Lời nói đầu
Thông tin di động ngày nay đã trở thành một loại hình dịch vụ, phơng tiện
thông tin phổ biến trong cuộc sống hiện đại. Một mặt ta thấy các hệ thống thông
tin di động hiện nay đang phát triển rất nhanh cả về quy mô, dung lợng và đặc
biệt là công nghệ và dịch vụ mới để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của ngời sử
dụng.
Đồ án này đợc hoàn thành dới sự hớng dẫn trực tiếp của thầy giáo : Phạm
Văn Tuân và các Thầy Cô giáo trong khoa Điện Tử Viễn Thông - Đại Học
Bách Khoa Hà Nội cùng với sự nghiên cứu của bản thân. Em đã hoàn thành đồ
án này
Đồ án này bao gồm ba phần :
Phần 1 : Tổng quan hệ thống thông tin di động GSM.
Phần 2 : Quy hoạch cell cho mạng GSM.
Phân 3 : Các giải pháp mở rộng mạng.
Đồ án nghiên cứu về mạng thông tin di động GSM ở mức tổng
quan nên không thể tránh đợc những thiếu sót. Rất mong nhận đợc sự
góp ý của các Thây Cô giáo để đồ án em đợc hoàn thiện hơn.
1
Phần 1
Tổng quan hệ thống thông tin di động GSM
Chơng 1
Giới thiệu mạng thông tin di động GSM
1.1. Lịch sử quá trình phát triển nghành thông tin di động GSM
Ngày nay công nghệ viễn thông đang có những bớc phát triển vô cùng to
lớn. Cùng với các nghành khoa học khác, công nghệ viễn thông đã đem đến cho
con ngời những ứng dụng quan trọng trong tất cả các nghành, các lĩnh vực của
đời sống nh : kinh tế, giáo dục, y học, quảng bá, xã hội ... và thoả mãn nhu cầu
ngày càng cao của con ngời.
Thông tin di động là một dịch vụ thông tin đặc biệt, nó cho phép ngời ta
trao đổi thông tin ngay cả khi đang di chuyển. Ngoài ra nó còn nhiều tiện ích
khác mà thông tin khác không có.Vì vậy nhu cầu về thông tin di động trở nên

thuê bao di động tiêu chuẩn GSM.
Tự động định vị và cập nhật vị trí cho mọi thuê bao di động.
Sử dụng băng tần 900 MHz với hiệu quả cao bởi sự kết hợp giữa hai ph-
ơng tiện TDMA và FDMA.
Chuyển khả nhanh hơn hẳn hệ thống hữu tuyến.
Mạng có khả năng mở rộng dung lợng nhờ việc sử dụng lại tần số và kỹ
thuật phân chia Cell.
Thiết bị di động gọn nhẹ ...
1.3. Các dịch vụ của mạng thông tin di động GSM.
1.3.1.Dịch vụ thoại .
Là dịch vụ quan trọng nhất của GSM. Dịch vụ cho phép nối cuộc gọi
thoại hai hớng giữa thuê bao GSM bất kỳ với thuê bao thoại khác qua một mạng
chính với sự phát triển của mạng đa dịch vụ.
3
Các dịch vụ thoại :
Chuyển hớng cuộc gọi vô điều kiện.
Chuyển hớng cuộc gọi khi thuê bao di động bận.
Chuyển giao cuộc gọi.
Dịch vụ ba phía.
Thông báo cớc phí.
Nhận dạng số chủ gọi.
Voicemail
. . .
1.3.2.Các dịch vụ số liệu .
Chuyển dẫn số liệu.
Dịch vụ thông báo ngắn.
Phát quảng bá trong ô.
1.4. Sử dụng tần số .
Hệ thống vô tuyến GSM sử dụng băng tần cơ sở 90 MHz . Ngoài ra còn có
băng tần GSM mở rộng và băng tần DCS ( Digital Cellular System ).

1805 MHz
Băng tần GSM cơ bản
(2*25 MHz 124 sóng mang)
200 KHz
KHzKH
z
Băng GSM
mở rộng
Băng DSC
960 MHz 960 MHz
1880 MHz
935 MHz
927 MHz
Băng tần GSM cơ bản
(2*25 MHz 124 sóng mang)
200 KHz
Băng GSM
mở rộng
Băng DSC
915 MHz 915 MHz
1785 MHz
890 MHz
882 MHz
1710 MHz
Hình 3. Dải tần số sóng mang lên
Để sử dụng triệt để băng tần, GSM đa ra khái niệm sử dụng lại tần số. Băng
tần sẵn có đợc chia thành 124 tần số song công, các tần số này đợc chia thành
các nhóm tần số và đợc ấn định cho một vùng nào đó bao gồm nhiều trạm BTS.
Các mẫu tần số này có thể đem cho một vùng bên cạnh mà không gây ra hiện t-
ợng nhiễu giao thoa đồng kênh khi khoảng cách giữa hai hai BTS sử dụng cùng

CSPDN
PSTN
PLMN
OSS
BSC
BTS
MS
SS
BSS
Truyền dẫn tin tức
Kết nối cuội gọi
và truyền dẫn tin tức.
PSTN : Public Switched Telephone Network - Mạng điện thoại chuyển mạch
công cộng
PLMN : Public Land Mobile Network - Mạng di động mặt đất công cộng
MS : Mobile Station - Trạm di động
ISDN : Intergrated Service Digital Networt Mạng số đa dịch vụ
CSPDN : Circuit Switched Packet Data Networ - Mạng số liệu gói chuyển
mạch kênh
PSPDN : Packet Switched Public Data Network - Mạng số liệu công cộng
chuyển mạch gói
2.2. Các thành phần của mạng GSM
Một mạng GSM gồm 3 phân hệ chính :
Phân hệ vô tuyến BSS ( Base Station System ).
Phân hệ mạng NSS ( Network SubSystem ).
Phân hệ khai thác và bảo dỡng OSS (Opertation & Support System).
Mặc dù không thuộc thành phần cuả mạng GSM, song có liên quan chặt
chẽ với mạng đó là trạm di động MS thuộc ngời sử dụng.
2.2.1. Trạm di động MS ( Mobile Station )
Là một máy di động đầu cuối hay MobileFone. MS có thể đợc lắp trên ô tô

Phân hệ BSS gồm hai phần :
Khối điều khiển vô tuyến số BSC
Các trạm thu phát gốc BTS
A. Thiết bị điều khiển trạm gốc BSC
Làm việc nh một thiết bị chuyển mạch cho phân hệ BSS. BSC bao gồm các
khối giao diện A với MSC. Các khỗi chức năng điều khiển BTS, khối giao diện
với OMC và khối chuyển mạch.

9
a.Chức năng của BSC
Quản lý mạng vô tuyến
Việc quản lý mạng vô tuyến là quản lý các ô và các kênh logic của chúng.
Các số liệu quản lý đều đợc đa về BSC để đo đạc, xử lý. Chẳng hạn nh lu lợng
thông tin ở một ô, môi trờng vô tuyến số lợng cuộc gọi bị mất, các lần chuyển
giao thành công và thất bại.
Với số thuê bao ngày càng tăng BSC phải thiết kế để dễ dàng tổ chức lại cấu
hình để có thể quản lý đợc số kênh vô tuyến ngày càng tăng, và tăng đợc hiệu
quả sử dụng của lu lợng vô tuyến cho phép.
Quản lý trạm thu phát gốc
Trớc khi vào khai thác BSC lập cấu hình của trạm BTS và tần số cho mỗi
trạm BTS. Nhờ việc quản lý này mà BSC có thể có một tập hợp các kênh sẵn có
giành cho điều khiển nối thông cuộc gọi.
Điều khiển nối thông máy di động
BSC chịu trách nhiệm thiết lập và giải phóng các đầu nối tới máy di động.
Trong quá trình gọi sự kết nối đợc BSC giám sát. Cờng độ tín hiệu và chất lợng
tiếng đợc đo ở MS và BTS gửi đến BSC nhờ một thuật toán BSC quyết định công
suất phát tốt cho máy di động TRX để giảm nhiễu của mạng và tăng cờng chất l-
ợng nối thông.
BSC cũng điều khiển quá trình chuyển giao nhờ kết quả đo để chuyển sang
ô khác có chất lợng tốt hơn. Nếu chuyển sang ô thuộc BSC khác quản lý MSC sẽ

11
Master Frequency
Master Clock Unit
khối
thiết
bị giao
tiếp
trạm
gốc
( BIe )
KHốI
KHung
( fu)
khối
khung
( fu )
khối
nhảy
tần
(fqhU)
CU
CU
Coupling
UNIT
OMU
CONTROL BASEBAND
COUPLING
RADIO
Hinh 5 : Sơ đồ khối BTS
Khối vận hành và bảo dỡng OMU : Là đơn vị điều khiển cảnh báo,

tuyến ) từ đờng thu và phát.
Thiết bị giao diện trạm gốc BIE (Base Station Iterface Equiment)
Gửi các bản tin và tín hiệu về cấu hình thông qua một đờng truyền 2Mb/s để
kích hoạt FU.
2.2.3. Phân hệ chuyển mạch NSS
a. Chức năng của phân hệ chuyển mạch NSS
Là chuyển mạch chính của GSM cũng nh các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số
liệu thuê bao và quản lý thuê bao.
Quản lý thông tin giữa ngời sử dụng mạng GSM với mạng khác
b. Sơ đồ khối phân hệ chuyển mạch NSS
13
Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động MSC : MSC là trung
tâm chuyển mạch chính của NSS. Có nhiệm vụ định tuyến và kết nối các phần tử
mạng thuê bao di động với nhau hay với thuê bao của mạng khác. Từ khối này
các tin tức báo hiệu cần thiết sẽ đợc phát ra các giao diện ngoại vi của mạng
chuyển mạch. MSC có giao diện với tất cả các phần tử mạng và với mạng cố định
PSTN hay ISDN. MSC còn thực hiện cung cấp các dịch vụ của mạng cho thuê
bao chứa các dữ liệu và thực hiện quá trình Handover.
Bộ định vị thờng trú HLR : Là cơ sở dữ liệu trung tâm quan trọng nhất
của hệ thống GSM ở đó lu trữ dữ liệu về thuê bao trong mạng của nó và thực hiện
một số chức năng riêng của mạng di động. Trong cơ sở dữ liệu này lu trữ những
số liệu về trạng thái thuê bao, quyền thâm nhập của thuê bao, các dịch vụ mà
thuê bao đăng ký, số liệu động về vùng mà ở đó đang chứa thuê bao của nó.
Trong HLR còn thực hiện việc báo hiệu số 7 trên giao diện với MSC.
Bộ ghi định vị tạm thời VLR : Trong đó chứa các thông tin về tất cả các
thuê bao di động đang nằm trong vùng phủ sóng của MSC này, gán cho các thuê
bao từ vùng phục vụ MSC/VLR khác tới một số thuê bao tạm thời. VLR còn thực
hiện trao đổi thông tin về thuê bao Roaming giữa HLR nơi thuê bao đăng ký. Chỉ
có thể thiết lập đợc đờng ghép nối vô tuyến với MS với các trờng hợp thông tin.
Trung tâm nhận thực AUC : Trong hệ thống GSM có nhiều biện pháp an

Kiểm soát hoạt động của tất cả các phần tử trên mạng.
Quản lý cấu hình mạng.
Quản lý thuê bao, bảo mật các số liệu thuê bao
15
ứng dụng của quản lý mạng trong hệ thống GSM
Quản lý lu lợng : bao gồm việc thống kê lu lợng kiểm soát tắc nghẽn, truy
nhập trong trờng hợp có tắc nghẽn hệ thống tự động có biện pháp nh : "Phớt lờ "
các cuộc gọi mới, phong toả bớt các dịch vụ không quan trọng ...
Quản lý cấu hình : Thực hiện các công việc sau :
Nạp phần mềm hệ thống hoặc nạp phần mềm dịch vụ.
Thay đổi các mức phát của BTS.
Khai báo các phần tử hay dịch vụ khi mở rộng mạng ...
Quản lý thuê bao : Bao gồm việc đa vào hay loại bỏ bớt thuê bao khỏi
mạng. Thay đổi số thuê bao hoặc phong toả bớt các dịch vụ đối với một thuê bao
nào đó. Quản lý, lu trữ số liệu cớc trên mạng.
Quản lý bảo mật : Là một nhiệm vụ quan trọng trong mạng GSM, bao
gồm việc quản lý số liệu thuê bao thông qua EIR. Quản lý số liệu mạng thông
qua SIM card, HLR/AUC ...
2.3. Cấu trúc địa lý của mạng GSM
Mọi mạng điện thoại cần một cấu trúc nhất định để định tuyến cuộc gọi vào
đến tổng đài cần thiết và cuối cùng đến thuê bao bị gọi. ở một mạng di động cấu
trúc này rất quan trọng do tính lu thông của các thuê bao trong mạng.
2.3.1. Vùng mạng : Tổng đài vô tuyến cổng ( Gate way MSC )
Các đờng truyền giữa mạng GSM/PLMN hay mạng PSTN/ISDN hay các
mạng PLMN khác sẽ ở mức tổng đài trung kế quốc gia hay quốc tế. Tất cả các
cuộc gọi vào cho mạng GSM/PLMN sẽ đợc định tuyến đến một hay nhiều tổng
đài đợc gọi là tổng đài vô tuyến cổng (GMSC). GMSC làm việc nh một tổng đài
trung kế vào cho GSM/PLMN. Đây là nơi thực hiện chức năng hỏi định tuyến
cuộc gọi cho các cuộc gọi kết cuối di động. Nó cho phép hệ thống định tuyến các
cuộc gọi đến nơi nhận cuối cùng của chúng - các trạm di động bị gọi.

không phụ thuộc vào khoảng cách tuyệt đối giữa các ô mà chỉ phụ thuộc vào tỷ
số giữa khoảng cách các ô và bán kính của ô D/K. Điều này cho phép co giãn ô
một cách linh hoạt mà vẫn đảm bảo nhiễu cho phép chỉ cần đảm bảo tỷ số D/K.
Chơng 3
Kỹ thuật vô tuyến số GSM
3.1. Suy hao đờng truyền
Là quá trình mà ở đó tín hiệu thu yếu dần do khoảng cách giữa MS và trạm
gốc ngày càng tăng. Không có vật cản giữa anten phát và anten thu cho trớc. Mật
độ công suất thu tỷ lệ nghịch với bình phơng khoảng cách d giữa anten phát và
anten thu - Ta có kết quả trong không gian tự do là :
Ls = d
2
. f
2
Theo [dB] Ls = 33,4 (dB) + 20 log ( f ) + 20 lg ( d )
Trong đó 33,4 là hằng số tỷ lệ
Trong điều kiện địa hình khác nhau thì suy hao cũng khác nhau
Mạng thông tin di động sử dụng các công thức nghiên cứu và thực nghiệm của
ELGI hay Okumura.

Công thức Okumura :
Trong điều kiện thành phố :
18
L
( thành phố )
= 69,55 + 26,16 log(f) - 13,82 log(h
1
) + (44,9 - 6,55log(h
1
)) logd

Tuy nhiên nếu tín hiệu phản xạ trễ hơn thế thì bộ cân bằng không thể đáp ứng đ-
ợc. Phần mà bộ cân bằng có thể đáp ứng gọi là cửa sổ thời gian. Trong cửa sổ đó
thì tín hiệu phản xạ sẽ tăng cờng độ của tín hiệu trực tiếp. Ngoài cửa sổ đó tín
hiệu phản xạ sẽ gây ảnh hởng xấu đến hệ thống. Tổng của tín hiệu phản xạ mà
trễ 15 às phải ít nhất nhỏ hơn 9 lần tổng các tín hiệu trong cửa sổ. Tỷ số này gọi
là tỷ số sóng mang trên tỷ lệ trên sóng phản xạ C/R. C/R đợc tính bằng tỷ bằng tỷ
số năng lợng trong cửa sổ thời gian và ngoài cửa sổ thời gian bộ cân bằng. C/R
càng nhỏ thì chất lợng càng kém. Vị trí đặt BTS rất gây ảnh hởng lớn đến tỷ số
này. Nếu đặt không hợp lý sẽ gây nên phân tán thời gian lớn. Các vùng địa hình
19
nh miền núi, thành phố nhiều nhà cao tầng, toà nhà kim loại cao, vùng hồ ao th-
ờng có tỷ số C/R nhỏ.
Thông thờng tín hiệu phản xạ khi phải đi qua quãng đờng lớn hơn 4,5 Km
so với tín hiệu trực tiếp. Tuy nhiên nếu tín hiệu phản xạ đó không mạnh, nghĩa là
tỷ số C/R lớn hơn một số cho phép thì không gây ảnh hởng đến vùng phủ sóng
phục vụ.
Ngợc lại nếu tín hiệu phản xạ quá mạnh, nhng trễ vẫn thuộc cửa sổ của bộ
cân bằng thì sẽ tăng độ mạnh của tín hiệu thẳng. Chỉ trong trờng hợp C/R nhỏ
phân tán thời gian lớn thì mới có yêu cầu thay đổi vị trí BTS, hoặc dùng phơng
pháp đặt BTS phụ trợ khi xét vấn đề này phải căn cứ các vị trí tơng đối của MS và
BTS bởi vì mỗi vị trí dù cách nhau không lớn thì có thể có C/R khác nhau rất lớn
Vậy GSM tốc độ là 270 kbit/s dẫn đến độ vít có độ lâu 0,0037 m/s . Vì thế 1
bit tơng ứng với độ trễ khoảng 1Km. Nên nếu có phản xạ từ một Km phía sau
trạm di động thì tín hiệu sau phản xạ phải đi một quãng đờng dài hơn tín hiệu
đến trực tiếp là 2 Km.
3.3. Fadinh đồng kênh
Các hiện tợng fadinh sảy ra trong trờng hợp tín hiệu thu đợc của tín hiệu
phát từ nhiều phía. Tín hiệu thu là tổng của nhiều tín hiệu giống nhau nhng khác
pha và biên độ. Để khắc phục hạn chế này anten phân tập đợc dùng đến. Đây là
một anten hoạt động theo nguyên tắc dùng 3 anten đơn thu tín hiệu theo hai hớng

ờng ít có nguy cơ để cả hai anten bị chỗ trũng fadinh xẩy ra cùng một lúc, điều
này dẫn đến hai anten thu độc lập với nhau cùng một tín hiệu và hạn chế chịu tác
động của đờng bao fadinh khác nhau.
Khi kết hợp tín hiệu từ hai anten có thể giảm mức độ fadinh, khoảng cách
giữa hai anten phải đủ lớn để tơng quan giữa các tín hiệu ở các anten nhỏ. ở
900 MHz có thể tăng 6 dB với cự ly giữa hai anten là 5 6 mét.
3.4.2. Nhẩy tần.
21
Do fadinh nhiều tia phụ thuộc vào tần số, tức là chỗ trũng fadinh sẽ xẩy ra
khác nhau đối với các tần số khác nhau. Lợi dụng hiện tợng này ta thay đổi tần
số sóng mang sang tần số khác khi đang tiến hành cuộc goị, vì thế gặp một chỗ
trũng fadinh sẽ chỉ mất một phần thông tin. Bằng cách xử lý sau này ta có thể
khôi phục lại đợc tín hiệu.
3.4.3. Mã hoá kênh
ở truyền dẫn số ngời ta thờng đo chất lợng của tín hiệu thu đợc bằng tỷ số
lỗi bít (BER). BER nói lên bao nhiêu bit trong tổng số bit thu đợc là mắc lỗi. Tỷ
số này càng nhỏ càng tốt. Tuy nhiên do đờng truyền luôn luôn thay đổi nên ta
không thể giảm hoàn toàn xuống không nghĩa là phải cho phép một lợng lỗi nhất
định và ngoài ra có khả năng khôi phục lại thông tin này hay ít nhất có thể phát
hiện các lỗi để không sử dụng thông tin này vì lầm là nó đúng. Điều này đặc biệt
quan trọng khi phát đi số liệu đối với lời có thể chấp nhận chất lợng thấp hơn.
Để có thể cải thiện tốt tỷ số lỗi bit BER ta dùng các phơng pháp mã hoá kênh.
Thông thờng mã hoá kênh có thể phát hiện lỗi và chừng mực nào đó sửa đợc lỗi.
Mã hoá kênh phải trả giá là thêm số bit, tức là làm tăng tốc độ truyền dẫn
Trong thông tin di động sử dụng hai phơng pháp mã hoá là : Mã hoá xoắn và
mã hoá khối .
ở mã hoá khối ngời ta bổ xung một số bit kiểm tra vào một số bit thông
tin nhất định, nguyên tắc này đợc mô tả bởi sơ đồ sau đây
Do các mã khối từ, các bit kiển tra trong mã chỉ phụ thuộc vào các khối
thông tin ở khối bản tin.

78 bit không quan trọng lắm
23
Bộ mã hoá
khối
Thông tin
Thông tin được
mã hoá
Khối bản tin
Luồng thông tin
được mã hoá
Hình 9 : Mã hóa xoắn
Thông tin
Ba bit chẵn lẻ đợc bổ xung vào 50 bit trên (mã hoá khối ). 53 bit này cùng
132 bit quan trọng và 4 bit đuôi đợc mã hoá xoắn để tạo thành 378 bit (tỷ lệ 1:2)
các bít còn lại không đợc bảo vệ. Quá trình này đợc minh hoạ nh hình vẽ sau :
Hình 10 : Mã hoá kênh cho tiếng thoại đã số hoá ở GSM
3.4.4. Ghép xen (Interleaving ) :
Ngời ta nhận thấy thực tế các lỗi bit thờng ra thành từng cụm. Đó là vì các
chỗ trũng fadinh lâu làm ảnh hởng đến nhiễu bit liên tiếp. Do đó mã hoá kênh chỉ
là cải thiện chất lợng khi lỗi là đơn và các bit sai không quá dài. Nh vậy phải sử
dụng biện pháp ghép xen. Nguyên tắc của ghép xen là tìm cách tách riêng các bit
liên tiếp của một bản tin sao cho các bit đợc gửi đi theo cách không liên tiếp.
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 4 4 4 4

24
50
132
78
50 + 3

quá trình này gọi là định trớc thời gian phát.
25