lý một tín
hiệu phản xạ trễ đến 14,8s tương ứngvới thời gian của 4bit. Lúc này ngay cả tín hiệu
phản xạ cũng bị ảnh hưởng bởi phađinh raile, nhưng do tín hiệu này có mẫu phađinh
độc lập so với tín hiệu đi thẳng nên nó được lợi dụng để đạt hiệu quả cao hơn. Vậy
21
(a) Không có phản xạ (b) có một phản xạ
0
∆ (t)
tt
BÁO CÁO THỰC TẬP
với các tín hiệu phản xạ trễ dưới 15µ s nó cho ta thêm năng lượng để cải tạo tín hiệu
và FDMA:
Đồng bộ thời gian:
Khi sử dụng TDMA ở vô tuyến, mỗi trạm di động sử dụng khe thời gian Ts
của mình nhưng khi khoảng cách giữa MS và BS tăng lên gây trễ thời gian truyền tín
hiệu và trễ này lớn quá thì thông tin phát đi từ MS ở khe Ts n sẽ trùng với tín hiệu thu
được của BS tại khe Ts n+1 của MS khác. Để kiểm tra thời gian đến và các lệnh được
gửi đến MS ta có quá trình định trước thời gian mỗi khi MS di chuyển ra xa.
Mã hoá tiếng:
Ở một số hệ thống di động tổ ong FDMA khoảng cách giữa các kênh là 25kHz
(NMT, TACS) và ở GMS khoảng cách này bằng 200kHz. So sánh TDMA 200kHz và
FDMA 25kHz ta có hiệu quả sử dụng tần số như nhau. Khi sử dụng phương pháp
điều chế pha tối thiểu Gauss (GMSK) độ rộng băng thông bị chiếm sẽ rất lớn. Để đảm
23
FDMA
0 1 2 3 4 5 6 7
MS
1
MS
2
MS
2
MS
5
TDMA
BÁO CÁO THỰC TẬP
bảo băng tần cho phép ta giảm tối thiểu tốc độ bit cho từng kênh tiếng bằng cách mã
hoá tiếng (Vocodes) và mã hoá theo dạng sóng.
Mã hoá theo kiểu phát âm Vocodes giúp ta nhận biết được tiếng nói nhưng rất
“tổng hợp” và ta khó nhận ra ai phát âm.
Sử dụng mã hoá sóng (mã hoá PCM đồng đều) thông tin trực tiếp chính thực
khung, đa khung, siêu đa khung, siêu siêu khung như sau:
Một siêu siêu khung = 2048 siêu khung = 2715648 khung (3h28′ 53″ 760ms)
0 1 2 3 4 5 2042 2043 2045 2046 2047
1 siêu khung = 1326 khung TDMA (6,12s) 1đa khung = 26 khung(120ms) 1 đa
khung = 51 khung(235ms)
1 khung = 8 khe
Một siêu siêu khung được chia thành 2048 siêu khung với thời gian là 6,12s. Siêu
khung lại được chia thành các đa khung, có hai loại đa khung:
- Đa khung 26 khung chứa 26 khung TDMA. Đa khung này được sử dụng để
mang TCH (và SACCH cộng FACCH). 51 đa khung này tạo nên một siêu khung.
0 1 2 3 4
7
4
8
49 50
0 1 24 25
0 1 49 5
0
0 1 2 3 4 5 6 7
25
Copyright: Tài liệu đại học ©