®¹i häc quèc gia hµ néi
Tr-êng ®¹i häc c«ng nghÖ





HOÀNG VĂN CƯỜNG



ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ VÙNG PHỦ SÓNG VÀ
CÁC CHỈ TIÊU CỦA HỆ THỐNG GSM
BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐO SÓNG - DRIVE TEST





LUẬN VĂN THẠC SĨ










Hà Nội - 2008









®¹i häc quèc gia hµ néi
Tr-êng ®¹i häc c«ng nghÖ





HOÀNG VĂN CƯỜNG


ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ VÙNG PHỦ SÓNG VÀ
CÁC CHỈ TIÊU CỦA HỆ THỐNG GSM
BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐO SÓNG - DRIVE TEST




Ngành
: Công nghệ Điện tử - Viễn thông
Chuyên ngành
: Kỹ thuật Điện tử
Mã số
: 60 52 70


LUẬN VĂN THẠC SĨ


NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. Nguyễn Viết Kính





Hà Nội – 2008






- 4 -

MỤC LỤC
Trang
Danh sách các chữ viết tắt 7

Danh mục các hình vẽ, đồ thị 12
Danh mục các bảng 15
Mở đầu 16

CHƢƠNG 1 - HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM
1.1. Kiến trúc hệ thống thông tin di động GSM 17
1.2. Các thành phần và chức năng trong hệ thống GSM 17
1.2.1. Trạm di động MS 18
1.2.2. Phân hệ trạm gốc BSS 18
1.2.3. Phân hệ chuyển mạch SS 19
1.2.4. Phân hệ vận hành và bảo dưỡng OSS 22
1.3. Các loại kênh trong hệ thống GSM 23
1.3.1. Kênh vật lý 23
1.3.2. Kênh logic 24
1.4. Các mã nhận dạng sử dụng trong hệ thống GSM 26
1.4.1. Mã vùng định vị LAI 26
1.4.2. Các mã số đa dịch vụ toàn cầu 27
1.4.3. Mã nhận dạng toàn cầu CGI 27
1.4.4. Mã nhận dạng trạm gốc BSIC 27
1.4.5. Số thuê bao ISDN của máy di động 27
1.4.6. Mã số nhận dạng thuê bao di động quốc tế IMSI 28
1.4.7. Mã số nhận dạng thuê bao di động cục bộ LMSI 28
1.4.8. Mã số nhận dạng thuê bao di động tạm thời TMSI 28
1.4.9. Số vãng lai của thuê bao di động MSRN 28
1.4.10. Số chuyển giao HON 29
1.4.11. Mã số nhận dạng thiết bị di động quốc tế IMEI 29

CHƢƠNG 2 - CƠ SỞ THIẾT KẾ MẠNG VÀ QUY HOẠCH TẦN SỐ
2.1. Cấu trúc hệ thống thông tin di động trước đây 30
2.2. Hệ thống thông tin di động tế bào 30

2.3. Quy hoạch cell 31
2.3.1. Khái niệm tế bào (cell) 31
2.3.2. Kích thước cell và phương thức phủ sóng 32
2.3.3. Chia cell (cell splitting) 34
2.4. Quy hoạch tần số 39
2.4.1. Tái sử dụng lại tần số 39

- 5 -
2.4.2. Các mẫu tái sử dụng tần số 42
2.4.3. Thay đổi quy hoạch tần số theo phân bố lưu lượng 47
2.4.4. Thiết kế tần số theo phương pháp MRP 50
2.5. Antenna 56
2.5.1. Phân loại anten 56
2.5.2. Độ tăng ích anten 57
2.5.3. Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương EIRP 58
2.5.4. Độ cao và góc ngẩng của anten 58

CHƢƠNG 3 - ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ VÙNG PHỦ SÓNG
VÀ CÁC CHỈ TIÊU CỦA HỆ THỐNG GSM
3.1. Đặt vấn đề 61
3.2. Hiệu quả phủ sóng và nhiễu giao thoa đồng kênh trong hệ thống GSM……… 61
3.2.1. Tỷ số nhiễu giao thoa đồng kênh và kênh lân cận 61
3.2.2. Đánh giá hiệu quả phủ sóng 62
3.3. Đánh giá hiệu quả vùng phủ sóng 63
3.3.1. Xác định phạm vi phủ sóng 63
3.3.2. Đánh giá hiệu quả phủ sóng theo vùng 65
3.3.3. Đánh giá hiệu quả phủ sóng theo mức thu ngoài trời, trong nhà, trong xe. 67
3.4. Tỷ số nhiễu giao thoa đồng kênh và kênh lân cận 67
3.4.1. Đánh giá hiệu quả phủ sóng và C/I 67
3.4.2. Tỷ số can nhiễu kênh lân cận xa-gần 69

3.4.3. Tính dự trữ Fadinh (Fading Margin) 69
3.5. Các chỉ tiêu chất lượng kỹ thuật khác 72
3.5.1. Tỷ lệ thiết lập cuộc gọi thành công 72
3.5.2. Tỷ lệ cuộc gọi bị rớt 72
3.5.3. Tỷ lệ handover thành công 73
3.5.4. Chỉ số chất lượng thoại 73
3.5.5. Chất lượng tín hiệu vô tuyến 73
3.6. Kết luận 74

CHƢƠNG 4 - QUY TRÌNH ĐO SÓNG DRIVE TEST
CHO PHÉP TỐI ƢU HOÁ CÁC MẠNG GSM TẠI VIỆT NAM
4.1. Giới thiệu 75
4.2. Phạm vi áp dụng 75
4.3. Mục đích yêu cầu 75
4.4. Nội dung quy trình đo sóng Drive Test 75
4.4.1. Các bước chuẩn bị đo 76
4.4.2. Các thủ tục đo 78
4.4.3. Phân tích và báo cáo 78
4.4.4. Điều chỉnh và giám sát kết quả sau khi điều chỉnh 79

- 6 -
4.5. Các trường hợp điển hình 79
4.5.1. Không giải mã được kênh BCCH 79
4.5.2. Không giải mã được BSIC của các trạm khác 80
4.5.3. Không thực hiện được handover 81
4.5.4. Trễ handover 81
4.5.5. Ping pong handover 82
4.5.6. Handover sang cell yếu hơn 83
4.5.7. Vùng phủ sóng rộng hơn so với thiết kế 84
4.5.8. Vùng phủ sóng bị chồng lấn 85

4.5.9. Vùng phủ sóng không có cell vượt trội 85
4.5.10. Vùng phủ sóng yếu 86
4.5.11. Vùng phủ sóng không đúng hướng anten 87
4.5.12. Nhiễu tần số 88
4.5.13. Handover không thành công 88
4.5.14. Mất handover 89
4.5.15. Giảm đột ngột mức tín hiệu hướng Uplink 90
4.5.16. Rớt cuộc gọi 91
4.5.17. Giảm công suất đột ngột 92
4.5.18. Công suất MS tăng quá nhanh 93

CHƢƠNG 5 - CHƢƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG VÀ THU THẬP KẾT QUẢ ĐO
5.1. Sơ đồ kết nối trong hệ thống Drive Test 94
5.2. Chương trình mô phỏng và thu thập kết quả đo 94
5.2.1. Giao diện chính của chương trình 95
5.2.2. Các tính năng chính của chương trình 96
5.2.3. Một số kết quả thống kê sau khi chạy tính năng Report Generator 100
5.3. Mô phỏng tính năng play back kết qủa đo và phân tích một ví dụ 102

KẾT LUẬN 108
TÀI LIỆU THAM KHẢO 109
PHỤ LỤC 111

















- 7 -

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

A
AGCH Access Grant Channel Kênh cho phép truy nhập
ARFCN Absolute Radio Frequency Số kênh tần số vô tuyến tuyệt đối
Channel Number
AuC Authentication Center Trung tâm nhận thực

B
BCC Base Station Colour Code Mã mầu trạm thu phát vô tuyến gốc
BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá
BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá
BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bít
BS Base Station Trạm gốc
BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc
BSIC Base Station Identity Code Mã nhận dạng trạm gốc
BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc
BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát vô tuyến gốc

C

C/A Carrier to Adjacent Tỉ số sóng mang trên nhiễu kênh
lân cận
CC Country Code Mã quốc gia
CCCH Common Control Channel Kênh điều khiển chung
CCH Control Channel Kênh điều khiển
CCS7 Common Channel Signalling N
o
7 Báo hiệu kênh chung số 7
CCITT International Telegraph and Uỷ ban tư vấn quốc tế về điện thoại
Telephone Consultative và điện báo
Committee
Cell Cellular Ô (tế bào)
CGI Cell Global Identity Mã nhận dạng tế bào toàn cầu
CI Cell Identity Nhận dạng ô (xác định vùng LA)

- 8 -
C/I Carrier to Interference Tỉ số sóng mang trên nhiễu đồng kênh
CSSR Call Setup Successful Rate Tỉ lệ thiết lập cuộc gọi thành công

D
DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dành riêng
DCR Dropped Call Rate Tỷ lệ cuộc gọi bị rớt
DL Downlink Đường xuống
DTX Discontinuous Transmission Phương pháp phát gián đoạn

E
EIR Equipment Identification Thanh ghi nhận dạng thiết bị
Register
EIRP Equipvalent Isotropic Công suất bức xạ đẳng hướng
Radiated Power tương đương


F
FAC Final Assembly Code Mã xác định nơi sản xuất
FACCH Fast Associated Control Channel Kênh điều khiển liên kết nhanh
FCCH Frequency Correction Channel Kênh hiệu chỉnh tần số

G
GMSC Gateway MSC Tổng đài di động cổng

GoS Grade of Service Cấp độ phục vụ
GSM Global System for Mobile Hệ thống thông tin di động toàn cầu
Communications

H
HLR Home Location Register Thanh ghi định vị thường trú
HON Handover Number Số chuyển giao
HSR Handover Succesful Rate Tỷ lệ chuyển giao thành công


- 9 -
I
IMEI International Mobile Equipment Mã số nhận dạng thiết bị di động
Identity quốc tế
IMSI International Mobile Số nhận dạng thuê bao di động
Subscriber Identity quốc tế
ISDN Integrated Service Digital Mạng số đa dịch vụ
Network

K
KPI Key Performance Indicators Các chỉ thị về hiệu suất khoá


L
LAC Location Area Code Mã vùng định vị
LAI Location Area Identifier Số nhận dạng vùng định vị
LMSI Location Mobile Subcriber Mã số nhận dạng thuê bao di động
Identity cục bộ

M
MCC Mobile Country Code Mã quốc gia của mạng di động
ME Mobile Equipment Thiết bị di động
MNC Mobile Network Code Mã mạng di động
MRP Multiple Reuse Patterns Tái sử dụng lại nhiều mẫu
MS Mobile Station Trạm di động
MSC Mobile Switching Center Tổng đài di động
MSIN Mobile Subcriber Identification Số nhận dạng thuê bao trạm di
Number động
MSISDN Mobile Station ISDN Number Số ISDN của trạm di động
MSRN MS Roaming Number Số vãng lai của thuê bao di động

N
NCC Network Colour Code Mã mầu mạng di động
NDC National Destination Code Mã mạng GSM

- 10 -
O
OSS Operation and Support Phân hệ vận hành và bảo dưỡng
Subsystem
OMC Operation & Maintenance Center Trung tâm vận hành và bảo dưỡng

P

PCH Paging Channel Kênh tìm gọi
PIN Personal Identify Number Số nhận dạng cá nhân
PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng
PSTN Public Switched Telephone Mạng điện thoại chuyển mạch công
Network cộng

R
RACH Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên
Rx Receiver Máy thu

S
SACCH Slow Associated Kênh điều khiển liên kết chậm
Control Channel
SCH Synchronous Channel Kênh đồng bộ
SDCCH Stand Alone Dedicated Kênh điều khiển dành riêng
Control Channel đứng một mình (độc lập)
SIM Subscriber Identity Modul Mô đun nhận dạng thuê bao
SN Subscriber Number Số thuê bao
SNR Serial Number Số serial
SQI Speech Quality Index Chỉ số chất lượng thoại
SS Switching Subsystem Phân hệ chuyển mạch

T
TAC Type Approval Code Mã chứng nhận loại thiết bị
TCH Traffic Channel Kênh lưu lượng
TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo

- 11 -
thời gian
TMN Telecommunications Quản lý mạng viễn thông

Management Network
TMSI Temporaly Mobile Subcriber Mã số nhận dạng thuê bao di động
Identity tạm thời
TRAU Transcoder/Rate Adapter Unit Bộ chuyển mã và thích ứng tốc độ
TRX Tranceiver Bộ thu - phát
VLR Visitor Location Register Thanh ghi định vị tạm trú

U
UL Uplink Đường lên
















































- 12 -
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Trang
Hình 1.1. Kiến trúc hệ thống thông tin di động GSM 17

Hình 1.2. Chức năng xử lý cuộc gọi của MSC 20
Hình 1.3. Phân loại kênh logic 24
Hình 2.1. Cấu trúc hệ thống thông tin di động trước đây 30
Hình 2.2. Hệ thống thông tin di động sử dụng cấu trúc tế bào 31
Hình 2.3. Khái niệm cell 32
Hình 2.4. Khái niệm về biên giới của một cell 32
Hình 2.5. Omni cell (3600) site 33
Hình 2.6. Sector hoá 120
0
34
Hình 2.7. Phân chia cell 34
Hình 2.8. Các Omni cell đầu 35
Hình 2.9. Giai đoạn 1: sector hoá 36
Hình 2.10. Tách chia 1:3 thêm lần nữa 37
Hình 2.11. Tách chia 1:4 (sau lần chia 3) 37
Hình 2.12. Mảng mẫu gồm 7 cell 40
Hình 2.13. Khoảng cách tái sử dụng tần số 41
Hình 2.14. Sơ đồ tính C/I 41
Hình 2.15. Mẫu tái sử dụng lại tần số 3/9 43
Hình 2.16. Mẫu tái sử dụng lại tần số 4/12 45
Hình 2.17. Mẫu tái sử dụng lại tần số 7/21 46
Hình 2.18. Thay đổi quy hoạch tần số 48
Hình 2.19. Phủ sóng không liên tục 50
Hình 2.20. Một ví dụ về hiệu quả của kỹ thuật nhảy tần trên phân tập nhiễu của một
mạng lưới 51
Hình 2.21. Minh hoạ về thiết kế tần số theo phương pháp MRP 54
Hình 2.22. Anten đẳng hướng (Omni antenna) 57
Hình 2.23. Đẵ được sector hoá 57
Hình 2.24. Anten đẳng hướng có góc ngẩng bằng 0
0

58
Hình 2.25. Đồ thị quan hệ giữa góc thẳng đứng và suy hao cường độ trường 59
Hình 2.26. Minh hoạ về hiệu quả của downtilt 60
Hình 3.1. Bán kính tế bào (tính theo khoảng cách) tại Hà Nội 71
Hình 3.2. Bán kính tế bào (tính theo vùng) tại Hà Nội 71

- 13 -
Hình 3.3. Bán kính tế bào (tính theo khoảng cách) theo mức thu tại Hà Nội 71
Hình 3.4. Bán kính tế bào (tính theo vùng) theo mức thu tại Hà Nội 71
Hình 3.5. Xác suất P(U ≥ U
min
) theo ΔU 72
Hình 3.6. Tỷ số M/σ theo P
out
72
Hình 4.1. Quy trình đo sóng Drive Test định kỳ 76
Hình 4.2. Trường hợp không giải mã được kênh BCCH 80
Hình 4.3. Trường hợp không thực hiện được handover 81
Hình 4.4. Trường hợp trễ handover 82
Hình 4.5. Trường hợp Ping pong handover 83
Hình 4.6. Trường hợp handover sang cell yếu hơn 84
Hình 4.7. Trường hợp phủ sóng quá xa 84
Hình 4.8. Trường hợp chồng lấn vùng phủ sóng 85
Hình 4.9. Trường hợp không có cell vượt trội 86
Hình 4.10. Trường hợp vùng phủ sóng yếu 87
Hình 4.11. Trường hợp không đúng hướng anten 87
Hình 4.12. Trường hợp nhiễu tần số 88
Hình 4.13. Trường hợp sự cố handover 89
Hình 4.14. Trường hợp rớt do handover 90
Hình 4.15. Trường hợp giảm mức tín hiệu uplink đột ngột 91

Hình 4.16. Trường hợp rớt cuộc gọi 92
Hình 4.17. Trường hợp giảm công suất đột ngột 92
Hình 4.18. Trường hợp MS tăng công suất quá nhanh 93
Hình 5.1. Mô hình hệ thống Drive Test được kết nối trên ô tô 94
Hình 5.2. Giao diện của chương trình TEMS Investigation 95
Hình 5.3. Vùng làm việc hiển thị các tham số quan trọng đo Drive Test 96
Hình 5.4. Bản đồ lộ trình đo được tự động vẽ ra trong quá trình đo Drive Test 97
Hình 5.5. Cửa sổ hiển thị thông tin về vị trí, hướng và tốc độ di chuyển 98
Hình 5.6. Kiểm tra cuộc gọi theo từng Timeslot của từng tần số TRX 99
Hình 5.7. Tính năng tạo báo cáo (Report Generator) 100
Hình 5.8. Biểu đồ thống kê về mức thu và số mẫu thực hiện 101
Hình 5.9. Biểu đồ thống kê về chất lượng thu theo các mức từ 0 - 7 101
Hình 5.10. Biểu đồ thống kê về các chỉ tiêu chất lượng thoại SQI 101
Hình 5.11. Biểu đồ thống kê về chỉ tiêu TA (Timing Advance) 102
Hình 5.12. Khởi động phần mềm TEMS Investigation từ menu Start 103

- 14 -
Hình 5.13. Chạy logfile từ menu Open Logfile 103
Hình 5.14. Các tham số và trạng thái của mạng được hiển thị 104
Hình 5.15. MS không handover sang cell Son_Da_2 mà lại handover sang cell
Ao_Vua3 105
Hình 5.16. Kết quả Map cho thấy trạm BTS Sơn Đà bị chéo feeder giữa các hướng106






















- 15 -
DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 2.1. Thống kê mật độ lưu lượng qua các bước tách cell 37
Bảng 2.2. Phân chia tần số cho 3 nhà cung cấp dịch vụ GSM tại Việt Nam 39
Bảng 2.3. Quan hệ giữa N và tỷ số C/I 42
Bảng 2.4. Ấn định tần số ở mẫu 3/9 43
Bảng 2.5. Ấn định tần số ở mẫu 4/12 44
Bảng 2.6. Ấn định tần số ở mẫu 7/12 46
Bảng 2.7. Ấn định tần số ở mẫu 4/12 với 24 tần số 48
Bảng 2.8. Hệ số sử dụng lại tần số trung bình của một cell 54
Bảng 2.9. Mẫu MRP tại Hà Nội năm 2007 của VMS là cấu hình 15 /12 /9 /3 56
Bảng 5.1. Báo cáo thống kê dưới dạng bảng 100
Bảng 5.2. Thống kê về chỉ tiêu kỹ thuật 106
Bảng 5.3. Thống kê về các chỉ tiêu KPI 107
























- 16 -
MỞ ĐẦU
Trong thời đại bùng nổ về thông tin di động trên toàn thế giới. Tại Việt Nam, trong
vòng một thập kỷ vừa qua số lượng thuê bao di động tăng một cách chóng mặt và đạt
tới mức kỷ lục trên 48 triệu thuê bao (theo công bố chính thức của Bộ Thông tin &
Truyền thông ngày 3/6/2008). Trong đó số lượng thuê bao của các mạng sử dụng công
nghệ GSM chiếm tới 93,43%. Điều đó chứng tỏ rằng công nghệ GSM vẫn phù hợp và
chiếm lĩnh số một về thị trường di động tính đến thời điểm này và trong tương lai gần.


Khi mà nhu cầu về thông tin di động trở nên phổ biến như ngày nay thì khách hàng
sẽ không quá bận tâm nhiều đến giá thành, mà họ sẽ chú ý đến chất lượng dịch vụ
(QoS) và chăm sóc khách hàng của các nhà khai thác mạng di động. Trong khuôn khổ
của luận văn này Tôi xin được đề cập đến khía cạnh thứ nhất - chất lượng dịch vụ.

Để thu hút và giữ chân được khách hàng của mình thì chắc chắn các nhà khai thác
mạng GSM sẽ phải rất chú ý đến chất lượng dịch vụ vì nó góp phần mang lại lợi ích
khổng lồ trong cuộc cạnh tranh khốc liệt trên thị trường di động. Trong số các cách để
đánh giá hiệu quả vùng phủ sóng cũng như các chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống GSM thì
phương pháp đo sóng (drive test) là một trong những phương pháp đơn giản mà hiệu
quả nhằm tối ưu hoá được mạng lưới.

Trong thời gian làm việc vừa qua, tôi đã trực tiếp phụ trách mảng kỹ thuật này và
đã thực hiện nhiều dự án cho hai mạng di động lâu đời nhất tại Việt Nam sử dụng
công nghệ GSM là mạng di động của Vinaphone và Mobifone. Đây cũng chính là lý do
để tôi chọn đề tài này làm luận văn của mình, vì vậy các kết quả có được hoàn toàn là
kết quả thực tế mà tác giả đã thực hiện trong những năm công tác vừa qua. Trong quá
trình thực hiện luận văn tác giả đã nhận được những ý kiến đóng góp rất hữu ích của
các đồng nghiệp tại Phòng Công nghệ và Phát triển mạng - Công ty Thông tin di động
VMS và các đồng nghiệp tại Trung tâm OMC - Công ty Dịch vụ Viễn thông
VinaPhone; bên cạnh đó là sự chỉ bảo tận tình của Thày giáo hướng dẫn luận văn
PGS.TS. Nguyễn Viết Kính - Khoa Điện tử Viễn thông - Trường Đại học Công nghệ -
Đại học Quốc gia Hà Nội đã giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này.

Trong quá trình làm luận văn chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy
tác giả xin trân trọng những đóng góp của các thày cô và các đồng nghiệp xa gần để
luận văn ngày càng hoàn chỉnh hơn. Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về cho tác giả theo
địa chỉ
Tác giả xin chân thành cảm ơn.
Hà Nội, ngày 20 tháng 11 năm 2008

Học viên: Hoàng Văn Cường



- 17 -
CHƢƠNG 1 - HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM
1.1. Kiến trúc hệ thống thông tin di động GSM



Hình 1.1 Kiến trúc hệ thống thông tin di động GSM

Trong đó:

ME
: Thiết bị di động
VLR
: Thanh ghi định vị tạm trú
SIM
: Module nhận dạng thuê bao
HLR
: Thanh ghi định vị thường trú
BTS
: Trạm thu phát vô tuyến gốc
EIR
: Thanh ghi nhận dạng thiết bị
BSC
: Bộ điều khiển trạm gốc
AuC
: Trung tâm nhận thực

OMC
: Trung tâm vận hành và bảo dưỡng
PSTN
: Mạng điện thoại công cộng
MSC
: Tổng đài di động
PLMN
: Mạng di động mặt đất công cộng
GMSC
: Tổng đài di động cổng
Internet
: Mạng internet
1.2. Các thành phần và chức năng trong hệ thống GSM

Mạng thông tin di động mặt đất công cộng PLMN theo chuẩn GSM được chia
thành 4 phân hệ chính sau:
 Trạm di động MS
 Phân hệ trạm gốc BSS
 Phân hệ chuyển mạch SS

- 18 -
 Phân hệ vận hành và bảo dưỡng
1.2.1. Trạm di động MS

Trạm di động MS bao gồm máy di động ME và module nhận dạng thuê bao
SIM. Đó là một module vật lý tách riêng hay còn gọi là thẻ thông minh. SIM cùng với
máy di động ME hợp thành trạm di động MS. SIM cung cấp khả năng di động cá
nhân, vì thế người sử dụng có thể lắp SIM vào bất cứ máy điện thoại di động GSM nào
truy nhập vào dịch vụ đã đăng ký. Mỗi điện thoại di động được phân biệt bởi một số
nhận dạng điện thoại di động IMEI. Thẻ SIM chứa một số nhận dạng thuê bao di động

IMSI để hệ thống nhận dạng thuê bao, một mật mã để xác thực và các thông tin khác.
IMEI và IMSI hoàn toàn độc lập với nhau để đảm bảo tính di động cá nhân. Thẻ SIM
có thể chống việc sử dụng trái phép bằng mật khẩu hoặc số nhận dạng cá nhân PIN.
Trạm di động ở GSM thực hiện hai chức năng:
 Thiết bị vật lý để giao tiếp giữa thuê bao di động với mạng qua đường vô
tuyến.
 Đăng ký thuê bao. Ở chức năng thứ hai này mỗi thuê bao phải có một thẻ
gọi là SIM card. Trừ một số trường hợp đặc biệt như gọi cấp cứu… thuê
bao chỉ có thể truy nhập vào hệ thống khi cắm thẻ này vào máy.
1.2.2. Phân hệ trạm gốc BSS

Phân hệ trạm gốc BSS giao diện với các trạm di động MS bằng trạm thu phát
vô tuyến gốc BTS thông qua giao diện vô tuyến. Mặt khác BSS thực hiện giao diện 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 kết 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 OSS. Phân hệ trạm gốc BSS bao gồm:
 BTS: Trạm thu phát vô tuyến gốc.
 TRAU: Bộ chuyển đổi mã và phối hợp tốc độ.
 BSC: Bộ điều khiển trạm gốc.
1.2.2.1. Trạm thu phát vô tuyến gốc BTS

Một trạm BTS bao gồm các thiết bị thu phát tín hiệu sóng vô tuyến, anten và bộ
phận mã hóa và giải mã giao tiếp với BSC. BTS là thiết bị trung gian giữa mạng GSM
và trạm di động MS, trao đổi thông tin với MS qua giao diện vô tuyến. Mỗi BTS tạo ra
một hay một số khu vực vùng phủ sóng nhất định gọi là tế bào (cell).

- 19 -
1.2.2.2. Bộ chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ TRAU


Bộ chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ thực hiện chuyển đổi mã thông tin từ các
kênh vô tuyến (16 Kb/s) theo tiêu chuẩn GSM thành các kênh thoại chuẩn (64 Kb/s)
trước khi chuyển đến tổng đài. TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình mã hoá và giải mã
thoại 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 tích hợp trong BSC và MSC.
1.2.2.3. Trạm điều khiển BSC

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 chuyển
mạch SS. Giao diện giữa BSC và MSC là giao diện A, còn giao diện giữa BTS và BSC
là giao diện Abis.

Các chức năng chính của BSC
1. 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
2. Quản lý trạm thu phát vô tuyến gốc BTS: Trước khi đưa vào khai thác, lập
cấu hình của BTS (số card 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 kết nối cuộc gọi.
3. Điều khiển kết nối cuộc gọi: BSC chịu trách nhiệm thiết lập và giải phóng các
kết nối tới máy di động MS. Trong quá trình thực hiện kết nối cuộc gọi, việc kết nối
được BSC giám sát. Cường độ tín hiệu, chất lượng đấu nối ở máy di động và TRX
được 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.
4. 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.
1.2.3. Phân hệ chuyển mạch SS

Phân hệ chuyển mạch bao gồm các khối chức năng sau:

- 20 -
 Trung tâm chuyển mạch nghiệp 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
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 phân hệ chuyển mạch là quản lý thông tin giữa những
người sử dụng mạng GSM với nhau và với mạng khác.
1.2.3.1. Trung tâm chuyển mạch di động MSC

Trung tâm chuyển mạch di động MSC hay còn gọi là tổng đài di động MSC
thường là một tổng đài lớn điều khiển và quản lý một số các bộ điều khiển trạm gốc
BSC. 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 tổng đài cổng GMSC.
Chức năng chính của tổng đài MSC:
 Xử lý cuộc gọi (Call Processing)
 Điều khiển chuyển giao (Hand-over Control)
 Quản lý di động (Mobility Management)

 Tương tác mạng IWF (Interworking Function) qua GMSC


Hình 1.2 Chức năng xử lý cuộc gọi của MSC
(1): Khi chủ gọi quay số thuê bao di động bị gọi, số mạng dịch vụ số liên kết
của thuê bao di động, sẽ có hai trường hợp xảy ra :
 (1.a) - Nếu cuộc gọi khởi đầu từ mạng cố định PSTN thì tổng đài sau khi
phân tích số thoại sẽ biết đây là cuộc gọi cho một thuê bao di động. Cuộc
gọi sẽ được định tuyến đến tổng đài cổng GMSC gần nhất.
 (1.b) - Nếu cuộc gọi khởi đầu từ trạm di động, MSC phụ trách ô mà trạm
di động trực thuộc sẽ nhận được bản tin thiết lập cuộc gọi từ MS thông
qua BTS có chứa số thoại của thuê bao di động bị gọi.

- 21 -
(2): MSC (hay GMSC) sẽ phân tích số MSISDN (Mobile Station ISDN) của
thuê bao bị gọi để tìm ra HLR nơi MS đăng ký.
(3): MSC (hay GMSC) sẽ hỏi HLR thông tin để có thể định tuyến đến
MSC/VLR quản lý MS.
(4): HLR sẽ trả lời, khi đó MSC (hay GMSC) 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, đó là chức năng xử lý cuộc
gọi của MSC.
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 (Inter Networking Function). 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.
1.2.3.2. Thanh ghi định vị thƣờng trú HLR

HLR là cơ sở dữ liệu tham chiếu lưu giữ lâu dài các thông tin về thuê bao, các

thông tin liên quan tới việc cung cấp các dịch vụ viễn thông. HLR không phụ thuộc
vào vị trí hiện thời của thuê bao và chứa các thông tin về vị trí hiện thời của thuê bao.
HLR bao gồm:
 Các số nhận dạng: IMSI, MSISDN
 Các thông tin về thuê bao
 Danh sách các dịch vụ mà MS được sử dụng và bị hạn chế
 Số hiệu VLR đang phục vụ MS
1.2.3.3. Thanh ghi định vị tạm trú VLR

VLR 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.
Hay nói cách khác, VLR là cơ sở dữ liệu trung gian lưu trữ tạm thời thông tin
về thuê bao trong vùng phục vụ MSC/VLR được tham chiếu từ cơ sở dữ liệu HLR.
VLR bao gồm:
 Các số nhận dạng: IMSI, MSISDN, TMSI
 Số hiệu nhận dạng vùng định vị đang phục vụ MS

- 22 -
 Danh sách các dịch vụ mà MS được và bị hạn chế sử dụng
 Trạng thái của MS (bận: busy; rỗi: idle)
1.2.3.4. Thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR

EIR có chức năng kiểm tra tính hợp lệ của ME thông qua số nhận dạng máy di

động quốc tế IMEI và chứa các số liệu về phần cứng của thiết bị. Một ME sẽ có số
IMEI thuộc một trong ba danh sách sau:
1. Nếu ME thuộc danh sách trắng (White List) thì nó được quyền truy nhập và
sử dụng các dịch vụ đã đăng ký.
2. Nếu ME thuộc danh sách xám (Gray List), tức là có nghi vấn và cần kiểm
tra. Danh sách xám bao gồm những ME có lỗi (lỗi phần mềm hay lỗi sản xuất thiết bị)
nhưng không nghiêm trọng tới mức loại trừ khỏi hệ thống
3. Nếu ME thuộc danh sách đen (Black List), tức là bị cấm không cho truy
nhập vào hệ thống (những ME đã thông báo mất máy).
1.2.3.5. Khối trung tâm nhận thực AuC

AuC 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.
1.2.4. Phân hệ vận hành và bảo dƣỡng OSS

Phân hệ vận hành và bảo dưỡng thực hiện 3 chức năng chính:
1) Vận hành và bảo dưỡng mạng
2) Quản lý thuê bao và tính cước
3) Quản lý thiết bị di động
1.2.4.1. Vận hành và bảo dƣỡng mạng

 Vận hành

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
vấn đề xuất hiện ở thời điểm hiện thời, để chuẩn bị tăng lưu lượng trong tương lai và

- 23 -
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 dƣỡng

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 (quản lý mạng 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.
1.2.4.2. Quản lý thuê bao và tính cƣớc

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.
1.2.4.3. Quản lý thiết bị di động

Quản lý thiết bị di động được thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR thực hiện. EIR
lưu trữ toàn bộ dữ liệu liên quan đến trạm di động MS. EIR được nối đến MSC qua

đường báo hiệu để kiểm tra tính hợp lệ của thiết bị. Trong hệ thống GSM thì EIR được
coi là thuộc phân hệ chuyển mạch SS.
1.3. Các loại kênh trong hệ thống GSM

Các kênh trong hệ thống GSM bao gồm các kênh vật lý và các kênh logic.
1.3.1. Kênh vật lý

Kênh vật lý tổ chức theo quan niệm truyền dẫn. Đối với TDMA GSM, kênh vật
lý là một khe thời gian ở một tần số sóng mang vô tuyến được chỉ định.



- 24 -
 Hệ thống GSM 900 nguyên thủy

Dải tần số: 890 - 915 MHz cho đường lên uplink (từ MS đến BTS).
935 - 960 MHz cho đường xuống downlink (từ BTS đến MS).
Dải thông tần của một kênh vật lý là 200 KHz. Dải tần bảo vệ ở biên cũng rộng
200 KHz.
F
ul
(n) = 890,0 MHz + (0,2 MHz) * n
F
dl
(n) = F
ul
(n) + 45 MHz
Với 1  n  124
Các kênh từ 1 - 124 được gọi là các kênh tần số vô tuyến tuyệt đối ARFCN.
Kênh 0 là dải phòng vệ.

Vậy GSM 900 có 124 tần số bắt đầu từ 890,2MHz. Mỗi dải thông tần là một
khung TDMA có 8 khe thời gian. Như vậy, số kênh vật lý ở GSM 900 là sẽ 992
kênh.

 Hệ thống EGSM (Extended GSM)

Hệ thống GSM nguyên thủy được mở rộng mỗi băng tần thêm 10 MHz (tương
đương 50 kênh tần số) thì được gọi là EGSM:
Dải tần số: 880 - 915 MHz Uplink.
925 - 960 MHz Downlink.
F
ul
(n) = 880 MHz + (0,2 MHz) * n
F
dl
(n) = F
ul
(n) + 45 MHz.
Với n = ARFCN , 1  n  174 . Kênh 0 là dải phòng vệ.

 Hệ thống DCS 1800

DCS 1800 có số kênh tần số tăng gấp 3 lần so với GSM 900
Dải tần số: 1710 - 1785 MHz Uplink.
1805 - 1880 MHz Downlink.
F
ul
(n) = 1710 MHz + (0,2 MHz) * (n - 511)
F
dl

(n) = F
ul
(n) + 95 MHz
Với 512  n  885.
1.3.2. Kênh logic

Kênh logic được tổ chức theo quan điểm nội dung tin tức, các kênh này được
đặt vào các kênh vật lý. Các kênh logic được đặc trưng bởi thông tin truyền giữa BTS
và MS.
Có thể chia kênh logic thành hai loại tổng quát: các kênh lưu lượng TCH và các
kênh báo hiệu điều khiển CCH.

- 25 -

Hình 1.3 Phân loại kênh logic

1.3.2.1. Kênh lƣu lƣợng TCH: Có hai loại kênh lưu lượng:

 Kênh lưu lượng toàn tốc (TCH/F): Kênh này mang thông tin thoại hay số
liệu ở tốc độ 22,8 kbit/s.
 Kênh lưu lượng bán tốc (TCH/H): Kênh này mang thông tin ở tốc độ 11,4
kbit/s.

1.3.2.2. Kênh điều khiển CCH bao gồm:
 Kênh quảng bá BCH
 Kênh điều khiển chung CCCH
 Kênh điều khiển riêng DCCH

 Kênh quảng bá BCH: BCH = BCCH + FCCH + SCH.
- FCCH: Kênh hiệu chỉnh tần số cung cấp tần số tham chiếu của hệ thống cho

trạm MS. FCCH chỉ được dùng cho đường xuống.
- SCH: Kênh đồng bộ khung, mang thông tin trạm BTS và đồng bộ khung cho
MS.
- BCCH: Kênh điều khiển quảng bá cung cấp các tin tức sau: mã vùng định vị
LAC, mã mạng di động MNC, tin tức về tần số của các cell lân cận, thông số
dải quạt của cell và các thông số phục vụ truy cập.

 Kênh điều khiển chung CCCH: CCCH là kênh thiết lập sự truyền thông
giữa BTS và MS. Nó bao gồm: CCCH = RACH + PCH + AGCH.

- 26 -
- RACH: Kênh truy nhập ngẫu nhiên. Đó là kênh hướng lên để MS đưa yêu
cầu kênh dành riêng SDCCH, yêu cầu này thể hiện trong bản tin đầu của MS
gửi đến BTS trong quá trình một cuộc liên lạc.
- PCH: Kênh tìm gọi, được BTS phát xuống để gọi MS.
- AGCH: Kênh cho phép truy nhập, là kênh hướng xuống, mang tin tức phúc
đáp của BTS đối với bản tin yêu cầu kênh của MS để thực hiện một kênh lưu
lượng TCH và kênh DCCH cho thuê bao.

 Kênh điều khiển riêng DCCH: Là kênh dùng cả ở hướng lên và
hướng xuống, dùng để trao đổi bản tin báo hiệu, phục vụ cập nhật vị trí, đăng
ký và thiết lập cuộc gọi, phục vụ bảo dưỡng kênh. DCCH gồm có:
- Kênh điều khiển dành riêng đứng một mình SDCCH: Dùng để cập nhật vị trí
và thiết lập cuộc gọi.
- Kênh điều khiển liên kết chậm SACCH: Là một kênh hoạt động liên tục
trong suốt cuộc liên lạc để truyền các số liệu đo lường và kiểm soát công suất.
- Kênh điều khiển liên kết nhanh FACCH: Nó liên kết với một kênh TCH và
hoạt động bằng cách lấy lên một khung FACCH được dùng để chuyển giao
cell.
1.4. Các mã nhận dạng sử dụng trong hệ thống GSM


Trong mạng GSM, mỗi phần tử mạng cũng như mỗi vùng phục vụ đều được địa
chỉ hoá bằng một số gọi là mã (code) trên phạm vi toàn cầu. Hệ thống mã này là đơn
trị (duy nhất) cho mỗi đối tượng và được lưu trữ rải rác trong tất cả các phần tử mạng.
1.4.1. Mã vùng định vị LAI

LAI là mã quốc tế cho các khu vực, được lưu trữ trong VLR và là một thành phần
trong mã nhận dạng tế bào toàn cầu CGI. Khi một thuê bao có mặt tại một vùng phủ
sóng nào đó, nó sẽ nhận CGI từ BSS, so sánh LAI nhận được trước đó để xác định
xem nó đang ở đâu. Khi hai số liệu này khác nhau, MS sẽ nạp LAI mới cho bộ nhớ.
Cấu trúc của một LAI như sau:

MCC
MNC
LAC
Trong đó:
• MCC: Mã quốc gia của nước có mạng GSM.
• MNC: Mã của mạng GSM, do quốc gia có mạng GSM qui định.
• LAC: Mã khu vực, dùng để nhận dạng khu vực trong mạng GSM.