Giao dien mat dat giao dien vo tuyen 197291

MSC PSTNLà thiết kế dựa trên truyền dẫn số, điển hình là các mạng:  GSM_900 Global System for Mobile Communications - Hệ Thống Thông Tin Di Động Toàn Cầu là hệ thống thông tin di độ

lời nói đầu

Ngày nay cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học, đặc biệt làkhoa học công nghệ Điện tử - Tin học đã cho phép con ngời thoả mãn về nhucầu trao đổi thông tin; Cùng với sự phát triển đó thì cũng có sự phát triển của cácloại hình thông tin khác nh: Dịch vụ truyền số liệu, thông tin di động, nhắn tin,

điện thoại thẻ, Internet đã giải quyết đợc nhu cầu thông tin toàn cầu

Riêng hệ thống thông tin di động GSM đã phát triển mạnh mẽ với số l ợng thuê bao ngày càng tăng và đã chứng tỏ đợc tính u việt của hệ thống Vàtrong thập kỷ 90 này, ngành Bu Điện Việt Nam tuy cha phát triển nh các n-

-ớc trong khu vực cũng nh trên thế giới song TTDĐ ở Việt Nam đã sớm pháttriển và ứng dụng những công nghệ mới nhất, đã đáp ứng đợc nhu cầu thôngtin di động của xã hội

Trong quá trình học tập tại Khoa Điện tử - Viễn thông Trờng Đại họcBách Khoa Hà Nội, đợc sự giảng dạy chỉ bảo của các thầy cô giáo, sự cốgắng học hỏi nghiên cứu của bản thân, em đã có những hiểu biết nhất định vềmạng thông tin di động, đặc biệt là mạng thông tin di động VinaPhone HàNội Trong đề tài tốt nghiệp của mình, em đã nghiên cứu và xin trình bàynhững nội dung sau:

- Nghiên cứu tổng quan về hệ thống thông tin di động

- Nghiên cứu về quy hoạch mạng thông tin di động VinaPhone Hà Nội

Dù đã có nhiều cố gắng trong quá trình tìm hiểu và thực tập tại Ct GPCsong vẫn khó tránh khỏi những thiếu sót trong bản Đồ án tốt nghiệp này.Vậy, em rất mong nhận đợc ý kiến đóng góp, nhận xét của các thầy cô giáo vàtoàn thể các bạn

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Lâm Hồng Thạch, cán bộ giảngdạy khoa Điện tử - Viễn thông trờng Đại học Bách Khoa đã tận tình hớngdẫn chỉ bảo và động viên để em hoàn thành bản đồ án này

Xuất hiện năm 1946, sử dụng công nghệ Đa Truy Nhập Phân Chia Theo

Tần Số (FDMA-Frequency Division Multiple Access) Khả năng phục vụ của hệ

thống là nhỏ, chất lợng không cao và giá thành cao

2-/ Thế hệ thứ hai

Từ năm 19701979 cùng với sự ra đời và phát triển của các bộ vi xử lý(-icro rocessing) đã mở ra một trang mới cho thông tin di động Đây là một

mạng tơng tự sử dụng FDMA và TDMA (Time Division Multiple Access-Đa

Truy Nhập Phân Chia Theo Thời Gian) Do hạn chế bởi vùng phủ sóng của các

anten phát và sử dụng nhiều trạm phát thu cho một trạm phát

3-/ Thế hệ thứ ba

Đã xuất hiện mạng tổ ong tơng tự (19791990) Các trạm thu phát này đợc

đặt theo các ô hình tổ ong, mỗi ô đợc gọi là một cell Mạng này sử dụng kỹ thuậtTDMA và cho phép sử dụng lại tần số, cho phép chuyển giao giữa các cell trongcuộc gọi Với tần số 450900 MHz có các mạng điển hình là:

 AMPS (Advanced Mobile Phone System - Hệ Thống Điện Thoại

Di Động Tiên Tiến) đa vào hoạt động tại Mỹ năm 1979

 NMT (Nordric Mobile Telephone System - Hệ Thống Điện Thoại

Di Động Bắc  u) hệ thống của các nớc Bắc Âu

 TACS (Total Access Communication System - Hệ Thống Thông Tin Thâm Nhập Toàn Bộ) sử dụng tần số 900 MHz là mạng thiết

kế cho số lợng lớn thuê bao di động vận hành vào năm 1985

Tất cả các mạng trên đều đợc dựa trên mạng truyền thoại tơng tự bằng điềuchế tần số Vùng phủ sóng của nó ở mức quốc gia và việc phục vụ đạt tới vàitrăm thuê bao Hệ thống lớn nhất ở Anh với khả năng phục vụ 1 triệu thuê baonăm 1990

4-/ Thế hệ thứ t

MSC PSTN

Là thiết kế dựa trên truyền dẫn số, điển hình là các mạng:

 GSM_900 ( Global System for Mobile Communications - Hệ Thống

Thông Tin Di Động Toàn Cầu) là hệ thống thông tin di động sử dụng

công nghệ FDMAvàTDMA băng tần 900 MHz đợc đa vào hoạt động năm 1992 tại Châu Âu

 DCS (GSM_1800 - Digital Cellular System - Hệ Thống Tổ Ong Số)

dựa trên mạng GSM sử dụng băng tần 1800 MHz

 CDMA (Code Division Multiple Access - Đa Truy Nhập Phân

Chia

Theo Mã) là hệ thống thông tin di động sử dụng kỹ thuật đa truy

nhập phân chia theo mã Hệ thống này đã đợc sử dụng tại Bắc Mỹ và một số nớc Châu á - Thái Bình Dơng đã cho hiệu quả đáng kể

II-/ nguyên lý thông tin tổ ong

1-/ Tổng quan

Một hệ thống điện thoại tổ ong kết nối các thuê bao Trạm Di Động (MS

-Mobile Station) với hệ thống điện thoại công cộng hoặc với thuê bao MS của hệ

thống tổ ong khác Thông tin đợc truyền giữa thuê bao MS và mạng tổ ong sửdụng thông tin vô tuyến Nhờ đó, loại bỏ đợc sự cần thiết các dây nối cố định sửdụng trong khi lắp đặt điện thoại truyền thông Do đó, thuê bao MS có thể dichuyển xung quanh và trở thành hoàn toàn di động, có thể đi trên xe hay đi bộ Ngoài ra các mạng tổ ong còn có nhiều thuận lợi hơn các mạng điện thoại “mặt

đất” đang có nh là: có tính di động, có tính mềm dẻo, tiện lợi (đối với thuê bao di

động); có tính mềm dẻo trong việc mở rộng mạng, có lợi nhuận cao, hiệu quả

2-/ Các thành phần mạng

Các mạng GSM (Global System for Mobile Communication - Hệ Thống

Thông Tin Di Động Toàn Cầu) đợc tạo ra bởi các MSC (Mobile Services Switching Centre_Trung Tâm Chuyển Mạch Các Nghiệp Vụ Di Động), BSS (Base Station System_Hệ Thống Trạm Gốc) và MS Ba thành phần này có thể

chia thành những phần tử nhỏ hơn, ví dụ nh: trong BSS ta có các BSC (Base

Station Controller_Bộ Điều Khiển Trạm Gốc), các BTS (Base Transceiver Station_Trạm Thu Phát Vô Tuyến Gốc) và XCDR (Trascoder_Bộ Chuyển Mã)

MS trong mạng tổ ong đợc đặt ở trong các ‘ô’ (cell), các ô này đợc cungcấp bởi các BSS Mỗi BSS có thể cung cấp một hay nhiều ô, dựa vào thiết bị củanhà sản xuất Ô bình thờng đợc vẽ theo hình lục giác nhng trong thực tế chúngkhông có hình dáng đúng nh vậy, đây là kết quả do ảnh hởng của địa hình xungquanh hoặc do sự thiết kế bởi nhà quy hoạch mạng

3-/ Tần số ấn định cho GSM

Chỉ có các khe hẹp của băng tần đợc ấn định cho thông tin tổ ong Danhsách ở dới đây trình bày số lợng các tần số và phổ đợc phân bổ cho GSM_900,GSM mở rộng 900 (Extended GSM_900-EGSM_900), GSM_1800 (DCS_1800-Digital Cellurlar System 1800) và PCS_1900

và angten vô hớng; angten đẳng hớng là angten có hớng tập chung năng lợng ởcác dẻ quạt; nếu chúng ta có 2 BTS với các angten vô hớng và ta yêu cầu danh

Hình-2: Ăng ten vô h ớng

BTSBTS

BTSBTS

Hình-3

 Đồ án tốt nghiệpồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Song Hà

giới giữa vùng phủ sóng của 2 BTS là tập hợp mà các điểm mà ở đó tín hiệu củacả 2 BTS là nh nhau thì nó đợc danh giới là một đờng thẳng (Hình-2)

BTS bởi 6 BTS khác thì vùng phủ sóng của nó nhận đợc có dạng hình lục giác(hình lục giác này trở thành một dạng ký hiệu cho một ô ở trong mạng TTDĐ)

 Chiều cao và vị trí của tháp angten

 Kiểu loại angten

 Địa hình của vùng phủ sóng

 Độ nhạy của máy thu vô tuyến

Thông thờng độ nhạy của máy thu và băng tần đợc cố định; cho nên ở các

hệ thống TTDĐ, vùng phủ sóng hữu hiệu nhất nhận đợc từ trạm BTS cao và côngsuất máy phát lớn nhng quan niệm này không thể đợc sử dụng ở nơi có mật độ lulợng thoại cao Hiện nay, có hai dạng angten (phụ thuộc vào dạng ô và kích thớc

ô) thờng đợc sử dụng đó là angten vô hớng và angten đẳng hớng Bằng cách điềuchỉnh công suất phát ra của các máy phát ở BTS ta có thể làm thay đổi vùng phủsóng theo yêu cầu Đặc biệt là khi số lợng thuê bao tăng nhanh, mật độ lu lợngtrong mạng trở nên lớn nhất là ở các thành phố đông dân trên thế giới dẫn đếnviệc ngời ta phải tìm kiếm thêm các nguồn kênh mới; nhng hiệu quả nhất là sựphân chia khoảng không gian hiện tại của các ô thành các phần nhỏ hơn, do vậy

số ô trong toàn mạng sẽ tăng lên nhân với số kênh hiện có ở một ô và do đó ta sẽ

có dung lợng lớn hơn cho toàn bộ mạng Và vì thế mức công suất dùng ở các ô

sẽ giảm xuống để tránh nhiễu cho các ô lân cận dẫn đến giảm kích cỡ của ắc quydùng cho MS và yêu cầu MS giảm kích cỡ và trọng lợng Điều này làm chomạng di động trở nên hấp dẫn hơn đối với ngời sử dụng mới

4.3- Các thông số của ô

Đối với từng ô đợc thiết kế, ngời ta phải điền vào một mẫu biểu có chứa cácthông tin đợc gọi là các thông số của ô Các thông tin này đợc chuyển vào mộtbản sao số liệu trên băng từ và đợc nạp vào BSC Các thông số của ô là:

 Các thông tin về angten và thiết bị thu phát vô tuyến

 Các thông số chung cho tất cả các ô ở cùng một mạng

5-/ Mẫu sử dụng lại tần số

GSM chuẩn có tổng số 124 tần số sẵn dùng trong một mạng Hầu hết cácnhà cung cấp mạng chắc chắn không thể sử dụng tất cả các tần số này và thôngthờng chỉ đợc phân bổ một tập con của 124

Hệ thống TTDĐ - GSM hay dùng 3 mẫu sử dụng lại tần số sau:

 Mẫu ô 7/21: sử dụng nhóm gồm 21 tần số, mỗi nhóm sử dụng 7 trạm gốc  Mẫu ô 4/12: sử dụng nhóm gồm 12 tần số, mỗi nhóm sử dụng 4 trạm gốc  Mẫu ô 3/ 9 : sử dụng nhóm gồm 9 tần số, mỗi nhóm sử dụng 3 trạm gốc Các mẫu này sử dụng cho các trạm gốc có các angten phát 3 hớng, mỗi h-ớng dành cho 1 ô và có góc phơng vị phân cách nhau 120 Mỗi ô có hình dạng t-

ơng tự nh một hình lục giác, có bán kính bằng 1\3 khoảng cách giữa các trạmgốc

6-/ Chuyển mạch và điều khiển

Thành lập vùng phủ sóng vô tuyến qua việc sử dụng các ô (cả vô hớng lẫn

có hớng) Khi MS có khuynh hớng di chuyển từ vùng phủ sóng của ô này sangvùng phủ sóng của ô khác thì việc chuyển giao sẽ đợc điều khiển bởi một vàithành phần và trong GSM thành phần đó gọi là MSC

Để thực hiện việc chuyển giao, mạng phải biết ô lân cận nào để MS chuyểngiao tới và để đảm bảo có thể chuyển giao tới ô tốt nhất thì MS sẽ thực hiện việc

đo các ô lân cận của nó và báo cáo kết quả về mạng; các kết quả này sẽ đợc phântích cùng với phép đo mà mạng thực hiện và một quyết định đợc tạo ra trên nềntảng chung cần phải chuyển giao Nếu một sự chuyển giao đợc yêu cầu thì cácgiao thức báo hiệu có liên quan đợc thành lập và sự chuyển giao đợc điều khiểnbởi MSC; sự chuyển giao này sẽ phải trong suốt với thuê bao MS và có nghĩa làthuê bao không nhận thức đợc rằng có một sự chuyển giao đang xảy ra

PLMNN

NSS

BSS

giao tiếp VT

OMS

Truyền dẫn tin

tức và kết nối

cuộc gọi

Hình-4: Các thành phần mạng GSM

ISDN

PSDN

PSPDN

AUC

MSC

BTS

MS BSC

PLMN

Chơng 2

cấu trúc các thành phần của mạng TTDĐ-GSM

I-/ Giới thiệu về mạng TTDĐ-GSM

1-/ Sơ đồ cấu trúc mạng TTDĐ-GSM

* ISDN_Intergrated Service Digital Network

Mạng tổ hợp số đa dịch vụ

* PSTN_Public Switching Telephone Network

Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng

* PLMN_Public Land Mobile Network

Mạng di động mặt đất công cộng

* PSPDN_Packet Switching Public Data Network

Mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói

* CSPDN_Circuit Switching Public Data Network

Mạng số liệu công cộng chuyển mạch kênh

2-/ Mạng TTDĐ-GSM có bốn thành phần cơ bản sau

 BSS_Base Station System: là Hệ Thống Trạm Gốc và là một phần củamạng mà cung cấp liên kết vô tuyến từ MS tới thiết bị chuyển mạch

 OMS_Operation and Maintenance System: là Hệ Thống Khai Thác và BảoDỡng, thành phần này tạo điều kiện cho nhà cung cấp mạng cấu hình và bảo d-ỡng từ một vị trí của thiết bị

 MS_Mobile Station: là Trạm Di Động, thành phần này bao gồm điện thoại di

động, máy fax Đây là một phần của hệ thống mà thuê bao sẽ nhìn thấy

II-/ Các thành phần của mạng TTDĐ-GSM

1-/ Trạm di động (MS- Mobile station)

MS bao gồm:

1.1- Thiết bị di động (ME-Mobile Equipment)

ME là phần cứng đợc thuê bao sử dụng để thâm nhập vào mạng, nó có một

số định dạng riêng, độc lập cho thiết bị đó và đợc lu giữ cố định trong máy

1.2- Module nhận dạng thuê bao (SIM-Subscriber Identity Module )

SIM là một thẻ cắm vào ME có chức năng nhận dạng thuê bao di động vàcung cấp thông tin mà theo đó thuê bao di động sẽ nhận đợc thông tin TrongSIM có một số thông tin chủ yếu đợc lu giữ là:

 IMSI_International Mobile Subscriber Identity: là số Nhận Dạng Thuê Bao Di Động Quốc Tế, số này nhận dạng thuê bao và chỉ đợc gửi đi vào không trung trong suốt quá trình khởi tạo

 TMSI_Temporary Mobile Subscriber Identity: là số Nhận Dạng Thuê Bao Di Động Tạm Thời, số này nhận dạng thuê bao và đợc thay đổi định kỳ bởi hệ thống để bảo vệ thuê bao khỏi bị nhận ra bởi một ai đó đang cố giám sát giao diện vô tuyến

 LAI_Location Area Identity: là số Nhận Dạng Vùng Định Vị; nhận dạng vị trí hiện tại của thuê bao và đợc cập nhật liên tục

Hình-6: Hệ thống trạm gốc

XCDRBSC

2-/ Hệ thống trạm gốc (Hình-9)

(BSS-Base Station System)

BSS là thiết bị đợc đặt ở một trạm ô, nó bao gồm sự kết hợp giữa thiết bị số

và thiết bị vô tuyến BSS cung cấp đờng truyền giữa MS và MSC BSS liên kếtvới MS qua giao diện vô tuyến và với MSC qua đờng truyền 2 Mbps

BSS bao gồm 3 thành phần sau:

 Trạm Thu Phát Vô Tuyến Gốc (BTS): bao gồm các thành phần vô tuyến mà cung giao diện vô tuyến cho một ô nào đó Đây là một phần của mạng GSM mà thông tin với MS, Anten là một phần của BTS  Bộ Điều Khiển Tram Gốc (BSC): cung cấp sự điều khiển cho BSS, thông tin trực tiếp với MSC, có thể điều khiển 1 hay nhiều BTS

 Bộ Chuyển Mã (XCDR):đợc sử dụng để nén tín hiệu từ MS, để chúng đợc gửi đi một cách hiệu quả trên giao diện mặt đất Mặc dù XCDR đợc coi là một phần của BSS, nhng nó lại đợc đặt gần MSC hơn để

sử dụng các đờng truyền mặt đất một cách hiệu quả hơn

2.1- Bộ điều khiển trạm gốc (BSC_Base Station Controller)

BSC quản lý giao diện vô tuyến thông qua các kênh điều khiển, nó ra lệnh

ấn định hay giải phóng kênh vô tuyến và quản lý việc chuyển giao BSC đợc nốivới BTS ở một phía và nối với MSC ở phía kia; BSC cũng có vai trò nh là mộttổng đài nhỏ có khả năng điều khiển nhất định, vai trò chủ yếu của BSC là: điềukhiển cuộc nối của trạm di động, quản lý mạng vô tuyến, quản lý các BTS,chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ, tập chung lu lợng, quản lý và truyền dẫn đếnBTS

Ngoài ra BSC kết hợp với Ma Trận Chuyển Mạch Số để kết nối tới các kênhvô tuyến trên giao diện vô tuyến với các mạch mạch mặt đất Ma trận chuyểnmạch BSC cũng cho phép BSC thực hiện “chuyển giao” giữa các kênh vô tuyếntrên các BTS, dới sự điều khiển của nó mà không cần tới MSC

2.2- Trạm thu phát vô tuyến gốc (BTS_Base Transceiver Station)

BTS bao gồm các trạm thu/ phát, angten và một khối sử lý tín hiệu cho giaodiện vô tuyến, có thể coi BTS nh một modem vô tuyến phức tạp BTS làm việc ở

1 tập hợp các kênh vô tuyến, các kênh này khác với các kênh đợc sử dụng ở các

ô lân cận để tránh nhiễu giao thoa

BTS cung cấp sự nối thông giao diện vô tuyến với MS BTS cũng có một sốlợng có hạn các chức năng điều khiển mà làm giảm lu lợng qua lại giữa BTS vàBSC BTS còn có một số chức năng sau: chứa phần cứng của một sóng mang,chức năng điều khiển bị hạn chế, hỗ trợ 1 hay nhiều ô

2.3- Bộ chuyển mã

(XCDR-Transcoder )

Bộ chuyển mã đợc yêu cầu để chuyển đầu ra số liệu hay thoại từ MSC (64kbps PCM) thành dạng đặc tả bởi các đặc tuyến truyền dẫn của GSM trên giaodiện vô tuyến giữa BSS và MS (64 kbps thành 16 kbps và ngợc lại)

Mạch PCM 64 kbps từ MSC nếu đợc phát trên giao diện vô tuyến mà không

có thay đổi gì thì sẽ chiếm một số lợng băng tần rất lớn Mạch này sẽ sử dụngphổ của vô tuyến sẵn có không hiệu quả; vì vậy giảm đi bằng việc sử lý cácmạch 64 kbps để số lợng thông tin đợc yêu cầu phát thoại số hóa giảm xuốngcon16 kbps (đã mã hóa )

Chức năng chuyển mã có thể định vị ở MSC, BSC và BTS Nội dung số liệu 16 kbps dựa vào thuật toán mã hoá đợc sử dụng

Để truyền dẫn số liệu không đợc chuyển mã nhng tốc độ số liệu đợc thíchứng từ 9, 6 kbps lên tới tốc độ sau điều chế là 16 kbps để truyền qua giao diệnmặt đất, tín hiệu 16 kbps lại bao gồm TRAU 3 kbps

3-/ Hệ thống chuyển mạch mạng (NSS-Network Switching System)

NSS bao gồm các chức năng chính của mạng GSM Hệ thống này cũngchứa các cơ sở dữ liệu đợc yêu cầu về thuê bao và quản lý di động Chức năngchính của hệ thống nàylà quản lý sự thông tin giữa mạng GSM và các mạng viễnthông khác

NSS có các thành phần chính sau:

3.1- Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động

( MSC-Mobile Services Switching Centre)

MSC nằm trong hệ thống GSM để chuyển mạch cuộc gọi Mục đích chínhcủa MSC đều giống nh bất kỳ một tổng đài điện thoại nào; ở đây, MSC sẽ thực

hiện một số chức năng khác nhau dựa trên vai trò của nó ở trong mạng Khi MSCcung cấp giao diện giữa mạng chuyển mạch điện thoại công cộng với các hệthống điều khiển trạm gốc trong mạng GSM thì nó sẽ đợc biết tới nh một tổng

đài cổng Gate_MSC Trong chức năng này, MSC sẽ cung cấp sự chuyển mạch

mà thuê bao di động cần thiết Mỗi MSC cung cấp dịch vụ cho các MS định vịtrong một vùng phủ sóng đợc xác định

Các chức năng đợc thực hiện bởi MSC là:

 Xử lý cuộc gọi: bao gồm việc điều khiển thiết lập cuộc gọi điện thoại, truyền số iệu, chuyển giao thông tin giữa các BSS và MSC; và điều khiển quản lý thuê bao di động

 Hỗ trợ việc khai thác và bảo dỡng

 Liên kết giữa các mạng

 Tính toán cớc phí

3.2- Bộ ghi định vị thờng trú ( HLR-Home Location Register)

HLR là cơ sở dữ liệu tham khảo về thông số thuê bao; cũng nh các thông sốnhận thực thuê bao, các số nhận dạng khác nhau và các địa chỉ đợc lu giữ Cácthông số này đợc đa vào cơ sở dữ liệu khi có một thuê bao mới đăng ký

Các thông số đợc lu giữ trong thanh ghi định vị thờng trú là:

 Số ID của thuê bao (IMSI và MSISDN)

 Vị trí hiện tại của thuê bao

 Thông tin dịch vụ bổ xung

 Tình trạng của thuê bao ( mở/ khoá)

 Chức năng của trung tâm nhận thực AUC

 Số Lu Động Trạm Di Động (MSRN_Public Station Roaming

Number)

Cơ sở dữ liệu của HLR bao gồm những thông số cần thiết cho mọi thuê baocủa mạng di động mặt đất công cộng Những thông tin mà nó chứa đều có thểtruy nhập từ bất kỳ nơi phủ sóng nào bởi tất cả các MSC và HLR trong mạng.Thông tin về thuê bao đều có thể truy cập đợc bằng tất cả các số liệu nhận dạngthuê bao di động quốc tế và cả mạng tổ hợp số đa dịch vụ của trạm di động.Ngoài ra, thông tin dữ liệu cũng có thể đợc truy cập bởi một MSC hay bằngthanh ghi định vị tạm trú_VLR của một mạng di động mặt đất công cộng khác

3.3- Bộ ghi định vị tạm trú (VLR-Visitor Location Register)

VLR bao gồm một bản sao chép hầu hết dữ liệu đợc lu trữ ở HLR; Tuy vậy,

nó chỉ là dữ liệu tạm thời mà tồn tại đến khi nào thuê bao còn hoạt động trongvùng phục vụ của VLR VLR cung cấp một cơ sở dữ liệu tại chỗ cho thuê bao, ởbất cứ đâu thì thuê bao đều đợc định vị vật lý trong một PLMN; VLR này có thểhoặc không thể là hệ thống “thờng trú” Chức năng này loại bỏ sự cần thiết phảitham khảo tới cơ sở dữ liệu HLR “thờng trú ” vào mọi lúc

Các dữ liệu bổ xung đợc lu giữ trong VLR là:

3.3.1- Nhận dạng vùng định vị (LAI- Location Area Identity)

Các ô trong PLMN đợc gộp lại thành nhóm trong một vùng địa lý Mỗivùng địa lý đợc gán với một LAI, mỗi vùng định vị điển hình có thể bao gồm 30

ô Mỗi VLR điều khiển một vài LAI và khi một thuê bao di chuyển từ một vùng

định vị tới một vùng định vị khác, LAI đợc cập nhật vào VLR Khi thuê bao dichuyển từ VLR này tới VLR khác, địa chỉ VLR đợc cập nhật tại HLR

3.3.2- Nhận dạng thuê bao di động tạm thời (TMSI-Temporary Mobile

 Thiết lập cuộc gọi

 Vào vùng LAI mới

 Vào VLR mới

3.3.3- Số lu động trạm di động (MSRN-Mobile Station Roaming Number)

Khi một thuê bao muốn hoạt động ngoài hệ thống “thờng trú” của nó trongmột thời gian nào đó, VLR cũng có thể phân bổ một MSRN Số này đợc gán từmột danh sách các số đợc lu trữ ở VLR(MSC) MSCR sau đó đợc sử dụng để

định tuyến cuộc gọi tới MSC mà điều khiển trạm gốc ở vị trí hiện tại của MS Cơ

sở dữ liệu trong VLR có thể đợc truy cập bằng IMSI, TMSI hay MSRL Điểnhình sẽ có một VLR tơng ứng với một MSC

3.4- Bộ ghi nhận dạng thiết bị (EIR- Equipment Identity Register)

EIR bao gồm một cơ sở dữ liệu đợc tập chung hoá để xác nhận đúng nhậndạng thuê bao di động quốc tế(IMEI) Cơ sở dữ liệu EIR đợc cập nhật từ xa bởicác MSC trong mạng và cũng có thể truy cập bởi một MSC trong PLMN khác.Giống nh HLR, một mạng có thể bao gồm hơn một EIR với mỗi EIR quản lýmột khối các IMEI

3.5- Trung tâm nhận thực (AUC-AUthentication Centre)

AUC là một hệ thống xử lý, nó thực hiện chức năng nhận thực AUC l u giữ

nh là số liệu thuê bao và đợc sử dụng để nhận thực thuê bao và mật mã hóa thôngtin truyền trên giao diện vô tuyến giữa MS và BTS

Chú ý: Bộ ba số đợc gán ở AUC là

 RAND : Số đợc phát ra một cách ngẫu nhiên

 SRES : Nhận đợc từ A3(RAND, Ki)

 Ki : Khóa nhận thực đợc gán ngẫu nhiên cùng với A3 và A8

 A3, A8: 1 trong 16 thuật toán có thể có xác định trong thời gian phân

 C huyển đổi giao thức

3.7- Bộ triệt tiếng vọng (EC-Echo Canceller)

Một EC đợc sử dụng ở bên phía PSTN của MSC cho tất cẩ các mạch thoại.Khống chế tiếng vọng đợc đòi hỏi ở phần chuyển mạch bởi vì độ trễ vốn có của

hệ thống GSM có thể gây ra một điều kiện trễ không thể chấp nhận thậm chí trêncác kết nối ngắn của mạch PSTN

Trễ toàn vòng xuất hiện bởi hệ thống GSM (trễ tăng dần gây ra bởi việc xử

lý cuộc gọi, mã hoá và giải mã thoại vv xấp xỉ 180 ms Độ trễ này sẽ khôngthấy rõ ở thuê bao MS, trừ khi có sự xuất hiện ở bộ chuyển đổi 2 dây sang 4 dây

Bộ chuyển đổi này đợc yêu cầu ở chuyển mạch nội phía mặt đất bởi vì kết nối

điện thoại chuẩn là 2 dây Bộ chuyển đổi này gây ra tiếng vọng, tiếng vọng nàykhông ảnh hởng tới thuê bao mặt đất

Trong suốt cuộc gọi bình thờng giữa thuê bao mặt đất PSTN, không cótiếng vọng nào đợc nhận ra bởi vì trễ rất nhỏ và ngời sử dụng không thể phânbiệt giữa tiếng vọng và ‘side tone’ của điện thoại bình thờng, tuy nhiên nếu trong

hệ thống GSM không có EC thì trễ vòng có thể xảy ra và sẽ ảnh hởng tới thuêbao cho nên trong hệ thống GSM cần phải có bộ EC

4-/ Hệ thống khai thác và bảo dỡng (NMS-Network Management System )

NMC cung cấp khả năng quản lý mạng từ xa Vùng mạng GSM hiện tạikhông đợc đặc tả chặt chẽ bởi các đặc tả GSM, để lại cho nhà cung cấp mạngquyết định những khả năng nào họ muốn có nó NMC bao gồm hai phần sau:

 Trung Tâm Quản Lý Mạng (NMC): NMC có cái nhìn tổng thể về PLMN

và có trách nhiệm quản lý toàn bộ mạng

 Trung Tâm Khai Thác và Bảo Dỡng (OMC): là một tiện ích tập chung hóa để hỗ trợ quản lý mạng tổ ong hàng ngày cũng nh cung cấp cơ sở dữ liệu cho các công cụ quy hoạch dài hạn Một OMC quản lý một vùng PLMN vì vậy nó mang lại sự quản lý mạng theo từng vùng

4.1- Trung tâm quản lý mạng (NMC-Network Management Centre)

NMC mang lại khả năng cung cấp sự quản lý theo cấu trúc phân cấp theovùng của một hệ thống GSM hoàn chỉnh

NMC có trách nhiệm khai thác và bảo dỡng ở mức mạng, đợc hỗ trợ bởiOMC có trách nhiệm quản lý trong một vùng

NMC là một chức năng logic nằm trên đỉnh của cấu trúc quản lý mạng phâncấp Và có tầm nhìn ở mức cao nh một loạt các nút mạng và sự thuận lợi trongviệc liên kết thông tin Ngoài ra còn đợc OMC hỗ trợ nh là lọc thông tin từ thiết

bị mạng cho NMC

NMC có thể nhận trách nhiệm trong một vùng khi một OMC không hoạt

động Lúc đó OMC hoạt động nh một điểm quá giang giữa NMC và thiết bị mạng.NMC cung cấp khả năng điều hành quản lý, điều hành tơng đơng OMC

 Tạo điều kiện quy hoạch dài mạng

4.2- Trung tâm khai thác và bảo dỡng (OMC-Operation and Maintenance Centre)

OMC cung cấp một điểm trung tâm từ nó điều khiển và giám sát các thànhphần mạng khác (ví dụ nh các trạm gốc, chuyển mạch, cơ sở dữ liệu vv ) cũng

nh giám sát chất lợng dịch vụ đợc cung cấp bởi mạng

Có 2 loại OMC:

 OMC_R: OMC điều khiển BSS

 OMC_S : OMC điều khiển hệ thống chuyển mạch

OMC sẽ hỗ trợ các chức năng sau:

 Quản lý dữ kiện và cảnh báo

 Quản lý lỗi

Vùng trạm gốc

ô

Vùng định vị Vùng MSC Vùng dịch vụ Vùng hệ thống

hình 8 - phân cấp vùng hoạt động

 Quản lý hiệu suất

 Quản lý an ninh

5-/ Cấu trúc địa lý của mạng.

* Vùng hệ thống: Tợng trng cho hệ thống GSM hoàn thiện và gồm vùngdịch vụ của tất cả các nớc thành viên

* Vùng dịch vụ PLMN: Là vùng phục vụ cho MS trong nớc hay một vùng

* Vùng MSC/VLR: Là một bộ phận của mạng đợc định nghĩa nh là mộtvùng mà ở đó có thể gọi đến một thuê bao di động MS có dữ liệu ghi ở VLR.Mạng GSM/PLMN đợc chia thành một hay nhiều vùng phục vụ MSC/VLR

* Vùng định vị LA (Local Area): Là một phần phục vụ MSC/VLR mà ở đótrạm di động có thể chuyển động tự do không cập nhật thông tin về vị trí chotổng đài MSC/VLR điều khiển cho vùng định vị này Tại đây thông tin tìm gọi

MS sẽ đợc phát quảng bá để tìm thuê bao di động bị gọi Vùng định vị có thể cómột số ô và phụ thuộc vào một hay vài BSC nhng chỉ thuộc một MSC/VLR

* Vùng trạm gốc: Là vùng bao gồm tất cả các ô đợc phục vụ bởi một trạm gốc

* Ô (Cell): là vùng quản lý MS nhỏ nhất đợc chia bởi vùng định vị và đợcquản lý bằng một BTS

EC

XCDR

VLR

MSC

OMC

IWF

VLR

XCDR

BS

S

AUC

HLR

BTS

BTS

BT

S

BTS

BTS

BTS

ms ms

giao diện mặt đất, giao diện vô tuyến Và

mã hóa kênh trên giao diện vô tuyến

I-/ Tổng quan

Giao Diện Mặt Đất (Terrestrial Interface) bao gồm tất cả các kết nối giữa

các thành phần GSM, trừ Um, hay còn gọi là Giao Diện Vô Tuyến Các GiaoDiện Mặt Đất GSM và phần trung gian chuyển giao báo hiệu tuân theo cáckhuyến nghị ITU-TS đợc sử dụng rộng rãi khắp trên toàn thế giới Việc sử dụngcác giao diện đã đợc tiêu chuẩn hóa sẽ dẫn đến sự mềm dẻo của hệ thống GSM.Giao Diện Mặt Đất tải lu lợng của hệ thống và cho phép hàng ngàn bản tin sốliệu cần thiết để tạo ra các chức năng hệ thống Chúng tải số liệu tải lên và tảixuống phần mềm, thu thập các thông tin thống kê và thực hiện các lệnh khai thác

 Abis sử dụng giao thức LAPD (Link Access Procedure Data

Channel_Thủ Tục Truy Cập Đờng Truyền trên Kênh Dữ Liệu)

II-/ Các giao diện mặt đất GSM

1-/ Trung kế 2 Mbps - 30 kênh PCM

Các đờng truyền 2 Mbps mang lu lợng từ PSTN tới MSC, từ MSC tới BSC,

từ BSC tới các BTS đợc đặt ở xa và giữa các MSC với nhau Các đờng truyền nàycũng đợc sử dụng giữa MSC và IWF

Mỗi đờng truyền 2, 048 Mbps cung cấp 30 kênh 64 kbps sẵn có để mangthông tin thoại, số liệu và điều khiển Thông tin điều khiển có thể bao gồm C7,LAPD hoặc thông tin đã đợc định dạng X 25; Các đờng truyền này hoạt độngchung trên cùng một cáp vật lý cho các giao diện đợc sử dụng giữa các thànhphần hệ thống GSM

Cê Chuçi KiÓm Tra Khung Th«ng Tin §Þa Cê

ChØ

§iÒu KhiÓn (Khung LAPD)

NMC

EC

XCDR

VL R

MSC

OMC

IWF

VL R

XCDR

BSS

AUC

HL R

ms ms

Hình-10: Giao diện X-25 trong mạng

NMC

EC XCD

BSS

AUC

HL R

BTS

BTS

BTS

BTS

BTS

ms ms

eir

Hình-11: Báo hiệu số 7 trong mạng

 Đồ án tốt nghiệpồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Song Hà

Các gói X-25 cung cấp cho OMC các thông tin từ toàn bộ các thành phần

mà chúng điều khiển và quản lý Các kết nối X-25 thông thờng sẽ đợc chứa trongcác đờng truyền 2 Mbps sử dụng một khe thời gian dành riêng

Chú ý: kết nối X-25 từ OMC tới BSS có thể đợc kết nối cố định bằng phần

mềm ở MSC hoặc có thể đợc hỗ trợ bởi một đờng truyền vật lý hoàn toàn độc lập

3-/ Hệ thống báo hiệu ITU - TS # 7 : (Hình-11)

Trong hệ thống GSM, C7 đơc sử dụng để mang các thông tin báo hiệu và

điều khiển giữa hầu hết các thành phần chính và tới PSTN

Các giao thức bản tin sau đây là một phần của C7 đợc sử dụng để thông tingiữa các thành phần khác nhau của mạng GSM:

 Ghép nối với PSTN, MSC thực hiện các chức năng báo hiệu cuộc gọi

sử dụng Phần Ngời Sử Dụng Điện Thoại (TUP-Telephone User Part) hoặc ghép nối với ISDN, sử dụng Phần Ngời Sử Dụng ISDN (ISUP-

ISDN User Part)

 Giữa MSC và BSC, Phần ứng Dụng Quản Lý Hệ Thống Trạm Gốc đợc

bit cuối

Cờ bit đầu

Địa Chỉ

(Khung LAPD)

NMC

EC XCDR

BSS

AUC

BTS

BT

S

BTS

BTS

BTS

ms ms

eir

sử dụng (BSSMAP-BSS Management Application Part) Phần ứng Dụng Chuyển Trực Tiếp đ ợc sử dụng (DTAP-Direct Transfer Application Part) để gửi các bản tin giữa MSC, MS và MAP (Mobile Application Part-Phần ứng Dụng Di Động) đợc sử dụng giữa MS, VLR, EIR và HLR

4-/ Giao diện Abis (LAPD) : (Hình-12)

Vì bản chất đặc biệt của thông tin báo hiệu đơc chuyển qua các đờng truyền

2 Mbps giữa BSC và BTS đặt ở xa, một loại giao diện khác đợc đòi hỏi GSM đã

đặc tả việc sử dụng LAPD, giao diện này sử dụng cấu trúc khung chuẩn nh tathấy bên dới

Các đặc tả GSM cho giao diện này (gọi là Abis) không đợc rõ ràng cho lắm

và vì vậy các cách hiểu về giao diện này cũng thay đổi Điều này có nghĩa làBTS của nhà sản xuất sẽ không làm việc với BSC của một nhà sản xuất khác Nhchúng ta đã đề cập, phân chia chức năng giữa BTS và BSC cũng khác nhau giữacác nhà sản xuất và vì vậy không thích hợp nếu chúng hoạt động với nhau, thậmchí nếu giao diện này đợc mô tả thành các đặc tả một cách rõ ràng

MTL (C7 )

CBL

OML (X-25)

5-/ Các liên kết: (Hình-13)

Giao diện giữa BSC và MSC là một giao diện hệ thống báo hiệu đợc tiêuchuẩn hóa ITU - TS số 7 Giao diện hỗ trợ các kết nối sau:

 BSC - MSC, BSC - BTS, MSC - MS

 Giao diện Khai Thác và Bảo Dỡng

 Tất cả các chức năng xử lý cuộc gọi

Các giao diện này thông thờng đợc chuyển vận trên một đờng truyền vật lý,

đờng truyền 2 Mbps Mỗi đờng truyền 2 Mbps cung cấp 32 kênh 64kbps (cáckhe thời gian) kênh đầu tiên (TS 0) đợc sử dụng để xắp xếp khung, còn lại 31kênh sẵn có để mang các “kênh lu lợng” và “giao tiếp báo hiệu”

Giao thức báo hiệu đợc sử dụng giữa các mạng GSM là:

 X-25 (LAPB), một khe thời gian 64 kbps

 C7 (SS7), một khe 64 kbps (BSSAP, MAP, TACP, SCCP, MTP)>  LAPD, một khe 64 kbps

Giao thức X-25 đợc sử dụng giữa BSC - OMC

Đờng truyền C7 giữa BSC - MSC, độc lập với loại báo hiệu đợc đòi hỏi sẽdựa trên phần nào của giao thức C7 sẽ đợc sử dụng (ví dụ: MSC - MS sẽ sử dụngmột tập con của BSSAP đợc gọi làDATP để chuyển tin báo)

Giao thức LAPD đợc sử dụng giữa BSC - BTS, giao thức này bình thờng nh

đã đợc xác định là 64 kbps

Đờng truyền giữa BSC- CBC không sử dụng giao thức đợc đặc tả Sự lựachọn giao thức đợc quyết định giữa nhà cung cấp PLMN và nhà cung cấp CBC(điển hình X-25 và C7 có thể sử dụng)

III-/ Truyền dẫn tín hiệu số và tơng tự

Giao diện vô tuyến (Air Interface) đợc sử dụng trong mạng GSM là vì:  Có tính chống nhiễu tốt, tạo điều kiện sử dụng các mẫu tái sử dụng tần

số chặt chẽ hơn và giảm thiểu vấn đề giao thoa

 Có kết hợp chống lỗi, bởi vậy bảo vệ lu lợng mà nó mang

 Mang lại cho thuê bao tính bảo mật tốt hơn và an ninh cho nhà cung cấp mạng

 Tơng thích với ISDN, sử dụng các giao diện mở đợc chuẩn hoá và

mang lại một loạt các dịch vụ đợc nâng cao cho thuê bao của mạng

1-/ Kỹ thuật điều chế:

* Có 3 phơng pháp điều chế tín hiệu phát qua không trung:

 Điều Biên (AM_Amplitude Modulation)

AM thực hiện rất đơn giản với các tín hiệu tơng tự nhng tính chống

nhiễu kém

 Điều Tần (FM_Frequency Modulation)

FM thực hiện phức tạp hơn nhng cung cấp tính chống nhiễu tốt hơn  Điều Pha (PM_Phase Modulation)

PM cung cấp tính chống nhiễu tốt nhất nhng với các tín hiệu tơng tự

nó ít khi đợc sử dụng vì thực hiện rất phức tạp

* Tín hiệu số có thể sử dụng bất cứ phơng pháp điều chế nào, nhng PMcung cấp tính chống nhiễu tốt nhất Vì PM có thể đợc thực hiện dễ dàng với tínhiệu số nên đây là phơng pháp sử dụng cho giao diện vô tuyến PM đợc biết tới

nh là Khoá Dịch Pha (PSK_Phase Shift Keying) khi áp dụng cho tín hiệu số

2-/ Truyền dẫn tín hiệu số

2.1- Khoá dịch pha PSK

Điều pha cung cấp mức độ chống nhiễu cao Tuy nhiên, có một vấn đề xảy rakhi điều chế theo cách này: đó là khi một tín hiệu thay đổi pha đột ngột thì các thànhphần tần số cao đợc sinh ra cho nên đòi hỏi một băng tần rộng để truyền dẫn

GSM phải càng có hiệu quả với băng tần sẵn có càng tốt Vì vậy, nó không

sử dụng kỹ thuật này nhng có một sự phát triển của kỹ thuật này giúp cho điềupha có hiệu quả hơn đợc sử dụng trong thực tế bởi giao diện vô tuyến GSM, nógọi là Khoá Dịch Cực Tiểu Gauss (GMSK_Gaussian Minimum Shift Keying)

2.2- Khoá dịch cực tiểu Gauss

0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7

Khe Thời Gian

Cụm

Khe Thời Gian

Hình-14: Khe thời gian và khung TDMA

Với GMSK, pha thay đổi đại diện cho sự thay đổi từ một số ‘1’ hay ‘0’không xảy ra tức thì nh khi Khóa Dịch Pha Nhị Phân (BPSK_Binary Phase ShiftKeying) Thay vào đó nó xảy ra trong một khoảng thời gian và vì vậy việc xuấthiện các thành phần tần số cao sẽ giảm đi

Với GMSK, đầu tiên tín hiệu số đợc lọc qua Bộ Lọc Gauss Bộ lọc này gây

ra sự méo dạng tín hiệu, các góc vuông đợc bo tròn Tín hiệu bị méo dạng sau đó

đợc sử dụng để dịch pha tín hiệu mang Vì vậy sự thay đổi pha tức thì không lâuhơn mà đợc trải ra

IV-/ Các kênh vật lý, logic và các đa khung

 Kênh vật lý là kênh trung gian mà qua đó thông tin đợc mang đi, trong trờng một giao diện mặt đất thì nó là cáp

 Kênh logic là các loại thông tin đợc mang qua kênh vật lý

1-/ Các kênh vật lý GSM (Physical Channel)

Một sóng mang RF_GSM đơn có thể hỗ trợ tới 8 thuê bao MS cùng mộtlúc Hình vẽ dới đây cho thấy làm thế nào để thực hiện đợc việc này Mỗi kênhchiếm một sóng mang cho 1/8 thời gian Kỹ thuật này đợc gọi là Đa Truy NhậpPhân Chia Theo Thời Gian (TDMA)

Thời gian đợc chia thành các khoảng gián đoạn đợc gọi là ‘Khe Thời Gian’.Các khe thời gian đợc xắp xếp thành chuỗi và đợc đánh số theo quy ớc từ 07.Mỗi sự lặp lại của chuỗi này đơc gọi là một khung TDMA

Mỗi cuộc gọi điện thoại của MS chiếm một khe thời gian (07) trong khungcho đến khi cuộc gọi đợc kết thúc hoặc có sự chuyển giao xảy ra Các khungTDMA sau đó đợc xây dựng thành các cấu trúc khung lớn hơn theo loại kênh Đểmột hệ thống nào đó hoạt động đúng, sự định thời truyền dẫn tới và từ máy di

động đợc thc hiện chăt chẽ MS và BSS phải phát thông tin liên quan tới một cuộcgọi vào đúng thời điểm chính xác nếu không khe thời gian sẽ bị thiếu Thông tin

đợc mang trên một khe thời gian đợc gọi là ‘cụm’ Mỗi cụm số liệu chiếm khe

thời gian đợc phân bổ cho nó trong các khung TDMA kế tiếp, cung cấp một kênhvật lý GSM đơn mang một số kênh logic khác nhau giữa BTS và MS

2-/ Các kênh logic GSM (Logical Channel)

Có 2 nhóm kênh logic chính là nhóm kênh lu lợng và nhóm kênh điều khiển

2.1- Các kênh lu lợng

Kênh lu lợng là kênh mang thông tin thoại hoặc số liệu Có một số loạikênh lu lợng sau:

 Toàn tốc:

TCH/FS : Thoại (trớc mã hóa 13 kbps; sau mã hóa 22, 8 kbps)

TCH/EFR : Thoại (trớc mã hóa 12, 2kbps; sau mã hóa 22, 8 kbps)

TCH/FS : Full Rate Speech CHannel - Kênh Thoại Toàn Tốc

TCH/HS : Hall Rate Speech CHannel - Kênh Thoại Bán Tốc

TCH/EFR : Enhanced Full Rate Speech - Kênh Thoại Toàn Tốc Cải TiếnTCH/9, 6 : Data CHannel 9, 6 kbps - Kênh số liệu 9, 6 kbps

TCH/4, 8 : Data CHannel 4, 8 kbps - Kênh số liệu 4, 8 kbps

TCH/2, 4 : Data CHannel 2, 4 kbps - Kênh số liệu 2, 4 kbps

Các kênh thoại này đợc hỗ trợ bởi hai phơng pháp mã hóa khác nhau đợc biếttới là Toàn Tốc (FR) và Toàn Tốc Cải Tiến (EFR) Mã hóa EFR cung cấp dịch vụthoại có chất lợng tiếng đợc cải thiện hơn mã hóa thoại FR nguyên thuỷ, trong khi

đó vẫn sử dụng cùng một băng tần ở giao diện vô tuyến EFR sử dụng một thuậttoán mã hóa thoại mới và bổ xung cho thuật toán mã hóa kênh toàn tốc để hoànchỉnh dịch vụ thoại đợc cải thiện này Tuy nhiên, nó sẽ chỉ đợc hỗ trợ bởi di độngpha 2+ trở đi Ngoài ra các kênh thoại có thể mã hoá bán tốc (HS - Half Speech)

Đây là tuỳ chọn của mạng, nó có thể hỗ trợ 2 máy di động

2.2- Các nhóm kênh điều khiển GSM

Gồm có:

 Nhóm Kênh Điều Khiển Quảng Bá (BCCH_Broadcast Control Channel).

 Nhóm Kênh Điều Khiển Chung (CCCH_ Common Control Channel)

 Nhóm Kênh Điều Khiển Dành Riêng (DCCH_Dedicated Control Channel)

 Kênh Đồng Bộ (SCH - Synchronizing Channel) mang thông tin đồng bộ khung

 Kênh Hiệu Chỉnh Tần Số (FCCH_Frequency Correction Channel) cung cấp thông tin đồng bộ sóng mang

MS PCH và AGCH không bao giờ đợc sử dụng đồng thời

 Kênh Quảng Bá Ô (CBCH_Cell Broadcast Channel) đợc sử dụng để phát các bản tin quảng bá tới mọi MS trong một ô; ví dụ thông tin về giao thông trên đờng

2.2.3- Nhóm DCCH:

Các Kênh Điều Khiển Dành Riêng đợc gán cho một MS đơn để thiết lậpcuộc gọi và xác nhận tính hợp lệ của một thuê bao DCCH bao gồm:

 Kênh Điều Khiển Đứng Riêng Một Mình (SDCCH) hỗ trợ truyền dữ liệu

từ và tới MS trong suốt quá trình thiết lập cuộc gọi và xác nhận tính hợp

lệ

 Kênh Điều Khiển Kết Hợp (ACCH_Associated Control CHannel): kênh này bao gồm Kênh Điều Khiển Liên Kết Chậm (SACCH_Slow ACCH) đợc sử dụng để đo các đờng truyền vô tuyến và các bản tin điều khiển

công suất; Và Kênh Điều Khiển Liên Kết Nhanh (FACCH_Fast ACCH) đợc dùng để mang các bản tin loại ‘dữ kiện’, ví dụ nh các bản tin chuyển giao Cả hai kênh FACCH và SACCH hoạt động ở chiều

Kết Hợp Kênh

L u L ợng Quảng Bá

Dành Riêng Kết Hợp

Khe Thời Gian

Bất cứ khe nào

0, 2, 4, 6 (0 phải đ ợc sử dụng đầu tiên) Bất cứ khe nào

2.2.5- Kết hợp kênh và các khe thời gian

Kết hợp kênh mà chúng ta đã xác định ở trên đợc gửi qua giao diện vôtuyến trong một khe thời gian đợc lựa chọn

Một số kết hợp kênh có thể đợc gửi trên bất cứ khe thời gian nào, nhng một

số kênh khác phải đợc gửi trên các khe thời gian đặc biệt Dới đây là bảng ánhxạ các kết hợp kênh vào các khe thời gian riêng:

2 6

(áp dụng cho ô có dung l ợng thấp) Cấu trúc không kết hợp

(áp dụng cho ô có dung l ợng cao)

Hình-15: Các kết hợp kênh trên cấu trúc khung TDMA

0 1 2 2047

1 Siêu siêu khung = 2048 Siêu khung = 3 h 28 min 53, 76 s

3-/ Các đa khung và sự định thời

Có 8 khe thời gian trong mỗi khung TDMA, tạo điều kiện cho 8 kênh vật lýchia sẻ một tài nguyên vật lý đơn - một sóng mang RF Về phía mình, mỗi kênhvật lý có thể đợc chia sẻ bởi một số kênh logic Để hiểu một kênh vật lý đơn chia

sẻ bởi các kênh logic khác nhau nh thế nào, cần thiết phải giới thiệu cấu trúc đakhung GSM có thể có

3.1- Đa khung (Multi Frames)

Trong nguyên lý mật mã đờng truyền vô tuyến có sử dụng một thông số là

số khung Do vậy TS phải đánh số các khung ở dạng chu trình ( vì không thể

đánh số khung đến vô tận đợc ) Số khung trong một chu trình là 2715648.Khung TDMA ( 3h 28min 53sec 760ms), cấu trúc này đợc gọi là siêu siêukhung; một siêu khung có độ dài là 6 12s và một siêu khung lại đợc chia thànhcác đa khung Có hai loại đa khung:

3.1.1- Đa khung kênh lu lợng 26 khung:

Đa khung này dài 120s dùng để mang thông tin của các kênh lu lợng TCH,SACCH, FACCH; 51 đa khung này tạo thành một siêu khung (Hình-20)

3.1.2- Đa khung kênh điều khiển 51 khung

Đa khung này dùng cho các kênh điều khiển BCCH và CCCH; 26 đa khungnày tạo nên một siêu khung

3.2- Siêu khung và siêu siêu khung

Hình-16 cho thấy bất loại khung nào cho trớc sẽ chỉ xảy ra trùng hợp 1326(26*51) khung TDMA một lần trong cả hai đa khung Số lợng khung TDMA này

đợc gọi là một siêu khung và mất 6 12s để truyền; sự sắp xếp này nghĩa là địnhthời đa khung kênh lu lợng luôn luô thay đổi nằm trong mối liên hệ định thời đakhung kênh điều khiển và điều này tạo điều kiện cho thu và giải mã thông tin

0 1 Điều Khiển 25

Hình-16: Cấu trúc khung TDMA

 Đồ án tốt nghiệpồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Song Hà

Siêu siêu khung bao gồm 2048 siêu khung và đợc sử dụng trong việc kết

điểm này thuật toán mã hoá và nhảy tần đợc khởi động lại

v-/ Cụm GSM

1-/ Giới thiệu chung về cụm

Cụm là khuôn mẫu thông tin ở một khe thời gian TDMA nghĩa là trong cáckhoảng thời gian đồng đều cách nhau 8 khe thời gian ngời ta gửi đi một cụm củamột loại thông tin ( sét từ MS ) tuỳ theo nội dung mang thông tin mà ngời ta chia

ra làm nhiều loại cụm khác nhau

0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7

Dải bảo vệ Cụm Bình Th ờng Dải bảo vệ

Các bit đuôi Cờ lấy lén Cờ lấy lén Các bit

nh đã thấy trên sơ đồ Để chính xác, khe thời gian dài 0 577ms; trongkhi đó cụmchỉ dài 0 546ms vì vậy có một sự khác biệt về thời gian là 0 031ms để tạo điềukiện cho cụm đúng với khe thời gian

- Cờ lấy nén: hai bit này đợc bật khi mỗi cụm kênh lu lợng bị lấy nén bởimột FACCH Một bit đợc thiết lập chỉ ra rằng một phần hai khối bị lấy nén

- Chuỗi huấn luyện: Đợc sử dụng bởi bộ cân bằng của máy thu khi nó đánhgiá đặc tnhs truyền của đờng truyền vật lý giã BTS và MS Chuỗi huấn luyện dài

26 bit

- Bit đuôi: Các bít này đợc sử ụng để chỉ ra sự bắt đầu và kết thúc của một cụm

2-/ Các loại cụm

2.1- Cụm bình thờng (NB-Normal Burst)

NB mang các kênh lu lợng và tất cả các loại kênh điều khiển, ngoại trừ cáckênh điều khiển song hớng ở NB đợc sử dụng để mang thông tin ở kênh lu lợng

và các kênh điều khiển trừ các kênh sau RACH, SCH, FCCH

- Codedata: Bit dữ liệu gồm 57 bit số liệu hoặc thoại đợc mã hoá

- Bit điều khiển: Dùng để chỉ thị xem cụm thông tin này có bị lấy cắp không

- Chuỗi bit hớng dẫn: Dài 26 bit dùng để thiết lập bộ cân bằng

- Các bit đuôi: đợc sử dụng để chỉ ra sự bắt đầu và kết thúc trong cụm

3 142bit 3 8, 25

Hình-18: Cụm hiệu chỉnh tần số

0 1 2 3 4 5 6 7

TB Các bit đ ợc mật mã hóa Chuỗi đồng bộ Các bít đ ợc mật mã hóa TB GB

3 39 bit 64 bit 39 bit 3 8, 25

Hình-19: Cụm đồng bộ

- Khoảng bảo vệ: là một khoảng trống đợc dùng để chống việc thông tingiữa các TS chồng lấn lên nhau

2.2- Cụm hiệu chỉnh tần số (FB-Frequency Burst)

FB đợc dùng để hiệu chỉnh tần số của MS, nó mang các thông tin của kênhhiệu chỉnh tần số FB mang FCCH hớng xuống để hiệu chỉnh tần số bộ tạo dao

động của MS, khoá nó một cách hữu hiệu với tần số bộ giao động bên trong củaBTS ( các bít cố định ở đây đợc quy định bởi các bit 0)

2.3- Cụm đồng bộ (SB-Synchnonisation Burst)

SB đợc dùng để đồng bộ thời gian của MS Nó chứa một chuỗi đồng bộ dài

dễ dàng đợc nhận biết vì mang thông tin của số khung TDMA cùng với mã nhậndạng trạm gốc cụm này mang thông tin cho SCH

2 4- Cụm thâm nhập (AB-Access Burst)

Cụm AB này có thời gian ngắn hơn nhiều so với các loại cụm khác Và cụm

AB còn phục vụ MS thâm nhập hệ thống ngẫu nhiên hay chuyển giao cụm thâmnhập có 36 bit tin đợc mật mã hóa và khoảng bảo vệ dài 68 25 bit tơng ứng với

Hình-20: Cụm thâm nhập

252 s để dành cho việc phát cụm từ MS vì MS lần đầu tiêm thâm nhập mạngkhông biết định trớc thời gian hay sau khi chuyển giao tới BTS mới

2.5- Cụm giả (DB-Dummy Burst)

Đợc sử dụng khi không có thông tin đợc mang trên các khe thời gian không

đ-ợc sử dụng của sóng mang BCCH (chỉ dùng cho hớng xuống) Cụm giả này đđ-ợcphát đi từ các BTS, trong một số trờng hợp xắp xếp các kênh logic thì cụm nàykhông mang thông tin và có khuôn mẫu giống nh cụm bình thờng

vi-/ Mã hóa kênh

1-/ Chống và phát hiện lỗi

Để bảo vệ kênh logic khỏi các lỗi truyền dẫn xuất hiện do đờng truyền vôtuyến, nhiều lợc đồ mã hóa khác nhau đợc sử dụng Sơ đồ ở dới minh họa quátrình mã hoá thoại, kênh điều khiển và số liệu

Lợc đồ cài xen và mã hóa dựa vào loại kênh logic đợc mã hóa Tất cả cáckênh logic yêu cầu một vài thủ tục mã hóa vòng xoắn, nhng vì sự cần thiết bảo

vệ là khác nhau, nên tỷ số mã hóa cũng có thể khác nhau

20 ms 0, 577 ms

Khối thông tin Các cụm thông tin

Thoại (260 bit) Thoại (8 cụm)

Điều khiển (184 bit) Điều khiển (4

- Mã hóa kênh điều khiển chung: 20ms thông tin qua giao diện vô tuyến sẽmang 4 cụm thông tin điều khiển, ví dụ là BCCH Việc này tạo điều kiện cho cáccụm đợc chèn vào một đa khung TDMA

- Mã hóa kênh số liệu: thông tin số liệu đợc trải ra 22 cụm, có việc này bởivì mọi bít thông tin số liệu là rất quan trọng Vì vậy khi số liệu đợc tái xây dựnglại ở máy thu; nếu một cụm bị mất, chỉ một phần rất nhỏ khối số liệu 20ms bịmất Cơ chế mã hoá chống lỗi sau đó sẽ tạo điều kiện cho số liệu bị mất tr ớc đó

đợc xây dựng lại

Phần ii

quy hoạch tần số cho hệ thống thông

tin di động tại khu vực hà nội

Chơng i

Giới thiệu về quy hoạch tần số

I-/ Giới thiệu chung

Đặc điểm của thông tin di động là thông tin vô tuyến Để trao đổi đợc thôngtin vô tuyến cần phải quy hoạch vùng phủ sóng để đợc chất lợng trao đổi thôngtin tốt nhất, hiệu quả nhất,và giá thành không quá cao Vì vậy trong GSM ngời ta

đa ra khái niệm về quy hoạch ô Quy hoạch ô là tính các thông số của một ô nh:

Vị trí dặt trạm gốc (BTS), các anten sử dụng, hình dạng kích thớc của địa hình vàcác ảnh hởng của các địa hình tới thông tin, ảnh hởng của mật độ gia tăng cácthuê bao di động (MS) và các tổ chức mạng gồm nhiều ô, công suất các đài trạm,

sự phân bố kênh, các nhóm kênh

ii-/ Yêu cầu về quy hoạch ô.

Vấn đề yêu cầu quy hoạch ô dựa theo những nguyên tắc sau đây:

- Giá thành

- Khả năng về lu lợng

- Vùng phủ sóng

- Cấp phục vụ

- Chất lợng thông tin (âm thanh, tiếng nói)

- Khả năng phát triển thuê bao di động trong tơng lai

Trong đó yêu cầu về lu lợng trao đổi thông tin có nghĩa: bao nhiêu cuộc gọi

đồng thời tại một thời điểm giữa thuê bao đợc chấp nhận lu lợng trao đổi thông tin

là yếu tố cơ bản quyết định năng lợng của một ô Yêu cầu lu lợng khác nhau so vớitừng khu vực và việc tính toán về lu lợng đợc dựa trên cơ sở sau:

- Phân bố truyền sóng

- Phân bố thiết bị chuyển động

- Mức phân bô gia tăng

- Phân bố địa hình

- Phân bố của điện thoại cố định

- Thời gian cuộc gọi và giá của MS

Để đợc tính toán các tham số đợc đơn giản ngời ta đa ra mẫu sử dụng chocác trờng hợp khác nhau, thờng là mẫu hình lục giác Với sự hạn chế về tần số vôtuyến nên khả năng gia tăng lu lợng (ở những vùng có lu lợng cao) không thể giatăng số kênh mà ngoừi ta thực hiện cắt thành những ô nhỏ hơn Việc quy hoạch ôkhông chỉ đáp áng yêu cầu về lu lợng ở thời điểm hiện tại mà còn đáp ứng nhữngyêu cầu đòi hỏi trong tơng lai.

III-/ Khảo sát vùng quy hoạch.

Để đạt sự chính xác các dự đoán vùng phủ sóng vô tuyến về môi trờng Taphải tiến hành khảo sát các vùng (khảo sát vị trí), nếu chọn các vị trí sơ bộ thì nóphải đợc đáp ứng các yêu cầu sau:

- Quan hệ của vị trí tới mạng

- Không gian cho anten và thiết bị vô tuyến

vị trí đã chọn hay phải tìm vị trí mới

Đặc điểm thể hiện các trạm số đo đợc với một vùng không khảo sát trên cùngmột đồ thị, nên có thể nhận thấy đợc và có quyết định đúng đắn cho việc phủsóng

Sự điều hoà hệ thống ô: Đây là đặc điểm rất tiến bộ của một hệ thống đã

đ-ợc tổ chức và chạy thử nghiệm với một lu lợng nào đó trong một khoảng thời

gian Coa thể điều chỉnh lại lu lợng của hệ thống Thực chất xã định lu lợng trao

đổi thông tin của hệ thống xem đã ổn định cha dẫn đén việc điều chỉnh để đi đếnquyết định cuối cùng về hệ thống

Hình 23: Truyền sóng trong không gian tự do

Chơng ii

Các thông số ảnh hởng đến việc quy hoạch tần số

I-/ Vấn đề khoảng cách.

Trong GSM thì công suất phát tối đa của trạm di động là 20W (với loại lắptrên ôtô và loại cầm tay thì công suất phát tối đa là 2W và khả năng cảm nhậncủa trạm gốc bị giới hạn bởi tạp âm mà thông thờng là tạp âm nhiệt Đây chính

là nguyên nhân cho giới hạn trên của công suất phát và giới hạn dới cho mức thutín hiệu thu

Hơn nữa, việc phủ sóng cũng bị giới hạn bởi đờng truyền Xét trờng hợpsóng điện từ lan truyền trực tiếp trong không gian tự do, trên đờng truyền không

có vật cản Qua khảo sát thì cờng độ sóng vô tuyến thay đổi (giảm dần) khitruyền Mức độ suy giảm này tỉ lệ với bình phơng khoảng cách đờng truyền

Nhng trong thực tế việc truyền không chỉ đơn giản nh trên bởi trên đờngtruyền cò rất nhiều vật cản (chớng ngại vật) Lúc này việc thông tin liên lạc truyềnsóng không còn thông qua những đờng truyền trực tiếp nữa mà thông qua các sóngphản xạ Sự ttổn hao đờng truyền trong trong trờng hợp này lại khác, cụ thể mức độtổn hao sẽ tăng đáng kể theo khoảng cách Mức độ tổn hao sẽ tỷ lệ với d (mức độtuỳ thuộc tính phức tạp địa hình mà có thể lấy đợc 3 hoặc 4)

Trong thông tin di động, thông tin liên lạc đợc thiết lập qua đờng truyềnsóng siêu cao (liên lạc vô tuyến tầm nhìn thẳng, nên mặt đất cũng bị ảnh hởng

đến khoảng cách truyền sóng vô tuyến)

Ltp = 46.33 + 33.9logF - 13.82loghb - a(hm) + (44.9 - 6.55loghb)log(d) +Cm

Ltp = 69.55 + 26.16logF - 13.82loghb - a(hm) + (44.9 - 6.55loghb)log(d) (1)

 Đồ án tốt nghiệpồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Song Hà

a(hm) = (1.1logF - 0.7)hm - (1.56logF - 0.8)

hm: Độ cao anten thu (MS)

Vùng ngoại ô ở điều kiện bình thờng

Vùng bằng phẳng tha dânở điều kiện bình thờng

Trong điều kiện 15% diện tích bị bao phủ bởi các toà nhà (đo thị)và địahình thực tế thì sai số của công thức trên là  10%

Theo mô hình cost 213 thì suy hao đờng truyền đợc tính theo công thức (4)

II-/ vấn đề nhiễu.

Mục đích quan trọng trong việc quy hoạch ô là làm sao cho hệ thống có thể

đạt đợc dung lơng lu thông cao nhất mà vẫn đạt đợc chất lợng phục vụ Nói theocách khác là ta muốn có một số lợng lớn thuê bao hoà mạng trong khi vẫn duy trì đ-

ợc cáap phục vụ và chất lợng phục vụ theo tiêu chuẩn trong hệ thống vô tuyến tổong thì vấn đề nhiễu ảnh hởng rất lớn đến mục tiêu Nhiễu có thể sinh ra từ nhiềunguồn khác nhau, nhng cần quan tâm nhất là nhiễu của hệ thống

1-/ Nhiễu đồng kênh.

Để tăng dung lợng thông tin thì hệ thống vô tuyến tổ ong phải sử dụng lạitần số Tức là một ô bất kỳ trong hệ thống cũng sử dụng lại các kênh ô khác đãdùng, điều này cũng có nghĩa là ô này cũng sẽ chịu nhiễu đồng kênh từ ô khác

mà có sử dụng các kênh cuả nó

Nhiệm vụ của việc quy hoạch ô là phải đa ra khoảng cách thích hợp cho các

ô này để sao cho nhiễu đồng kênh ở các ô sử dụng lại cùng tần số này là không

đáng kể Nh vậy công việc của nhà quy hoạch là giới hạn ởmức độ có thể chấpnhận đợc Chính thông số này đã quyết định cho việc tính toán kích cỡ của một

ô Để hiển thị cho mức độ nhiễu đồng kênh trong hệ thống ngời ta đa ra tỷ số C/Idới dạng (dB)

2-/ Nhiễu kênh lân cận.

Một loại nhiễu thờng xẩy ra trong hệ thống GSM đó là nhiễu kênh lân cận.Nhiễu kênh lân cận ở kênh điều khiển sẽ làm sai dữ liệu và cũng là nguyên nhânlàm hỏng các cuộc gọi Vì hệ thống tổ ong chịu đáng kể nhiễu kênh lân cận, nêntrong vấn đề quy hoạch tần số yêu cầu đầu tiên đặt ra là quy hoạch các kênh lâncận Để định nghĩa mức độ nhiễu kênh lân cận trong hệ thống GSM ngời ta đa ra

Các khu vực có thể xẩy ra phân tán thời gian là các khu vực đồi núi, các toànhà cao tầng trong thành phố, hay ngay cả các vùng ao, hồ v.v

Để giảm ảnh hởng của phân tán thời gian, hệ thống GSM đã đợc trang bịmật độ cân bằng mà nguyên lý hoạt động của nó là có khả năng cân bằng các tínhiệu trong khoảng 15 s sau tín hiệu trực tiếp (tín hiệu đến đầu tiên) Phần giai

đoạn mà bộ cân bằng có thể đáp ứng đợc gọi là cửa sổ thời gian

Phần phản xạ đến máy thu ngoài cửa sổ thời gian đợc gọi là nhiễu do phảnxạ Để định nghĩa mức độ tín hiệu phản xạ ngoài cửa sổ thời gian ngời ta đa ra tỷ

số giữa cờng độ sóng mang và sóng phản xạ là C/12 Tỷ số C/12 càng nhỏ thìchất lợng tín hiệu càng kém Theo khuyến nghị của GSM thì tỷ số này đạt đợc ítnhất 9dB

III-/ Vấn đề truyền dẫn

Truyền dẫn là cơ sở rất quan trọng trong thiết kế mạng Truyền dẫn trên ờng vô tuyến có ảnh hởng đến chất lợng cuộc gọi của mạng Truyền dẫn trênAbis có ảnh hởng cấu hình và lu lợng phục vụ của mạng

đ-Đặc điểm của phơng thức thông tin di động là truyền dẫn vô tuyến bằngsóng viba số Tuy nhiên điều này còn hạn chế rất lớn đến chất lợng thuê bao củamạng

1-/ Dải tần phổ.

GSM sử dụng phơng pháp điều chế pha tối thiểu Gau - so - GMSK cho điềuchế các tín hiệu ở tốc độ xấp xỉ 270 Kb Tần phổ điều chế có độ rộng khoảng

900MHz do vậy việc lựa chọn các kênh trong một ô hoặc các ô lân cận có tần sốquá nhỏ sẽ gây nên sự trùng hợp quá lớn về giải tần phổ bởi băng tần quá hẹp.

Điều này có thể khắc phục bằng việc sử dụng lại tần số, mẫu sử dụng lại tần sốphải có một cách khoa học để tránh nhiễu tần số gây ra

2-/ Suy hao đờng truyền.

Là hiện tợng tín hiệu thu giảm dần do khoảng cách giữa trạm phát và trạmthu ngày càng xa nhau

Theo công thức Hata (1) thì :

hb=30m => (44.9 -6.55loghb)logd = 35.2logd

hb= 5.6 m => (44.9 - 6.55loghb)logd =40.0logdVậy suy hao đờng truyền sóng trong thông tin di động tổ ong tỷ lệ với xấp xỉ d4

Ví dụ: Tính suy hao truyền dẫn

Khi hệ thống ở ngoại ô, bán kính 2Km Khoảng cách truyền dẫn 4Km

Khi vùng ngoại ô bằng phẳng tha dân thì suy hao đờng truyền là:

Vậy suy hao đờng truyền ở vùng ngoại ô bằng phẳng tha dân nhỏ hơn nhiều

so với vùng ngoại ô, khu đô thị và bán kính khoảng cách truyền cũng lớn hơn

LD= 46.33 + 33.9logF - 13.82loghb + (44.9 - 6.55loghb)logd

= 46.33 + 33.9log1800 - 13.82log15 + (44.9 - 6.55log15)logd

I-/ Cấu hình BTS.

Các BTS nối đến BSC bằng giao diện Abis Chúng đợc đặt cùng vị trí hoặc

ở cách xa khoảng cách này đủ lớn (>10m)

1-/ Cấu hình nới vòng (Multidrop - loop).

Các BTS có thể nối với nhau sau đó nối đến BSC theo hình vòng Cho phép

đồng bộ 2 hoặc 3 BTS đấu vòng nếu chúng không quá 100m Cấu hình này sửdụng cho vùng có lu lợng thấp và giới hạn các BTS Nó hơi thừa đờng truyền tuynhiên đờng truyền nối bị hỏng đờng lu thông có thể định tuyến theo hớng ngợclại

2-/ Cấu hình đẳng hớng hình sao (Star Omnidirection).

Đây là cấu hình cho phép BSC điều khiển một BTS đặt ở xa hoặc đặt ở cùng

vị trí với BSC Các BTS này sử dụng anten đẳng hớng khi thu phát vô tuyến Cấuhình đợc dùng ở vùng có mật độ thấp tại vùng có lu lợng cao