Trình bày cấu trúc của một hệ thống mạng thông tin di động các kỹ thuật điều chế trong mạng thông tin di động | Môn Công nghệ không dây - Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh

lOMoAR cPSD| 58583460
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐẠO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KỸ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO BÁO CÁO
CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY ĐỀ TÀI
TRÌNH BÀY CẤU TRÚC CỦA MỘT
HỆ THỐNG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
CÁC KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
MÃ SỐ LỚP HP: 01CLC
GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Nghĩa
NHÓM THỰC HIỆN: NHÓM 6 HỌC KỲ: II –
NĂM HỌC: 2022 – 2023
TP.HỒ CHÍ MINH – THÁNG 3 NĂM 2023
DANH SÁCH SINH VIÊN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Họ và tên Mssv lOMoAR cPSD| 58583460 1. Phan Vĩnh Triều Anh - 17142004 2. Hồ Tôn Đạt - 17142008 3. Lê Hoài Lâm - 20161220
Tên đề tài: Trình Bày Cấu Trúc Của Một Hệ Thống Mạng Thông Tin Di Động Các
Kỹ Thuật Điều Chế Trong Mạng Thông Tin Di Động. Thời gian thực hiện: Từ khi nhận đề tài => 28/3
NHÂN XÉT CỦA GIẢNG VIÊṆ
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 23 tháng 3 năm 2023
Giảng viên hướng dẫn
ThS. Nguyễn Thanh Nghĩa lOMoAR cPSD| 58583460 LỜI MỞ ĐẦU
Công nghệ thông tin và truyền thông trong những năm gần đây đã và đang
phát triển với tốc độ chóng mặt và ngành thông tin di động cũng không nằm ngoài
xu thế đó. Ngành công nghiệp viễn thông di động đang trở thành một trong những
ngành có tốc độ phát triển nhanh nhất trên thế giới. Có được sự phát triển đó là do
sự hội tụ của nhiều yếu tố. Đầu tiên đó là sự phát triển tất yếu của các công nghệ
điện tử,truyền thông Thứ hai phải nói đến chính là yêu cầu tất yếu của người dùng
trong việc luôn luôn nâng cao chất lượng dịch vụ cũng như đa dạng hóa các loại hình
dịch vụ mà nhà mạng có thể cung cấp cho họ. Bởi vậy từ yêu cầu này mà các nhà
cung cấp phải không ngừng cải tiến chất lượng phục vụ của mạng di động mình đang
cung cấp cho người tiêu dùng.
Hệ thống mạng thông tin di động cho phép người dùng kết nối với
internet, gọi điện thoại và nhắn tin trong khi đang di chuyển, đáp ứng nhu cầu liên
lạc và truy cập thông tin của mọi người một cách nhanh chóng và thuận tiện. Tuy
nhiên, việc hoạt động của hệ thống mạng thông tin di động không đơn giản và phụ
thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau.
Trong tương lai, hệ thống mạng thông tin di động dự kiến sẽ phát triển đáng
kể, với các ứng dụng thông minh, đám mây và IoT. Tương lai của hệ thống mạng
thông tin di động có thể còn chứa các công nghệ mới như AI và blockchain để cải
thiện khả năng kết nối và bảo mật.
Qua bài báo cáo này, chúng ta có thể hiểu rõ hơn về các thế hệ mạng thông tin
di động 1G, 2G, 3G, 4G và cả 5G nữa. Không những thế ta còn hiểu rõ hơn về cách
xây dựng một hệ thống thông tin di động sẽ bao gồm những yếu tố nào để tạo nên
nó. Ngoài ra, chúng ta còn phân tích chi tiết các kỹ thuật điều chế trong mạng thông tin di động. MỤC LỤC lOMoAR cPSD| 58583460 DANH MỤC HÌNH ẢNH lOMoAR cPSD| 58583460 PHỤ LỤC lOMoAR cPSD| 58583460
PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
I. Khái quát về hệ thống mạng thông tin di động 1. Khái niệm
Hệ thống mạng thông tin di động (Mobile Network) là một mạng lưới
kết nối các thiết bị di động (điện thoại di động, máy tính bảng, thiết bị Internet of
Things,..) với nhau và với internet thông qua các cơ sở hạ tầng mạng của nhà mạng.
Hệ thống này cho phép các thiết bị di động truy cập vào internet, gọi
điện, nhắn tin và sử dụng các dịch vụ truyền thông khác như video, âm nhạc,
tin nhắn đa phương tiện, v.v. Tùy thuộc vào công nghệ mạng được sử dụng,
hệ thống mạng di động có thể hoạt động trên nhiều tần số khác nhau và độ
phủ sóng khác nhau, đáp ứng nhu cầu truyền thông của người dùng ở các địa điểm khác nhau.
2. Quá trình hình thành và phát triển
Khi các ngành thông tin quảng bá bằng vô tuyến phát triển thì ý
tưởng về thiết bị điện thoại vô tuyến ra đời. Khi đó, điện thoại di động chỉ sử dụng
như là các phương tiện thông tin giữa các đơn vị cảnh sát ở Mỹ. Mặc dù các khái
niệm tổ ong, các kỹ thuật trải phổ, điều chế số và các công nghệ vô tuyến hiện đại
khác đã được biết đến, nhưng dịch vụ điện thoại di động mãi đến đầu những năm
1960 mới xuất hiện ở các dạng sử dụng được. Các hệ thống điện thoại di động đầu
tiên này ít tiện lợi và dung lượng rất thấp so với các hệ thống hiện nay.
Hệ thống mạng thông tin di động đã trải qua một quá trình hình thành
và phát triển dài hơn nhiều thập kỷ. Bắt đầu từ những năm 1980, khi các mạng đầu
tiên được triển khai, đến nay, khi chúng ta đã chứng kiến sự bùng nổ của các ứng
dụng di động như 5G, Internet of Things (IoT), và các ứng dụng
thông minh khác. Nó đã trải qua nhưng giai đoạn 1G, 2G, 3G, 4G cho đến hiện nay
đang là 5G và vẫn đang không ngừng phát triển lên mạng 6G. lOMoAR cPSD| 58583460
Hình 1: Lịch sử phát triển của các hệ thống mạng a) Giai đoạn 1G G i a i đ o ạ n đ ầ u
những năm 1980 và kết thúc vào những năm đầu thập niên 1990. 1G là tên gọi để
chỉ các công nghệ mạng di động đầu tiên sử dụng công nghệ truyền thông số giọng
nói (voice-centric) và được thiết kế cho mục đích phục vụ người dùng di động chỉ trong phạm vi nội địa.
Các hệ thống 1G ban đầu được thiết kế để hoạt động dưới dạng một
mạng điện thoại di động analog và sử dụng các công nghệ như Advanced
Mobile Phone Service (AMPS) tại Hoa Kỳ, Nordic Mobile Telephone (NMT)
tại các nước Bắc Âu và Total Access Communication System (TACS) tại Vương
quốc Anh. Các công nghệ này đều sử dụng các tín hiệu analog được truyền qua sóng
vô tuyến trên băng tần từ 800 MHz đến 900 MHz. Tốc độ truyền dữ liệu trên 1G rất
chậm, chỉ khoảng 2,4 kbps. Do đó, mạng 1G chỉ
hỗ trợ các dịch vụ thoại di động đơn giản và không có tính năng đa phương tiện.
Sóng truyền tần số thấp (VHF) hoặc tần số cao (UHF) để truyền tín
hiệu giọng nói. Tuy nhiên, công nghệ analog này có nhiều hạn chế như chất lượng
cuộc gọi không ổn định, tốc độ truyền dữ liệu chậm và tính bảo mật thấp. b) Giai đoạn 2G
Mạng di động 2G (Second Generation) là một tiêu chuẩn mạng di
động đầu tiên được triển khai rộng rãi trên thế giới. Mạng 2G được phát triển trong
những năm 1990 và được đưa vào sử dụng vào cuối thập niên đó.
Mạng 2G sử dụng công nghệ số hóa giọng nói (Voice Digitalization)
và một số kỹ thuật truyền dẫn tín hiệu khác để cho phép truyền thông giữa lOMoAR cPSD| 58583460
điện thoại di động và trạm thu phát sóng của nhà mạng. Mạng 2G sử dụng
nhiều tiêu chuẩn, bao gồm: GSM (Global System for Mobile
Communications), CDMA (Code Division Multiple Access) và TDMA (Time Division Multiple Access).
Tiêu chuẩn GSM là tiêu chuẩn 2G phổ biến nhất và được sử dụng
rộng rãi trên toàn cầu. Nó được thiết kế để hỗ trợ các dịch vụ di động như cuộc gọi,
tin nhắn văn bản và truy cập dữ liệu đơn giản.
Mạng 2G cho phép truyền thông giữa điện thoại di động và trạm thu
phát sóng trong bán kính khoảng 35km, tuy nhiên thực tế thì phạm vi sử dụng của
mạng thường chỉ khoảng từ 5 đến 10km. Mạng 2G cũng có tốc độ truyền dữ liệu
tương đối chậm, khoảng từ 9.6kbps đến 14.4kbps, giới hạn khả năng truyền tải các
ứng dụng dữ liệu phức tạp như truyền video hoặc truyền tải dữ liệu lớn.
Ưu điểm của mạng 2G so với mạng 1G:
Mã hóa tín hiệu di động dưới dạng kỹ thuật số, tăng tốc độ và cải thiện chất lượng cuộc gọi
Cung cấp các dịch vụ như tin nhắn văn bản (sms), tin nhắn hình ảnh và
MMS (tin nhắn đa phương tiện)
Sử dụng hiệu quả hơn với tần số vô tuyến cho phép nhiều người dùng hơn trên mỗi dải tần.
Tuy nhiên hiện tại, Việt Nam đã thay thế hoàn toàn mạng 2G bằng
mạng 3G và 4G. Việt Nam đã chính thức ngừng hoạt động mạng 2G từ ngày
31/12/2022. Việc chuyển đổi này đã giúp cải thiện chất lượng dịch vụ di động,
tăng tốc độ truyền dữ liệu và cải thiện trải nghiệm người dùng. Ngoài ra, việc sử
dụng mạng 3G và 4G cũng đem lại nhiều lợi ích cho việc phát triển công nghệ và
kinh tế của Việt Nam. Mặc dù nó vẫn có những ảnh hưởng rất nhiều đối với các thiết
bị GPS – Định vị toàn cầu. Đang được sử dụng rộng rãi trong quản lý hệ thống
phương tiện tham gia giao thông vận tải tại Việt Nam. Vì đa số các thiết bị này đang
sử dụng phần cứng tương thích với sóng 2G để thu phát dữ liệu định vị. lOMoAR cPSD| 58583460
Hình 2: So sánh chuẩn mạng 2G và chuẩn mạng 1G c) Giai đoạn 3G
Mạng 3G còn được biết đến là thế hệ thứ ba (third-generation) của
chuẩn công nghệ di động. Tính năng của nó là cho phép thực hiện thao tác
truyền đi các dữ liệu thoại như nghe, gọi, nhắn tin,... và cả các dữ liệu ngoài
thoại bao gồm tin nhắn nhanh, gửi email, hình ảnh, tải tệp, internet... Mạng
3G được phát triển vào cuối những năm 1990 và được triển khai rộng rãi trên
toàn cầu trong những năm 2000.
Các tiêu chuẩn mạng di động 3G phổ biến nhất là WCDMA (Wideband
Code Division Multiple Access) và CDMA2000 (Code Division Multiple Access
2000). WCDMA được sử dụng rộng rãi trên toàn cầu và được coi là tiêu chuẩn 3G
chính, trong khi CDMA2000 phổ biến tại các quốc gia như Hoa Kỳ và Hàn Quốc.
Mạng 3G cho phép truyền thông giữa điện thoại di động và trạm thu
phát sóng trong bán kính khoảng 5-15km. Tuy nhiên, tốc độ truyền dữ liệu và phạm
vi sử dụng thực tế phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm địa hình, tình trạng tòa nhà
và số lượng người dùng đồng thời. Tại Việt Nam, tốc độ tiêu
chuẩn của một số mạng di động phổ biến ở mức 21 Mbps và nâng cao lên 42
Mbps. Với tốc độ này, người dùng có thể lướt web, nghe nhạc, xem phim
“mượt” hơn. Có thể nói 3G là bước tiến chuyển ngoặt trong quá trình thực
hiện số hóa khi nó có thể kết nối internet, nó làm tiền đề quan trọng để phát
triển mạng các cấp độ mạng cao hơn như 4G, 5G hiện nay. lOMoAR cPSD| 58583460
Hình 3: Một số tiện ích của mạng 3G
Hiện nay, mạng 3G vẫn đang được sử dụng rộng rãi trên toàn cầu, tuy
nhiều quốc gia đã chuyển sang sử dụng mạng di động 4G hoặc 5G với tốc độ
truyền dữ liệu và trải nghiệm người dùng tốt hơn. d) Giai đoạn 4G
Mạng 4G là tên viết tắt của Fourth-Generation, đây là công nghệ
truyền thông không dây cho phép truyền tải dữ liệu tối đa lên tới 1 1.5Gb/giây ở điều
kiện lý tưởng. Các tiêu chuẩn thiết lập cho kết nối 4G được Tổ chức kết nối mạng
thế giới ITU-R ban hành vào tháng 3 năm 2008, đòi hỏi tất cả các dịch vụ có 4G
phải tuân thủ đúng một loạt các tiêu chuẩn về đường truyền tốc độ và kết nối.
Mạng này cung cấp tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn, thời gian đáp
ứng ngắn hơn và độ tin cậy cao hơn so với các tiêu chuẩn kết nối di động trước đó.
Về mặt kỹ thuật mạng 4G sử dụng kỹ thuật truyền dẫn băng thông
rộng (Broadband) để truyền tải dữ liệu, đặc biệt là kỹ thuật Long-Term Evolution
(LTE). Kỹ thuật này cho phép mạng truyền tải dữ liệu với tốc độ lên đến hàng
chục Mbps và có thể đạt đến 100 Mbps trong một số trường hợp.
Về tốc độ truyền dữ liệu trên mạng 4G là nhanh hơn rất nhiều so với
các mạng di động trước đó. Mạng 4G có thể truyền tải dữ liệu video và âm
thanh chất lượng cao, cho phép người dùng xem phim, chơi game và truy cập
Internet một cách mượt mà. lOMoAR cPSD| 58583460
Công nghệ: Mạng 4G cũng được tích hợp với các công nghệ mới như
MIMO (Multiple Input Multiple Output), giúp cải thiện tốc độ truyền dữ liệu bằng
cách sử dụng nhiều ăng-ten cùng một lúc. Độ trễ mạng 4G có độ trễ thấp hơn so với
các mạng trước đó. Điều này đảm bảo rằng thời gian đáp ứng của mạng là nhanh
hơn, giúp người dùng có trải nghiệm Internet di động tốt hơn.
Các dịch vụ mới về mạng 4G, ta thấy rằng 4G mở ra nhiều cơ hội mới
cho các dịch vụ mới, chẳng hạn như truyền tải dữ liệu video chất lượng cao,
định vị GPS chính xác hơn rất nhiều so với mạng 2G, 3G, trò chơi đa người
chơi và các ứng dụng Internet tiên tiến khác.
Hình 4: Độ phủ sóng 4G Viettel tại Việt Nam (95% diện tích)
Có thể nói rằng mạng 4G là một bước tiến lớn trong phát triển các di
động. Nó cung cấp tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn, độ trễ thấp hơn và các dịch
vụ mới hơn, mang đến cho người dùng trải nghiệm Internet di động tốt hơn và một
trải nghiệm truyền thông di động tốt hơn nữa. Với mạng 4G, người dùng có thể
truy cập vào các dịch vụ mới và tiên tiến hơn, chẳng hạn như truyền tải video chất lOMoAR cPSD| 58583460
lượng cao và các ứng dụng Internet mới nhất. Mạng 4G cũng cung cấp tính năng
định vị GPS và các trò chơi đa người chơi, giúp tăng cường trải nghiệm giải trí và
tương tác trực tuyến. Tốc độ và độ tin cậy của mạng 4G cũng giúp cho các doanh
nghiệp và tổ chức truyền tải dữ liệu và thông tin một cách hiệu quả hơn so với 3G.
Hình 5: So sánh tốc độ của 3G và 4G e) Giai đoạn 5G
5G là thế hệ thứ năm của công nghệ di động không dây, cung cấp tốc
độ tải lên và tải xuống nhanh hơn, kết nối ổn định hơn và dung lượng được cải thiện
so với các mạng trước đây. 5G nhanh hơn và đáng tin cậy hơn nhiều so với các mạng
4G phổ biến hiện nay và có tiềm năng thay đổi cách chúng ta sử dụng internet để
truy cập các ứng dụng, mạng xã hội và thông tin.
Nhu cầu truy cập internet cùng với sự xuất hiện của các công nghệ
mới như trí tuệ nhân tạo, Internet vạn vật (IoT), và tự động hóa đang thúc đẩy sự
gia tăng khổng lồ về lượng dữ liệu được tạo ra. Việc tạo ra dữ liệu đang phát
triển theo cấp số nhân với khối lượng được nhận định sẽ tăng thêm vài trăm
zettabyte trong thập kỷ tới. Cơ sở hạ tầng di động hiện tại không được thiết
kế cho tải thông tin lớn như vậy và cần được nâng cấp.
5G là thế hệ mạng di động tiên tiến nhất, cung cấp tốc độ kết nối nhanh
hơn, độ trễ thấp hơn và khả năng kết nối với số lượng thiết bị lớn hơn.
Với 5G, người dùng có thể trải nghiệm tốc độ mạng đáng kinh ngạc và độ tin cậy
cao hơn, giúp cho việc truy cập nội dung trực tuyến, trò chơi trực tuyến, xem
video 4K/8K và tải xuống dữ liệu nhanh hơn.
Dưới đây là những đặc tính chính của 5G:
Tốc độ nhanh hơn: 5G cung cấp tốc độ mạng lên đến 20 lần nhanh hơn
so với 4G. Tốc độ trung bình của 5G khoảng 1Gbps và có thể đạt tới 10Gbps.
Độ trễ thấp hơn: 5G có độ trễ thấp hơn so với 4G. Điều này có nghĩa là
dữ liệu được truyền nhanh hơn, đáp ứng được nhu cầu sử dụng các ứng
dụng yêu cầu độ trễ thấp như trò chơi trực tuyến, thực tế ảo và thực tế tăng cường.
Khả năng kết nối thiết bị lớn hơn: 5G có thể kết nối với số lượng thiết
bị lớn hơn. Điều này cho phép nhiều thiết bị kết nối cùng lúc mà không
làm giảm tốc độ mạng. lOMoAR cPSD| 58583460
Tăng cường khả năng phân giải và hiển thị video: Với tốc độ mạng
nhanh hơn, 5G cho phép tải xuống và xem các video với độ phân giải
cao hơn, bao gồm cả 4K và 8K.
Tăng cường ứng dụng IoT: 5G cung cấp một mạng di động có khả năng
kết nối các thiết bị IoT với nhau, tăng cường tính năng tự động hóa và
giảm thiểu sự phụ thuộc vào con người trong các quy trình sản xuất,
quản lý vận hành và quản lý năng lượng.
Tuy nhiên, để sử dụng 5G, người dùng cần sở hữu điện thoại thông
minh và SIM 5G tương thích. Đồng thời, hạ tầng mạng cũng cần được nâng cấp để
hỗ trợ 5G, bao gồm việc triển khai các trạm phát sóng 5G và cập nhật các hệ thống
mạng để hỗ trợ 5G. Do đó, việc triển khai 5G vẫn đang trong quá trình tiến hành và
không phải tất cả các khu vực đều đã được phủ sóng 5G.
Chi phí triển khai 5G cũng khá cao, là một trong những thách thức lớn đối với
các nhà cung cấp dịch vụ di động. Không những thế ta cũng cần lưu ý rằng 5G cũng
đặt ra một số thách thức về an ninh mạng, do đó các nhà cung cấp dịch vụ di động
cần phải đảm bảo an toàn và bảo mật cho người dùng khi sử dụng mạng 5G.
Hình 7: Cấu trúc mô hình mạng 5G
Đồng thời, với tốc độ cao, dung lượng lớn và độ trễ thấp, 5G có thể giúp
hỗ trợ và điều chỉnh quy mô một số ứng dụng như kiểm soát giao thông được kết nối
với đám mây, giao hàng bằng máy bay không người lái, trò chuyện qua video và lOMoAR cPSD| 58583460
chơi trò chơi với chất lượng máy chơi game trong khi di chuyển. Từ các khoản thanh
toán toàn cầu và ứng phó khẩn cấp đến giáo dục từ xa và lực lượng lao động linh
động, những lợi ích và ứng dụng của 5G là vô hạn. 5G có tiềm năng biến đổi thế giới
việc làm, nền kinh tế toàn cầu và cuộc sống của mọi người.
3. Đặc điểm của hệ thống mạng thông tin di động
Hệ thống mạng thông tin di động có những đặc điểm sau:
Đa dịch vụ: Hệ thống mạng thông tin di động cung cấp nhiều dịch vụ
cho người dùng như gọi điện thoại, nhắn tin, lướt web, xem video, nghe nhạc.
Phân tán: Hệ thống mạng thông tin di động được thiết kế để phân tán
trên diện rộng, với nhiều điểm truy cập mạng (Access Points) được
đặt ở các vị trí khác nhau để đảm bảo phủ sóng toàn diện.
Tính di động: Hệ thống mạng thông tin di động cho phép người dùng
di chuyển trong phạm vi phủ sóng của mạng mà không bị gián đoạn kết nối.
Tính cạnh tranh cao: Do số lượng người dùng đồng thời sử dụng
mạng thông tin di động rất lớn, hệ thống mạng thông tin di động phải
có khả năng cạnh tranh cao để đảm bảo chất lượng dịch vụ.
Tính linh hoạt: Hệ thống mạng thông tin di động phải linh hoạt và có
khả năng thích nghi để đáp ứng nhu cầu của người dùng, đồng thời
đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật mới trong quá trình phát triển.
Bảo mật: Hệ thống mạng thông tin di động phải đảm bảo tính bảo mật
cho thông tin của người dùng khi được truyền qua mạng.
Tính khả dụng cao: Hệ thống mạng thông tin di động phải đảm bảo
tính khả dụng cao để đáp ứng nhu cầu liên tục của người dùng.
Tính đa nền tảng: Hệ thống mạng thông tin di động có khả năng hoạt
động trên nhiều nền tảng khác nhau như 2G, 3G, 4G, 5G, WiFi, Bluetooth, v.v.
Tính tiện ích: Hệ thống mạng thông tin di động được thiết kế để đáp
ứng nhu cầu của người dùng và mang lại sự tiện lợi cao cho cuộc sống hàng ngày.
Tính độc lập: Hệ thống mạng thông tin di động hoạt động độc lập với
mạng cố định và có thể hoạt động tốt trong các tình huống khẩn cấp
như thiên tai, đám cháy, v.v. lOMoAR cPSD| 58583460
Tính khả năng mở rộng: Hệ thống mạng thông tin di động có khả
năng mở rộng để đáp ứng nhu cầu tăng trưởng của người dùng và sự
phát triển của công nghệ.
Tính tương tác: Hệ thống mạng thông tin di động cung cấp khả năng
tương tác giữa người dùng và các ứng dụng, nội dung trên mạng
thông tin di động, đáp ứng nhu cầu truyền thông xã hội, giải trí, học tập, v.v.
Tính thẩm mỹ: Hệ thống mạng thông tin di động được thiết kế với
các giao diện thẩm mỹ và dễ sử dụng để tạo ra trải nghiệm người dùng tốt nhất.
II. Cấu trúc của hệ thống mạng thông tin di động(2G – GSM) 1. Khái quát
Hệ thống mạng thông tin di động 2G gồm nhiều thành phần khác
nhau, mỗi thành phần đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp các dịch vụ liên
lạc di động cho người dùng. Một số thành phần khác nhau bổ sung
cho hệ thống gồm hệ thống định vị toàn cầu (GPS), hệ thống bảo mật, hệ thống xử
lý dữ liệu, hệ thống phân phối nguồn điện và hệ thống quản lý tài nguyên. Các thành
phần này hoạt động cùng nhau để đảm bảo rằng người dùng có thể truy cập và sử
dụng các dịch vụ di động một cách nhanh chóng, an toàn và hiệu quả. Thành phần
chính của cấu trúc hệ thống mạng thông tin di động bao gồm: Trạm mobile(MS), hệ
thống trạm cơ sở(BSS), hệ thống quản lý và chuyển mạch mạng(NMSS), phân hệ
vận hành và hỗ trợ(OSS).
2. Cấu trúc chi tiết của hệ thống mạng thông tin di động 2G
a) Trạm Mobile (Moblie Station - MS)
Trạm Moblie(MS) là thiết bị cung cấp dịch vụ di động cho người
dùng cuối trong mạng di động. MS được cấu thành bởi các thành phần như sau:
Thiết bị di động (Mobile Equipment - ME): Là phần cứng của MS, bao
gồm bàn phím, màn hình, loa, micro, pin và các linh kiện khác để hoạt động.
SIM card (Subscriber Identity Module): Là một thẻ nhớ có chứa thông
tin của thuê bao như số điện thoại, danh bạ, tin nhắn và thông tin chứng
thực. SIM card cũng được sử dụng để xác thực người dùng khi đăng nhập vào mạng. lOMoAR cPSD| 58583460
Giao thức di động: Là phần mềm được cài đặt trong ME để thực hiện
các chức năng như gửi và nhận cuộc gọi, tin nhắn, truy cập Internet, và các chức năng khác
Thiết bị di động(ME) thực hiện các chức năng cần có để hỗ trợ kênh
radio giữa trạm moblie(MS) và trạm thu phát gốc(BTS). Các chức năng này
bao gồm điều chế, mã hóa… Nó cũng cung cấp giao diện của ứng dụng MS
để cho phép người dùng sử dụng truy cập vào dịch vụ. Một thẻ SIM(Sim
card) tạo ra khả năng cá nhân hóa một máy điện thoại di động. Đây là một hệ thống
thông minh mà cần phải được cấy vào điện thoại di động trước khi máy điện thoại
có thể kết nối để hoạt động được.
Hình 8: Các thành phần của một trạm moblie(MS)
Cách thức hoạt động của một cuộc gọi di dộng
Khi một người dùng sử dụng điện thoại di động để gọi hoặc nhận cuộc
gọi, dữ liệu được truyền qua sóng radio đến trạm cơ sở (Base Station - BS) và được
chuyển đến trung tâm điều khiển mạng di động (Mobile Switching Center - MSC)
để điều khiển. Sau đó, MSC chuyển tiếp cuộc gọi đến trạm di động gần nhất với
người dùng (có thể là trạm cơ sở hoặc trạm di động) và cuộc gọi được chuyển đến MS của người dùng.
Trong khi người dùng đang sử dụng dịch vụ di động, MS sẽ duy trì
liên lạc với trạm cơ sở và trung tâm điều khiển để giữ kết nối mạng. Nếu người dùng
di chuyển đến khu vực khác, MS sẽ tìm kiếm và kết nối với trạm cơ sở mới
nhất để duy trì kết nối. lOMoAR cPSD| 58583460
Tính hiện đại và các phát triển của Moblie Station(MS)
Trong các mạng di động hiện đại, MS còn được trang bị các tính năng
như GPS, WiFi, Bluetooth, camera, và các ứng dụng đa phương tiện khác để
cung cấp nhiều dịch vụ hơn cho người dùng.
Ngoài ra, MS còn có thể được phân loại thành các loại khác nhau dựa
trên các tính năng kỹ thuật và chức năng của chúng.
Feature phones: Đây là các điện thoại di động có tính năng giới hạn và
thường chỉ cung cấp các chức năng cơ bản như gọi, nhắn tin, nghe nhạc, và chụp ảnh.
Smartphones: Đây là các điện thoại di động được trang bị các tính năng
cao cấp như màn hình cảm ứng, hệ điều hành, truy cập Internet, ứng
dụng, camera chất lượng cao và tính năng GPS.
Tablets: Đây là các thiết bị di động có kích thước màn hình lớn hơn so
với smartphone, thường được sử dụng cho mục đích giải trí và làm việc di động.
Wearable devices: Đây là các thiết bị đeo tay hoặc đeo trên cơ thể như
smartwatch, fitness tracker, và công cụ đo lường sức khỏe. Chúng có
thể được kết nối với điện thoại di động để cung cấp các tính năng như
thông báo cuộc gọi và tin nhắn, theo dõi hoạt động vật lý và kiểm soát
các thiết bị điện tử khác.
Trạm di động (Mobile Station - MS) là thiết bị chính trong mạng di
động, cung cấp các dịch vụ di động cho người dùng cuối. MS được cấu thành từ các
thành phần như thiết bị di động, SIM card và phần mềm giao thức di động. MS có
thể được phân loại thành nhiều loại dựa trên tính năng và chức năng của chúng, và
có thể kết nối với các thiết bị khác trong hệ thống mạng di động để tăng cường khả
năng truyền dữ liệu và đảm bảo tính liên tục của dịch vụ di động.
b) Hệ thống trạm cơ sở (Base Transceiver Station System – BTSS)
BTSS là một hệ thống viễn thông di động được sử dụng để kết nối các
điện thoại di động với mạng di động. Hệ thống BTSS bao gồm các trạm cơ sở(BTS)
cùng với khối điều khiển trạm cơ sở(BTSC), mỗi trạm cơ sở bao gồm các thiết bị
phần cứng và phần mềm để kết nối điện thoại di động với mạng di động.
Cấu trúc của một trạm cơ sở(BTS)
Một trạm thu phát (TRX) có nhiệm vụ truyền và nhận tín hiệu, gửi và
nhận các tín hiệu từ các phần tử mạng cao hơn; lOMoAR cPSD| 58583460
Một bộ tổ hợp sẽ kết hợp nguồn cấp dữ liệu từ một số trạm thu phát để
được gửi đi thông qua một ăng-ten duy nhất do đó làm giảm số lượng ăng-ten cần cài đặt;
Một bộ khuếch đại công suất giúp khuếch đại tín hiệu từ trạm thu phát
để truyền thông tin qua ăng-ten;
Một bộ song công được sử dụng để tách việc gửi và nhận tín hiệu từ
các ăng-ten hoặc từ một ăng-ten là một phần bên ngoài của BTS.
Hình 9: Cấu trúc của một trạm cơ sở(BTS)
Cách thức hoạt động của hệ thống trạm cơ sở (BTSS)
Mỗi trạm cơ sở (BTS) sử dụng một hoặc nhiều anten để gửi và nhận
tín hiệu từ điện thoại di động trong phạm vi của nó. Các trạm cơ sở (BTS) được đặt
tại các vị trí chiến lược, như trên các tòa nhà, trên các tháp phát sóng hoặc các cột
điện. Mỗi trạm cơ sở (BTS) có thể phục vụ một hoặc nhiều khu vực khác nhau, tùy
thuộc vào kích thước của khu vực và mật độ dân số.
Hệ thống BTSS cũng bao gồm các trung tâm điều khiển trung tâm,
được gọi là trung tâm điều khiển BTS (BTS Control Center - BCC). BCC quản lý
các trạm cơ sở (BTS) và giám sát hoạt động của chúng, cũng như các kết nối
giữa các trạm cơ sở (BTS). BCC cũng cung cấp các dịch vụ quản lý và bảo trì
hệ thống cho các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông di động. lOMoAR cPSD| 58583460
Trong hệ thống BTSS, các trạm cơ sở kết nối với các trung tâm điều
khiển di động (Mobile Switching Center - MSC), MSC quản lý các cuộc gọi
đi và đến từ các điện thoại di động và điều khiển các trạm cơ sở (BTS) để
thực hiện các cuộc gọi này.
BTS cung cấp vùng phủ sống radio trên mỗi ô tế bào, trong khi BTSC
thực hiện các chức năng điều khiển quan trọng. Các chức năng đó bao gồm phân cấp
kênh và chuyển mạch nội hạt nhằm thực hiện chuyển vùng khi một máy moblie di
chuyển từ một BTS này đến một BTS khác dưới sự điều khiển của cùng một BTSC.
Một BTS được kết nối tới một BTSC thông qua một giao diện Abis. Chúng ta cũng
cần lưu ý rằng, đừng dễ nhầm lẫn chức năng giữa
BTSC và BCC trong hệ thống trạm cơ sở (BTSS)
Phân biệt BTSC và BCC
BTSC (Base Transceiver Station Controller) và Base Control Center
(BCC) đều là các thành phần quan trọng của hệ thống mạng di động. Tuy
nhiên, chúng có chức năng và vị trí khác nhau trong hệ thống.
BTSC là một phần của trạm cơ sở (BTS), có trách nhiệm điều khiển
và quản lý các thiết bị BTS, bao gồm việc quản lý kênh truyền thông giữa thiết bị di
động và BTS. Nó thường được đặt tại các trung tâm điều khiển BTS hoặc tại cơ sở BTS.
BCC là trung tâm điều khiển của toàn bộ mạng di động, nơi quản lý
tất cả các BTS trên một khu vực cụ thể. Nó có thể được đặt tại các trung tâm dữ liệu
hoặc trung tâm điều khiển mạng của nhà cung cấp dịch vụ di động.
Vì vậy, BTSC là một phần của BTS, trong khi BCC là một phần của
trung tâm điều khiển mạng di động. Chức năng của chúng khác nhau và cần
thiết cho việc điều khiển và quản lý hệ thống mạng di động. Giao diện Abis
Giao diện Abis (Air Interface Between BTS and BSC) là giao diện
không dây liên kết giữa Trạm cơ sở (BTS - Base Transceiver Station) và Trung tâm
điều khiển trạm (BSC - Base Station Controller) trong hệ thống viễn thông di động
GSM (Global System for Mobile Communications).
Giao diện Abis được sử dụng để truyền tải thông tin giữa BTS và
BSC, bao gồm tín hiệu điều khiển và dữ liệu thoại. Giao diện này có tần số hoạt động
ở khoảng 900MHz hoặc 1800MHz tùy thuộc vào băng tần được sử dụng trong hệ thống. lOMoAR cPSD| 58583460
Khi hoạt động khối giao diện vô tuyến của BTS được kết nối tới card
BUIA(Baseband Unit Interface Adapter) của BSC, đây là loại card sử dụng
để kết nối giữa BSC và các trạm cơ sở(BTS) thông qua kênh truyền dẫn
digital E1 hoặc E3. Mỗi một card BUIA sẽ quản lý được 6 luồng Abis tốc độ 2Mps.
8 đầu ra được nối tới các card TCUC.2
Hình 10: Sơ đồ kết nối giữa BTS và BSC
Giao diện Abis cũng được sử dụng để đo lường và giám sát hiệu suất
của BTS, đảm bảo chất lượng kết nối và cải thiện trải nghiệm người dùng.
Nó cũng hỗ trợ các chức năng quản lý mạng như phân bổ tài nguyên và quản lý lưu lượng truy cập.
Giao diện Abis được chuẩn hóa bởi Tổ chức tiêu chuẩn hóa viễn
thông châu Âu (ETSI) và là một phần của kiến trúc hệ thống GSM.
Nhìn chung, hệ thống BTSS cung cấp các dịch vụ viễn thông di động
cho khách hàng, bao gồm cuộc gọi điện thoại, tin nhắn văn bản và dịch vụ dữ liệu di
động. Hệ thống cũng đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp dịch vụ 5G và sẽ
được phát triển và nâng cấp để hỗ trợ các công nghệ di động tiên tiến hơn trong tương lai.
c) Hệ thống quản lý và chuyển mạch mạng(NMSS)
Hệ thống quản lý và chuyển mạch mạng (Network Management and
Switching System - NMSS) là một phần quan trọng trong hệ thống viễn thông.
Nó là một hệ thống phần mềm được sử dụng để giám sát, quản lý và điều
khiển các thiết bị trong mạng viễn thông. Hệ thống NMSS cung cấp
một giao diện cho các nhà điều hành mạng để quản lý các thiết bị mạng, giám sát
tình trạng của các đường truyền, phân tích dữ liệu mạng và cung cấp các dịch vụ cho khách hàng.