Sự phát triển của hệ thống di động Mobifone UMTS /IMT - 2000

châu Âu đã xuất hiện các hệ thống thông tin di động số với kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA). Tuy nhiên, các hệ thống này không tương thích với nhau làm cho mạng thông tin di động chỉ bó hẹp ở từng quốc gia. GSM là tiêu chuẩn điện thoại di động số toàn chau Âu do ESTI (Europe Telecommunication Standard Institute) thành lập với các hình thức khuyến nghị lấy các tiêu chuẩn làm cơ sở cho mạng thông tin di động. Những tiêu chuẩn này đã giải quyết được vấn đề: tương thích về thiết bị, tăng dung lượng mạng nhờ việc sử dụng tần số hiệu quả hơn. Hệ thống GSM ra đời đã nhanh chóng phát triển trên toàn thế giới. Đây là hệ thống thông tin tế bào số tích hợp và toàn diện. Mạng được thiết kế phù hợp với hệ thống IDSN và các mạng số liệu công cộng khác. Trong giai đoạn hiện nay, khi vấn đề internet toàn cầu và các hệ thống mạng thông tin cá nhân phát triển nhanh cả về dung lượng, tốc độ và các loại hình dịch vụ cũng đặt ra một yêu cầu phát triển với tương đương đối với hệ thống thông tin di động. Liên minh Viễn thông Quốc tế đã bắt tay vào việc phát triển một nền tảng chung cho các hệ thống viễn thông di động. Kết quả là một sản phẩm được gọi là thông tin di động toàn cầu 2000 (IMT-2000). IMT-2000 không chỉ là một bộ dịch vụ, nó đáp ứng ước mơ liên lạc từ bất cứ nơi đâu và vào bất cứ lúc nào. Để được như vậy, IMT-2000 tạo điều kiện tích hợp các mạng mặt đất và /hoặc vệ tinh. Hơn thế nữa, IMT-2000 cũng đề cập đến Internet không dây, hội tụ các mạng cố định và di động, quản lý di động (chuyển vùng), các tính năng đa phương tiện di động, hoạt động xuyên mạng và liên mạng.. Các hệ thống thông tin di động thế hệ 2 được xây dựng theo tiêu chuẩn GSM, IS-95, PDC, IS-38 phát triển rất nhanh vào những năm 1990. Trong hơn một tỷ thuê bao điện thoại di động trên thế giới, khoảng 863, 6 triệu thuê bao sử dụng công nghệ GSM, 120 triệu dùng CDMA và 290 triệu còn lại dùng FDMA hoặc TDMA. Khi chúng ta tiến tới 3G, các hệ thống GSM và CDMA sẽ tiếp tục phát triển trong khi TDMA và FDMA sẽ chìm dần vào quên lãng. Con đường GSM sẽ tới là CDMA băng thông rộng (WCDMA) trong khi CDMA sẽ là cdma2000. Tại Việt Nam, thị trường di động trong những năm gần đây cũng đang phát triển với tốc độ tương đối nhanh. Cùng với hai nhà cung cấp dịch vụ di động lớn nhất là Vinaphone và Mobifone, Công Ty Viễn thông Quân đội (Vietel), S-fone và mới nhất là Công ty cổ phần Viễn thông Hà Nội và Viễn Thông Điện Lực tham gia vào thị trường di động chắc hẳn sẽ tạo ra một sự cạnh tranh lớn giữa các nhà cung cấp dịch vụ, đem lại một sự lựa chọn phong phú cho người sử dụng. Vì vậy, các nhà cung cấp dịch vụ di động Việt Nam không chỉ sử dụng các biện pháp cạnh tranh về giá cả mà còn phải nỗ lực tăng cường số lượng dịch vụ và nâng cao chất lượng dịch vụ để chiếm lĩnh thị phần trong nước . Điều đó có nghĩa rằng hướng tới 3G không phải là một tương lai xa ở Việt Nam. Trong số các nhà cung cấp dịch vụ di động ở Việt Nam, đang có 3 nhà cung cấp dịch vụ áp dụng công nghệ GSM là Vinaphone, Mobifone và Vietel, hiện đang cung cấp dịch vụ cho phần lớn thuê bao di động ở Việt Nam. Vì vậy khi tiến lên 3G, chắc chắn hướng áp dụng công nghệ truy nhập vô tuyến WCDMA để xây dựng hệ thống thông tin di động thế hệ 3 phải được xem xét nghiên cứu. Đồ án này nghiên cứu lộ trình phát triển của hệ thống thông tin di động Mobifone từ GSM sang 3G WCDMA với nội dung gồm 4 phần: Phần I : Sự phát triển của hệ thống thông tin di động toàn cầu. Phần II : Mạng thông tin di động GSM. Phần III : Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS. Phần IV : Công nghệ 3G WCDMA / IMT 2000. Phần V : Lộ trình triển khai nâng cấp mạng lên 3G của VMS-Mobifone. Em xin trân thành cám ơn thầy giáo T.s Phạm Công Hùng đã nhiệt tình hướng dẫn và chỉ bảo giúp em hoàn thành đồ án này. Do kiến thức và kinh nghiệm thức tế còn hạn chế lên không thể tránh khỏi thiếu xót trong quá trình thực hiện, vì vậy em mong nhận được ý kiến góp ý từ thầy cô và các bạn. Xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên thực hiện: Nguyễn Ngọc Thăng Phần I: Sự phát triển của hệ thống thông tin di động toàn cầu Thông tin di động đầu tiên ra đời vào cuối năm 1940, khi đó nó chỉ là hệ thống thông tin di động điều vận. Đến nay, thông tin di động đã trải qua nhiều thế hệ. Thế hệ thứ nhất là thế hệ thông tin di động tương tự, sử dụng công nghệ truy nhập phân chia theo tần số (FDMA). Tiếp theo là thế hệ thứ hai và hiện nay là thế hệ thứ ba đang được chuẩn bị đưa vào hoạt động. Thế hệ thứ tư cũng đang được nghiên cứu. Thông tin di động thế hệ thứ hai sử dụng kỹ thuật số với các công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) và phân chia theo mã (CDMA). Đây là các hệ thống thông tin di động băng hẹp với tốc độ bít thông tin của người sử dụng là 8-13 kbit/s. Hai thông số quan trọng đặc trưng của các hệ thống thông tin di động số là tốc độ bít thông tin của người sử dụng và tính di động, ở các thế hệ tiếp theo các thông số này ngày càng được cải thiện. Thông tin di động thế hệ thứ ba có tốc độ bít lên tới 2Mbit/s. Thế hệ thứ tư có tốc độ lên tới 34Mbit/s và cao hơn nữa. Các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai được xây dựng theo các tiêu chuẩn như : GSM, IS-95, PDC, IS-96 phát triển rất nhanh những năm 1990. Các yêu cầu về dịch vụ mới của các hệ thống thông tin di động, nhất là các dịch vụ truyền số liệu đòi hỏi các nhà khai thác phải đưa ra được các hệ thống thông tin di động mới. Trong bối cảnh đó, ITU đã đưa ra đề án tiêu chuẩn hoá hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 với tên gọi IMT-2000 với mục tiêu: Tốc độ truy nhập cao để bảo đảm các dịch vụ băng rộng như truy nhập Internet nhanh hoặc các dịch vụ đa phương tiện Linh hoạt để bảo đảm các dịch vụ mới như đánh số cá nhân toàn cầu và điện thoại vệ tinh. Các tính năng này sẽ cho phép mở rộng đáng kể tầm phủ sóng của cả các hệ thống thông tin di động Tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện có để bảo đảm sự phát triển liên tục của thông tin di động Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 IMT-2000 đã được đề xuất trong đó có hai hệ thống WCDMA và CDMA-2000 đã được ITU chấp thuận và sẽ đưa vào hoạt động trong những năm đầu của thập kỷ 2000. Các hệ thống này đều sử dụng công nghệ CDMA do vậy cho phép thực hiện tiêu chuẩn toàn thế giới cho giao diện vô tuyến của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3. WCDMA sẽ là sự phát triển tiếp theo của các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai sử dụng công nghệ TDMA như GSM, PDC, IS-136 còn CDMA-2000 sẽ là sự phát triển tiếp theo của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai sử dụng cộng nghệ CDMA: IS-95. Các hệ thống thông tin di động tổ ong tương tự thế hệ thứ nhất: AMPS: Advanced Mobile Phone Service: Dịch vụ điện thoại di động tiên tiến. NAMPS: Narrow AMPS: AMPS băng hẹp. TACS: Total Access Communication System: Hệ thống thông tin truy nhập toàn bộ. ETACS: Extended TACS: TACS mở rộng. NMR 450: Nordic Mobile Telephone 450: Hệ thống điện thoại di động Bắc Âu băng tần 450 MHz. NMT900: Hệ thống điện thoại di động Bắc Âu băng tần 900MHz. NTT: Nippon Telegraph and Telephone: Hệ thống do NTT phát triển. JTACS: Japanish TACS. NTACS: Narrow TACS. Các hệ thống thông tin di động tổ ong thế hệ hai IS- 54B TDMA IS-136 TDMA IS-95 CDMA GSM: Global System for Mobile Communicatión: Hệ thống thông tin di động toàn cầu. PCN: Personal Communication Network: Mạng thông tin cá nhân. CT-2: Cordless Phone –2: Điện thoại không dây. DECT: Digital Enhanced Cordless Telecommunication: Viễn thông không dây số tiên tiến. PDC: Personal Digital Cellular: Hệ thống tổ ong số cá nhân.. Các hệ thống nhắn tin POCSAG: Post Office Code Standardization Advisory Group: Nhóm cố vấn tiêu chuẩn hoá mã Bưu điện. ERMES: European Radio Message System: Hệ thống nhắn tin vô tuyến châu Âu. Các hệ thống thông tin di động số hiện nay đang ở giai đoạn chuyển từ thế hệ hai cộng sang thế hệ ba. Để đáp ứng các nhu cầu ngày càng tăng về các dịch vụ thông tin di động, ngay từ những năm đầu của thập niên 90 người ta đã tiến hành nghiên cứu hoạch định hệ thống thông tin di động thế hệ ba. ITU-R đang tiến hành công tác tiêu chuẩn hóa cho hệ thống thông tin di động toàn cầu ITM mà trước đây là FPLMTS. Tại Châu Âu, Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu (ETSI) đang tiến hành tiêu chuẩn hoá phiên bản của hệ thống này với tên gọi là UMTS (Univesal Mobile Telecommunication System): Hệ thống viễn thông di động toàn cầu. Hệ thống mới này sẽ làm việc ở dải tần 2 GHz. Nó sẽ cung cấp rất nhiều loại hình dịch vụ bao gồm từ các dịch vụ thoại và số liệu thấp hiện nay cho đến các dịch vụ số liệu tốc độ cao, video và truyền thanh. Tốc độ cực đại của người sử dụng sẽ lên đến 2Mbít/s. Tốc độ cực đại này sẽ chỉ có ở các picô trong nhà, còn các dịch vụ với tốc độ 14,4 kbit/s sẽ được đảm bảo cho di động thông thường ở các ô macro. Người ta cũng đang tiến hành nghiên cứu các hệ thống vô tuyến thế hệ thứ tư có tốc độ cho người sử dụng lớn hơn 2 Mbit/s. Hệ thống di động băng rộng MBS (Mobile Broadband System) dự kiến nâng tốc độ của người sử dụng đến STM-1. Đối với MBS các sóng mang được sử dụng ở các bước sóng mm và độ rộng băng tần 64 GHz. Một số ưu thế mà thế hệ hai cộng (GSM) đã đạt được Các dịch vụ mạng mới và cải thiện các dịch vụ liên quan tới truyền số liệu như nén số liệu của người sử dụng, số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao (HSCSD: High Speed Circuit Switched Data), dịch vụ vô tuyến gói đa năng (GPRS: General Packet Radio Service) và số liệu 14,4 kbit/s. Các công việc liên quan tới dịch vụ thoại như: Codec tiếng toàn tốc cải tiến (EFC: Enhanced Full Rate Codec), Codec đa tốc độ thích ứng và khai thác tự do đầu cuối các Codec tiếng. Các dịch vụ bổ sung như : chuyển hướng cuộc gọi, hiển thị tên chủ gọi, chuyển giao cuộc gọi và các dịch vụ cấm gọi mới. Cải thiện liên quan đến dịch vụ bản tin ngắn (SMS: Short Message Service) như móc nối các SMS, mở rộng bảng chữ cái, mở rộng tương tác giữa các SMS. Các công việc liên quan tới tính cước như: dịch vụ trả tiền trước, tính cước nóng và hỗ trợ ưu tiên vùng gia đình. Tăng cường công nghệ SIM, tích hợp thêm các chức năng mở rộng cho SIM. Dịch vụ mạng thông minh như CAMEL. Các cải thiện chung như chuyển mạch mạng GSM- AMPS, các dịch vụ định vị, tương tác với các hệ thống thông tin di động vệ tinh và hỗ trợ định tuyến tối ưu. Thông tin di động thế hệ thứ ba sẽ phải là thế hệ thông tin di động cho các dịch vụ di động truyền thông cá nhân đa phương tiện. Hộp thư thoại sẽ được thay thế bằng bưu thiếp điện tử được lồng ghép với hình ảnh và các cuộc thoại thông thường trước đây sẽ được bổ sung các hình ảnh để trở thành thoại có hình.... Sau đây là một số yêu cầu chung đối với hệ thống thông tin di động thế hệ ba: Mạng phải là mạng băng rộng và có khả năng truyền thông đa phương tiện. Nghĩa là mạng phải đảm bảo tốc độ bít của người sử dụng đến 2 Mbit/s. Mạng phải có khả năng cung cấp độ rộng băng tần (dung lượng) theo yêu cầu. Điều này xuất phát từ việc thay đổi tốc độ bít của các dịch vụ khác nhau. Ngoài ra cần đảm bảo đường truyền vô tuyến không đối xứng chẳng hạn với: tốc độ bit cao ở đường xuống và tốc độ bít thấp ở đường lên và ngược lại. Mạng phải cung cấp thời gian truyền dẫn theo yêu cầu. Nghĩa là đảm bảo các kết nối chuyển mạch cho thoại, các dịch vụ video và các khả năng số liệu gói cho các dịch vụ số liệu. Chất lượng dịch vụ phải không thua kém chất lượng dịch vụ mạng cố định, nhất là đối với thoại. Mạng phải có khả năng sử dụng toàn cầu, nghĩa là bao gồm cả thông tin vệ tinh. WARC-92 (The World Administrative Radio Conference held in 1992) đã dành băng tần 1885-2025 MHz và 2110-2200 MHz cho IMT-2000. Hiện nay châu Âu và các quốc gia sử dụng GSM cùng với Nhật đang phát triển W- CDMA (Wide Band Code Division Multiple Access- Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng) trên cơ sở UMTS, còn Mỹ thì tập trung phát triển thế hệ thứ hai (IS-95) và mở rộng tiêu chuẩn này đến IS-2000. Các tiêu chuẩn di động băng rộng mới được xây dựng trên cơ sở CDMA hoặc CDMA kết hợp TDMA. Các yêu cầu đối với hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba Bộ phận tiêu chuẩn của ITU-R (International Telecommunication Union Radio Sector: Liên minh viễn thông quốc tế- bộ phận vô tuyến) đã xây dựng các tiêu chuẩn cho IMT-2000 (International Mobile Telecommunications - 2000: Viễn thông di động quốc tế -2000). ITM-2000 đã mở rộng đáng kể khả năng cung cấp dịch vụ và bao phủ một vùng rộng lớn các môi trường thông tin. Mục đích của IMT-2000 là đưa ra nhiều khả năng mới nhưng cũng đồng thời đảm bảo sự phát triển liên tục của thông tin di động thế hệ 2 (2G) vào những năm 2000. Thông tin di động thế hệ thứ ba (3G) xây dựng trên cơ sở ITM-2000 sẽ được đưa vào phục vụ từ năm 2001. Các hệ thống 3G sẽ cung cấp rất nhiều dịch vụ viễn thông bao gồm: thoại, số liệu tốc độ bít thấp và bít cao, đa phương tiện, video cho người sử dụng làm việc cả ở môi trường công cộng lẫn tư nhân (vùng công sở, vùng dân cư, phương tiện vận tải...). Các tiêu chí chung để xây dựng ITM-2000 như sau. Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2GHz như sau. - Đường lên: 1885 - 2025 MHz. - Đường xuống: 2110-2200 MHz. Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến. - Tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến. - Tương tác với mọi loại dịch vụ viễn thông. Sử dụng các môi trường khai thác khác nhau. - Trong công sở. - Ngoài đường. - Trên xe. - Vệ tinh. Có thể hỗ trợ các dịch vụ như. - Môi trường thông tin nhà ảo (VHE: Virtual Home Environment) trên cơ sở mạng thông minh, di động cá nhân và chuyển mạng toàn cầu. - Đảm bảo chuyển mạng quốc tế. - Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho thoại, số liệu chuyển mạch theo kênh và số liệu chuyển mạch theo gói. Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới. Môi trường hoạt động của IMT-2000 được chia thành bốn vùng với các tốc độ bit Rb phục vụ như sau: Hình 1: Các khu vực dịch vụ của IMT 2000 Vùng 1: trong nhà, ô pico Rb Ê 2Mbit/s Vùng 2: thành phố, ô micro Rb Ê 384 kbit/s Vùng 3: ngoại ô, ô macro Rb Ê 144 kbit/s Vùng 4: toàn cầu Rb =9,6 kbit/s Kiểu Phân loại Dịch vụ chi tiết Dịch vụ di động Dịch vụ di động Di động đầu cuối/ di động cá nhân/di động dịch vụ. Dịch vụ thông tin định vị Theo dõi di động/theo dõi di động thông minh Dịch vụ viễn thông Dịch vụ âm thanh - Dịch vụ âm thanh chất lượng cao (16-64 kbit/s) - Dịch vụ truyền thanh AM (32-64 kbit/s) - Dịch vụ truyền thanh FM (64-384 kbit/s) Dịch vụ số liệu - Dịch vụ số liệu tốc độ trung bình (64-1444 kbit/s) - Dịch vụ số liệu tốc độ tương đối cao (144kbit/s -2 Mbit/s) - Dịch vụ số liệu tốc độ cao (³ 2Mbit/s) Dịch vụ đa phương tiện - Dịch vụ Video (384 kbit/s) - Dịch vụ ảnh động (384 kbit/s- 2 Mbit/s) - Dịch vụ ảnh động thời gian thực (³ 2Mbit/s) Dịch vụ Internet Dịch vụ Internet đơn giản D - Dịch vụ truy nhập Web (384 kbit/s-2 Mbit/s) Dịch vụ Internet thời gian thực D - Dịch vụ Internet (384 kbit/s-2 Mbit/s) Dịch vụ Internet đa phương tiện D - Dịch vụ Website đa phương tiện thời gian thực (³ 2Mbit/s) Phần II : Mạng thông tin di động GSM I. Cấu trúc hệ thống và các thành phần của mạng : 1.1.Cấu trúc hệ thống: Hình 2: Cấu trúc hệ thống GSM 1.1.1 Phân hệ vô tuyến (RSS) 1.1.1.1. Trạm di động (MS - Mobile Station ) MS là một đầu cuối di động, có thể được đặt trên ô tô hay xách tay. Tại MS có một khối nhỏ gọi là module nhận dạng thuê bao ( SIM - Subscriber Identity Module ). Đó là một khối vật lý tách riêng, chẳng hạn là một IC Card hoặc còn gọi là card thông minh. SIM cùng với thiết bị trạm ( ME - Mobile Equipment ) hợp thành trạm di động. Không có SIM, MS không thể thâm nhập đến mạng trừ trường hợp gọi khẩn. Khi liên kết đăng ký thuê bao với card SIM chứ không phải với MS. Đăng ký thuê bao có thể có thể sử dụng trạm MS khác như của chính mình. Điều này làm nảy sinh vấn đề MS bị lấy cắp, vì không có biện pháp để chặn đăng ký thuê bao nếu bị lấy cắp thì khi đó sẽ cần một cơ sở dữ liệu chứa số liệu phần cứng của thiết bị: thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR ( nhưng hiện nay ở Việt Nam thì người ta không dùng thiết bị này nữa bởi vì khi có EIR thì nó yêu cầu máy có chỉ tiêu chất lượng tốt và do vậy giá thành cao và không phải ai cũng có thể mua một máy có chất lượng đạt yêu cầu ). EIR được nối với MSC qua một đường báo hiệu. Nó cho phép MSC kiểm tra tính hợp lệ của thiết bị. Bằng cách này có thể ngăn chặn một MS không được thâm nhập mạng. 1.1.1.2. Hệ thống trạm gốc ( BSS - Base Station System ) BSS là một hệ thống đặc thù riêng cho tính chất tổ ong vô tuyến của GSM. BSS giao tiếp trực tiếp với các trạm di động MS thông qua giao diện vô tuyến, vì thế nó bao gồm các thiết bị thu/phát đường vô tuyến và quản lý các chức năng này. Mặt khác BSS thực hiện giao tiếp với các tổng đài ở phân hệ chuyển mạch SS. Tóm lại, BSS thực hiện đấu nối 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, do đó nó được đấu nối với phân hệ vận hành và bảo dưỡng OMS. BSS bao gồm hai loại thiết bị là: BTS giao diện với MS và BSC giao diện với MSC. a. Khối BTS ( Base Tranceiver Station ): Một BTS bao gồm các thiết bị thu/phát, anten và bộ xử lý tín hiệu đặc thù cho giao diện vô tuyến. BTS là thiết bị trung gian giữa mạng GSM và thiết bị thuê bao MS, trao đổi thông tin với MS qua giao diện vô tuyến. Có thể coi BTS là các Modem vô tuyến phức tạp có thêm một số các chức năng khác. Mỗi BTS tạo ra một hay một số khu vực vùng phủ sóng nhất định gọi là tế bào ( cell ). Một bộ phận quan trọng của BTS là khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ ( TRAU - Transcode/Rate Adapter Unit ). TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình mã hoá và giải mã tiếng đặc thù riêng cho GSM được tiến hành, tại đây cũng thực hiện thích ứng tốc độ trong trường hợp truyền số liệu. TRAU là một bộ phận của BTS, nhưng cũng có thể được đặt cách xa BTS và thậm chí còn đặt trong BSC và MSC. b. Khối TRAU ( Transcode/Rate Adapter Unit ) Khối thích ứng và chuyển đổi mã thực hiện chuyển đổi mã thông tin từ các kênh vô tuyến ( 16 Kb/s ) theo tiêu chuẩn GSM thành các kênh thoại tiêu chuẩn ( 64 Kb/s ) trước khi chuyển đến tổng đài. TRAU thường được điều khiển bởi BTS. c. Khối BSC ( Base Station Controller ) BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển từ xa. Các lệnh này chủ yếu là lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và chuyển giao. Một phía BSC được nối với BTS, còn phía kia nối với MSC của phân hệ SS. Trong thực tế, BSC được coi như là một tổng đài nhỏ, có khả năng tính toán đáng kể. Vai trò chính của nó là quản lý các kênh ở giao diện vô tuyến và chuyển giao. Giao diện giữa BSC và MSC là giao diện A, còn giao diện giữa BTS và BSC là giao diện A.bis. Các chức năng chính của BSC: Quản lý mạng vô tuyến: việc quản lý vô tuyến chính là quản lý các cell và các kênh logic của chúng. Các số liệu quản lý đều được đưa về BSC để đo đạc và xử lý, chẳng hạn như lưu lượng thông tin ở một cell, môi trường vô tuyến, số lượng cuộc gọi bị mất, các lần chuyển giao thành công và thất bại... Quản lý trạm vô tuyến gốc BTS: trước khi đưa vào khai thác, BSC lập cấu hình của BTS ( số máy thu/phát TRX, tần số cho mỗi trạm... ). Nhờ đó mà BSC có sẵn một tập các kênh vô tuyến dành cho điều khiển và nối thông cuộc gọi. Điều khiển nối thông các cuộc gọi: BSC chịu trách nhiệm thiết lập và giải phóng các đấu nối tới máy di động MS. Trong quá trình gọi, sự đấu nối được BSC giám sát. Cường độ tín hiệu, chất lượng cuộc đấu nối được ở máy di động và TRX gửi đến BSC. Dựa vào đó mà BSC sẽ quyết định công suất phát tốt nhất của MS và TRX để giảm nhiễu và tăng chất lượng cuộc đấu nối. BSC cũng điều khiển quá trình chuyển giao nhờ các kết quả đo kể trên để quyết định chuyển giao MS sang cell khác, nhằm đạt được chất lượng cuộc gọi tốt hơn. Trong trường hợp chuyển giao sang cell của một BSC khác thì nó phải nhờ sự trợ giúp của MSC. Bên cạnh đó, BSC cũng có thể điều khiển chuyển giao giữa các kênh trong một cell hoặc từ cell này sang kênh của cell khác trong trường hợp cell này bị nghẽn nhiều. Quản lý mạng truyền dẫn: BSC có chức năng quản lý cấu hình các đường truyền dẫn tới MSC và BTS để đảm bảo chất lượng thông tin. Trong trường hợp có sự cố một tuyến nào đó, nó sẽ tự động điều khiển tới một tuyến dự phòng. 1.1.2.Phân hệ chuyển mạch ( SS - Switching Subsystem ) Phân hệ chuyển mạch ( SS ) bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của mạng 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. SS cũng cần giao tiếp với mạng ngoài để sử dụng khả năng truyền tải của các mạng này cho việc truyền tải số liệu của người sử dụng hay báo hiệu giữa các phần tử của mạng GSM. Chẳng hạn SS có thể sử dụng mạng báo hiệu kênh chung số 7, mạng này đảm bảo hoạt động tương tác giữa các phần tử của SS trong một hay nhiều mạng GSM. 1.1.2.1.Trung tâm chuyển mạch di động (MSC - Mobile Switching Center) 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 ). MSC thực hiện các chức năng chuyển mạch chính, nhiệm vụ chính của MSC là tạo kết nối và xử lý cuộc gọi đến những thuê bao của GSM, một mặt MSC giao tiếp với phân hệ BSS và mặt khác giao tiếp với mạng ngoài qua G-MSC. 1.1.2.2. Bộ ghi định vị thường trú (HLR - Home Location Register ) HLR lưu giữ các số liệu cố định của thuê bao di động trong mạng như SIM, các thông tin liên quan tới việc cung cấp các dịch vụ viễn thông, không phụ thuộc vào vị trí hiện thời của thuê bao và chứa các thông tin về 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 ngàn thuê bao. Một chức năng con của HLR là nhận dạng trung tâm nhận thực thuê bao AUC. 1.1.2.3. Bộ ghi định vị tạm trú ( VLR - Visitor Location Register ) Là một cơ sở dữ liệu chứa thông tin về tất cả các MS hiện đang ở vùng phục vụ của MSC. Mỗi MSC có một VLR, thường thiết kế VLR ngay trong MSC. Ngay cả khi MS lưu động vào một vùng MSC mới. VLR liên kết với MSC sẽ yêu cầu số liệu về MS từ HLR. Đồng thời HLR sẽ được thông báo rằng MS đang ở vùng MSC nào. Nếu sau đó MS muốn thực hiện một cuộc gọi, VLR sẽ có tất cả các thông tin cần thiết để thiết lập một cuộc gọi mà không cần hỏi HLR có thể coi VLR như một HLR phân bố. VLR chứa thông tin chính xác hơn về vị trí MS ở vùng MSC. Nhưng khi thuê bao tắt máy hay rời khỏi vùng phục vụ của MSC thì các số liệu liên quan tới nó cũng hết giá trị. Vì vậy, có thể gọi HLR là hệ thống lưu giữ “ Hộ khẩu tạm trú ” của các thuê bao vãng lai. 1.1.2.4. Thanh ghi nhận dạng thiết bị ( EIR - Equipment Identity Register ): EIR có chức năng kiểm tra tính hợp lệ của ME thông qua số liệu nhận dạng di động quốc tế ( IMEI - International Mobile Equipment Identity ) và chứa các số liệu về phần cứng của thiết bị. ME thuộc một trong ba danh sách sau: Nếu ME thuộc danh sách trắng ( White List ) thì nó được quyền truy nhập và sử dụng các dịch vụ đã đăng ký. Nếu ME thuộc danh sách xám ( Gray List ), tức là có nghi vấn và cần kiểm tra. Nếu ME thuộc danh sách đen ( Black List ), tức là bị cấm không cho truy nhập vào mạng. 1.1.2.5 Trung tâm nhận thực (AUC – AUthentication Center) Được nối đến HLR, chức năng của AUC là cung cấp cho HLR các tần số nhận thực và các khoá mật mã để sử dụng cho bảo mật. Đường vô tuyến cũng được AUC cung cấp mã bảo mật để chống nghe trộm, mã này được thay đổi riêng biệt cho từng thuê bao. Cơ sở dữ liệu của AUC còn ghi nhiều thông tin cần thiết khác khi thuê bao đăng ký nhập mạng và được sử dụng để kiểm tra khi thuê bao yêu cầu cung cấp dịch vụ, tránh việc truy nhập mạng một cách trái phép. 1.1.2.6. Tổng đài di động cổng G-MSC: Tất cả các cuộc gọi vào cho mạng GSM/PLMN sẽ được định tuyến cho tổng đài vô tuyến cổng Gateway-MSC. Nếu một người nào đó ở mạng cố định PSTN muốn thực hiện một cuộc gọi đến một thuê bao di động của mạng GSM/PLMN. Tổng đài tại PSTN sẽ kết nối cuộc gọi này đến MSC có trang bị một chức năng được gọi là chức năng cổng. Tổng đài MSC này gọi là MSC cổng và nó có thể là một MSC bất kỳ ở mạng GSM. G-MSC sẽ phải tìm ra vị trí của MS cần tìm. Điều này được thực hiện bằng cách hỏi HLR nơi MS đăng ký. HLR sẽ trả lời, khi đó MSC này có thể định tuyến lại cuộc gọi đến MSC cần thiết. Khi cuộc gọi đến MSC này, VLR sẽ biết chi tiết hơn về vị trí của MS. Như vậy có thể nối thông một cuộc gọi ở mạng GSM có sự khác biệt giữa thiết bị vật lý và đăng ký thuê bao. 1.1.2.7. Khối IWF: Để kết nối MSC với một số mạng khác cần phải thích ứng các đặc điểm truyền dẫn của mạng GSM với các mạng này. Các thích ứng này gọi là chức năng tương tác IWF. IWF bao gồm một thiết bị để thích ứng giao thức và truyền dẫn. IWF có thể 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. 1.1.3 Phân hệ khai thác và bảo dưỡng ( OSS ) OSS ( Operation and Support System ) thực hiện 3 chức năng chính: Khai thác và bảo dưỡng mạng. Quản lý thuê bao và tính cước. Quản lý thiết bị di động. 1.1.3.1. 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 chặn, số lượng chuyển giao giữa hai cell.v.v.. Nhờ vậy nhà khai thác có thể giám sát được toàn bộ chất lượng dịch vụ mà họ cung cấp cho khách hàng và kịp thời nâng cấp. Khai thác còn bao gồm việc thay đổi cấu hình để giảm những vẫn đề xuất hiện ở thời điểm hiện thời, để chuẩn bị tăng lưu lượng trong tương lai và mở rộng vùng phủ sóng. 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 và hỏng hóc, nó có một số quan hệ với khai thác. Các thiết bị ở hệ thống viễn thông hiện đại có khả năng tự phát hiện một số các sự cố hay dự báo sự cố thông qua kiểm tra. Bảo dưỡng bao gồm các hoạt động tại hiện trường nhằm thay thế các thiết bị có sự cố, cũng như việc sử dụng các phần mềm điều khiển từ xa. Hệ thống khai thác và bảo dưỡng có thể được xây dựng trên nguyên lý của 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 ( MSC, HLR, VLR, BSC, và các phần tử mạng khác trừ BTS ). Mặt khác hệ thống khai thác và bảo dưỡng được nối tới máy tính chủ đóng vai trò giao tiếp người - máy. Theo tiêu chuẩn GSM hệ thống này được gọi là trung tâm vận hành và bảo dưỡng (OMC-Operation and Maintenance Center ). 1.1.3.2. Quản lý thuê bao: Bao gồm các hoạt động quản lý đăng ký thuê bao. Nhiệm vụ đầu tiên là nhập và xoá thuê bao khỏi mạng. Đăng ký thuê bao cũng có thể rất phức tạp, bao gồm nhiều dịch vụ và các tính năng bổ sung. Nhà khai thác có thể thâm nhập được các thông số nói trên. Một nhiệm vụ quan trọng khác của khai thác là tính cước các cuộc gọi rồi gửi đến thuê bao. Khi đó HLR, SIM-Card đóng vai trò như một bộ phận quản lý thuê bao. 1.1.3.3. Quản lý thiết bị di động: Chức năng này thực hiện việc quản lý các thông số của thiết bị di động trực thuộc mạng. 1.2. Cấu trúc đia lý của mang GSM Do việc di chuyển của các thuê bao MS nên việc định tuyến các cuộc gọi trong thông tin di động phức tạp hơn so với thông tin trong mạng cố định, do đó cấu trúc mạng của GSM được phân thành các.Vùng mạng, Vùng phục vụ, Vùng định vị và Cell. Hình3: cấu trúc địa lý 1.2.1.Vùng mạng Đây là vùng bao phủ trên toàn hệ thống mạng di động. Trong vùng mạng có tổng đài GMSC (Gaterway Mobile Switching Center) nó làm nhiệm vụ chuyển mạch tất cả các cuộc gọi từ mạng di động vào mạng PSTN, vào cấc mạng khác và ngược lại.GMSC làm việc như một tổng đài trung kế vào mạng di động, nó cho phép định tuyến tất cả các cuộc gọi đến nơi nhận cuối cùng của chúng là các MS. 1.2.2.Vùng phục vụ MSC/VLR Đây là vùng mà MSC quản lý để định tuyến một cuộc gọi đến thuê bao di động, đường truyền qua mạng được kết nối đến MSC ở vùng mà thuê bao đang có mặt. Mạng GSM/PLMN được chia thành một hay nhiều vùng phục vụ MSC/VLR. Hình4: Cấu trúc vùng phục vụ. 1.2.3.Vùng định vị (LAI) Là các vùng nhỏ tạo nên vùng phục vụ MSC/VLR. Trong vùng định vị LAI các MS có thể chuyển động tự do mà không cần gửi các thông tin cập nhật vị trí cho tổng đài MSC/VLR. Vùng định vị là vùng mà tại đó thông báo tìm gọi được phát quảng bá cho các MS. LAI có thể gồm nhiều ô và thuộc một hay nhiều BSC nhưng nó chỉ thuộc MSC/VLR. Hình 5: Cấu trúc vùng đinh vị 1.2.4. Ô vô tuyến (Cell) Ô là đơn vị nhỏ nhất được vùng định vị phân chia. Mỗi ô được bao phủ vô tuyến bởi một trạm vô tuyến gốc BTS. Việc định tuyến một cuộc gọi đến thuê bao di động được thực hiện bởi sự liên lạc trực tiếp giữa BTS của ô đó va MS. Hình 6: Cấu trúc các Cell II. Cấu trúc kênh, Giao diện và báo hiệu 2.1. Cấu trúc kênh: Như đã giới thiệu trong phần tổng quan về hệ thống thông tin di động, giao tiếp vô tuyến là giao diện đặc thù và quan trọng nhất của mạng di động, nó là tên gọi chung của đầu nối giữa trạm di động MS và trạm thu phát gốc BTS. Giao diện vô tuyến là giao diện phức tạp và đặc thù nhất trong hệ thống thông tin di động tổ ong. Đồng thời nó cũng quyết định đến chất dịch vụ trong mạng. GSM hiện nay dụng băng tần 900 Mhz cho hai đường - Đường lên : 890 Mhz – 915 Mhz - Đường xuống : 935 Mhz – 960 Mhz Giao diện vô tuyến bao gồm các kênh vật lý và các kênh logic. Trong đó một kênh vật lý là một khe thời gian ở một sóng mang đã được chỉ định. Dải thông tần của một kênh vật lý là là 200 Khz, dải tần bảo vệ ở biên cũng rộng 200 Khz. Vậy GSM 900 có 124 sóng mang cho nên số kênh sẽ là 124 x 8 = 992 kênh. Mỗi kênh vật lý chứa một cặp kênh tần số cho hướng thu và phát. Hình 7: Cấu trúc kênh vật lí của GSM Có nhiều loại thông tin cần truyền giữa BTS và MS, chẳng hạn số liệu người sử dụng hay báo hiệu. Cho nên hình thành các loại kênh logic khác nhau dựa trên các loại thông tin cần truyền. Mỗi kênh vật lý có thể được gán cho một hay một số kênh logic. 2.1.1. Kênh vật lý. Như đ._.ã biết một khe thời gian của một khung TDMA ở một sóng mang được gọi là một kênh vật lý. Trong một sóng mang có 8 kênh vật lý, từ kênh 0 đến 7 ( khe thời gian 0 - 7 ). Thông tin được phát đi trong một khe thời gian được gọi là một cụm ( burst ). Hình 8: kênh vật lí 2.1.2. Kênh logic. - Kênh logic được chia thành hai loại : Kênh lưu lượng TCH (Traffic Channel) và kênh điều khiển CCH ( Control Channel ). a. Kênh lưu lượng TCH TCH để mang tiếng được mã hoá, hoặc số liệu người sử dụng. Là kênh đường lên hoặc đường xuống. TCH có hai loại : Bm hay kênh toàn tốc TCH mang thông tin ( tiếng được mã hoá hay số liệu ) ở tốc độ tổng 22,8 Kbps. Lm hay kênh bán tốc TCH mang thông tin ( tiếng được mã hoá hay số liệu ) ở tốc độ tổng 11,4 Kbps. b. Kênh điều khiển CCH ( Control Channel ) Các kênh này được dùng để truyền báo hiệu hay số liệu đồng bộ. Trong giao diện vô tuyến nó dùng để truyền các thông tin quản lý giao diện Um (như truyền kết quả đo cường độ trường của sóng điện từ từ MS đền BTS ... ). Kênh điều khiển có ba loại : Kênh điều khiển quảng bá, kênh điều khiển chung, kênh điều khiển riêng. Các kênh điều khiển quảng bá - Kênh hiệu chỉng tần số FCCH (Fresquency Correction Channel) : kênh này mang thông tin để hiệu chỉnh tần số của MS. Chỉ dùng ở đường xuống. - Kênh đồng bộ SDH (Sync Channel) : Kênh này mang thông tin để đồng bộ khung (số khung TDMA) cho MS và nhận dạng BTS chỉ được dùng ở đường xuống. - Kênh điều khiển quảng bá BCCH (Broadcast Control Channel): phát quảng bá thông tin chung trên cơ sở một kênh cho một BTS (thông tin riêng của ô). BCCH chỉ được dùng cho đường xuống. Kênh điều khiển chung CCCH ( Common Control Channel ) - Kênh tìm gọi PCH ( Paging Channel ) chỉ dùng cho đường xuống để tìm gọi MS. - Kênh thâm nhập ngẫu nhiên RACH ( Random Access Channel ). MS sử dụng RACH để yêu cầu dành một SDCCH ( kênh báo hiệu dành riêng ) hoặc để trả lời tìm gọi. - Kênh cho phép truy cập AGCH ( Access Grant Channel ) : kênh này được sử dụng để dành một SDCCH hay trực tiếp một TCH cho một MS. Là kênh đường xuống. Kênh điều khiển dành riêng DCCH ( Dedicated Control Channel ) - Kênh điều khiển dành riêng đứng một mình SDCCH ( Stand Alone Dedicated Control Channel ) được sử dụng để báo hiệu hệ thống khi thiết lập một cuộc gọi trước khi ấn định một TCH. Chẳng hạn đăng ký và nhận thực được thực hiện ở đây. Là kênh cho cả đường lên và đường xuống. - Kênh điều khiển liên kết chậm SACCH (Slow Associated Control Channel ) liênkết với TCH hay một SDCCH. SACCH là một kênh số liệu liên tục để truyền đưa báo cáo đo lường, định trước thời gian và điều khiển công suất. - Kênh điều khiển liên kết nhanh FACCH ( Fast Associated Control Channel ) là kênh liên kết với TCH, FACCH làm việc ở chế độ lấy cắp. 2.2. Các giao diện cơ bản của mạng di động GSM Các giao diện cơ bản của mạng GSM được chia thành hai loại : giao diện nội bộ mạng GSM và các giao diện ngoại vi. Trong đó giao diện nội bộ mạng GSM lấy hệ thống báo hiệu số 7 (CCS7) làm cơ sở cho các quá trình điều khiển việc trao đổi thông tin giữa các phần tử của mạng khi cung cấp các dịch vụ cho thuê bao và quản lý mạng. Các giao diện ngoại vi với các mạng khác như PSTN, ISDN, PSDN hay với các PLMN khác... sử dụng R2, CCS7 hay X25 tuỳ thuộc vào từng mạng cụ thể. Sau đây là chi tiết về từng loại giao diện 2.2.1.Giao diện nội bộ mạng 2.2.1.1. Giao diện vô tuyến (Um) Giao diện vô tuyến (Um) là giao diện giữa BTS và MS. Đây là giao diện quan trọng nhất, quyết định lớn nhất đến chất lượng dịch vụ của mạng GSM. Giao diện này cung cấp một số lượng các kênh logic. Thông tin về người sử dụng (thoại, dữ liệu) được truyền dẫn qua kênh thông tin, các tín hiệu điều khiển được truyền qua các kênh điều khiển. Các kênh điều khiển là các kênh sau: Kênh quảng bá: cho việc hiệu chỉnh tần số, đồng bộ và điều khiển. Kênh điều khiển chung: cho nhắn tin, truy nhập ngẫu nhiên và cấp quyền truy cập. Kênh điều khiển dành riêng: điểu khiển kết hợp chậm, điều khiển kết hợp nhanh và điều khiển độc lập. Trong GSM, giao diện vô tuyến sử dụng tổng hợp cả hai phương thức phân kênh theo tần số (FDMA) và phân kênh theo thời gian (TDMA) 2.2.1.2. Giao diện Abis Giao diện Abis là giao diện giữa BTS và BSC. Giao diện này được sử dụng để trao đổi thông tin thuê bao (như thoại, số liệu...) và thông tin điều khiển (báo hiệu, đồng bộ...). BSC kiểm soát các BTS qua giao diện này. Abis sử dụng đường truyền chuẩn PCM 32 (2,4Mb/s) với mã sửa sai CRC4 theo CCITT, G732. Giao thức trong kênh báo hiệu tuân theo chuẩn CCITT LAPD. 2.2.1.3. Giao diện A Giao diện A là giao diện giữa MSC và BSC, qua bộ chuyển mã TRAU. Tuỳ theo thiết kế của từng hãng cụ thể, TRAU có thể được gắn liền hoặc tách dời với BSC. Giao diện A cũng sử dụng các luồng chuẩn PCM 32. Giao diện này sử dụng báo hiệu CCS7 (gồm MTP, SCCP và BSSAP). 2.2.1.4. Giao diện B Giao diện B là giao diện giữa MSC và VLR đã được tiêu chuẩn hoá ở GSM pha 1. Giao diện này sử dụng CCS7 để trao đổi số liệu giữa MSC và VLR, như các số liệu về quyền truy nhập của thuê bao, các tham số chuyển cuộc nối, số nhận dạng của thuê bao vãng lai và các số liệu cần trao đổi giữa tổng đài và thuê bao trong thời gian nối mạch... 2.2.1.5. Giao diện C Giao diện C là giao diện giữa MSC và HLR. Giao diện này sử dụng CCS7 và được quy định phần ứng dụng riêng cho GSM-MAP. MSC sử dụng giao diện này để truy nhập HLR lấy số liệu trong các trường hợp: - Số Roaming của MS khi có cuộc gọi từ mạng PSTN vào PLMN qua GMSC - Thông tin định tuyến từ HLR tới GMSC khi có cuộc gọi từ mạng PSTN vào mạng di động PLMN 2.2.1.6. Giao diện D Giao diện D là giao diện giữa VLR và HLR. D sử dụng MAP để trao đổi số liệu về các thuê bao di động giữa các cơ sở dữ liệu của HLR và VLR như : Các tham số về quyền truy nhập mạng của thuê bao. Tái thiết lập lại số liệu của thuê bao trong VLR khi cần thiết. Khi có cuộc gọi từ mạng PSTN vào mạng GSM, HLR sẽ chuyển các yêu cầu của GMSC về MSRN cho VLR. Thiết lập mới các số liệu của thuê bao cho VLR khi MS di chuyển từ vùng phục vụ khác tới. Xử lý và lưu giữ các thông tin liên quan đến dịch vụ phụ khi có thuê bao nào đó yêu cầu. 2.2.1.7. Giao diện E Giao diện E là giao diện giữa các tổng đài trong mạng GSM. Giao diện E được sử dụng thiết lập các cuộc nối giữa các thuê bao thuộc vùng kiểm soát của các tổng đài khác nhau. Giao diện này sử dụng các luồng PCM32 cùng các kênh CCS7. Phần ứng dụng của CCS7 là MAP và ISUP. Một số chức năng của MAP: - Di chuyển cuộc nối từ MSC tới MSC khác khi đang nối mạch cho một thuê bao đang di chuyển (handover). - Trao đổi các thông tin điều khiển cuộc gọi giữa MSC và MS khi xảy ra handover. Một số chức năng của ISUP: thiết lập, huỷ hay kết thúc cuộc gọi từ MSC qua MSC khác. 2.2.1.8. Giao diện F Giao diện F là giao diện giữa EIR và MSC. Giao diện F sử dụng MAP để MSC trao đổi số liệu về việc nhận dạng thiết bị thuê bao quốc tế IMEI với cơ sở dữ liệu đã được ghi sẵn trong EIR khi cần kiểm tra các thuê bao MS . 2.2.1.9.Giao diện G Giao diện G là giao diện giữa các VLR. Giao diện này được các VLR sử dụng để trao đổi số liệu về MS trong quá trình tạo lập và lưu giữ hộ khẩu tạm trú của các MS đó. Giao diện G sử dụng CCS7 với phần ứng dụng là MAP để trao đổi những thông tin như : - Gửi các yêu cầu về IMSI từ VLR cũ sang VLR mới. - Gửi các yêu cầu về tham số quyền truy nhập của thuê bao từ VLR này sang VLR khác khi di chuyển giữa hai MSC tương ứng. 2.2.1.10.Giao diện Ater Giao diện Ater là giao diện giữa BSC và TRAU. Thông qua giao diện này TRAU sẽ chuyển các kênh traffic từ BSC có tốc độ 13kb/s thành kênh tiêu chuẩn có tốc độ 64kb/s và ngược lại. 2.2.2.Giao diện ngoại vi 2.2.2.1.Giao diện với OMC Đây là giao diện giữa OMC và các phần tử của mạng như MSC, VLR, HLR, EIR, BSC... Do chức năng của phần BSS và NSS khác nhau nên hiện nay OMC được thiết kế riêng cho từng phần hệ thống. Tuy nhiên trong tương lai có thể cả mạng sẽ có một OMC duy nhất. Giao diện này nhằm mục đích điều hành, khai thác và bảo dưỡng các phần tử trong mạng. 2.2.2.2.Giao diện với PSTN Giao diện giữa các mạng GSM với mạng thoại PSTN được chuẩn hoá bằng các luồng PCM32, với hệ thống báo hiệu CCS7 hoặc MFC:R2, tuỳ thuộc vào mạng thoại. Chỉ có các dịch vụ có mặt ở cả hai mạng mới cung cấp được cho các cuộc nối liên quan đến thuê bao trong mạng thoại. 2.2.2.3.Giao diện với ISDN Giao diện mạng GSM với ISDM được chuẩn hoá theo tiêu chuẩn giao diện của ISDN (giao diện sơ cấp) và sử dụng hệ thống báo hiệu CCS7 (ISUP) để cung cấp các dịch vụ thoại, số liệu... 2.2.2.4.Giao diện với PSDN Giao diện với mạng số liệu X25 cũng được tiêu chuẩn hoá ở GSM. Cấu trúc của giao diện phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của từng nhà khai thác. Trong thực tế, việc cung cấp dịch vụ số liệu trong mạng GSM theo tiêu chuẩn X25 khá phức tạp cả phần cứng cũng như phần mêm của mạng. Do vậy giá thành rất cao. Đồng thời việc ghép nối với PSDN cũng cần thiết bị tương ứng PAD. Hơn nữa, dịch vụ số liệu trong GSM cho đến nay không mấy hấp dẫn và ít phát triển. 2.2.2.5.Giao diện với PLMN qua PSTN/ISDN Giao diện giữa các mạng GSM với nhau thông qua mạng PSTN hoặc ISDN được tiêu chuẩn hoá cho GSM. Giữa các MSC của hai mạng có hai loại báo hiệu được trao đổi khi nối mạng. Các chức năng xử lý cuộc gọi cơ bản, phụ thuộc vào hệ thống báo hiệu của mạng cố định (CCS7- ISUP, R2). Các chức năng của MAP dành riêng cho GSM được quy định trong SCCP của hệ thống báo hiệu số 7. 2.3.Phương thức báo hiệu trên giao diện vô tuyến Um Phương thức này sử dụng giao thức lớp 2 trong mô hình OSI là LAPDm ( Link Access Protocol on Dm Channel ), lớp này cung cấp đường truyền tin cậy giữa trạm di động và mạng. Ngoài ra còn được sử dụng ở lớp 3 đảm bảo các thủ tục báo hiệu giữa trạm di động và mạng. Nó chia thành ba lớp con : RR, MM, CM Quản lý tài nguyên vô tuyến RR ( Radio Resource Management ) xử lý việc thiết lập, duy trì, kết thúc các cuộc nối của dịch vụ di động. Quản lý máy di động MM ( Mobility Management ) lưu giữ các số liệu tạm thời, quyết định việc cung cáp dịch vụ, xác định vị trí, quyền truy nhập mạng của thuê bao di động. Quản lý nối thông CM ( Connection Management ) trao đổi các mẫu tin giưã mạng với thuê bao chủ gọi. Nó bao gồm 3 phần tử : Điều khiển cuộc gọi ( CC ) Phần tử đảm bảo dịch vụ bổ sung ( SS ) Phần tử đảm bảo dịch vụ bản tin ngắn ( SMS ) 2.3.1 Giao diện ABIS ( BTS - BSC ) Abis là giao diện giữa BTS và BSC được sử dụng để trao đổi thông tin thuê bao ( thoại, số liệu, ... ) và thông tin điều khiển ( đồng bộ, ... ). Các bản tin được trao đổi ở giao diện này có nhiều nguồn gốc và nơi nhận khác nhau : như bản tin giữa BSC và BTS, bản tin giữa MS và các phần tử khác của mạng, ... Giao tiếp Abis sử dụng giao thức ở lớp hai gọi là thủ tục thâm nhập đường truyền kênh D : LAPD ( Link Access Procedure on D Channel ). 2.3.2 Giao diện A ( BSC - MSC ) Đây là giao diện giữa MSC và BSC của hệ thống con trạm gốc BSS. Giao diện này được sử dụng cho các bản tin giưã MSC và MS. Ví dụ bản tin giữa MSC và MS sử dụng các giao thức sau : - CM : Quản lý nối thông : được sử dụng để điều khiển quản lý cuộc gọi ( như thiết lập, giải phóng và giám sát cuộc gọi), quản lý các dịch vụ bổ xung và dịch vụ bản tin ngắn. - MM: Quản lý di động: được sử dụng để quản lý vị trí cũng như tính bảo mật của trạm di động. Giao diện này sử dụng các luồng chuẩn PCM 32. 2.4. Khái niệm cụm ( Burst ) trong thông tin di động. Cụm : Khuôn mẫu thông tin ở một khe thời gian trên kênh TDMA được gọi là một cụm, nghĩa là trong khoảng thời gian đồng đều ( cứ 8 khe thời gian một lần ở kênh TDMA ) ta gửi đi một cụm của một loại thông tin (xét từ MS ) Có 5 loại cụm khác nhau. 2.4.1. Cụm bình thường. Cụm này được sử dụng để mang thông tin ở TCH và các kênh điều khiển trừ kênh RACH, SCH và FCCH. Các bit mật mã gồm 57 bit số liệu hay tiếng được mật mã cộng với một “ cờ lấy cắp “ chỉ thị xem cụm này có được lấy cắp cho báo hiệu FACCH hay không. Hình 9: Cụm bình thường Chuỗi hướng dẫn là một mẫu biết trước để bộ cân bằng có thể lập mô hình kênh. Sở dĩ chuỗi hướng dẫn được đặt ở giữa vì kênh này luôn luôn thay đổi. Khi đặt nó ở đây có thể hi vọng rằng kênh này không quá khác khi nó tác động lên chuỗi hướng dẫn so với khi nó tác động lên các bit thông tin. Nếu ta đặt chuỗi hướng dẫn ở đầu cụm thì mẫu kênh do ta tạo ra không đúng với các bit ở cuối cụm. Các bit đuôi (TB) luôn luôn là “000”. Các bit này giúp cho bộ cân bằng biết được đâu là đầu và cuối mẫu bit, vì thuật toán bọ cân bằng cần điểm khỏi đầu và kết thúc. Khoảng bảo vệ (GP) là một khoảng trống. Nếu có cực đại là 8 người sử dụng trên một sóng mang với 8 khe thời gian khác nhau, ta cần đảm bảo rằng họ không bị chồng lấn lên nhau trong quá trình truyền dẫn. Trong thực tế rất khó có thể đồng bộ chính xác các cụm (khi không có GP) vì các trạm di động luôn luôn chuyển động trong quá trình cuộc gọi. Vì thế các cụm của trạm di động hơi trượt so với nhau. 2.4.2. Cụm hiệu chỉnh tần số: Cụm này được sử dụng để hiệu chỉnh tần số của trạm di động. Nó tương đương với sóng mang không bị điều chế. Các bit cố định đều là không, nên bộ điều chế sẽ cung cấp một sóng mang không bị điều chế. Các bit đuôi giống như cụm bình thường. Khoảng bảo vệ giống như cụm bình thường. Hình 10: Cụm hiệu chỉnh tần số 2.4.3. Cụm đồng bộ. Cụm này được sử dụng để đồng bộ thời gian của trạm di động. Nó chứa một chuỗi đồng bộ dài dễ dàng nhận biết và mang thông tin của số khung TDMA cùng với mã nhận dạng trạm cơ sở BISC. BSIC được trạm di động sử dụng để kiểm tra nhận dạng BTS khi đo cường độ tín hiệu ( để tránh đo nhầm ở các ô đồng kênh ). Nó cũng được sử dụng để phát hiện sự thay đổi PLMN ( người khai thác ). Hình11 : cụm đồng bộ 2.4.4 Cụm thâm nhập(AB) Sử dụng để thâm nhập ngẫu nhiên và có GP để dành cho cụm từ trạm di động, vì trạm này ở lần thâm nhập đầu tiên không thể định trước thời gian(hay sau khi chuyển giao đến BTS mới).Trạm di động có thể xa BTS nghĩa là cụm đầu tiên sẽ đến muộn và không có định trước thời gian ở cụm đầu, cụm này phải ngắn hơn để tránh chồng lấn cụm này với khe thời gian sau. Hình 12: Cụm thâm nhập 2.4.5 Cụm giả (DB) Cụm này được phát đi từ trạm BTS và không chứa thông tin khuôn mẫu giống như cụm bình thường với các bit mã hoá được thay thế bởi các bit hỗn hợp có mẫu bit xác định. 2.5. Sắp xếp các kênh vật lý lên kênh logic. Chúng ta có một BTS với n sóng mang ( song công ), mỗi sóng mang có 8 khe thời gian ( TS ). Các sóng mang được ký hiệu Co, C1, ... , Cn. Ta bắt đầu từ TSo ở đường xuống Co. TSo ở Co được sử dụng chỉ sắp xếp các kênh điều khiển. Toàn bộ có 51 TS. Chuỗi này được lặp đi lặp lại nghĩa là sau khoảng trống ( khung IDLE ) lại bắt đầu lặp lại F, S. F ( FCCH ) : ở đây trạm di động đồng bộ tần số của mình. S ( SCH ) : Trạm di động đọc số khung TDMA và BSIC. B ( BCCH ) : Trạm di động đọc các thông tin chung về ô này. C ( CCCH ) : Có thể tìm gọi một trạm di động và dành một SDCCH. I ( IDLE ) : Khung để trống không phát bất cứ thông tin nào Hình 13: Ghép BCCH và CCCH ở TSo BTS phải luôn phát ở Co thậm chí không có tìm gọi cũng như thâm nhập. Điều này cho phép trạm di động có thể đo cường độ tín hiệu ở BTS để quyết định xem BTS nào thích hợp với : 1) nơi ghép khởi nguồn ( khi bật nguồn ), 2) chuyển giao khi cần thực hiện. FCCH, SCH và BCCH luôn được phát. Nếu CCCH không được sử dụng thì một cụm giả được phát. Đối với các TS1 ữ TS7 cũng như vậy. Tso ở Co đường lên không chứa các kênh nói trên. Nó được trạm di động sử dụng để thâm nhập. ở đây cũng chỉ vẽ TSo của 51 khung liên tiếp. Hình 14: Ghép RACH ở TSo Như vậy các kênh logic BCCH, FCCH, SCH, PCH, AGCH và RACH được sắp xếp trên TSo nhưng chỉ RACH có ở đường lên, còn các kênh khác ở đường xuống. Khe TS1 đường xuống ở Co có dạng hình 1.9. TS1 được sử dụng để sắp xếp các kênh điều khiển riêng lên các kênh vật lý. Vì tốc độ bit trong quá trình thiết lập cuộc gọi và đăng ký khá thấp, có thể có 8 SDCCH ở một TS ( TS1 ) nên việc sử dụng TS hiệu suất hơn. Toàn bộ có 102 TS. Chuỗi này cũng được lặp lại nếu sau 3 khung để trống (IDLE ) nó lại bắt đầu từ Do. Dx ( SDCCH ) : ở đây một “ trạm di động x “ tiến hành thiết lập một cuộc gọi và cập nhật các thông số trao đổi với GSM/PLMN. Dx chỉ được sử dụng cho “ trạm di động x “ trong khi thiết lập cuộc gọi và chỉ được dành cho MS sau khi “ trạm di đông “ đã chuyển sang TCH để khởi đầu cuộc gọi hay giải phóng sau khi đăng ký nó. Ax ( SACCH ): báo hiệu điều khiển (chẳng hạn như điều chỉnh công suất ) cũng phải được trao đổi trong giai đoạn thiết lập cuộc gọi ( có thể cả chuyển giao) và quá trình này được thực hiện ở đây cho trạm di động x. Hình 15: Ghép SDCCH + SACCH ở TS1 TS1 ở Co đường lên cũng có cùng cấu trúc vì đây là các kênh riêng, đây là nối ghép hai đường cho một trạm di động ở một khe thời gian. Tuy nhiên thời gian được dịch đi, điều này cho phép thông tin hiệu quả hơn. Dx giống như đường xuống. Ax giống như đường xuống. Hình 16: Ghép SDCCH + SACCH ở TS1 Như vậy TS0 và TS1 đường lên và xuống của sóng mạng Co đã bị các kênh điều khiển chiếm. Chỉ còn TS2 ữ TS7 được sử dụng cho các kênh lưu thông TCH. Các kênh này được sắp xếp ở các kênh vật lý như sau : ( hình 1.10 ) hình vẽ này vẽ TS2 đường xuống ở Co. Trong hình này thông tin ở TS2 tạo thành một TCH. Tất cả có 26 TS. Sau TS để trống ( IDLE ) lại bắt đầu lại. T ( TCH ) chứa tiếng hay số liệu được mã hoá ( cuộc gọi ). A ( SACCH ) báo hiệu điều khiển, chẳng hạn để thay đổi công suất. Hình 17: Ghép TCH I (IDLE ) bình thường mỗi TS2 ở mỗi khung TDMA chứa thông tin gửi đến trạm di động nằm ở TS2. Trừ khe trống là thông tin không được gửi. Trạm di động sử dụng khe rỗi này theo một cách riêng. Cấu trúc của đường lên cũng như vậy. Điểm khác nhau duy nhất là sự dịch về mặt thời gian, TS2 ở đường xuống không xảy ra cùng thời gian như ở TS2 ở đường lên. Thời gian dịch là 3 TS. Hình 1.11. Như vậy rõ ràng là trạm di động không cần phát và thu tại một thời điểm. Hình 18: Dịch giữa TCH đường lên và xuống. Tóm lại các kênh logic được sắp xếp lên kênh vật lý ở sóng các mang trong thông tin di động GSM như sau : • Sóng mang Co : - Khe TS0 các kênh điều khiển logic chu kỳ lặp 51 TS. - Khe TS1 các kênh điều khiển logic chu kỳ lặp 102 TS. - Khe TS2 ữ TS7 các kênh lưu thông logic, chu kỳ lặp là 26 TS. • Sóng mạng khác ( C1 ữ Cn ) dành cho BTS, chỉ được sử dụng cho TCH, nghĩa là TS0 -TS7 đều là TCH. 2.6. Đo cường độ trường ở trạm di động. Đối với việc đo cường đọ trường ở trạm di động thì có hai chế độ đo đó là : chế độ rỗi và chế độ đã nối thông cuộc gọi. 2.6.1. Chế độ rỗi : Chọn ô khi bật nguồn di động. a. Trạm di động quét tất cả 124 kênh RF ở hệ thống GSM và tính toán các mức trung bình cho từng kênh. Trạm di động điều chỉnh đến sóng mang mạnh nhất và tìm xem đây có phải là sóng mang BCCH không ( sóng mang Co ). Nếu phải, trạm di động đọc số liệu BCCH để tìm xem liệu có thể khoá đến ô này không. Nếu không, trạm di động điều chỉnh đến sóng mang mạnh thứ hai. b. Trạm di động có thể ( tuỳ chọn ) có bộ nhớ BCCH, khi đó nó chỉ phải tìm các sóng mang này. Nếu quá trình này thực hiện không thành công trạm di động sẽ thực hiện quá trình a. 2.6.2. Chế độ đã nối thông cuộc gọi. Trong quá trình cuộc gọi, trạm di động liên tục (thông qua SACCH) thông báo cho hệ thống cường độ tín hiệu đo từ BTS lân cận. BSC sử dụng các phép đo này để nhanh chóng quyết định các ô đích khi chuyển giao cần thiết. Việc đo đạc các ô lân cận trong quá trình cuộc gọi được thực hiện khi trạm di động không làm việc khác, nghĩa là giữa các khoảng thời gian phát và thu ở khe thời gian dành cho trạm. Cường độ tín hiệu của ô phục vụ được giám sát khi thu TS dành cho trạm di động. ở SACCH trạm di động được thông báo cần giám sát sóng mang BCCH nào để chuyển giao, nên cường độ tín hiệu của các sóng mang này được lần lượt đo. Vì thế quy trình làm việc là : phát - đo - thu - phát - đo –thu Giá trị trung bình của phép đo cho từng sóng mang sau đó được tính toán và thông báo cho BSC. Để đảm bảo các giá trị đo tương ứng với các BTS cần đo thì cần phải nhận dạng BTS. Nhận dạng BTS được thực hiện ở BSIC, được phát ở SCH trên TS0, Co. Vậy trong thời gian của khung để trống ( IDLE ) ở TCH, BSIC cho BTS lân cận được kiểm tra. Quá trình được minh hoạ trên hình - MS đo và thu cường độ tín hiệu ở ô phục vụ, TS2. - MS phát. - MS đo cường độ tín hiệu cho ít nhất một ô lân cận. - MS đọc BSIC ở SCH ( TS0 ) cho một ô lân cận. Hình 19: Nguyên lý đo MS Cùng phát ở cùng một tần số hay kênh đó. Cường độ tín hiệu thu được này phụ Sau đó sáu ô lân cận có giá trị cường độ tín hiệu trung bình cao nhất và BSIC đúng được báo cho BSC qua kênh SACCH. 2.7.Vấn đề sử dụng lại tần số và quy hoạch tần số: Một mục tiêu quan trọng khi thiết kế hệ thống Cellular là làm thế nào có thể đạt được dung lượng cao đạt được só thuê bao lớn nhất trong một diện tích phủ sóng nhất định (Grade of Service) và chất lượng thoại chấp nhận dược. Nhưng với một dải tần số có giới hạn cho hệ thống thông tin di động GSM thì không thể đáp ứng được nhu cầu hàng ngày càng tăng về số lượng và kênh lưu lượng. Hệ thống Cellular đã đưa ra giải pháp sử dụng lại tần số một cách hiệu quả, qua đó một nhóm tần số có thể được sử dụng lại ở một phạm vi có khoảng cách xác địnhtheo tính toán để tránh nhiễu. Điều đó có nghĩa là các cell có sử dụng cùng một nhóm tần số sẽ phải chịu nhiễu đồng kênh nếu chúng không có một khoảng cách thích hợp (khoảng cách sử dụng lại ). Chính vì lý do đó mà vùng phủ sóng của trạm gốc sẽ bị hạn chế. Khi đó chúng ta nói một hệ thống cellular hoàn chỉnh là một hệ thống có một giới hạn nhiễu và giới hạn tạp âm so với quy ước. Như vậy vấn đề đặt ra là phải biết dung hoà giữa việc sử dụng lại tần số để tăng dung lượng và tăng khoảng cách tái sử dụng để giảm nhiễu. Các thông số đánh giá: Có bốn yếu tố để đánh giá chất lượng hệ thống: - Mức tín hiệu sóng mang mong muốn thu được C (Carier). - Mức nhiễu đồng kênh I (Interference). - Mức nhiễu kênh lân cận A (Adjacent). - Năng lượng tín hiệu phản xạ R (Reflecter). 2.7.1. Nhiễu đồng kênh: Nhiếu đồng kênh xảy ra khi một máy thu điều chỉnh đến kênh mà do hai máy thuộc vào vị trí tương đối của máy thu đó tới hai máy phát. Hệ thống vô tuyến số Cellular dựa vào nguyên tắc cơ bản là sử dụng lại tần sớ để có thể phục vụ nhu cầu thông tin lớn với một giới hạn tài nguyên vô tuyến. Do đó, không thể tránh được nhiễu đồng kênh trong hệ thống thông tin di động, vì vậy cần thiết phải thiết kế hệ thống với khả năng cho phép nhiễu này. Tỷ số Carier/Interference(Cường độ tín hiệu mong muốn và tín hiệu nhiễu). C/I = 10 log (Pc/ Pi) (db) Pc : Công suất thu được từ máy mong muốn. Pi : Công suất thu được từ máy nhiễu. Khuyến nghị GSM cho tỷ số C/ I nhỏ nhất là 9dB. Một diều dễ thấy là C/ I phụ thuộc rất nhiều vào sự quy hoạch tần số và mẫu sử dụng lại tần số. Tần suất sử dụng lại tần số càng cao thì tỷ số C/ I càng cao. Do đó, vấn đề vừa có thể đáp ứng được lưu lượng mà chất lượng C/ I nhỏ đặt ra cho các nhà thiết kế khi thiết kế mạng. 2.7.2.Nhiễu kênh liền kề Nhiễu kênh liền kề xảy ra khi máy thu thu được tín hiệu mong muốn C và cả những tín hiệu kênh lân cận nó. Mặc dù máy thu không điều chỉnh tới những kênh lân cận đó, nhưng tín hiệu mong muốn bị suy giảm bởi những ảnh hưởng đó. Máy thu càng có tính chọn lọc ccao thì ảnh hưởng của kênh liền kề càng giảm. Tỉ số CARIER/ ADJACENT là quan hệ giữa cường độ tín hiệu kênh mong muốn và cường độ tín hiệu kênh liền kề. C/ A = 10 Log ( Pc/ Pa ) (db) Trong đó: Pc: Công suất thu được từ kênh mong muốn. Pa: Công suất thu được từ kênh liền kề. Tỷ số C/ A thấp sẽ dẫn tới tỷ số lỗi bit BER cao. Mặc dù các kênh GSM đã được mã hoá kênh tìm và suar lỗi nhưng vẫn còn một lượng nhiễu nhất định, Khoảng cách giữa nguồn tín hiệu mong muốn và nguồn liền kề càng cao thì tỷ số C/ A càng cao. Khuyến nghị GSM cho tỷ số C/ A nhỏ nhất là - 9dB, nghĩa là tín hiệu mong muốn yếu hơn 9db nhiễu gây ra cho liền kề. Trong GSM, độ rộng kênh là 200KHz vì vậy nhiễu kênh liền kề cũng có độ rộng là 200KHz. Để tối thiểu hoá nhiễu này, mô hình điều chế GMSK cho độ rộng tín hiệu lớn hơn 200KHz được thực hiện với thông số BT = 0.3 cho phép tạo ra lõm xung ở vị trí FCarrier + 200KHz trong phổ của tín hiệu được điều chế. Thông thường nhà khai thác chọn tỷ số C/ A = 0.3dB trong thiết kế của mình. 2.7.3Phân tán thời gian C/R là tỉ số đánh giá phân tán thời gian trong hệ thống GSM khi sóng vô tuyến truyền tải và phản xạ trong không gian theo nhiều đường khác nhau. Để hạn chế sự phản xạ này người ta sử dụng Equalizer có kiểm soát, được phản xạ trễ trong khoảng 4 bit. Tương đương với 15 microgiây. Nhưng trên thực tế độ trễ này lớn hơn vì nó phụ thuộc nhiều vào môi trường địa lý của vị trí đặt trạm. Do đó ta chỉ cho phép nó nhỏ hơn một mức ngưỡng nhất định. 2.7.4.Sử dụng lại tần số: Đây là một nguyên lý cơ bản khi thiết kế một hệ thống Cellular. Toàn bộ tần số có thể sử dụng được chia thành các nhóm tần số gọi là Cluster. Mỗi nhóm được sử dụng cho một Cell và được sử dụng lại trong Cell khác với khoảng cách địa lí đủ để chấp nhận được nhiễu đồng kênh. Trong mỗi nhóm tần số thì các tần số sử dụng cũng có khoảng cách nhất định đủ để tránh nhiễu kênh liền kề. Sử dụng lại tần số ở những Cell khác nhau bị giới hạn bởi tỉ số C/ I giữa các Cell. Vì vậy đặt ra một vấn đề làm sao sử dụng lại được một cách tối ưu nhất đảm bảo vừa cung ứng được dung lượng và tối thiểu hoá tỉ số C/ I. Ta có thể tính toán tỉ số C/ I như sau: Hình 20: khoảng cách tái sử dụng tần số Điểm P là vị trí trong trường hợp xấu nhất cho cả hai trạm gốc A & B. Tính toán tỷ số C/I tại MS: C/ I = 10 Log (D - 1)/R (theo db). Thường nó trong khoảng (3 - 4) cho mọi môi trường. Hình 21: Quan hệ gữa ccacs nhóm cell và tỉ số C/ I Hình 22: Nhóm tần số quy tụ gồm 7 Cell Mẫu tái sử dụng 3/9: Các tần số có thể sử dụng được chia thành 9 nhóm với 3 trạm gốc. Mỗi trạm gốc có 3 Cell Hình 23: Mẫu tái sử dụng 3/9 Mẫu tái sử dụng 4/12: Là mẫu các tần số có thể sử dụng được chia thành 12 nhóm với 4 trạm gốc, mỗi trạm gốc có 3 Cell. Ta có bảng phân công như sau: Hình 24: Mẫu tái sử dụng 4/ 12. Cấu trúc 4/12 có tỷ số C/I lớn hơn 12dB. Tỷ số này vừa đủ so với yêu cầu của GSM. Nhưng thực tế người ta không yêu cầu sử dụng các kĩ thuật nhảy tần, điều khiển công suất và truyền không liên tục mặc dù chúng rất có ích. Mẫu 4/12 có dung lượng thấp hơn mẫu 3/9 vì tần số sử dụng trên mỗi Cell ít hơn do mỗi Cell có tần số chỉ bằng 1/12 thay vì 1/9 trong mẫu 3/9 và yếu tố sử dụng lại ít hơn (khoảng cachcs sử dụng lại lớn hơn D = 6R). Tuy nhiên, Mẫu 4/12 vứa đủ cho một cấu hình GSM và thích hợp cho công nghệ chia Cell sau này. 2.7.5.Dung lượng phục vụ và tỉ số C/I Với tổng số kênh mà tài nguyên hệ thống cho phép là M kênh, nếu đem chia đều cho N nhóm kênh thì ta sẽ có số kênh trong một nhóm kênh hay một Cell là M/N. từ đây ta có thể tính toán được dung lượng phục vụ ứng với cấp độ phục vụ GOS nhất định qua bảng Erlang. Như nhận xết ở trên, số nhóm tần số càng nhỏ thì số lượng kênh trong một nhóm càng lớn và số thuê bao có thể được phục vụ càng cao, Nghĩa là phản ánh hiệu quả của trung kế tốt hơn. nhưng N nhỏ lại cho tỉ số C/I nhỏ vì vậy nhiễu đồng kênh tăng. Với N cho trước thì dung lượng trên một Cell sẽ là cố định. Như đã biết khu vực Cell tỉ lệ thuân với bình phương bán kính Cell, do vậy mật độ dung lượng trong một đơn vị diện tích là tỉ lệ nghịch với khu vực Cell. Vậy nếu ta chia Cell nhỏ có bán kính bằng 1/2 Cell cũ thì với một N cho trước, dung lượng sẽ tăng lên 4 lần. Tuy nhiên, để tránh nhiễu đồng kênh người ta không thể luôn sử dụng cùng một số nhóm tần số cho các Cell nhỏ đó vì điều này sẽ làm giảm đi ưu điểm của việc giảm kích cỡ Cell và làm giảm chất lượng. 2.7.6.Sector hoá Cell và sự phân chia Cell Với những Cell nhỏ hơn rõ dàng khả năng tái sử dụng tăng và do đó dung lượng tăng. Tuy nhiên, điều này đồng nghĩa với việc sẽ cần nhiều vị trí đặt trạm hơn và sẽ tốn kém hơn cho cơ sở hạ tầng. Theo lý thuyết, thiết kế mạng ban đầu thường là những Cell có đặt Annten vô hướng tại chính giữa Cell để phát đẳng hướng ra xung quanh. Khi mạng phát triển chúng chỉ có thể ddaps ứng phần nào bằng cách tăng tần số mang hoặc sử dụng tần số nhiều hơn, nhưng dây không phải là một giải pháp thực tế. Một phương pháp khả thi hơn cho hệ thống mạng thực tế với nhu cầu dung lượng khác nhau ở các vùng địa lí khác nhau là giải pháp Sector hoá Cell và phân chia Cell Sector hoá là việc sử dụng các Annten có hướng để phục vụ phủ sóng cho các phía khác nhau xung quanh trạm gốc. Thực hiện Sector hoá có thể cải thiện đáng kể nhiễu đồng kênh và đặc biệt là tạo khả năng cung cấp dịch vụ một cách linh hoạt cho Cell đó. Phân chia cell: là sử dụng cùng một trạm gốc cho các vùng khác nhau của Cell cũ tạo thành các Cell nhỏ hơn, điều này đặt ra công việc thực hiện phải có kế hoạch cho việc sử dụng tần số. Đây là giải pháp khá phổ biến trong mạng hiên nay. Ban đầu với Cell lớn nhất có thể phủ sóng một vùng nhất định. Bước tiếp theo ta chia Cell lớn (site) này thành 3 vùng hay còn gọi là các Cell nhỏ hơn, sử dụng những site cú cung cấp các Cell góc (các sector 120 độ hoặc 6 Sector có góc mở 60 độ). Nếu cần ta có thể chia nhỏ nữa, ví dụ: chia 1 thành 4, những site cũ vẫn được sử dụng cùng với các site mới theo yêu cầu. Hình 25a: Cell ban đầu Hình 25b: Cell chia lần thứ nhất Hình 25c: Chia Cell lần thứ hai Với một mẫu Cell đồng nhất có thể phục vụ cho một mật độ lưu lượng không đổi trong vùng phủ sóng. Nhưng trong thực tế mật độ thay đổi thường xuyên qua các vùng địa lí khác nhau,các phục vụ khác nhau trong ngày. Do vậy, một mô hình Cell với nhiều kích cỡ khác nhau được sử dụng ở nhiều phần khác nhau của hệ thống sẽ mang lại tính linh động trong việc quy hoạch mạng, đảm bảo sự đáp ứng về lưu lượng. Phần III : Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS 1. Nguyên lý của GPRS Nếu GSM truyền thống sử dụng hệ thống chuyển mạch kênh để kết nối các cuộc gọi (Thực chất đây là các dịch vụ thoại) thì hệ thống GPRS sử dụng kỹ thuật chuyển mạch gói chung nhưng vẫn dựa trên chuẩn GSM . Do đó cho phép cung cấp các dịch vụ chuyển mạch gói di động trên nền hệ thống GSM c._.lượng dữ liệu lưu chuyển qua mạng. Thay vì chuyển mạch thoại và chuyển mạch dữ liệu thông thường như hiện nay, các MSC sẽ chuyển mạch nhiều gói dữ liệu. 1.2. Mạng truyền dẫn Các BTS được kết nối với nhau chủ yếu qua truyền dẫn Viba (thiết bị Minilink E của VMS và truyền dẫn cáp quang thuê của các Bưu điện nội tỉnh). Nhiệm vụ chính của mạng truyền dẫn là chuyển cuộc gọi thoại giữa các BTS và các MSC. Khi có quá nhiều dịch vụ dữ liệu được tải đi thì những kết nối viba này sẽ lâm vào tình trạng quá tải. Người sử dụng yêu cầu nâng cao tốc độ dịch vụ dữ liệu nên mạng truyền dẫn cũng phải tải đủ các dữ liệu này đến MSC. Cần phải chuyển được nhiều hơn nữa các gói dữ liệu qua mạng truyền dẫn, như vậy các khe thời gian truyền dẫn sẽ không cố định mà phải thay đổi động. Sự thay đổi đó phụ thuộc lượng dữ liệu được chuyển đến BTS/MSC nhất định tại một thời gian nhất định. Chúng đòi hỏi kế hoạch hoá mạng truyền dẫn lên mức cao hơn, đưa ra dung lượng và kích thước lớn hơn hiện nay. 1.3. Mạng truy nhập vô tuyến Mạng truy nhập vô tuyến giữa máy đầu cuối và mạng di động dựa trên tiêu chuẩn GSM 900 với phổ 8MHz. Khoảng phổ này đủ để mang dung lượng thoại trên mạng với chất lượng tốt. Khi dung lượng thoại và dung lượng dữ liệu tăng lên, sự tăng phổ vô tuyến là cần thiết để đảm bảo tốt chất lượng thoại và nâng cao tốc độ truyền dữ liệu. Tốc độ dữ liệu luôn được nhấn mạnh trong lộ trình tiến đến UMTS là tốc độ dữ liệu trong điều kiện không có can nhiễu. Phổ gia tăng trong trường hợp này là băng tần 1800 MHz, chúng ta có thể xây dựng mạng vô tuyến có cấu trúc hai băng tần (900/1800 MHz). Băng tần 900 MHz sẽ được dùng để tăng khả năng phủ sóng và vẫn dùng để chuyển tải thoại, trong khi đó băng tần 1800 MHz sẽ được sử dụng để cung cấp thêm dung lượng chuyển tải hầu hết lưu lượng dữ liệu. Có nhiều kênh dữ liệu trên băng tần 1800 MHz nên có thể giả thiết can nhiễu trên các kênh này ít đi, tốc độ dữ liệu sẽ cao hơn. Băng tần GSM 1800 là giải pháp tốt để tăng dung lượng trên mạng vì có thể lắp đặt trên chính các BTS. Điều này tạo cho GSM 1800 giá thành rẻ khi cung cấp các dịch vụ thoại và dữ liệu trong tương lai. 2. Dự báo về sự phát triển mạng MobiFone trong 10 năm tới Dưới đây là sơ lược về dự báo nhu cầu phát triển của mạng MobiFone trong 10 năm tới. Hình 51: Dự báo tăng trưởng thuê bao VMS giai đoạn 2005-2015 Số liệu về mạng lưới : Số lượng MSC Số lượng BSC cho 2G Số lượng RNC cho 3G Số lượng BTS cho 2G Số lượng Node B cho 3G 2005 8 32 3 1500 50 2006 10 36 6 1794 60 2007 11 40 9 2082 72 2008 13 42 12 2364 86 2009 14 44 16 2641 104 2010 15 46 18 2912 124 2011 16 48 20 3178 149 2012 17 49 23 3438 179 2013 18 50 26 3693 215 2014 18 50 29 3943 258 2015 18 50 33 4188 310 Hình 52: Bảng dự báo cấu trúc mạng MobiFone tới năm 2015 3. Lộ trình triển khai nâng cấp mạng Mobifone lên 3G Sự phát triển của kỹ thuật hiện đại, sự đổi mới công nghệ, thông tin di động cũng ngày càng đổi mới theo chiều hướng tích cực, xu hướng triển khai 3G là một xu hướng tất yếu đang dần được triển khai tại nhiều nước trên thế giới. Với nhiều công nghệ thông tin di động thế hệ 2 hiện đang tồn tại, việc triển khai và hội tụ tới một công nghệ duy nhất 3G là cực kỳ khó khăn. Chất lượng dịch vụ thoại truyền thống vẫn là mối quan tâm hàng đầu của khách hàng. Sự đa dạng về dịch vụ đã phần nào đáp ứng được nhu cầu của khách hàng. Sự phát triển nhanh chóng của các dịch vụ số liệu mà trước hết là sự bùng nổ của Internet trong những năm gần đây đã đòi hỏi các nhà khai thác mạng thông tin di động Việt Nam, trong đó có nhà khai thác mạng MobiFone phải có những mục tiêu chiến lược, phù hợp với hoàn cảnh riêng của nước mình để phát triển lên hệ thống thông tin di động thế hệ ba. Mạng MobiFone được xây dựng trên cơ sở công nghệ GSM. Ngoài dải phổ 900, dải phổ 1800 thực sự cần thiết để tăng dung lượng. Việc thường xuyên nâng cấp và mở rộng mạng nhằm đáp ứng nhu cầu thị trường và sự phát triển công nghệ trên thế giới luôn đóng vai trò cực kỳ quan trọng. Thiết bị trên mạng MobiFone chủ yếu do hai nhà cung cấp là Alcatel và Ericsson. Đây là những nhà cung cấp hàng đầu về thiết bị viễn thông, trong đó đặc biệt phải kể đến thiết bị mạng thông tin di động. Trong tiến trình phát triển không ngừng về mặt công nghệ thông tin di động trên thế giới, Alcatel và Ericsson đã có sự nghiên cứu, phân tích và cũng đã chọn cho mình một xu hướng phát triển đúng đắn: GSM - GPRS/EDGE - WCDMA. Dựa trên những điều kiện trên, lộ trình phát triển của mạng MobiFone từ GSM tiến lên thế hệ thứ ba WCDMA là một hoàn toàn hợp lý và có cơ sở: Dựa trên nền tảng sẵn có về thị trường và cơ sở hạ tầng tương đối mạnh của hệ thống GSM, mạng GSM hoàn toàn hội tụ đủ điều kiện để tiến hóa lên các thế hệ thông tin di động 2,5G (GPRS/EDGE) và 3G (WCDMA) mà vẫn khai thác tối đa tài nguyên sẵn có của mạng lưới, tận dụng tối đa hiệu quả của thiết bị đã đầu tư. Về máy đầu cuối, sử dụng các máy đầu cuối hai chế độ WCDMA/GSM - với GSM để tận dụng vùng phủ sóng và với WCDMA để sử dụng các tính năng dịch vụ mới - MobiFone sẽ có thể triển khai các dịch vụ băng rộng trên mạng GSM một cách trong suốt. GPRS 2G 3G GSM 900 GSM 1800 EDGE WCDMA 2,5G Hình 53: Lộ trình triển khai nâng cấp mạng MobiFone lên 3G Theo dự đoán của các chuyên gia, cho đến nay và có thể trong nhiều năm tới dịch vụ thoại truyền thống sẽ vẫn đóng vai trò chủ chốt và bên cạnh đó là sự tăng trưởng ngày càng lớn mạnh về nhu cầu dịch vụ số liệu, điển hình là dịch vụ tin nhắn trên thị trường Việt Nam. Do vậy, sự phát triển song song giữa dịch vụ thoại và dịch vụ phi thoại sẽ tất yếu tồn tại trong một thời gian dài. GPRS sẽ là cầu nối giữa hệ thống thông tin di động thế hệ 2 và thế hệ 3. Việc đầu tư hệ thống GPRS là thực sự cần thiết nhằm từng bước triển khai hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 trên mạng. Đây cũng là xu hướng tất yếu mà các nhà khai thác thông tin di động phải thực hiện nhằm giữ vững thị trường và tăng cường khả năng cạnh tranh. Có thể khẳng định mạng thế hệ 2,5 GPRS sẽ phát triển trong một thời gian dài. GPRS sẽ được mở rộng khắp trên toàn quốc để dần dần có được sự chấp nhận của khách hàng đối với các dịch vụ phi thoại. Tiếp theo việc triển khai GPRS sẽ là EDGE nhằm tăng khả năng truyền số liệu lên 384kbps để có khả năng cung cấp các dịch vụ thư điện tử, dịch vụ định vị trên bản đồ, dịch vụ truy cập thông tin dữ liệu, giải trí… Thuận lợi của việc triển khai EDGE là: Trước hết, EDGE không cần phải sử dụng băng tần mới. Dựa trên cơ sở hạ tầng sẵn có của triển khai GPRS, việc phát triển lên giai đoạn EDGE tiết kiệm được chi phí đầu tư. Do chỉ thay đổi kỹ thuật điều chế vô tuyến 8-PSK nên EDGE vẫn giữ nguyên cấu trúc của mạng cũ mà chỉ cần nâng cấp phần mềm và thêm các TRX mới có khả năng EDGE. EDGE là con đường tiến hóa tới thế hệ thứ ba và cũng là một bổ trợ cho WCDMA. EDGE tăng cường được các khả năng truyền số liệu của mạng GSM/GPRS, hỗ trợ tốc độ số liệu lên tới 384 kbps - một tốc độ số liệu của mạng thế hệ ba. Do vậy, có thể nói EDGE sẽ tạo một bước đệm quan trọng tiến tới mạng WCDMA. Giai đoạn phát triển qua EDGE có thể được bỏ qua khi nhu cầu của thị trường về dịch vụ của số liệu tăng trưởng mạnh mẽ. Trên cơ sở của mạng lõi GPRS đã được phát triển, việc xây dựng hệ thống WCDMA về cơ bản là xây dựng phần cứng cho mạng truy nhập vô tuyến UTRAN gồm RNC và Node B. Trước mắt sẽ tập trung phát triển ở một số thành phố lớn như Hà Nội, Hải Phòng, Đà Nẵng và Thành phố Hồ Chí Minh. Lộ trình từ GSM lên WCDMA theo công nghệ WCDMA tương đối rõ ràng đảm bảo sự kết hợp cùng tồn tại giữa mạng GSM hiện tại và mạng 3G đồng thời cũng tận dụng được rất nhiều lợi thế của mạng GSM hiện có như lợi thế về số thuê bao đang có, thói quen của khách hàng về sử dụng các dịch vụ truy nhập Internet khi triển khai GPRS và lợi thế trong việc triển khai roaming quốc tế. Vệc lựa chọn WCDMA làm định hướng công nghệ WCDMA còn có một số lợi thế như sau: Hiệu quả sử dụng phổ tần rất cao. Cho phép sử dụng các máy đầu cuối công suất thấp. Cho phép cung cấp các ứng dụng khác nhau với các tốc độ truyền số liệu khác nhau. Toàn bộ phổ tần sử dụng cho WCDMA như sau: WCDMA TDD: 1900 MHz - 1920 MHz và 2020 MHz - 2025 MHz. WCDMA FDD: + Đường lên (Uplink ) : 1920 MHz - 1980 MHz. + Đường xuống (Downlink ) : 2110 MHz - 2170 MHz. 4. Triển khai hệ thống GPRS 4.1. Cấu hình tổng quát mạng GPRS trong mạng GSM Mạng lõi GPRS được xây dựng trên cơ sở các thành phần mạng GSM hiện có và các mạng số liệu gói IP với các giao diện tiêu chuẩn. SGSN: có chức năng định tuyến gói số liệu trong vùng phục vụ của nó. Một thuê bao GPRS có thể được phục vụ bởi một SGSN trên mạng tuỳ vào vị trí định vị của thuê bao. GGSN: có chức năng giao tiếp với các hệ thống GPRS khác hoặc mạng Internet/Intranet... Một số chức năng của GGSN gồm: + Định tuyến. + Firewall. + Gateway/Security. Cả hai chức năng SGSN và GGSN đều tạo ra các bản ghi cước CDR. Hệ thống khai thác và bảo dưỡng GPRS - OMC-G: có chức năng quản lý và giám sát hoạt động của toàn bộ hệ thống (cảnh báo, cấu hình, bảo mật…). Charging Gateway: Tiếp nhận các bản ghi cước từ SGSN, GGSN. Xử lý và tổng hợp cước đối với từng trường hợp sử dụng. Giao tiếp với các hệ thống tính cước. Hỗ trợ việc tính cước GPRS theo thời gian hoặc theo tổng dung lượng số liệu trao đổi (data volume). 4.2. Hệ thống GPRS triển khai trên mạng VMS 4.2.1. Dung lượng hệ thống lõi GPRS cho mạng MobiFone Về phần cứng, dung lượng hệ thống đạt được tới 100.000 thuê bao. Tuy nhiên, hiện tại dung lượng hệ thống là 10.000 thuê bao, phân bổ như sau: Tại Hà nội: 3.000 thuê bao, phục vụ cho thuê bao khu vực miền Bắc. Tại TP. Hồ Chí Minh: 7.000 thuê bao, phục vụ cho thuê bao khu vực miền Nam và miền Trung. Chỉ tiêu thiết kế hệ thống: Lưu lượng sử dụng trung bình/ thuê bao GPRS giờ bận là 2Kbps. Tổng lưu lượng dữ liệu trao đổi giờ bận là 2 Mbps. Tỷ lệ người sử dụng GPRS trên giờ bận là 10%. 4.2.2. Cấu hình GPRS cho mạng MobiFone – VMS 02 thiết bị SGSN kết nối với mạng GSM theo cấu hình: + Thiết bị SGSN tại Hà nội kết nối với hệ thống BSS miền Bắc. + Thiết bị SGSN tại TP. Hồ Chí Minh kết nối với hệ thống BSS miền Nam và miền Trung. 01 thiết bị GGSN tại HN để kết nối tới các SGSN tại Hà nội và TP. HCM. 01 thiết bị Charging Gateway để phục vụ tính cước GPRS. 01 hệ thống quản lý và khai thác OMC-GPRS (OMC-G). 4.2.3. Nâng cấp hệ thống mạng GSM để có khả năng kết nối GPRS Trang bị bổ sung chức năng quản lý các gói số liệu PCU (Package Control Unit) cho các BSC trên mạng. + 03 BSC khu vực miền Bắc (Hà nội). + 04 BSC khu vực miền Nam (TP. HCM) và miền Trung (Đà Nẵng). Nâng cấp phần mềm cho NSS và BSS để bổ sung các tính năng GPRS. + NSS khu vực miền Bắc. + NSS khu vực miền Nam và miền Trung. 4.2.4. Nâng cấp hệ thống tính cước Trang bị một hệ thống tính cước GPRS tập trung để lấy file cước từ Charging Gateway và MMSC để tính cước. Hệ thống tính cước và quản lý khách hàng sẽ được thay đổi để quản lý các thuê bao có đăng ký dịch vụ GPRS, đấu nối dịch vụ, cập nhật dữ liệu cước GPRS. 4.2.5. Tiến độ triển khai GPRS Mạng thông tin di động MobiFone đang bước vào giai đoạn đầu tiên của lộ trình phát triển mạng tiến lên 3G - giai đoạn triển khai GPRS dựa trên nền mạng GSM hiện tại. Việc triển khai GPRS bao gồm 3 giai đoạn: Giai đoạn 1: từ 15/09/2003 đến 31/12/2003: triển khai thử nghiệm miễn phí cho tất cả các thuê bao trả tiền trước và trả tiền sau. Giai đoạn 2: từ 1/1/2004: triển khai chính thức trên toàn mạng: nâng cấp cấu hình SGSN để có thể cung cấp dung lượng 200.000 thuê bao và mở rộng phục vụ cho cả 61 tỉnh thành trên cả nước. Đối với thuê bao trả tiền sau: việc tính cước sẽ được thực hiện trên cơ sở tạo file cước CDR để tính cước Offline trên cơ sở hệ thống tính cước hiện có. Đối với thuê bao trả tiền trước: + Tính cước Offline: cần thiết lập tạm thời một thiết bị mediation device để tính cước theo phương thức Offline. + Tính cước Online: việc tính cước theo thời gian thực hiện tại về công nghệ vẫn chưa thực hiện được, phải chờ đến CAMEL pha 3. Giai đoạn 3: cung cấp GPRS cho thuê bao chuyển vùng quốc tế. Trên cơ sở kết quả của giai đoạn 2 sẽ tiến hành đàm phàn, lựa chọn đối tác cung cấp cổng truy nhập GRX phục vụ GPRS roaming. Khi thuê bao chuyển vùng ra nước ngoài, vẫn truy nhập được về mạng chủ HPLMN. Đánh giá kết quả triển khai: Hệ thống GPRS của Alcatel được thiết kế dựa trên cơ sở các thiết bị Router của Cisco. Hệ thống có độ linh hoạt cao, dễ nâng cấp, mở rộng, dễ khai thác và bảo dưỡng. Chi phí thiết bị thấp, nhất là khi mạng có cấu hình không lớn. Khi nâng cấp lên công nghệ 3G, cần phải thay đổi và bổ sung một số phụ kiện của hệ thống. 5. Triển khai thử nghiệm hệ thống 3G 5.1. Mục đích thử nghiệm Thử nghiệm công nghệ thông tin di động 3G trên mạng MobiFone. Thử nghiệm các tính năng hệ thống thông tin di động 3G. Kiểm nghiệm thực tế về tính ưu việt của công nghệ 3G so với công nghệ 2G, 2,5G hiện nay. Đánh giá khả năng kết hợp giữa GSM và 3G trên cùng một mạng lưới. Đánh giá nhu cầu thị trường và xác định thời gian biểu cho triển khai chính thức trên mạng. 5.2. Lựa chọn tiêu chuẩn và công nghệ 5.2.1. Giao tiếp vô tuyến và phổ tần Các giao tiếp vô tuyến chuẩn cho hệ thống 3G do 3GPP - Release 99 đưa ra gồm: WCDMA gồm 2 chế độ: UTRA FDD: sử dụng hai dải tần số (2x60 MHz) tách biệt cho đường lên và đường xuống: + Đường lên : 1920 - 1980 MHz. + Đường xuống: 2110 - 2170 MHz. Độ rộng mỗi sóng mang là 5 MHz. UTRA TDD: phân kênh đường lên và đường xuống theo thời gian, sử dụng chung dải tần 25 MHz cho cả đường lên và đường xuống: 1900 - 1920 MHz và 2020 - 2025 MHz. Độ rộng mỗi sóng mang là 5 MHz. cdma2000 đa sóng mang (cdma2000 MC - 1X, 3X...): Đường xuống ghép đa sóng mang (tối đa 12 sóng mang) CDMA băng hẹp với tốc độ trải phổ mỗi sóng mang là 1,228 Mcps (tương đương với tốc độ trải phổ IS-95). Đường lên trải phổ trực tiếp với tốc độ trải phổ 1,228 Mcps. Giao diện chuẩn đầu tiên đưa ra cho cdma2000 là cdma2000 3X với độ rộng mỗi sóng mang là 3,75 MHz. Để lựa chọn chuẩn giao tiếp vô tuyến 3G để thử nghiệm trên mạng 3G, chúng ta chỉ quan tâm đến chuẩn WCDMA bởi vì: Đây là giao diện vô tuyến 3G được các nhà sản xuất thiết bị Châu Âu hỗ trợ và phát triển sản phầm. Thiết bị mạng lưới GSM hiện tại của VMS là do Ericsson và Alcatel cung cấp. Tương thích với thế hệ GSM 2G và 2,5G. Như vậy, trong WCDMA, chúng ta cần thử nghiệm hai chế độ TDD và FDD. Về mặt lý thuyết, hệ thống UTRA TDD và UTRA FDD đều hỗ trợ các dịch vụ dữ liệu tốc độ cao với chất lượng tương đương nhau. Do sử dụng chung một băng tần cho cả đường xuống và đường lên, nhiễu trong hệ thống TDD là vấn đề cần phải được chú trọng trong việc quy hoạch mạng vô tuyến. Trên thực tế, TDD thích hợp đối với các ô nhỏ có nhu cầu tốc độ số liệu lớn. Người ta đề xuất triển khai các trạm TDD kết hợp trong các vùng phủ sóng của FDD để tăng dung lượng mạng 3G. Trong giai đoạn thử nghiệm 3G, chúng ta triển khai thử nghiệm cả hai chế độ WCDMA TDD và FDD. - Chế độ truy nhập: WCDMA FDD - Băng tần: 1920 - 1980 MHz; 2110 - 2170 MHz - Độ rộng sóng mang: 5 MHz - Tốc độ trải phổ: 3,84 Mcps - Điều chế: QPSK - Chuyển giao cùng một tần số: Soft Handover - Chuyển giao giữa hai tần số: Hard Handover - Điều khiển công suất: 1,5 KHz Hình 54: Các thông số tiêu chuẩn cho giao tiếp vô tuyến WCDMA FDD - Chế độ truy nhập: WCDMA TDD - Băng tần: 1900 - 1920 MHz; 2020 - 2025 MHz - Độ rộng sóng mang: 5 MHz - Tốc độ trải phổ: 3,84 Mcps - Điều chế: QPSK - Chuyển giao cùng một tần số: Hard Handover - Chuyển giao giữa hai tần số: Hard Handover - Điều khiển công suất: Đường lên: 200 Hz, đường xuống: 800 Hz Hình 55: Các thông số tiêu chuẩn cho giao tiếp vô tuyến WCDMA TDD 5.2.2. Mạng lõi Tuân thủ theo khuyến nghị của 3GPP - Release 99. Mạng lõi để thử nghiệm bao gồm: SGSN GGSN Chuyển mạch ATM kết nối SGSN và GGSN Các giao diện hỗ trợ : Iu, Gr, Gn, Gc, Gi... Giải pháp thử nghiệm 3G của Alcatel và Ericsson Mạng VMS lựa chọn cả hai hệ thống thử nghiệm 3G của Alcatel và Ericsson. Cụ thể hệ thống của Alcatel sẽ được thử nghiệm tại Hà nội và hệ thống của Ericsson sẽ được thử nghiệm tại TP Hồ Chí Minh. Bảng 4.2 dưới đây so sánh những giải pháp mà Alcatel và Ericsson đưa ra: STT Nội dung ALCATEL ERICSSON Ghi chú 1 Thiết bị thử nghiệm 1.1 Phần mạng truy nhập (Radio Access Network) 1.1.1 Trạm thu phát 3G (Node B) 03 trạm BTS Evolium Node B cấu hình 3 sector (1 sóng mang/1 sector). Bao gồm đầy đủ anten, feeder-40m/1 sợi, phụ kiện lắp đặt... 02 trạm RBS 3202 cấu hình 3 sector (1 sóng mang/1 sector). Bao gồm đầy đủ anten, nguồn, feeder-30m/1 sợi. Trong đó:+ 1 RBS đặt cùng container 20 feet với core network+ 1 RBS đặt tại địa điểm khác (remote RBS đặt trong container 5 feet). 1.1.2 Trạm điều khiển thu phát (BSC/RNC) 01 thiết bị RNC 9140, cho phép kết nối tối đa 96 trạm thu phát. 01 thiết bị RNC3810 cấu hình A cho phép kết nối tối đa 8 trạm RBS 3202 Alcatel mạnh hơn ERICSSON ở điểm này 1.1.3 Hệ thống quản lý mạng truy nhập 01 hệ thống điều khiển vô tuyến 3G OMC-R A1353-UR chạy trên nền máy chủ SUN 01 hệ thống điều khiển vô tuyến RANOS chạy trên nền máy chủ SUN 420R ở điểm này, Alcatel và Ericsson tương đương nhau 1.2 Phần mạng lõi (Core Network) 1.2.1 MSC/VLR/HLR 01 SSP Alcatel1000 Evolium, 01 Combined RCP/HLR 01 MSC/VLR/HLR/AUC tích hợp trên hệ thống AXE 10 - APZ212 30 để phục vụ kết nối mạng PSTN, PLMN, ISDN 1.2.2 Media Gateway 01 Omniswitch ATM Cross-Connect 01 chuyển mạch ATM (MGW R1.0 CN 1.5) để kết nối giữa phần mạng truy nhập RAN, mạng lõi CN và MSC/VLR 1.2.3 Thiết bị GPRS (GGSN/SGSN) 01 hệ thống PSCN gồm toàn bộ tính năng SGSN/GGSN của 3G 01 hệ thống GPRS R3.0 1.2.4 Thiết bị tin học Đã bao gồm trong thỏa thuận thử nghiệm 01 hệ thống IP backbone để kết nối giữa các phần tử 1.2.5 Hệ thống quản lý mạng lõi 01 hệ thống quản lý OMC-CS HP B2600. Không có OMC cho phần chuyển mạch mạng lõi PSCN (GPRS) 01 hệ thống quản lý mạng lõi CN-OSS chạy trên nền máy chủ SUN 420R Ericsson tốt hơn Alcatel ở điểm này 1.2.6 Hệ thống truy nhập mạng số liệu, dịch vụ Kết nối qua GGSN (GPRS) 01 hệ thống truy nhập mạng số liệu dịch vụ (SUN & WINDOW 2000) phục vụ kết nối Internet, WAP, Mail... Ericsson tốt hơn Alcatel ở điểm này 1.2.7 Hệ thống Billing Gateway - thu thập số liệu tính cước Không có 01 hệ thống Billing Gateway để thử nghiệm tính cước Ericsson tốt hơn Alcatel ở điểm này 1.3 Hệ thống nguồn điện 1.3.1 Hệ thống acquy dự phòng Đã bao gồm trong thỏa thuận thử nghiệm, 4 tiếng backup 48V DC, thời gian backup 1 tiếng 1.3.2 Hệ thống nguồn Đã bao gồm trong thỏa thuận thử nghiệm Kèm theo container. 2 Các tính năng hệ thống 2.1 Tốc độ truy nhập Tốc độ truy nhập số liệu tối đa là 384kbps đối với chuyển mạch gói, 64kbps đối với chuyển mạch kênh Tốc độ truy nhập số liệu tối đa là 384kbps đối với chuyển mạch gói, 64kbps đối với chuyển mạch kênh 2.2 Số người truy nhập Internet, các dịch vụ số liệu tại một thời điểm 1000 người 10 người tại một thời điểm Dung lượng hệ thống do Alcatel cung cấp lớn hơn 2.3 Chuyển giao (handover) giữa GSM và WCDMA Nằm trong phạm vi thử nghiệm Nằm trong phạm vi thử nghiệm. (Yêu cầu phần mềm GSM BSS tối thiểu là R9.1) 2.4 Các dịch vụ hỗ trợ Thoại, truy nhập Internet, wap, truyền số liệu Thoại, truy nhập Internet, wap, truyền số liệu 3 Trách nhiệm của nhà cung cấp thiết bị 3.1 Lắp đặt, quản lý dự án, đưa vào khai thác full – turn key Đã bao gồm trong thỏa thuận thử nghiệm Đã bao gồm trong thỏa thuận thử nghiệm 3.2 Đào tạo, hướng dẫn sử dụng Đã bao gồm trong thỏa thuận thử nghiệm Đã bao gồm trong thỏa thuận thử nghiệm 3.3 Thời gian thử nghiệm 12 tháng 6 tháng Alcatel có thời gian thử nghiệm dài hơn 3.4 Thời gian hoàn thành lắp đặt 16 tuần 1-2 tuần 3.5 Hố trợ kỹ thuật 4 tháng on-site sau khi hoàn thành lắp đặt và 8 tháng hỗ trợ từ xa Nằm trong phạm vi thử nghiệm 4 Trách nhiệm VMS 4.1 Truyền dẫn cho trạm thu phát Cung cấp truyền dẫn 2Mbps để kết nối tới các trạm NodeB Cung cấp truyền dẫn 2Mbps để kết nối với trạm RBS 4.2 Thiết bị kết nối mạng Internet (firewall, modem, router...) Cung cấp thiết bị firewall, modem để kết nối Internet Cung cấp thiết bị firewall, modem để kết nối Internet 4.3 Nguồn điện Cung cấp điện lưới 3 pha 80KW Cung cấp điện lưới 3 pha 80KW 4.4 Xin phép tần số thử nghiệm Xin phép tần số thử nghiệm 2GHz Xin phép tần số thử nghiệm 2GHz Hình 56: Bảng so sánh giải pháp thử nghiệm của Alcatel và Ericsson 6. Phương án triển khai 6.1. Đăng ký tần số thử nghiệm Phổ tần WCDMA sử dụng của VMS là: Phổ tần FDD: 3 sóng mang (15 MHz). + Đường lên (Uplink ) : 1920 MHz - 1935 MHz. + Đường xuống (Downlink ) : 2110 MHz - 2125 MHz. Phổ tần TDD: 1 sóng mang (5 MHz). Dải tần từ 1915 MHz - 1920 MHz. 6.2. Phạm vi thử nghiệm Khu vực thử nghiệm: tại Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh. Phạm vi phủ sóng 3G: lắp đặt tại Hà Nội với 03 trạm BTS (Node B) cấu hình sector và Thành phố Hồ Chí Minh với 02 trạm RBS (Node B) cấu hình sector. Tại Hà nội Lựa chọn Alcatel là đối tác cung cấp thiết bị thử nghiệm 3G. Thời gian thử nghiệm: 12 tháng. Danh mục chính thiết bị thử nghiệm (tạm nhập tái xuất) gồm: + 03 trạm thu phát Node B cấu hình 3 sector. + 01 thiết bị quản lý trạm gốc RNC. + 01 hệ thống OMC-R cho 3G. + Thiết bị đo kiểm tra, thiết bị dự phòng, vật tư vật liệu lắp đặt (DDF, cầu cáp...). Tại Thành phố Hồ Chí Minh Lựa chọn Ericsson là đối tác cung cấp thiết bị thử nghiệm 3G. Thời gian thử nghiệm: 06 tháng. Danh mục chính thiết bị thử nghiệm (tạm nhập tái xuất) gồm: + Hệ thống 3G Core Network (SGSN, GGSN, ATM Switch, RNC). + 02 trạm thu phát Node B 3201 3x1 cấu hình 3 sector. + Toàn bộ thiết bị thử nghiệm đặt trong 02 container với đầy đủ hệ thống nguồn, ắc quy. Thiết bị sau thời gian thử nghiệm sẽ tái xuất trả lại cho phía các đối tác. KếT LUậN Hiện nay thuật ngữ 3G không còn xa lạ trên với những tổ chức cá nhân liên quan đến lĩnh vực viễn thông và thậm chí cả những người sử dụng dịch vụ viễn thông di động trên toàn thế giới. Là một trong hai phương án kỹ thuật được coi là có khả năng triển khai rộng rãi khi phát triển hệ thống thông tin di động lên 3G (WCDMA, và cdma2000), WCDMA được coi là công nghệ truy nhập vô tuyến có thể đáp ứng những chỉ tiêu của hệ thống thông tin di động thế hệ 3: là hệ thống truyền thông đa phương tiện; giao tiếp giữa người -với-người có thể tăng cường bằng các hình ảnh âm thanh có chất lượng cao, khả năng truy cập thông tin và dịch vụ ở các mạng công cộng, mạng cá nhân hỗ trợ tốc độ dữ liệu cao và xử lý linh hoạt. Nghiên cứu các khía cạnh kỹ thuật của công nghệ truy nhập vô tuyến WCDMA trong hệ thống thông tin di động UMTS là một công việc rất quan trọng trước khi triển khai hệ thống vào thực tế.: Trình bày các đặc trưng kỹ thuật của công nghệ CDMA băng rộng trong hệ thống thông tin di động toàn cầu UMTS. Phân tích các thuật toán quản lý tài nguyên vô tuyến, đặc biệt là hai thuật toán quan trọng nhất, đặc trưng nhất của WCDMA so với các hệ thống thông tin di động trước đó. Đ ây là một bước quan trọng cho công việc quy hoạch mạng truy nhập vô tuyến WCDMA. Trình bày các bước, các khía cạnh quan trọng khi tiến hành quá trình quy hoạch mạng vô tuyến WCDMA. Tuy nhiên đây là một đề tài tương đối rộng, đang được triển khai ở một số nước trên thế giới, ở Việt Nam còn rất mới mẻ và đang được nghiên cứu triển khai sao cho phù hợp với điều kiện thực tế. Hướng phát triển của đề tài: Tiếp tục nghiên cứu sâu hơn các khía cạnh kỹ thuật của công nghệ WCDMA và hệ thống thông tin di động thế hệ 3 UMTS. Nghiên cứu quy hoạch mạng chi tiết, quy hoạch mạng lõi. Tiến hành hoạch định để xây dựng hệ thống UMTS có thể cùng vận hành với các hệ thống thông tin di động khác. Nghiên cứu các giải pháp công nghệ quy hoạch mới như anten thông minh, các thuật toán phát hiện nhiều người sử dụng tại trạm gốc để tăng cường dung lượng mạng, và vùng phủ sóng của mạng Nghiên cứu các giải pháp triển khai hệ thống 3G sử dụng công nghệ WCDMA tại Việt Nam.  Danh mục các chữ viết tắt 1xEV-DO Evolution of cdma2000 with one carrier for data only 1xEV-DV Evolution of cdma2000 with one carrier integrating data and voice 1xRTT One Carrier Radio Transmission Technology 2G Second Generation of Mobile Networks 3G Third Generation of Mobile Networks 3GPP Third Generation Partnership Project BCCH Broadcast Channel BSS Base Station Subsystem CAMEL Customized Application for Mobile network Enhanced Logic CCPCH Common Control Physical Channel CDMA Code Divison Multiple Access CPHCH Common Physical Channel DAMPS Digital Advanced Mobile Phone System DS-CDMA Direct Sequence CDMA EDGE Enhanced Data rate for GSM Evolution ETSI European Telecommunication Standards Institute F-CCCH Forward Common Control Channel F-DCCH Forward Dedicated Control Channel FDD Frequency Division Multiplex FDMA Frequency Division Multiple Access F-FCH Forward Fundamental Channel FH-CDMA Frequency Hoping CDMA F-PCH Forward Paging Channel F-PICH Forward Pilot Channel F-SCH Forward Supplementary Channel F-SYNC Forward Syncronization Channel GGSN Gateway GPRS Support Node GPRS General Packet Radio Service GSM Groupe Special Mobile HRL Home Location Register HSCSD High Speech Circuit Switch Data HSDPA High Speed Downlink Packet Access IMT-2000 International Mobile Telephone Standard 2000 ITU International Telecommunication Union MSC Mobile Switching Center PCCCH Packet Common Control Channel PCCPCH Primary Common Control Physical Channel PCH Paging Channel PLMN Public Land Mobile Network PSK Phase Shifted Keying QPSK Quadrature Phase Shift Keying R-CCCH Reverse Common Control Channel R-DCCH Reverse Dedicated Control Channel R-FCH Reverse Fundamental Channel R-PICH Reverse Pilot Channel R-SCH Reverse Supplementary Channel SCCPCH Secondary Common Control Physical Channel SGSN Serving GPRS Support Node TCH Traffic Channel TDD Time Division Multiplex TDMA Time Division Multiple Access TD-SCDMA Time Division Synchronous CDMA UMTS: Universal Mobile Telecommunication System UTRA UMTS Terrestrial Radio Access WCDMA Wideband CDMA Lời cam đoan Tôi xin xam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những tài liệu sử dụng trong đồ án này là hoàn toàn trung thực. Các kết quả nghiên cứu do chính tôi thực hiện dưới sự chỉ đạo của giáo viên hướng dẫn. TàI liệu tham khảo Thông tin di động GSM - Nguyễn Phạm Anh Dũng - 1999. Thông tin di động số Cellular - Vũ Đức Thọ - 1997. Tập tài liệu bào giảng thông tin di động – TS.Phạm Công Hùng IS-95 CDMA and cdma2000 - Vijay K. Garg, PhD, PE - 2000. IP for 3G – Dave Wisely, Philip Eardley and Louise Burness - 2002 Third generation technologies - Gwenn Larsson - 1998. GSM Technical Specification - ETSI TC-SMG - 1996. Mobile Communications Design Fundamentals - William C.Y.Lee - 1999. Wireless and mobile communications - Jack M.Holtzman, David J.Goodman - 1994. Wireless Digital Communications - Dr.Kamilo Feher - 1995. ETSI TS 100 393 v7.6.0 (2000) - European Standard (Telecommunications series). Seminar on Mobile Communications - VNPT - 1997. Ericsson Review - The Telecommunications Technology Journal 3/2001. 3GSM World Focus 2002. Published by Mobile Communications. Part of Informa Telecoms Group. 3GPP: 3GPP2: ITU IMT2000: IETF: GSM Association: Mobile Wireless Internet Forum: Mục lục Danh mục hình vẽ Hình 1: Các khu vực dịch vụ của IMT 2000 8 Hình 2: Cấu trúc hệ thống GSM 10 Hình3: cấu trúc địa lý 16 Hình4: Cấu trúc vùng phục vụ. 17 Hình 5: Cấu trúc vùng đinh vị 17 Hình 6: Cấu trúc các Cell 18 Hình 7: Cấu trúc kênh vật lí của GSM 18 Hình 8: kênh vật lí 19 Hình 9: Cụm bình thường 26 Hình 10: Cụm hiệu chỉnh tần số 27 Hình11 : cụm đồng bộ 27 Hình 12: Cụm thâm nhập 27 Hình 13: Ghép BCCH và CCCH ở TSo 28 Hình 14: Ghép RACH ở TSo 29 Hình 15: Ghép SDCCH + SACCH ở TS1 29 Hình 16: Ghép SDCCH + SACCH ở TS1 30 Hình 17: Ghép TCH 30 Hình 18: Dịch giữa TCH đường lên và xuống. 31 Hình 19: Nguyên lý đo MS 32 Hình 20: khoảng cách tái sử dụng tần số 35 Hình 21: Quan hệ gữa ccacs nhóm cell và tỉ số C/ I 36 Hình 22: Nhóm tần số quy tụ gồm 7 Cell 36 Hình 23: Mẫu tái sử dụng 3/9 36 Hình 24: Mẫu tái sử dụng 4/ 12. 37 Hình 25a: Cell ban đầu 39 Hình 25b: Cell chia lần thứ nhất 39 Hình 25c: Chia Cell lần thứ hai 39 Hình 26: Mô hình GPRS 43 Hình 27: Cấu trúc mạng GPRS 44 Hình 28: Các giao diện và điểm chuẩn trong mạng 45 Hình 29 :Mạng Inter-PLMN backbone Và Intra-PLMN backbone. 47 Hình 30: Quá trình tải phổ và giải trải phổ 51 Hình31 : Các công nghệ đa truy nhập 52 Hình32: Nguyên lí đa truy nhập trải phổ 52 Hình 33: Quá trình trải phổ và trộn. 53 Hình 34 : Quan hệ giữa S/N và tỉ số bị cắt bớt 54 Hình 35 : Phổ tần UMTS phân bố cho châu âu 54 Hình 36: Hiệu ứng truyền sóng đa đường. 55 Hình 37: Sơ đồ ánh xạ giữâ các kênh khác nhau 56 Hình38: Các chế độ của UE và các trạng thái điều khiển tài nguyên vô tuyến 57 Hình 39 : Cấu trúc Cell UMTS 58 Hình 40: Cấu trúc UMTS cấp cao 59 Hình 41a: Sơ đồ khối tổng quát của mạng thông tin di động thế hệ 3 W-CDMA 60 Hình 41b:Một cách thể hiện khác cấu trúc WCDMA 60 Hình 42: Kiến trúc UTRAN 62 Hình 43:Bảng tóm tắt thông số chính của WCDMA 69 Hình 44: Bảng so sánh đặc tính WCDMA và cdma2000Phần V: 70 Hình 45: Số liệu thuê bao của VMS 72 Hình 46: Lược đồ phát triển thuê bao của VMS năm 2001 73 Hình 47: Sơ đồ mạng MobiPhone toàn quốc 75 Hình 48: Số liệu thuê bao trên các hệ thống IN 77 Hình 49: Số liệu tổng hợp toàn mạng, ngày 13/10/2005 77 Hình 50: Tỷ lệ lưu lượng của ba trung tâm thuộc công ty VMS 77 Hình 51: Dự báo tăng trưởng thuê bao VMS giai đoạn 2005-2015 79 Hình 52: Bảng dự báo cấu trúc mạng MobiFone tới năm 2015 79 Hình 53: Lộ trình triển khai nâng cấp mạng MobiFone lên 3G 81 Hình 54: Các thông số tiêu chuẩn cho giao tiếp vô tuyến WCDMA FDD 86 Hình 55: Các thông số tiêu chuẩn cho giao tiếp vô tuyến WCDMA TDD 86 Hình 56: Bảng so sánh giải pháp thử nghiệm của Alcatel và Ericsson 91 ._.