Báo cáo thực tập Sinh viên: Phạm Thanh Tùng
Mục lục
Lời nói đầu..................................................................................................................3
CHƯƠNG I :NHữNG KHáI NIệM CHUNG Về THÔNG TIN DI ĐộNG
I.Cấu trúc hệ thống thông tin di động số:.....................................................................................4
1. Phân hệ trạm gốc BSS: ........................................................................................4
1.1. Bộ điều khiển trạm gốc ( BSC ).............................................................................5
1.2. Trạm thu phát gốc ( BTS ).....................................................................................5
1.3. Bộ chuyển mã (XCDR)..........................................................................................6
1.4. Các cấu hình của BSS............................................................................................6
2. Phân hệ chuyển mạch (SS)...................................................................................6
2.1. Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động (MSC)............................................7
2.2. Bộ ghi định vị thường trú(HLR)............................................................................7
2.3. Bộ ghi định vị thường trú(VLR)............................................................................8
2.4. Bộ ghi nhận dạng thiết bị (EIR)............................................................................9
2.5.Trung tâm nhận thực(AUC):...................................................................................9
II.Tổng quan về các kỹ thuật đa truy nhập đã và đang sử dụng:......................................................10
1. Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA):...................................................10
2. Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA):..............................................11
3. Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA):........................................................12
4. So sánh các công nghệ FDMA, TDMA với CDMA ứng dụng trong thông tin di
động tế bào:.................................................................................................................12
Chương II: kỹ thuật truyền dẫn tín hiệu
I. mô tả chung:................................................................................................................................16
ii. hệ thống điều chế tương tự:......................................................................................................16
III. Hệ thống điều chế số:...............................................................................................................18
1. Mô tả chung hệ thống điều chế số:.......................................................................18
1.1. Điều chế BPSK và QPSK:.....................................................................................19
1.2. Điều chế FSK và MSK:.........................................................................................20
2. Thu phân tập:.........................................................................................................23
IV. Điều khiển lỗi :.........................................................................................................................24
III Máy di động:.............................................................................................................................34
1. Cấu hình tham khảo GSM...................................................................................34
2. Modul nhận dạng thuê bao..................................................................................35
2.1. Mô tả......................................................................................................................33
2.2. SIM card IC............................................................................................................35
3. Các tính năng của máy di động ..........................................................................35
3.1. Các yêu cầu để thực hiện các tính năng MS..........................................................36
3.2. Một số các tính năng của thuê bao di động ..........................................................36
Chương IV: Giới thiệu 2 tổ chức mạng thông tin di động hiện nay ở việt nam
I. Tổng quan....................................................................................................................................39
II. Mạng vinaphone........................................................................................................................39
1. Các số liệu về cấu hình và các dịch vụ hiện tại của mạng VINAPHONE:.....39
1.1. Cấu hình:................................................................................................................39
1.2. Các dịch vụ của mạng VINAPONE.......................................................................39
1.3. Cấu hình và dịch vụ mới trong tương lai:..............................................................40
2. Sơ đồ đấu nối của toàn mạng tháng 12 năm 2000:............................................41
II. Mạng mobilephone....................................................................................................................43
1. Giới thiệu mạng và cấu hình mạng......................................................................43
1.1. Giới thiệu..............................................................................................................43
1.2. Cấu hình................................................................................................................43
1.3. Các dịch vụ...........................................................................................................43
2. Sơ đồ kết nối mạng MOBIPHONE......................................................................44
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
2
Báo cáo thực tập Sinh viên: Phạm Thanh Tùng
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
PSTN: Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng
CSPDN: Mạng chuyển mạch số công cộng theo mạch
MSC: Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động (Tổng đài di động)
1. Phân hệ trạm gốc BSS:
Phân hệ trạm gốc – BSS là thiết bị đặt tại phạm vi cell, bao gồm một tổ hợp thiết bị
thu, phát vô tuyến và quản lý vô tuyến. BSS đảm bảo sự liên kết giữa các thiết bị di động
và trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động.
4
SS
AUC
VRL EIRHLR
MSC
ISDN
PSPDN
CSPDN
PSTN
PLMN
OSS
BSS
BSC
BTS
MS
Hệ THốNG TRạM GốC
---- truyền dẫn tin tức
Kết nối cuộc gọi và
truyền dẫn tin tức
Hệ thống
Chuyển mạch
Báo cáo thực tập Sinh viên: Phạm Thanh Tùng
BSS sẽ liên lạc với trạm di động trên giao diện vô tuyến số và với trung tâm chuyển
cho giao diện vô tuyến . BTS như là một Moderm vô tuyến phức tạp . BTS sẽ cung cấp
việc kết nối giao diện vô tuyến với máy di động , nó cũng có nhiều hạn chế về chức năng
điều khiển , điều này sẽ giảm nhiều lưu lượng cần được truyền giữa BTS và BSC .
Mỗi BTS sẽ cung cấp lần lượt từ 1 đến 6 sóng mang RF, và sẽ cung cấp từ 8 đến
48 cuộc gọi đồng thời .
BSC, BTS sẽ điều khiển riêng rẽ hoặc cả hai cùng điều khiển một chức năng .
BSC sẽ quản lý cácchức năng, ngược lại BTS sẽ thực hiện các chức năng hoặc
thực hiện các phép đo để giúp BSC.
1.2. Bộ chuyển mã (XCDR).
5
Báo cáo thực tập Sinh viên: Phạm Thanh Tùng
XCDR là bộ chuyển mã toàn tốc, sẽ đảm bảo sự chuyền mã thoại và ghép kênh
con 4:1 . Bộ chuyển mã (XCDR) cần phải có để chuyển đổi thông tin (thoại hay số liệu)
ở lối ra MSC (64 Kb/s) thành dạng quy định bởi các đặc tính kỹ thuật SGM (Special
Mobile Group committee) để phát lên giao diện vô tuyến, tức giữa BSS và MS (64 Kb/s
thành 16 Kb/s và ngược lại) .
Tín hiệu 64 Kb/s từ các bộ điều chế xung mã (PCM) của MSC, nếu được phát trên
giao diện vô tuyến mà không có sự sửa đổi thì sẽ chiếm nhiều dải tần vô tuyến, điều này
tất nhiên là việc sử dụng phổ vô tuyến có sẵn là không hiệu quả, vì vậy bằng việc xử lý
các mạch 64 Kb/s để giảm băng tần yêu cầu sao cho tổng lượng thông tin yêu cầu để phát
thoại đã được số hoá giảm xuống 13 Kb/s.
Bộ chuyển mã có thể được đặt ở MSC,BSC hay BTS, nếu nó được đặt tại MSC
thì các kênh truyền 13 Kb/s được phát đến BSS bằng cách chèn thêm bit để có tốc độ
truyền dữ liệu 16 Kb/s và sau đó sẽ ghép 4 kênh 16 Kb/s thành một kênh 64 Kb/s. Do vậy
mỗi đường truyền PCM 2Mb/s 30 kênh có thể mang 120 kênh thoại GSM quy định, tức
là sẽ tiết kiệm chi phí đối với nhà khao thác hệ thống. Bộ chuyển mã thường được định
vị chung với MSC, như vậy nó sẽ giảm số lượng đường truyền 2Mb/s.
1.3. Các cấu hình của BSS
Như trên đã đề cập, một BSC có thể điều khiển nhiều BTS, số lượng các BTS cực
đại có thể được điều khiển bằng một BSC không quy định trong GSM. Các BTS và BSC
như là các phần của MSC vì các hoạt động của chúng là được liên kết chính xác đến
chuyển mạch cũng như kết nói các cuộc gọi thoại và số liệu đến và đi từ các trạm di động
(MS).
2.1. Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động (MSC)
Trong thông tin di động MSC dùng để chuyển mạch cuộc gọi, tức là thiết lập cuộc
gọi đến MS và đi từ MS, toàn bộ mục đích của nó giống nhưmột tổng đài điện thoại bất
kỳ. Tuy nhiên, do cần phải bổ xung thêm nhiều mặt điều khiển, bảo mật phức tạp trong
hệ thống tế bào GSM và độ rộng băng tần cho thuê bao, nên sẽ có nhiều ưu điểm hơn,
MSC có khả năng đáp ứng nhiều chức năng bổ xung khác.
MSC sẽ thực hiện hàng loạt các nhiệm vụ khác nhau tuỳ thuộc vào vị trí của nó
trong hệ thống. Khi MSC cung cấp giao diện giữa PSTN và các BSS trong hệ thống
GSM nó sẽ được hiểu như là một MSC cổng. ở vị trí này nó sẽ đảm bảo yêu cầu chuyển
mạch cho toàn bộ quá trình thông tin di động từ khi bắt đầu cho đến khi kết thúc.
Mỗi MSC sẽ cung cấp dịch vụ đến các máy di động được định vị trong vùng phủ
sóng địa lý xác định, một hệ thống điển hình gồm có nhiều MSC . Một MSC có khả năng
đáp ứng vùng đô thị khoảng một triệu dân.
MSC thực hiện các chức năng sau:
- Chức năng xử lý cuộc gọi: Bao gồm điều khiển việc thiết lập cuộc gọi thoại/
số liệu, liên kết các BSS, liên kết các MSC, các chuyển vùng, điều khiển việc
quản lý di động (tính hợp lệ và vị trí của thuê bao).
- Chức năng hỗ trợ và bảo dưỡng khai thác: Bao gồm việc quản lý cơ sở dữ liệu,
định lượng và đo lưu lượng thông tin, giao tiếp người- máy.
- Chức năng hoạt động tương tác giữa các mạng: Quản lý giao tiếp giữa hệ
thống GSM và hệ thống điện thoại công cộng PSTN.
- Chức năng Billing: Thu thập số liệu lập hoá đơn cước cuộc gọi.
2.2. Bộ ghi định vị thường trú(HLR)
Bộ ghi định vị thường trú liên quan với cơ sở dữ liệu về các thông số của thuê
bao. Các thông tin này được đưa vào cơ sở dữ liệu do hãng khai thác mạng khi một thuê
bao mới được bổ xung vào hệ thống.
Bất kể MS hiện ở đâu, HLR đều lưu giữ mọi thông tin thuê bao liên quan đến việc
VLR sẽ cung cấp cơ sở dữ liệu nội bộ về thuê bao bất cứ nơi nào thuê bao tồn tại
thực sự trong một mạng PLMN, điều này có thể có hoặc không có ở hệ thống “gốc” ,
chức năng này sẽ loại trừ các nhu cầu về truy cập đến cơ sở dữ liệu HLR “ gốc ” tốn
nhiều thờ gian.
Các chức năng của VLR thường được liên kết với chức năng của MSC.
Các dữ lệu bổ sung được lưu trữ ở VLR như sau:
- Nhận dạng vùng định vị:
Các ô trong mạng di động (PLMN) được tập hợp liền nhau thành các vùng địa lý
và mỗi vùng được ấn định một chỉ số nhận dạng vùng định vị (LAI), một vùng định vị
điển hình có khoảng 30 ô.
Mỗi VLR sẽ kiểm soát một loạt các LAI và khi một thuê bao di chuyển từ một
LAI này đến một LAI khác, thì LAI được cập nhật vào một VLR. Cũng như vậy, khi một
thuê bao di chuyển từ một VLR này đến một VLR khác thì các địa chỉ của VLR sẽ được
cập nhật vào một HLR.
- Nhận dạng thuê bao di động tạm thời:
Các VLR sẽ điều khiển việc phân phối các chỉ số nhận dạng thuê bao di động tạm
thời (TMSI) và sẽ thông báo chúng đến HLR.
8
Báo cáo thực tập Sinh viên: Phạm Thanh Tùng
Các TMSI sẽ được cập nhật thường xuyên, điều này sẽ làm cho việc phát hiện
cuộc gọi là rất khó khăn vì vậy, đảm bảo khả năng an ninh rất cao cho thuê bao.TMSI có
thể sẽ được cập nhật ở các trạng thái bất kỳ sau:
Thiết lập cuộc gọi .
Đang vào một LAI mới.
Đang vào một VLR mới.
- Số lưu động của thông tin di động :
Khi một thuê bao muốn hoạt động ngoài vùng thường trú của nó tại một thời điểm
nào đó thì VLR cũng sẽ chỉ định một số lưu động cho trạm di động (MSRN), chỉ số này
được ấn định từ một danh sách các số thuê bao được lưu giữ tại VLR (MSC). MSRN sau
đó được sử dụng để định tuyến cuộc gọi đến một MSC sẽ điều khiển trạm gốc tại vị trí
9
Báo cáo thực tập Sinh viên: Phạm Thanh Tùng
Quá trình nhận thực như sau:
1. Một số ngẫu nhiên được gửi tới máy di động từ trung tâm nhận thực (AUC ).
2. Số này được thao tác bằng các thuật toán nhận thực lưu giữ trong SIM card.
Khoá nhận thực thuê bao (Ki) được lưu giữ trong SIM cũng được sử dụng
trong việc thao tác.
3. Các kết quả thao tác số ngẫu nhiên sẽ được trả lời (SRES) trở lại AUC cùng
với một khoá bảo mật (Kc) đã được lưu giữ tại SIM card. Khoá bảo mật được
dùng để bảo mật dữ liệu khi phát lên lên giao diện vô tuyến, tạo ra nhiều sự an
toàn trên giao diện.
4. Khi máy di động và AUC cùng thực hiện đồng thời các phép tính giống nhau
một cách chính xác với số ngẫu nhiên và dữ liệu đã được lưu giữ tại HLR.
5. AUC sẽ nhận lời đáp (SRES) và so sánh nó với đáp án đúng.
6. Nừu các trả lời đưa ra bởi AUC và thuê bao giống nhau thì thuê bao được phép
sử dụng trên mạng.
7. Khoá bảo mật được đưa ra bởi AUC, được lưu giữ và gửi đến BTS để chop
phép được tiến hành bảo mật.
II.Tổng quan về các kỹ thuật đa truy nhập đã và đang sử dụng:
Để làm tăng dung lượng của dải vô tuyến dùng cho hệ thống thông tin tế bào,
người ta sử dụng các kỹ thuật ghép kênh. Hiện nay có rất nhiều dạng ghép kênh nhưng có
ba hình thức thông dụng nhất là:
- Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA - Frequency Division Multiple
Access)
- Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA - Time Division Multiple
Access)
- Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA - Code Division Multiple Access)
Liên quan đến việc ghép kênh là dải thông mà mỗi kênh hoặc mỗi mạch chiếm
trong một băng tần nào đó. Dải thông đơn giản chỉ là sự chênh lệch giữa các tần số cao
nhất và thấp nhất trong băng. Cùng một khái niệm như vậy dải thông của kênh được áp
thiết kế hệ thống. Có ít nhất là hai khe thời gian cho một kênh, và thường thì nhiều hơn,
điều đó có nghĩa là TDMA có khả năng phục vụ số lượng khách hàng nhiều hơn vài lần
so với kỹ thuật FDMA với cùng một lượng dải thông như vậy.
TDMA là một hệ thống phức tạp hơn FDMA, bởi vì tiếng nói phải được số hoá
hoặc mã hoá, sau đó được lưu trữ vào một bộ nhớ đệm để gán cho một khe thời gian
trống và cuối cùng mới phát đi. Do đó việc truyền dẫn tín hiệu là không liên tục và tốc độ
truyền dẫn phải lớn hơn vài lần tốc độ mã hoá. Ngoài ra, do có nhiều thông tin hơn chứa
trong cùng một dải thông nên thết bị TDMA phải được sử dụng kỹ thuật phức tạp hơn để
cân bằng tín hiệu thu nhằm duy trì chất lượng tín hiệu.
Hình vẽ dưới đây minh hoạ kỹ thuật TDMA, các kênh analog 30 kHz dùng cho
mạng tế bào hỗ trợ được ba kênh digital. Các đường truyền âm thanh analog của mỗi
cuộc đàm thoại đi qua bộ biến đổi A/D và sau đó chiếm một khe thời gian trong kênh
analog 30 kHz.
11
Bộ biến
đổi A/D
Bộ biến
đổi A/D
Bộ biến
đổi A/D
Bộ biến
đổi A/D
Bộ biến
đổi A/D
Bộ biến
đổi A/D
30 kHz kênh 1
30 kHz kênh 832
.
phương sai trong hàm truyền của kênh gây ra bởi bộ chọn lọc tần số. Các máy thu
12
Bộ biến
đổi A/D
Tạo
mã
Bộ biến
đổi A/D
Tạo
mã
(1)
(20)
Bộ biến
đổi A/D
Tạo
mã
Bộ biến
đổi A/D
Tạo
mã
(1)
(20)
1,25 MHz
kênh 1
1,25 MHz
kênh 20
Báo cáo thực tập Sinh viên: Phạm Thanh Tùng
CDMA được thiết kế để tận dụng ưu điểm từ đặc tính nhiều đường liên quan đến fading
chọn lọc tần số và để làm giảm tối thiểu ảnh hưởng của chúng đến dung lượng của hệ
thống.
A
E
G
B
C
DF
A
E
G
B
C
D
F
A
E
G
B
C
DF
A
E
Báo cáo thực tập Sinh viên: Phạm Thanh Tùng
Trong khi đó, CDMA có thể tái sử dụng toàn bộ băng tần với tất cả các tế bào. Hệ
số tí sử dụng trong hệ thống tế bào CDMA do đó bằng 1. Điều này khiến cho dung lượng
của hệ thống được cải thiện. Để ý rằng dung lượng được xác định như là một số lượng
tối đa những người sử dụng tích cực trong tất cả các tế bào chứ không phải là chỉ số
lượng của những người dùng trong dãy tần hay trong một tế bào đơn vị. Việc cải thiện về
mặt dung lượng tổng thể như định nghĩa của hệ thống CDMA so với hệ thống TDMA
hay FDMA theo yêu cầu từ 4 đến 6 và so với hệ thống FM/FDMA là hệ số khoảng 20.
Những tín hiệu cơ bản của người sử dụng khác đồng thời trên cùng băng tần sẽ
(handover). Hệ thống sẽ chuyển mạch sang một kênh mới khi cuộc gọi tiếp tục. Trong
CDMA các tế bào khác nhau, khác nhau ở chỗ sử dụng các dãy mã khác nhau nhưng
giống nhau là đều sử dụng cùng phổ tần. Do đó không cần phải thực hiện handover từ tần
số này qua tần số khác. Chuyển giao như vậy được gọi là chuyển giao mềm (soft
handover).
14
Báo cáo thực tập Sinh viên: Phạm Thanh Tùng
Trong hệ thống CDMA không có một giới hạn rõ ràng về số lượng người dùng
như trong FDMA và TDMA. Tuy vậy chất lượng hoạt động của hệ thống đối với tất cả
những người sử dụng giảm ít nhiều khi số lượng người sử dụng cùng liên lạc tăng lên.
Khi số người sử dụng tăng lên đến mức độ nào đó thì sẽ khiến cho nhiễu có thể làm cho
tiếng nói trở nên khó hiểu và gây mất ổn định hệ thống. Tuy nhiên trong CDMA ta quan
tâm đến điều kiện “phong toả mềm”, có thể giải toả được trái với điều kiện “phong toả
cứng” như trong TDMA và FDMA khi mà tất cả các kênh đều bị chiếm.
Hệ thống CDMA cũng có một vài nhược điểm. Hai nhược điểm nổi bật là: hiệu
ứng tự nhiễu và hiệu ứng xa gần. Hiệu ứng tự nhiễu do các dãy mã không trực giao gây
ra. Trong hệ thống vô tuyến di động các máy di động truyền tin độc lập với nhau, tín hiệu
của chúng không đến trạm gốc một cách cùng lúc. Do trễ thời gian của chúng là phân bố
ngẫu nhiên nên sự tương quan chéo giữa các tín hiệu thu được từ những người sử dụng là
khác không. Để nhận được nhiễu có mức thấp tất cả tín hiệu phải có tương quan chéo
nhỏ và mọi trễ thời gian tương đối. Tương quan chéo giữa các ký tự có được bằng việc
thiết kế một tập các dãy trực giao. Tuy nhiên không có một tập dãy mã nào được biết là
hoàn toàn trực giao khi được dùng trong hệ thống không đồng bộ. Các thành phần không
trực giao của tín hiệu của những người sử dụng khác sẽ xuất hiện như là nhiễu trong tín
hiệu điều chế mong muốn. Nếu sử dụng máy thu có bộ lọc thích ứng trong hệ thống như
vậy thì số lượng của người sử dụng bị hạn chế bởi nhiễu gây ra bởi những người sử dụng
khác. Điều này khác với trong các hệ thống TDMA và FDMA, trong các hệ thống này
tính chất trực giao của tín hiệu thu được bị duy trì bằng việc chọn lọc và đồng bộ chính
xác.
Hạn chế chính của CDMA là hiệu ứng xa gần. Hiện tượng này xuất hiện khi một
c
sin(
tt
s
s
c
ϖ
ω
ω
ω
sin
∆
+
)
ở đây: E: Tín hiệura.
A
c
: Biên độ sóng mang.
c
ω
: Tần số góc của sóng mang.
ω
∆
: Độ lệch tần số góc cực đại.
s
ω
: Tần số góc của tín hiệu.
ở hệ thống FM, thành phần tần số (phổ) lớn hơn trong hệ thống AM. Nên cần có
độ rộng băng tần lớn hơn. Ta so sánh phổ của FM và AMbằng hình vẽ trang sau.
Độ rộng băng thực tế (B) cho FM có thể được cho bằng phương trình sau:
thấp
Mức
0,3 3,4 kHz
Thành phần
Tần số sóng mang
⇒
→
Tần số
→
Tần số
Tần số sóng mang
⇒
(Phổ AM) (Phổ FM)
Copyright: Tài liệu đại học ©