TRUNG TÂM HẠ TẦNG MẠNG
MIỀN TRUNG
TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI
ĐỘNG GSM 2G

1


Định nghĩa GSM
GSM là viết tắt của từ " The Global System for
Mobile
Communication" - Mạng thơng tin di động tồn
cầu.
- GSM là tiêu chuẩn chung cho các thuê bao di
động di chuyển giữa các vị trí địa lý khác nhau
mà vẫn giữ được liên lạc.


Công nghệ của mạng GSM
Các mạng điện thoại GSM sử dụng công nghệ
TDMA
- TDMA là viết tắt của từ " Time Division
Multiple Access " - Phân chia các truy cập theo
thời gian .
Đây là công nghệ cho phép các máy di động có
thể sử dụng chung 1 kênh để đàm thoại, mỗi
máy sẽ sử dụng 1 khe thời gian để truyền và
nhận thông tin


 Dải tần:

• GSM 900:

890 – 915 MHz:
Uplink (MS transmit)
935 - 960 MHz:
Downlink (MS receive)
ARFCN: 1-124
• GSM 1800:

1710 - 1885 MHz: Uplink
1805 - 1880 MHz: Downlink
ARFCN: 512 - 885
 Carrier bandwidth:
 Channels / carrier:

200 kHz
8


•

Mạng thông tin di động 2G hoạt động ở dải tần 900MHz, 1800MHz,
1900MHz. Ở mỗi dải tần, giữa tần số thu và phát được cách nhau bởi dải
tần bảo vệ để tránh nhiễu. Dải tần hoạt động của mạng GSM cụ thể như
sau:
Hệ thống

Dải tần hoạt động


Băng tần thu

Băng tần phát

GSM900

900 MHz

890-915 MHz

935-960 Mhz

EGSM900

900 MHz

880-915 MHz

925-960 Mhz

DCS 1800

1800 MHz

1710-1785 MHz

1805-1880 Mhz

PCS 1900


1900 MHz

1850-1910 MHz

1930-1990 Mhz

5
5


GSM 900 MHz: 890-915/935-960 MHz
Channel No.
Operator

1
42
Vinaphone

43
83
Viettel

84

124
VMS

GSM 1800 MHz: 1710-1785/1805- 1880 MHz
Channel
No.

Operator

512 611
Vinaphone

612
711
VMS

712
811
Viettel

812 885
Gtel

3G-WCDMA : 1920-1980/2110-2170 Mhz
UARFCN
No.
9613 9638 9663
Operator
VMS

9688 9713 9738
Viettel

9763 9788 9813 9838 9863 9888
EVN+HTC
VNP 


6


45 MHz

1

2

3

78
78
6
6
5
5
4
4
3
3
2
2
44 1
123 124 1

1 2

3


4

123124

200 kHz

890 MHz
MS transmit

915 MHz

935 MHz
MS receive

960 MHz


 GSM sử dụng TDMA bên trong mỗi sóng mang.
 Mỗi user chiếm mỗi time slot (TS) trên mỗi khung TDMA
 8 slots trên mỗi frame


• 1. Các phần tử trong mạng di động GSM:
• Mạng di động mặt đất cơng cộng (PLMN) có cấu trúc hệ
thống gồm có các hệ thống con như sau:
• 1.1. Hệ thống con trạm gốc (BSS): gồm có các phần
tử sau:
• 1.1.1. BSC (Base Station Controler - Bộ điều khiển trạm
gốc): BSC thực hiện hầu hết các chức năng điều khiển
BSS quan trọng nhất. Chúng cũng thực hiện các chức

năng xử lý vô tuyến như quản lý tài nguyên vô tuyến,
quản lý kênh vô tuyến, quản lý các kết nối cục bộ... Một
hoặc nhiều BSC được kết nối đến một MSC. Một BSC
có thể giám sát và điều khiển một hoặc nhiều trạm thu
phát vô tuyến (BTS).
9


10


• 1.1.2. BTS (Base Transceiver Station - Trạm thu phát vơ tuyến
BTS):
• Trạm thu phát gốc BTS bao gồm hệ thống anten, bộ khuếch đại
công suất vô tuyến và tất cả các thiết bị cần thiết để xử lý tín hiệu
số. Trạm thu phát vô tuyến là phần tử đầu tiên trong mạng giao tiếp
với MS.
• Về phương diện phủ sóng, nhờ sự bức xạ điện từ của hệ thống
anten tạo ra vùng phủ sóng của trạm xung quanh trạm BTS (cell).
Các thuê bao di động trong vùng phủ sóng có thể sử dụng được
các dịch vụ của mạng. Vùng phủ sóng của một trạm BTS phụ thuộc
nhiều yếu tố như cơng suất phát của trạm, đặc tính anten (độ cao,
góc ngẩng, độ rộng búp sóng, độ lợi anten), mơi trường truyền sóng
(địa hình, thời tiết...)...

11


12



Bố trí các thiết bị trong phịng
13


•
•

•

•
•

•

Tùy thuộc vào loại anten mà ta có các loại BTS sau:
+ BTS loại Omni: là BTS sử dụng hệ thống Anten Omni (đẳng hướng), bức xạ
điện trường công suất như nhau tại tất cả các hướng (tức là trong điều kiện lý tưởng,
tại các điểm có cùng bán kính sẽ có mức thu như nhau). Tuy nhiên trên thực tế, vấn
đề này còn tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố như: địa hình, chướng ngại vật... nên mức thu
tại các điểm có cùng bán kính khơng bằng nhau.
+ BTS loại Sector: là BTS sử dụng hệ thống Anten sector (định hướng), bức xạ
công suất theo một hướng xác định. Điều này có nghĩa là: tại các khu vực nằm theo
hướng phủ sóng của Anten sẽ có mức thu tốt nhất. Tuy nhiên trên thực tế vấn đề này
còn tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố như: địa hình, chướng ngại vật...
Các đặc tính kỹ thuật cơ bản của anten:
+ Phân cực anten: phân cực của các sóng được phát và/ hoặc thu bởi anten phụ
thuộc vào hướng vật lý của nó đối với mặt đất. Lưỡng cực được đặt dọc sẽ tạo các
sóng phân cực dọc và lưỡng cực ngang sẽ tạo ra các sóng phân cực ngang. Các
sóng được phân cực dọc sẽ không được nhận bởi anten ngang và ngược lại. Phân

cực dọc danh định được triển khai cho GSM. Tuy nhiên trong thực tế các anten máy
đầu cuối di động hiếm khi được giữ hoặc được gắn dọc thật sự vì thế các sóng đến
gồm các thành phần cả phân cực dọc và phân cực ngang.
+ Độ lợi anten: độ lợi anten đạt được nhờ anten tập trung năng lượng trong một
hướng cụ thể thay vì đẳng hướng.
14


• 1.1.3. TRAU (Transcoding and Rate Adaption Unit – Bộ chuyển
đổi mã và tương thích tốc độ):
• TRAU có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu của mạng GSM (16Kbit/s)
thành dạng tín hiệu 64kbit/s PCM dùng trong mạng điện thoại cố
định và ngược lại. Đồng thời nó thực hiện việc chuyển đổi giữa các
thuật toán mã hoá thoại khác nhau ở phần chuyển mạch và phần
vơ tuyến.
• 1.1.4. PCU (Packet Control Unit – Bộ điều khiển gói)
• PCU là bộ xử lý tương thích giao tiếp cho phép truy cập đến mạng
gói. PCU giao tiếp với BSC về phía GSM và giao tiếp với SGSN về
phía mạng gói. PCU nhận các gói đường lên nhỏ mang dữ liệu
người dùng từ MS thơng qua BSS và tạo nên các gói lớn hơn gửi
đến SGSN. Tại đường xuống, PCU thực hiện chức năng ngược lại
là nhận các gói đường xuống từ SGSN và chuyển đổi các gói này
thành các gói nhỏ hơn để gửi đến MS thông qua BSS.

15


• 1.1.5. Máy di động (MS - Mobile Station): là thiết bị dùng để truy
cập vào mạng qua giao tiếp vơ tuyến. Một MS gồm hai thành phần
chính độc lập:

• + Máy di động (ME): có các chức năng xử lý vô tuyến và một giao
tiếp đến người sử dụng và thiết bị đầu cuối khác. Mỗi ME có một
mã nhận diện riêng đơn nhất đó là IMEI (International Mobile
Equipment Identity). Số IMEI được cấp phát bởi nhà sản xuất thiết
bị.
• Nhà khai thác mạng sử dụng IMEI để quản lý trong các thanh ghi
chứa danh sách, các số IMEI được phân loại gồm:
•
>> White list: gồm các số IMEI của các đầu cuối được phép sử
dụng;
•
>> Black list: gồm các số IMEI của các đầu cuối không được phép
sử dụng.
•
>> Grey list: gồm các số IMEI của các đầu cuối không bị ngăn
chặn nhưng được theo dõi bởi mạng.
16


• + SIM: là một card thông minh dùng để nhận dạng đầu cuối. SIM
lưu trữ các thông tin liên quan đến thuê bao di động, các dịch vụ
GSM và các thông tin liên quan đến PLMN. Tất cả các thuật toán
mật mã được lưu giữ trên SIM một cách tin cậy cho phép thực hiện
các chức năng quan trọng như nhận thực và mật mã dữ liệu người
dùng dựa trên số nhận diện IMSI (International Mobile Subscriber
Identity) và các khóa bí mật. Ngồi ra, SIM có thể lưu giữ các bản
tin SMS và danh sách các số điện thoại. Bên cạnh đó, SIM cịn có
thể lưu giữ các dữ liệu liên quan đến mạng như danh sách các tần
số sóng mang BCCH (Broadcast Control Channel) để phát quảng
bá thơng tin hệ thống một cách định kỳ cũng như số nhận dạng LAI

(Local Area Identity) hiện tại. Nhờ sử dụng SIM mà toàn bộ MS
được bảo vệ với số PIN (Personal Identification Number) để chống
lại các truy cập không được phép.

17


• 1.2. Hệ thống con chuyển mạch SS (Switching
subsystem):
• Hệ thống chuyển mạch SS thực hiện việc xử lý cuộc gọi
và chứa các chức năng liên quan đến thuê bao di động.
SS bao gồm các khối chức năng chính sau:
•
- Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động MSC.
•
- Thanh ghi định vị thường trú HLR.
•
- Thanh ghi định vị tạm trú VLR.
•
- Trung tâm nhận thực AUC.
•
- Thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR.

18


•
•

•

•
•
•
•
•
•
•
•

1.2.1. MSC (Mobile Services Switching Centre):
Tổng đài chuyển mạch dịch vụ di động là trung tâm chuyển mạch chính, thực hiện
nhiệm vụ quản lý, thiết lập, định tuyến và giám sát các cuộc gọi đi/đến thuê bao di
động. Tổng đài chuyển mạch dịch vụ cũng cung cấp giao diện giữa mạng di động
GSM và các mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PSTN, giữa mạng di động
GSM với các mạng di động PLMN khác và được gọi là tổng đài cổng (GMSC).
MSC thường kết hợp với VLR để tạo thành MSC/VLR. MSC/VLR có các nhiệm vụ
sau:
+ Các chức năng thiết lập và điều khiển cuộc gọi, kể cả các dịch vụ phụ trợ;
+ Các chức năng xử lý cuộc gọi thoại liên tục không gián đoạn cho các thuê bao di
chuyển (handover – chuyển giao);
+ Các chức năng cập nhật vị trí của thuê bao di động (cập nhật và xóa vị trí) trong
các thanh ghi vị trí khác nhau.
+ Các chức năng cập nhật dữ liệu thuê bao di động;
+ Các chức năng liên quan đến an ninh mà thực hiện nhận thực, mật mã, cấp phát/
cấp phát lại và phân tích TMSI;
+ Các chức năng kiểm tra IMEI;
+ Các chức năng nhận và gửi các bản tin ngắn (SMS) đến và từ thuê bao MS.
+ Các chức năng ghi cước.

19



• 1.2.2. VLR (Visitor Location Register):
• VLR là cơ sở dữ liệu chứa thông tin thuê bao đang lưu trú trong
phạm vi phục vụ của MSC/VLR. Thông tin này được lưu tạm thời tại
VLR cho đến khi thuê bao di chuyển sang vùng thuộc VLR khác
quản lý. VLR thường được hợp nhất với tổng đài MSC và được gọi
chung là MSC/VLR.
• Các thơng tin về th bao lưu giữ trong VLR như vùng định vị
(location area). Ngồi ra VLR cịn chứa các thông tin khác cần thiết
cho xử lý các cuộc gọi vào/ra:
• + Mobile Station Roaming Number;
• + Temporary Mobile Subscriber Identity, nếu có thể;
• + Dữ liệu về các dịch vụ bổ sung của thuê bao.

20


•
•

•
•
•

•
•
•
•
•

•
•
•

1.2.3. HLR (Home Location Register):
HLR là cơ sở dữ liệu dùng để lưu trữ và quản lý thuê bao. Trong một mạng di động
có thể có một hoặc nhiều HLR. Các thuê bao được khai báo thông tin đăng ký ban
đầu trong một HLR nào đó. Đối với mỗi thuê bao di động, HLR chứa dữ liệu thuê bao
thường xuyên gồm:
+ Các số được kết hợp nhau: MSISDN và IMSI;
+ Danh sách các dịch vụ mà thuê bao được phép sử dụng;
Ngồi ra HLR cịn lưu trữ và cập nhật dữ liệu động về mỗi thuê bao như vị trí
thuê bao (vị trí thuê bao là địa chỉ VLR mà thuê bao đang tạm trú), các dịch vụ được
đăng ký hoặc được kích hoạt bởi thuê bao hay bởi nhà khai thác như chuyển cuộc
gọi hoặc chặn cuộc gọi đối với các loại cuộc gọi cụ thể.
HLR có các chức năng chính sau:
+ Việc kết nối của các thuê bao di động và việc xác định dữ liệu thuê bao tương ứng.
+ Khai báo các dịch vụ cơ bản;
+ Đăng ký/xóa các dịch vụ phụ trợ;
+ Thẩm tra trạng thái các dịch vụ phụ trợ;
+ Các chức năng phân tích các số thuê bao di động (MSISDN, IMSI) và các loại địa
chỉ khác;
+ Xử lý việc nhận thực và mật mã dữ liệu cho các thuê bao di động kể cả thông tin
đến trung tâm nhận thực;
+ Các chức năng thông tin với GMSC và VLR;
21


•
•


•
•
•
•
•

•

1.2.4. Trung tâm nhận thực AUC (Authentication Center):
Vì kênh vơ tuyến có thể bị truy cập bởi bất cứ người nào, việc nhận thực người sử
dụng để xác định xem thuê bao có được quyền truy cập mạng và thực hiện cuộc gọi
hay không.
Trung tâm nhận thực (AUC) là cơ sở dữ liệu lưu trữ các dữ liệu sau:
+ Số ngẫu nhiên (RAND);
+ Số SRES;
+ Khóa mật mã.
Ba loại dữ liệu này còn được gọi là bộ ba (triplet) nhận thực. AUC tạo ra và
cung cấp một hoặc vài bộ ba nhận thực cho mỗi số IMSI cụ thể khi HLR yêu cầu.
HLR gửi các bộ ba nhận thực này đến VLR phục vụ. Mỗi khi MS thực hiện cuộc gọi,
MSC có thể gửi số RAND đến MS để nhận thực SIM của thuê bao.
Việc nhận thực liên quan đến hai thực thể chức năng, thẻ SIM trong máy di
động và trung tâm nhận thực AUC. Mỗi thuê bao được cung cấp một khóa bí mật,
một được lưu trữ trong thẻ SIM và một bản sao của khóa bí mật này được lưu trữ
trong AUC. Trong quá trình nhận thực, AUC tạo ra một số ngẫu nhiên và gửi đến
thuê bao di động. Cả hai thuê bao di động và AUC cùng sử dụng số ngẫu nhiên này
cùng với khóa bí mật của th bao và thuật tốn mật mã A3 để tạo ra số SRES
(signed response). Số SRES này được gửi trở lại AUC. Nếu số SRES này bằng với
số SRES được tính tốn bởi AUC, th bao được nhận thực.


22


• 1.2.5. EIR (Equipment Identity Register):
• EIR là cơ sở dữ liệu chứa thông tin về các loại đầu cuối và các mã
nhận dạng thiết bị đầu cuối di động (IMEI – International Mobile
Equipment Identity). Mỗi IMEI là đơn nhất. EIR kiểm tra việc nhận
dạng thiết bị đầu cuối di động để ngăn chặn việc sử dụng máy lấy
trộm hoặc máy khơng được phép sử dụng.
• Các trạng thái của máy đầu cuối được lưu trữ trong thanh ghi EIR
như sau:
• + White-listed: đầu cuối được phép để kết nối đến mạng.
• + Grey-listed: đầu cuối đang được theo dõi bởi mạng.
• + Black-listed: đầu cuối được thơng báo bị mất trộm hoặc loại đầu
cuối không được chấp nhận. Đầu cuối không được phép kết nối
đến mạng.

23


•
•
•
•
•
•
•
•
•


•
•

1.3. Hệ thống con chuyển mạch dịch vụ GPRS (GSS – GPRS Switching
Subsystem): gồm có các phần tử sau:
- SGSN (Serving GPRS Support Node): Là một nút chuyển mạch gói cho
thuê bao di động sử dụng dịch vụ GPRS, gồm có các chức năng chính sau:
+ Định tuyến các gói dữ liệu đi từ MS và đến MS. Ngoài ra, SGSN cịn nhận
và thực hiện các u cầu tìm gọi MS từ MSC/VLR.
+ Quản lý lưu động: theo dõi trạng thái và vị trí hiện thời của từng thuê bao
trong vùng phục vụ.
+ Mã hoá và nén dữ liệu.
+ Lưu số liệu cước.
- GGSN (Gateway GPRS Support Node): là một nút chuyển mạch gói, gồm
có các chức năng chính sau:
+ Giao tiếp với mạng số liệu chuyển mạch gói bên ngoài.
+ Chức năng mỏ neo: do các giao thức trong mạng chuyển mạch gói khơng
hỗ trợ tính năng roaming của thuê bao di động nên GGSN có tác dụng như
một mỏ neo khi thuê bao roaming từ SGSN này sang SGSN khác.
+ Quản lý phiên.
+ Lưu số liệu cước.
24


• 1.4. Hệ thống con khai thác và quản lý OMS–
Operation and mainternance Subsystem:
• OMS cung cấp chức năng điều khiển tập trung mạng
GSM. OMC có khả năng truy cập và giám sát đến cả 2
phần: phần chuyển mạch (thông qua MSC), phần vô
tuyến BSS (thông qua BSC). OMC thực hiện các chức

năng quản lý cấu hình, quản lý chất lượng mạng, xử lý
các cảnh báo, các chức năng khai thác và bảo dưỡng
mạng.

25