TỔNG QUAN HỆ THỐNG GSM doc

Cấu trúc hệ thống GSM  Mạng GSM được chia làm 2 hệ thống:  Hệ thống chuyển mạch switching system-SS  Hệ thống trạm gốc base station system-BSS  SS thực hiện việc xử lí cuộc gọi và

TỔNG QUAN HỆ THỐNG GSM

Lecturer: M.Eng P.T.A Quang

ra còn có chức năng định vị, tin nhắn, các hệ thống báo hiệu

 3G: cải tiến công nghệ vô tuyến nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ

More mobiles than fixed phones in France (Oct 01)

3000

Subscribers (Millions)

Cấu trúc hệ thống GSM

 Mạng GSM được chia làm 2 hệ thống:

 Hệ thống chuyển mạch (switching system-SS)

 Hệ thống trạm gốc (base station system-BSS)

 SS thực hiện việc xử lí cuộc gọi và các chức năng liên quan đến thuê bao:

Mobile services switching center (MSC) – trung tâm chuyển mạch di động

Home Location Register (HLR) – bộ ghi vị trí thường trú

Visitor Location Register (VLR) – bộ ghi vị trí tạm trú

Authentication Center (AUC) – trung tâm nhận thực

Equipment Identity Register (EIR) – bộ ghi nhận dạng thiết bị

 BSS thực hiện các chức năng liên quan đến truyền dẫn vô tuyến:

Base Station Controller (BSC)

Base Transceiver Station (BTS)

Cấu trúc hệ thống GSM

Các thành phần SS và BSS

 SS gồm:

 MSC: thực hiện chức năng chuyển mạch

 HLR: trung tâm dữ liệu lưu trữ toàn bộ thông tin của các thuê bao trong mạng

 VLR: chứa thông tin của các thuê bao trong vùng phục vụ của

MSC VLR chứa 1 phần thông tin của HLR

 AUC: cấp phép cho các thuê bao sử dụng mạng, kết nối với HLR

 EIR: thông tin thiết bị  chặn cuộc gọi từ các thiết bị mất cắp

 BSS gồm

 BSC: quản lý chức năng thông tin vô tuyến trong mạng GSM:

handover, cấp phát tần số, thông tin cấu hình cell

 BTS: điều khiển truyền thông vô tuyến với các MS BSC điều khiển 1 nhóm BTS

Trung tâm giám sát mạng (NMC)

 Operation and Maintenance center (OMC): là trung tâm giám sát kết nối với MSCs và BSCs qua mạng X.25 hoặc TCP/IP

 Network Management Center (NMC): NMC tập trung giám sát toàn bộ hệ thống trong thời gian dài, trong khi OMC tập trung giám sát thời gian ngắn và địa phương

GSM-TDMA/FDMA

Cấu trúc burst (4 loại)

 Normal burst: truyền thông tin

TB

TB (tail bits): đánh dấu bắt đầu và kết thúc của burst gồm các bit 0

CD (coded data): thông tin người dùng

S (stealing flag): cờ chiếm, báo hiệu burst bị FACCH chiếm

TS (training sequence): chuỗi huấn luyện, dùng cho đầu thu ước lượng kênh truyền

GP (guard period): khoảng bảo vệ giữa 2 burst liên tiếp

• Access burst: khi MS truy cập kênh lần đầu

Cấu trúc burst

 Frequency Correction Burst: tất cả các bit =0

chế  TS dài 64 bit

TB Fixed bits

…

…

1 superframe = 51 (26 Frames) multiframes

1 hyperframe = 2048 superframes = 2715648 TDMA frames

1 trafic multiframe = 26TDMA frames 1 control multiframe = 51TDMA frames

Kênh truyền

 Tần số

 Các vấn đề truyền sóng vô tuyến

 Giải pháp

 Kênh vật lí và kênh logic

 Kênh lưu lượng và kênh báo hiệu

Tần số

Các vấn đề truyền dẫn

 Suy hao đa đường (multipath fading): xảy ra khi có nhiều hơn 1 đường truyền phát giữa MS và BTS  có nhiều hơn 1 tín hiệu tại đầu thu

 Rayleigh fading

 Time dispersion (tán xạ thời gian)

Các vấn đề truyền dẫn

 Rayliegh fading: xảy ra khi vật cản nằm gần đầu thu Tín hiệu thu là tổng của nhiều tín hiệu khác nhau về pha và biên độ

Các vấn đề truyền dẫn

 Time dispersion:

 tín hiệu phản xạ đến từ vật thể nằm xa anten thu

 Gây ra ISI

Các vấn đề truyền dẫn

 Time alignment:

 MS được cấp 1 timeslot để truyền thông tin đến BTS Nếu lượng thông tin đó tràn sang slot kế cận  can nhiễu

Giải pháp

 Antenna diversity: tận dụng nhiều anten thu để tăng tín hiệu đầu thu

Giải pháp

 Cân bằng thích nghi (adaptive equalization):

 MS và BTS chứa 8 chuỗi huấn luyện cho trước

 BTS thông báo chuỗi huấn luyện nào được chọn cho MS

 Khi truyền phát, MS và BTS chèn chuỗi huấn luyện vào thông tin

 Giả sử rằng kênh truyền tác động giống nhau lên mọi bit

 Bộ thu sẽ dự đoán kênh truyền và xử lí thông tin thu được

Giải pháp

 Timing advance: giải quyết time alignment MS có thể bắt đầu truyền phát trước hoặc sau 1 khoảng thời gian (tính bằng bit) Tối đa 63 bits tương đương bán kính 35km

Các loại kênh

• Kênh vật lí = tần số (+nhảy tần) + timeslot

• Kênh logic = thông tin + kênh vật lí

•Có 2 loại kênh logic:

• Kênh lưu lượng (traffic channels)

• Kênh báo hiệu (signalling channels)

Kênh logic

Kênh lưu lượng

 Kênh lưu lượng toàn tốc (TCH/FS): truyền tiếng nói với tốc

độ 13 Kbps Chiếm toàn bộ kênh vật lí (1 ts trên 1 sóng

mang)

 Kênh lưu lượng bán tốc (TCH/HS): truyền tiếng nói với tốc

độ gần 7Kbps Mỗi kênh vật lí có thể hỗ trợ 2 TCH/HS

Kênh báo hiệu

 Các kênh quảng bá (BCH):

 Kênh sửa tần (FCCH)

 Kênh đồng bộ (SCH)

 Kênh điều khiển quảng bá (BCCH)

 Kênh quảng bá tế bào (CBCH)

 Các kênh điều khiển chung (CCCH):

 Kênh tìm gọi (PCH)

 Kênh cho phép truy nhập (AGCH)

 Kênh truy nhập ngẫu nhiên (RACH)

 Các kênh điều khiển dành riêng (DCCH):

 Kênh điều khiển dành riêng độc lập (SDCCH)

 Các kênh điều khiển liên kết:

 Kênh điều khiển liên kết chậm (SACCH)

 Kênh điều khiển liên kết nhanh (FACCH)

Kênh quảng bá (BCH)

 Chỉ phát trên đường xuống

 Kênh sửa tần (FCCH): tất cả bit thông tin bằng 0 

sóng sin thuần túy Được MS sử dụng để sửa nguồn tần

số nội và khôi phục pha sóng mang phát của BTS

 Kênh đồng bộ (SCH): chứa thông tin về vị trí của nó

trong cấu trúc khung GSM  MS có thể đồng bộ các bộ đếm khung với BTS Thông tin SCH được phát bằng các synchronisation burst (cụm đồng bộ)

 Kênh điều khiển quảng bá (BCCH): phát quảng bá thông tin điều khiển cho mọi MS trong tế bào

 Kênh quảng bá tế bào (CBCH): phát các bản tin chữ-số ngắn cho các MS trong tế bào

Kênh điều khiển chung (CCCH)

 Kênh tìm gọi (PCH): để tìm gọi MS cụ thể khi có cuộc

gọi đến

 Kênh cho phép truy nhập (AGCH): dùng chung tài nguyên với PCH Cấp phép cho MS truy nhập mạng

 Kênh truy nhập ngẫu nhiên(RACH): MS truy nhập ban

đầu vào mạng MS phát access burst trên RACH

Kênh điều khiển dành riêng (DCCH)

 kênh điều khiển dành riêng độc lập (SDCCH): thông tin báo hiệu khi MS không có cuộc gọi Kênh này tồn tại độc lập với TCH và dành riêng cho 1 MS cụ thể

 Kênh điều khiển liên kết:

 Kênh điều khiển liên kết chậm (SACCH): kênh này xuất hiện khi đường dành riêng giữa MS và BTS là tích cực

 Kênh điều khiển liên kết nhanh (FACCH): đánh cắp khe thời gian từ kênh lưu lượng dùng cho Handover

Sơ đồ khối thu phát và điều chế

 Sơ đồ khối thu phát

 Điều chế GMSK

Sơ đồ thu phát GSM

Sơ đồ bộ mã hóa

Điều chế trong GSM

 Tăng ISI nhưng nén được phổ nhiều hơn

• Sơ đồ điều chế

Quy hoạch tần số

 Tái sử dụng tần số

 Nhiễu đồng kênh

 Sectoring

K cell, được lăp lại tại các vị

trí địa lý khác nhau trong toàn

bộ vùng phủ sóng

Tái sử dụng tần số

 Số cell trong 1 cluster được xác định bằng

2 2

j ij

Với i, j là khoảng cách (tính theo cell)

giữa 2 cell đồng kênh thuộc 2 cluster

Khoảng cách sử dụng lại tần số D

D = khoảng cách giữa hai cell đồng kênh

R K D

j ij i

R jR

jR iR

D

3

) (

3

) 2

3 (

) 3 5

0 3

D

Sectoring

 Sử dụng anten định hướng để giảm can nhiễu đồng kênh

và tăng dung lượng

 Mỗi cell được chia thành 3 120-sector hoặc 6 60-sector

 Các kênh của mỗi sector phải khác nhau  intra-cell

handoff

Sectoring

Tổng kết

 Giới thiệu lịch sử hình thành của mạng GSM

 Mô tả cấu trúc hệ thống GSM

 Cơ chế truy nhập – cấu trúc khung

 Giới thiệu chức năng của các kênh báo hiệu

 Các vấn đề trong truyền dẫn vô tuyến và giải pháp

 Giới thiệu tổng quát sơ đồ khối thu phát và điều chế trong GSM

 Tính toán quy hoạch tần số