Bộ giáo dục v đo tạo trờng đại học bách khoa H Nội khoa điện tử viễn thông ====== ====== ồ án tốt nghiệp đề ti: Tng quan v h thng thụng tin di ng Giáo viên hớng dẫn : Đặng Khánh Hòa Sinh viên thực hiện : Chu út Thậm Lớp : 05BTT 07ĐT Hà Nội 08/2008 http://www.ebook.edu.vn §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS Chu ót thËm – 05btt-07®t MỤC LỤC Chương 1: Giới thiệu về mạng thông tin di động GSM 1 1.1 Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM 1 1.2 Các chức năng của hệ thống GSM 4 1.3 Băng tần sử dụng trong hệ thống thông tin đi động GSM 5 1.4 Phương pháp truy nhập trong thông tin di động 6 Chương 2: Cấu trúc hệ thống thông tin di động GSM 9 2.1. Cấu trúc hệ thống 9 2.2. Chức năng các phần tử trong mạ ng GSM 10 Chương 3: Mạng báo hiệu và các khía cạnh mạng .17 3.1. Các giao thức báo hiệu trong hệ thống GSM .17 3.2. Các giao diện trong hệ thống GSM .20 3.3. Các khía cạnh mạng .20 Chương 4: Giao tiếp vô tuyến .26 4.1. Khái niệm về các kênh vô tuyến .26 4.2. Sắp xếp các kênh logic ở các kênh vật lý .29 Chương 5: Các dịch vụ trong GSM .31 5.1. Dịch vụ thoại .31 5.2. Dịch vụ số liệu .31 5.3. Dịch vụ bản tin ngắn .32 5.4. Các dịch vụ phụ .32 Chương 6: Một số thí dụ về cuộc gọi trong mạng GSM .34 6.1. Cuộc gọi ra từ MS .34 6.2. Cuộc gọi vào từ mạng cố định .35 Chương 7: Giới thiệu chung về công nghệ GPRS .38 7.1. Tổng quan về công nghệ GPRS .38 7.2. Cấu trúc hệ thống GPRS .39 Chương 8: Các giao diện và giao thức trong mạng GPRS .48 http://www.ebook.edu.vn §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS Chu ót thËm – 05btt-07®t 8.1. Mặt phẳng truyền dẫn .48 8.2. Mặt phẳng báo hiệu .51 8.3. Giao diện vô tuyến UM .59 8.4. Mạng vô tuyến GPRS .63 8.5. Quản lý tài nguyên vô tuyến .72 Chương 9: Triển khai GPRS trên mạng thông tin di động GSM tại Việt Nam .76 9.1. Đánh giá hiện trạng và nhu cầu .76 9.2. Dịch vụ .77 9.3. Số lượng thuê bao của mạ ng .77 9.4. Đánh giá nhu cầu .77 9.5. Một số đề xuất triển khai dịch vụ GPRS .78 http://www.ebook.edu.vn Bộ Giáo dục v Đo tạo Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội Cộng hòa x hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập - Tự do - Hạnh phúc nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp Họ và tên: Chu út Thậm Ngành học: Điện Tử Viễn Thông 1. Đầu đề thiết kế 2. Các số liệu ban đầu 3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán 4. Các bản vẽ đồ thị (ghi rõ các loại bản vẽ, kích thớc các bản vẽ) http://www.ebook.edu.vn 5. Cán hộ hớng dẫn Phần Họ và tên cán bộ 6. Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: 7. Ngày phải hoàn thành: Ngày tháng năm 2008 Chủ nhiệm khoa (Ký tên và ghi rõ họ tên) Ngày tháng năm 2008 Cán bộ hớng dẫn (Ký tên và ghi rõ họ tên) Ngày tháng năm 2008 Đánh giá kết quả Điểm thiết kế: Điểm bảo vệ: Điểm tổng hợp: Ngày tháng năm 2008 Chủ tịch hội đồng (Ký tên và ghi rõ họ tên) Ngày tháng năm 2008 Sinh viên thực hiện (Ký tên và ghi rõ họ tên) http://www.ebook.edu.vn Bộ giáo dục v đo tạo Trờng đại học bách khoa h nội Bản nhận xét thiết kế tốt nghiệp Họ và tên: Nghành: Khóa: Cán bộ hớng dẫn: Cán bộ duyệt thiết kế: 1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp: 2. Nhận xét của ngời duyệt thiết kế: Ngày Tháng Năm 2008 (ký và ghi rõ họ tên) http://www.ebook.edu.vn §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS Chu ót thËm – 05btt-07®t LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay mạng GSM với những ưu điểm nổi bật như: dung lượng lớn, chất lượng kết nối tốt, tính bảo mật cao … , đã có một chỗ đứng vững chắc trên thị trường Viễn thông thế giới. Ở Việt Nam, khi chúng ta bắt đầu có những máy điện thoại di động sử dụng công nghệ GSM 900 đầu tiên vào những năm 1993 đã đánh dấu một bước phát tri ển vượt bậc về công nghệ Viễn thông của đất nước. Các thuê bao di động tại Việt Nam sử dụng dịch vụ thoại truyền thống với tốc độ bit là 13Kbit/s và truyền số liệu với tốc độ 9,6 kbit/s. Các nhà khai thác GSM trên thế giới đang đứng trước một số giải pháp để có được dịch vụ số liệu truyền tốc độ cao qua mạng thông tin di động hiện có c ủa họ và đang nghiên cứu kế hoạch để chuyển đổi lên công nghệ 3G. Có hai hướng để lựa chọn : một là có thể nâng cấp mạng của họ lên thẳng CDMA (Đa truy nhạp phân chia theo mã) hay nâng cápp lên để có dịch vụ GPRS (General Packet Radio Service – Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp), E – GPRS (Enhanced GPRS – Dịch vụ GPRS nâng cao) và sau đó thì sẽ đầu tư, nâng cấp để loại dần công nghệ GSM tiến lên công nghệ W-CDMA (Đa truy nhập phân kênh theo mã băng rộ ng). Đối với các nhà khai thác, không thể có được việc nâng cấp thẳng lên công nghệ W-CDMA với các giải pháp đơn giản và chi phí chấp nhận được. Quá trình nâng cấp là một quá trình phức tạp, yêu cầu các phần tử mạng mới và các máy đầu cuối mới. Do vậy, vấn đề cần cân nhắc ở đây chính là các khía cạnh về kinh tế và kỹ thuật cho việc nâng cấp, buộc các nhà khai thác phải suy tính. Chính vì vậy, GPRS là sự lựa chọn c ủa các nhà khai thác GSM như một bước chuẩn bị về cơ sở hạ tầng kỹ thuật, để tiến lên công nghệ thông tin di động thế hệ thứ 3. http://www.ebook.edu.vn §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS Chu ót thËm – 05btt-07®t Giải pháp GPRS cho hệ thống GSM đã trở thành hiện thực năm 1999. Giống như HSCSD, GPRS cung cấp các dịch vụ số liệu tốc độ cao hơn cho người sử dụng di động. Tuy nhiên dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, GPRS phù hợp với bản chất bùng nổ đột ngột cao của hầu hết các ứng dụng số liệu hơn công nghệ chuyển mạch kênh HSCSD, nó lý tưởng hơn cho các dịch vụ truy nhập cơ sở dữ liệu và thư điện tử, thí dụ những người sử dụng không muốn trả cứoc phí cuộc gọi cao cho các bản tin ngắn. GPRS cũng cho phép người sử dụng nhận các cuộc gọi số liệu. Các tin nhắn cũng được phân phát trực tiếp đến điện thoại của người sử dụng, them chí không cần kết nối từ đầu cuố i đến đầu cuối một cách liên tục. Khi bật máy điện thoại, người sử dụng nhận được một thông báo là họ đang có một tin nhắn. Họ có thể chọn các thông báo tải về ngay lập tức hay cất đi để xem sau. GPRS cũng cung cấp việc thiết lập cuộc gọi nhanh hơn HSCSD và kết nối với mạng sử dụng giao thức IP hiệu quả hơn, bao gồ m các mạng Intranet của công ty và các mạng LAN, cũng như Internet. Thông qua việc kết hợp các khe thời gian TDMA khác nhau, GPRS có thể điều khiển tất cả các kiểu truyền dẫn từ các mẫu tin ngắn tốc độ thấp đến các tốc độ cao hơn cần cho việc xem xét các trang Wed. GPRS cung cấp tốc độ số liệu gói cao hơn 100 kbit/s. Tốc độ tối đa là 171,2 kbit/s qua 8 kênh 21,4 kbit/s (sử dụng mã hoá CS-4). http://www.ebook.edu.vn §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS  Chu ót thËm – 05btt-07®t ‐ 1 - TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM 1.1. Hệ thống thông tin di động toàn cầu (GSM) GSM trước đây được biết như Groupe Spécial Mobile (nhóm di động đặc biệt), là nhóm đã phát triển nó, được thiết kế từ sự bắt đầu như một dịch vụ tế bào số quốc tế. Giao tiếp vô tuyến của GSM dựa trên công nghệ TDMA. Ý định ban đầu là các thuê bao GSM có khả năng di chuyển qua các biên giới quốc gia sẽ nhận được các dịch vụ di động và các tính nă ng đi theo cùng với họ. Kiểu GSM của Châu Âu hiện nay hoạt động ở tần số 900 MHz cũng như tần số 1800 MHz. Ở Bắc Mỹ, GSM sử dụng cho dịch vụ PCS 1900 tại vùng đông bắc California và Nevada. Do PCS 1900 sử dụng tần số 1900 MHz, nên các điện thoại không có khả năng kết nối hoạt động với điện thoại GSM hoạt động trong các mạng ở tần số 900 MHz hay 1800 MHz. Tuy nhiên vấn đề này có thể khắc phục được với các máy điện thoại đa băng hoạt động trong nhiều tần số. Vào đầu năm 1980, thị trường hệ thống điện thoại tế bào tương tự đã phát triển rất nhanh ở Châu Âu. Mỗi một nước đã phát triển một hệ thống tế bào độc lập với các hệ thống của các nướ c khác. Sự phát triển không được hợp tác của các hệ thống thông tin di động quốc gia có nghĩa là sẽ không có khả năng cho thuê bao sử dụng cùng một máy di động cầm tay khi di chuyển trong Châu Âu. Không chỉ các thiết bị di động bị http://www.ebook.edu.vn §å ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS  Chu ót thËm – 05btt-07®t ‐ 2 - hạn chế khai thác trong biên giới quốc gia, mà còn có một thị trường rất hạn chế đối với mỗi kiểu thiết bị, vì thế tiết kiệm chi phí có thể không thực hiện được. Ngoài một thị trường trong nước đầy đủ với các mẫu chung, có thể không có một nhà chế tạo nào cạnh tranh được trên thị trường thế giới. Hơn nữa, chính phủ các nước nhận thức rõ là các hệ thống thông tin không tương thích có thể cản trở tiến trình để đạt được một tầm nhìn chiến lược của họ về một Châu Âu với nền kinh tế thống nhất. Với những cân nhắc nêu trên, hội nghị điện thoại điện báo gồm 26 quốc gia Châu Âu (CEPT) đã thành lập một nhóm nghiên cứu gọi là Groupe Speciale Mobile vào năm 1982 để nghiên cứu và phát triển một hệ thống thông tin liên Châu Âu. Đến n ăm 1986 tình hình trở nên khả quan hơn vì một số mạng tế bào tương tự hiện tại có thể sử dụng hết dung lượng vào năm 1990. CEPT khuyến nghị rằng hai khối tần số trong băng tần 900 MHz được dự trữ cho hệ thống mới. Tiêu chuẩn GSM chỉ rõ các băng tần từ 890 đến 915MHz cho băng thu và từ 935 đến 960 MHz cho băng phát với mỗi băng được chia thành các kênh 200 KHz. Hệ thố ng thông tin di động được CEPT đưa ra đã đáp ứng được các tiêu chuẩn như sau: - Cung cấp âm thoại chất lượng cao. - Hỗ trợ chuyển vùng quốc tế. - Hỗ trợ các thiết bị đầu cuối cầm tay. - Hỗ trợ một loạt các dịch vụ và các thiết bị mới. - Cung cấp hiệu quả phổ tần số. - Cung cấ p khả năng tương thích với ISDN. - Cung cấp với chi phí dịch vụ và đầu cuối thấp. Vào năm 1989, việc phát triển các đặc tính kỹ thuật của GSM đã được chuyển từ CEPT đến Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI). [...]... http://www.ebook.edu.vn 7 - Đồ án tốt nghiệp: Mạng di động GSM v công nghệ GPRS Ngoi ra cũn cú phng phỏp truy nhp theo khụng gian SDMA Mng GSM s dng phng phỏp TDMA kt hp FDMA http://www.ebook.edu.vn Chu út thậm 05btt-07đt 8 - Đồ án tốt nghiệp: Mạng di động GSM v công nghệ GPRS CHNG 2: CU TRC H THNG THễNG TIN DI NG GSM 2.1 Cu trỳc h thng H thng thụng tin di ng gm nhiu phn t chc nng Mng GSM c phõn chia thnh cỏc phõn... h thng thụng tin di ng GSM: http://www.ebook.edu.vn Chu út thậm 05btt-07đt 5 - Đồ án tốt nghiệp: Mạng di động GSM v công nghệ GPRS 890 Mhz 200 Khz 25 Mhz 935 Mhz 25 Mhz 1710 Mhz 915 Mhz GSM mở 927 Mhz rộng 1785 Mhz 960 Mhz 1880 Mhz Băng tần lên (Từ MS - BTS) 915 Mhz 200 Khz 882 Mhz DSC 1805 Mhz Băng tần xuống (Từ BTS - MS) 960 Mhz Hỡnh 1.1- Bng tn c bn v m rng ca GSM H thng GSM lm vic trong bng tn... tốt nghiệp: Mạng di động GSM v công nghệ GPRS ETSI c thnh lp vo nm 1988 thit lp cỏc tiờu chun vin thụng cho Chõu u v hp tỏc vi cỏc t chc tiờu chun khỏc, cỏc lnh vc liờn quan n truyn hỡnh v cụng ngh thụng tin vn phũng ESTI ó n bn cỏc c tớnh k thut giai on 1 ca GSM vo nm 1990 Dch v thng mi ó bt u vo gia nm 1991 n nm 1993 ó cú 36 mng GSM ti 22 nc, v thờm 25 nc ó la chn hoc bt u GSM T ú, GSM ó c chp... Chc nng cỏc phn t trong mng GSM 2.2.1 Phõn h chuyn mch NSS http://www.ebook.edu.vn Chu út thậm 05btt-07đt 10 - Đồ án tốt nghiệp: Mạng di động GSM v công nghệ GPRS Phõn h chuyn mch bao gm cỏc chc nng chuyn mch chớnh ca GSM cng nh cỏc c s d liu cn thit cho s liu thuờ bao v qun lý di ng ca thuờ bao Chc nng chớnh ca h thng chuyn mch l qun lý thụng tin gia nhng ngi s dng mng GSM v cỏc mng khỏc Trung tõm... chp nhn Nam Phi, c, v rt nhiu nc vựng Trung ụng v Vin ụng Ti Bc M, GSM c dựng thc hin PCS n cui nm 1998 ó cú 323 mng GSM 118 nc phc v cho 138 triu thuờ bao, n nay ó cú hn 2 t ngi dựng trờn 212 quc gia v vựng lónh th H thng GSM c gi l h thng thụng tin di ng ton cu (Global System for Mobilephone communications) Mng thụng tin di ng GSM l mng thụng tin di ng s Cellular gm nhiu ụ (cell) Cell l n v nh... http://www.ebook.edu.vn Chu út thậm 05btt-07đt 3 - Đồ án tốt nghiệp: Mạng di động GSM v công nghệ GPRS Thụng thng, mt cuc gi di ng khụng th kt thỳc trong mt cell nờn h thng thụng tin di ng cellular phi cú kh nng iu khin v chuyn giao (handover) cuc gi t cell ny sang cell lõn cn m cuc gi c chuyn giao khụng b giỏn on 1.2 Cỏc chc nng ca h thng GSM Cỏc c tớnh ch yu ca h thng GSM nh sau: Cú th phc v c mt s ln cỏc dch v v tin... v trong GSM vi cỏc dch v ca mng sn cú: * PSTN Publich Switched Telephone Network (Mng in thoi chuyn mch cụng cng) http://www.ebook.edu.vn Chu út thậm 05btt-07đt 4 - Đồ án tốt nghiệp: Mạng di động GSM v công nghệ GPRS * ISDN Integrated Service Digital Network (mng s t hp dch v) bi cỏc giao din theo tiờu chun chung Cho phộp cỏc thuờ bao lu ng (roaming) cỏc nc vi nhau cựng s dng h thng GSM mt cỏch... trỡnh bỏo hiu gia MS v h thng TMSI s thay i khi MS cp nht li v trớ http://www.ebook.edu.vn Chu út thậm 05btt-07đt 16 - Đồ án tốt nghiệp: Mạng di động GSM v công nghệ GPRS CHNG 3: MNG BO HIU V CC KHA CNH MNG 3.1 Cỏc giao thc bỏo hiu trong h thng GSM Mng thụng tin di ng GSM s dng h thng bỏo hiu s 7 (bỏo hiu kờnh chung) thit lp, giỏm sỏt v gii phúng cuc gi Bỏo hiu s 7 l mng d liu chuyn mch gúi c thit k... TUP PSTN EIR HLR GMSC MAP R2 National VLR ISUP BSSMAP (part of BSSAP) DTAP (part of BSSAP) Abis MS Um Hình 3.1: Các giao thức báo hiệu trong mạng GSM Cỏc giao thc gia BSC-BTS-MS http://www.ebook.edu.vn Chu út thậm 05btt-07đt 17 - Đồ án tốt nghiệp: Mạng di động GSM v công nghệ GPRS Cỏc giao thc ny s dng trong cỏc giao din Um v Abis theo chun ca ETSI Cỏc giao thc ny h tr cỏc chc nng ca BTS v BSC nh... duy nht trong ton h thng GSM IMSI c s dng MS truy nhp vo c s d liu C s d liu cha cỏc thụng tin sau: - Thụng tin thuờ bao dch v thoi v phi thoi mang (bearer service) - Gii hn dch v (gii hn roaming) - Cỏc dch v h tr HLR cha cỏc thụng s ca dch v ny; tuy nhiờn nú cũn cú th c lu trong card thuờ bao http://www.ebook.edu.vn Chu út thậm 05btt-07đt 12 - Đồ án tốt nghiệp: Mạng di động GSM v công nghệ GPRS Nh . dịch vụ GPRS (General Packet Radio Service – Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp), E – GPRS (Enhanced GPRS – Dịch vụ GPRS nâng cao) và sau đó thì sẽ đầu tư, nâng cấp để loại dần công nghệ GSM tiến. ¸n tèt nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS Chu ót thËm – 05btt-07®t Giải pháp GPRS cho hệ thống GSM đã trở thành hiện thực năm 1999. Giống như HSCSD, GPRS cung cấp các dịch vụ. nghiÖp: M¹ng di ®éng GSM vμ c«ng nghÖ GPRS Chu ót thËm – 05btt-07®t MỤC LỤC Chương 1: Giới thiệu về mạng thông tin di động GSM 1 1.1 Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM 1 1.2 Các chức