Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Ths. Vũ Thành Thái
MỤC LỤC
BẢNG KÝ HIỆU VIẾT TẮT 2
4
LỜI MỞ ĐẦU 4
CHƯƠNG I: MẠNG DI ĐỘNG GSM 5
1.1 Giới thiệu chung 5
1.2 Các đặc trưng cơ bản của hệ thống GSM 6
1.3 Cấu trúc mạng GSM 7
1.4.1 MS (Mobile station) 7
1.4.2 BSS (Base Station System - Hệ thống trạm gốc) 8
1.4.3 NSS (Network Switching System - Hệ thống chuyển mạch) 9
1.4.4 Khối TRAU 11
CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ BTS HÃNG ALCATEL - LUCENT 12
2.1 Giới thiệu chung về BTS 12
2.1.1 Khái niệm về BTS 12
2.1.2 Vị trí của BTS trong hệ thống GSM 12
2.1.3 Phân loại BTS 13
2.2.1 Cấu trúc chung của hệ thống BTS 15
2.2.2 Cấu trúc và chức năng của các khối chính trong hệ thống BTS 16
2.3 Nguyên lý hoạt động của BTS 19
2.3.1 Kết nối các khối chức năng trong hệ thống BTS 19
2.3.2 BCB (Base Station Control Bus) 19
2.3.3 BSII (Base Station Internal Interface) 20
2.3.4 Nguyên lý hoạt động của BTS 20
CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN MẠNG DI ĐỘNG GSM 22
3.1 Lưu lượng trong mạng GSM 22
3.2 Cấp độ dịch vụ - GoS (Grade of Service) 23
3.3 Nhiễu đồng kênh C/I 24
3.4 Tái sử dụng lại tần số 25
3.4.1 Khái Niệm 25

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64
BẢNG KÝ HIỆU VIẾT TẮT
AB Access Burst Cụm truy nhập
AGCH Access Grant Channel Kênh cho phép truy nhập
AMPS
Advanced Mobile Phone
System
Hệ thống điện thoại di động tiên tiến
ARQ Automatic Repeat Request Yêu cầu lặp lại tự động
AUC Authentication Center Trung tâm nhận thực
BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá
BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá
BER Bit Error Rate Tỷ số bit lỗi
BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc
BSIC Base Station Identity Code Mã nhận dạng trạm gốc
BSS Base Station System Hệ thống trạm gốc
BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc
C/A Carrier to adjacent ratio Tỷ số sóng mang trên sóng lân cận
C/I Carrier to interference ratio Tỷ số sóng mang trên nhiễu
CI Cell Identity
Nhận dạng ô để xác định vị trí trong
vùng định vị
C/R Carrier to reflection ratio Tỷ số sóng mang trên sóng phản xạ
CCCH Common Control Channel Kênh điều khiển chung
CCITT
International Telegraph &
Telephone Consultative
Committee
Uỷ ban tư vấn quốc tế về điện thoại
và điện báo

GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung
GSM
Global System for
Mobile Communication
Thông tin di động toàn cầu
HLR Home Location Register Thanh ghi định vị thường trú
IMEI
International Mobile Equipment
Identity
Nhận dạng thiết bị di động quốc tế
IMSI
International Mobile Subscriber
Identity
Nhận dạng thuê bao di động quốc tế
ISDN
Integrated Service Digital
Network
Mạng số đa dịch vụ
ISI Intersymbol Interference Nhiễu giao thoa giữa các kí hiệu
IWF Inter Working Function Chức năng tương tác
LA Location Area Vùng định vị
LAC Location Area Code Mã vùng định vị
LAI Location Area Identity Nhận dạng vùng định vị
MCC Mobile Country Code Mã quốc gia
ME Mobile Equipment Thiết bị di động
MMS Multimedia Messaging Service Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện
MNC Mobile Network Code Mã mạng di động
MOU Memoradum Uderstanding Bản ghi nhớ
MS Mobile Station Trạm di động
MSC

công cộng
RACH Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên
RAND Random number Số ngẫu nhiên
SACCH
Slow Associated Control
Channel
Kênh điều khiển liên kết chậm
SB Synchronization Burst Cụm đồng bộ
SCH Synchronization Channel Kênh đồng bộ
SDCCH
Stand alone Dedicated Control
Channel
Kênh điều khiển riêng đứng một
mình
SIM Subscriber Identity Module Môđun nhận dạng thuê bao
SMS Short Message Service Dịch vụ nhắn tin ngắn
SRES Signed Response Mật khẩu
SS Switching System Hệ thống chuyển mạch
TACS
Total Access Communication
System
Hệ thống thông tin truy nhập toàn bộ
TCH Traffic Channel Kênh lưu lượng
TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian
TMN Telecommunication
Management Network
Mạng quản lý viễn thông
TRAU
Transcoder/Rate Adaptation
Unit

Trước khi trình bày nội dung đề tài này, em xin chân thành cảm ơn tới các thầy
cô trong bộ môn vô tuyến cũng như các thầy cô trong khoa Vật Lý thuộc trường ĐH
KHTN đã trang bị cho em kiến thức trong suốt bốn năm học vừa qua.
Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn tới Thầy Vũ Thành Thái đã tận tình giúp đỡ,
trực tiếp hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành khóa luận.
Em cũng chân thành cảm ơn tới anh Nguyễn Thành Hưng, Trưởng Phòng kỹ
thuật - công ty Cổ phần Phát triển Dịch vụ Viễn thông ITC đã cung cấp tài liệu và
hướng dẫn em hoàn thành khóa luận.
Cuối cùng, là lời cảm ơn sâu sắc em muốn gửi đến gia đình cùng bạn bè đã
động viên giúp đỡ em trong suốt thời gian qua để em có điều kiện hoàn thành tốt
nhất khóa luận tốt nghiệp này.
Sinh viên thực hiện
Ngô Ngọc Cảnh
CHƯƠNG I: MẠNG DI ĐỘNG GSM
1.1 Giới thiệu chung
Ngô Ngọc Cảnh Vô tuyến điện tử K52
5
Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Ths. Vũ Thành Thái
Khái niệm GSM được sử dụng lần đầu tiên vào năm 1982, là chữ viết tắt của
Groupe Speciale Mobile, là tổ chức thuộc Hội đồng Bưu chính và Viễn thông Châu
Âu CEPT (Conference Europeenne des Postes et Telecommunications). Tổ chức
này được giao nhiệm vụ phát triển một chuẩn mới dùng cho liên lạc di động trong
dải tần 900MHz, và kết quả của nó chính là mạng GSM lần đầu tiên vào năm 1991.
Trong năm này, từ GSM cũng chuyển đổi ý nghĩa, trở thành chữ viết tắt của cụm từ
“Hệ thống thông tin di động toàn cầu” (Global System for Mobile
Communications), và người ta cũng đề ra tiêu chuẩn cho mạng GSM hoạt động
trong băng tần 1800MHz, được gọi là hệ thống DCS1800.
Từ đó đến nay, nhờ đặc tính chuẩn hóa rộng rãi trên toàn thế giới cùng với khả
năng chuyển vùng quốc tế mạnh mẽ, GSM đã đạt được những thành công vô cùng
to lớn trong sự phát triển. Theo số liệu báo cáo của hiệp hội GSM GSMA (GSM

+ Phương thức truy cập là TDMA cho phép nhiều cuộc gọi khác nhau cùng
chia sẻ một tần số.
1.3 Cấu trúc mạng GSM
1.4 Chức năng các khối trong hệ thống GSM
1.4.1 MS (Mobile station)
MS là thiết bị dùng để truy cập vào mạng. Một MS gồm hai thành phần chính
độc lập:
Ngô Ngọc Cảnh Vô tuyến điện tử K52
BSC
TRAU
MSC
VL
R
HL
R
EIR
AuC
Các
mạng
khác:
PSTN,
PLMN,
ISDN.
Abis
interface
Um
interface
Ater
interface
A interface

Các chức năng chính của BTS là:
- Cung cấp kết nối với MS
- Xử lý tín hiệu
- Xử lý bảo dưỡng cục bộ.
- Kiểm tra và giám sát.
Hầu hết các hoạt động chính ở BTS đều được BSC điều khiển.
Ngô Ngọc Cảnh Vô tuyến điện tử K52
8
Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Ths. Vũ Thành Thái
1.4.2.2 BSC (Base Station Controller- Trạm điều khiển gốc)
BSC điều khiển một nhóm BTS và quản lý tài nguyên vô tuyến. BSC chịu trách
nhiệm điều khiển việc handover, nhảy tần, các chức năng tổng đài và điều khiển các
mức công suất, tần số vô tuyến của BTS cụ thể là:
- Quản lý mạng vô tuyến:
Quản lý dữ liệu mô tả cell, cấu hình cell, thông tin hệ thống và dữ liệu định vị.
+ Đo đạc lưu lượng và các kênh rỗi.
+ Ghi lại lưu lượng.
+ Chia sẻ tải ở cell.
- Quản lý các trạm vô tuyến gốc:
+ Định cấu hình cho BTS.
+ Thay đổi chức năng và tải chương trình cho các BTS.
+ Bảo dưỡng các thiết bị BTS.
- Quản lý mạng truyền dẫn:
+ Chuyển đổi và thích ứng tốc độ trong BSC.
+ Vận hành và bảo dưỡng bên trong BSC:
+ Điều khiển sự kết nối giữa các MS: gồm các quá trình tìm gọi, thiết lập kết
nối báo hiệu, chỉ định kênh lưu lượng, định vị, handover, điều khiển công suất động
trong MS và BTS, nhảy tần, dịch vụ nhắn tin quảng bá và tin vắn.
1.4.3 NSS (Network Switching System - Hệ thống chuyển mạch)
Hệ thống chuyển mạch NSS chịu trách nhiệm quản lý sự thông tin giữa người

VLR luôn được tích hợp với MSC để có thể thực hiện báo hiệu bên trong. Điều
này làm loại bỏ các báo hiệu không cần thiết giữa hai nút mạng, do đó làm giảm lưu
lượng báo hiệu trong mạng.
1.4.3.4 AuC (Authentication Centre – Trung tâm nhận thực)
Thanh ghi AuC được dùng cho mục đích bảo mật. Nó cung cấp các tham số cần
thiết cho chức năng nhận thực và tạo mật mã (ciphering). Các tham số này giúp xác
minh sự nhận dạng thuê bao.
1.4.3.5 EIR (Equipment Identity Register)
EIR được dùng cho mục đích bảo mật. Nó là một thanh ghi lưu trữ các thông tin
về các thiết bị mobile. Cụ thể hơn là nó lưu trữ danh sách các đầu cuối hợp lệ. Một
đầu cuối được nhận dạng bằng một IMEI. EIR cho phép cấm các cuộc gọi từ các
đầu cuối bị đánh cắp hay không được phép.
1.4.3.6 MSC cổng (GMSC)
Để thiết lập một cuộc gọi đến người sử dụng GSM, trước hết cuộc gọi phải
Ngô Ngọc Cảnh Vô tuyến điện tử K52
10
Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Ths. Vũ Thành Thái
được định tuyến đến một tổng đài cổng được gọi là 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).
1.4.4 Khối TRAU
Khối TRAU là khối chuyển đổi tốc độ kênh thoại TRAU (Transcoder/Rate
Adapter Unit), khối này thực hiện chức năng chuyển đổi tốc độ và ghép 4 kênh
thoại từ trạm BTS có tốc độ 16Kb/s thành một kênh PCM 64Kb/s trước khi giao
tiếp với MSC. Mặc dù được xem là một phần tử của mạng truy nhập nhưng TRAU
thường đặt chung vị trí với MSC để giảm chi phí kết nối truyền dẫn.
Ngô Ngọc Cảnh Vô tuyến điện tử K52
11
Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Ths. Vũ Thành Thái

13
Hình vẽ 2.2: Cấu hình kết nối BTS tới BSC
Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Ths. Vũ Thành Thái
Mỗi Subrack có thể lắp đặt 8 SUMA, 4 TRE, 3 ANC.
2.1.3.2 MBO
Là loại BTS có thể đặt ở ngoài trời và cũng giống như BTS MBI nó cũng có 2
dạng là MBO1 với trọng lượng lớn nhất là 255kg và MBO2 là dạng mở rộng của
MBO1 với trọng lượng tối đa là 425kg. Kích thước và hình dáng được mô ta mô tả
như sau:
Ngô Ngọc Cảnh Vô tuyến điện tử K52
14
Hình vẽ 2.3: BTS MBI
Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Ths. Vũ Thành Thái
Cũng tương tự như MBI, MBO cũng có những tầng quạt và khu vực dùng để
đấu nối cáp tín hiệu và cáp cảnh báo. Ngoài ra nó còn có thêm các khu vực dùng để
lắp đặt acqui và những khu vực dùng cho việc lắp đặt các thiết bị truyền dẫn.
2.2 Cấu trúc chung của hệ thống BTS
2.2.1 Cấu trúc chung của hệ thống BTS
Ngô Ngọc Cảnh Vô tuyến điện tử K52
15
Hình vẽ 2.4: BTS MBO
Hình vẽ 2.5: Cấu trúc chung của hệ thống BTS
Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Ths. Vũ Thành Thái
Hệ thống BTS gồm có các khối chức năng chính sau:
+ SUMA
+ TRE
+ ANC
2.2.2 Cấu trúc và chức năng của các khối chính trong hệ thống BTS
2.2.2.1 Khối SUMA
- XCLK (External clock): là giao diện tín hiệu đồng hồ đồng bộ bên ngoài. Tín

Hình vẽ 2.6: Kiến trúc khối SUMA
Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Ths. Vũ Thành Thái
SUMA có các chức năng chính sau:
- Quản lý link truyền dẫn Abis (lên đến 2 giao diện Abis).
- Tạo xung đồng hồ cho tất cả các modul BTS, các đồng hồ này có thể được
đồng bộ từ một đồng hồ tham chiếu bên ngoài: Abis link, GPS, BTS khác, có thể
được tạo ra trong kiểu xung rỗi bởi một bộ phát tần số bên trong.
- Thực hiện chức năng vận hành và bảo dưỡng cho BTS
- Quản lý ghép các dữ liệu TCH, RSL, OML, Q
MUX
- Điều khiển chức năng AC/DC khi chúng được tích hợp bên trong BTS
- Điều khiển nguồn (dung lượng, điện áp, nhiệt độ)
- Thiết lập điện áp và dòng cho việc nạp pin.
2.2.2.2 Khối TRE
KIEÁN TRUÙC CÔ SÔÛ CUÛA TRE
TRED
TREA
TREP
PSI
RFI
CLKI
BSII
BCB
PSWITCH
LEDS
DEBUG
RCD CUI I2CA
Module TRE bao gồm ba khối chính như trên. Khối TRE-A (Analog) thu tín hiệu
từ Antenna chuyển thành tín hiệu sốTRE-D (Digital) đưa tới SUMA, và ngược lại.
- TRED:

LNA
Spliter
Spliter SpliterSpliterSpliterWBC WBC
ANTA ANTB
TRE 1
TX RX RXd
TRE 2
TX RX RXd
TRE 3
RXd RX TX
TRE 4
RXd RX TX
BridgeBridge
ANC kết nối 4 máy thu - phát đến 2 antenna.
Phân phối tín hiệu nhận được từ mỗi antenna đến 4 máy thu - phát (thu thường
và thu phân tập)
Ngô Ngọc Cảnh Vô tuyến điện tử K52
18
Hình vẽ 2.8: Kiến trúc khối ANC
Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Ths. Vũ Thành Thái
Modul này bao gồm 2 cấu trúc giống nhau, mỗi cấu trúc bao gồm:
+Antenna: nó có chức năng là phát sống ra môi trường vô tuyến và thu sóng từ
máy di động phát đến.
+ Filter: Lọc bỏ tín hiệu không cần thiết.
+ Một khối duplexer: dùng để kết hợp hai hướng phát và thu một antenna.
+ Một khối LNA: khối này có chức năng khuếch đại tín hiệu mà antenna thu
được lên mức đủ lớn để cho TRE có thể xử lí được.
+ Hai khối Spliter: khối này có chức năng tách tín hiệu thu của TRE.
+ WBC: (Wide band combiner) bộ này có chức năng kết hợp hai đường phát
lại với nhau để đi trên cùng một đường đến bộ duplexer. Thực tế ta chỉ dùng

ANy

FACB

AC/DC&BATTEIES

ISL

ISL

ISL

ISL

ISL

TRE FW/SW

O&M/TELECOM

ANx

FW

ISL

pilot

EBCB


Nguyên lý hoạt động của BTS dựa trên quá trình xử lý các tín hiệu mà nó nhận
được từ máy di động (MS) và từ BSC.
Tín hiệu từ BSC đưa tới BTS thông qua giao diện Abis trên đường truyền PCM
gồm có các tín hiệu sau:
- Tín hiệu thoại TCH (traffic channel).
- Tín hiệu báo hiệu RSL (radio signalling link).
- Tín hiệu vận hành bảo dưỡng OML (operation maintenance link).
- Tín hiệu truyền dẫn Q_mux.
Các tín hiệu này được phân bố trên khung PCM như sau:
Khi không sử dụng ghép
Cấu hình chain end
TS0
TCH TCH TCH TCH
TCH TCH TCH TCH
TS31
- Trong cấu trúc khung PCM thì khe thời gian TS
0
được sử dụng cho mục đích
đồng bộ.
Ngô Ngọc Cảnh Vô tuyến điện tử K52
20
Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Ths. Vũ Thành Thái
TS31 được sử dụng để truyền tín hiệu OML, Qmux.
+ Các khe thời gian còn lại được sử dụng để truyền dữ liệu TCH, tín hiệu RSL.
+ Các khe thời gian trong khung PCM được chia thành 4 nibble mỗi nibble
16Kbps được sử dụng cho một kênh lưu lượng TCH.
Trong khung PCM ở giao diện Abis thì một RSL chiếm toàn bộ một khe thời
gian trong khung và số RSL phụ thuộc vào số TRX mà một BTS có. Tức là số
lượng của RSL sẽ bằng số TRX.
+ Trong khung PCM còn có tín hiệu OML tín hiệu nầy sử dụng trong quá trình

thông tin O&M, xử lý và đưa ra các lệnh liên quan đến quá trình vận hành bảo dưỡng.
+ Các tín hiệu về lưu lượng và báo hiệu sẽ được đưa đến khối TRE ở đây sẽ
thực hiện quá trình xử lý thoại và sau đó đưa đến ANC rồi tới antenna rồi phát
ra môi trường vô tuyến.
CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN MẠNG DI ĐỘNG GSM
3.1 Lưu lượng trong mạng GSM
Trong hệ thống viễn thông, lưu lượng là tin tức được truyền dẫn qua các kênh
thông tin.
Lưu lượng của một thuê bao được tính theo công thức:
Ngô Ngọc Cảnh Vô tuyến điện tử K52
22
Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Ths. Vũ Thành Thái
A =
3600
*tC
Trong đó:
C: số cuộc gọi trung bình trong một giờ của một thuê bao.
t: thời gian trung bình cho một cuộc gọi.
A: lưu lượng thông tin trên một thuê bao (tính bằng Erlang).
3.2 Cấp độ dịch vụ - GoS (Grade of Service)
Lưu lượng muốn truyền = Lưu lượng được truyền + Lưu lượng nghẽn.
Offered Traffic = Carried Traffic + Blocked Traffic
Cấp phục vụ (GoS = Grade of Service):
Để một kênh đường trục có chất lượng phục vụ cao thì xác suất nghẽn phải
thấp. Vậy nên số người dùng có thể phải bị giới hạn, tức là lưu lượng muốn truyền
phải giữ trong dung lượng kênh. Nếu chấp nhận một cấp phục vụ thấp hơn, tức là
xác suất nghẽn lớn hơn, thì tương ứng tăng được dung lượng muốn truyền (tăng số
người dùng). GoS cùng một nghĩa với xác suất nghẽn:
Lưu lượng muốn truyền: A (lưu lượng muốn truyền)
Lưu lượng bị nghẽn: A*GoS (lưu lượng mất đi)

Hình vẽ 3.1: Xác suất nghẽn GoS
Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Ths. Vũ Thành Thái
Hình ở trên chỉ ra trường hợp mà máy di động (cellphone) đặt trong xe đang thu
một sóng mang mong muốn từ một trạm gốc phục vụ (Serving BS) và đồng thời
cũng đang chịu một nhiễu đồng kênh do nhiễu phát sinh của một trạm gốc khác
(Interference BS).
Giả sử rằng cả hai trạm đều phát với một công suất như nhau các đường truyền
sóng cũng tương đương (hầu như cũng không khác nhau trong thực tế) và ở điểm
giữa, máy di động có C/I bằng 0 dB, có nghĩa là cả hai tín hiệu có cường độ bằng
nhau. Nếu máy di động đi gần về phía trạm gốc đang phục vụ nó thì C/I > 0 dB.
Nếu máy di động chuyển động về phía trạm gây ra nhiễu thì C/I < 0 dB.
Tỉ số C/I được dùng cho các máy di động phụ thuộc rất lớn vào việc quy hoạch
tần số và mẫu tái sử dụng tần số. Nói chung việc sử dụng lại tần số làm dung lượng
tăng đáng kể tuy nhiên đồng thời cũng làm cho tỉ số C/I giảm đi. Do đó việc quy
hoạch tần số cần quan tâm đến nhiễu đồng kênh C/I.
3.4 Tái sử dụng lại tần số
3.4.1 Khái Niệm
Đối với mạng vô tuyến của GSM, do số lượng kênh phát trong dải tần cho phép
là hữu hạn, nên để tối ưu việc sử dụng các kênh tần số, tăng dung lượng phục vụ,
toàn bộ vùng phục vụ được chia thành các phân khu nhỏ hơn, gọi là cluster. Tại mỗi
Ngô Ngọc Cảnh Vô tuyến điện tử K52
25
Hình vẽ 3.2: Tỷ số nhiễu đồng kênh C/I