Kỹ thuật xử lý số và truyền dẫn vô tuyến số trong các hệ thống thông tin di động

Cùng với đó, mức sống chung của toàn xã hội ngàycàng được nâng cao đã khiến cho số lượng các thuê bao sử dụng dịch vụ di độngtăng đột biến trong các năm gần đây.. Các nhà cung cấp dịch v

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

KHOA CÔNG NGHỆ

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài:

KỸ THUẬT XỬ LÝ SỐ VÀ TRUYỀN DẪN VÔ TUYỄN

SỐ TRONG CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

Sinh viên thực hiện : Trần Văn TùngNgười hướng dẫn : Ths Phạm Mạnh Toàn

Vinh, 5-2010

Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh

2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

KHOA CÔNG NGHỆ

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài:

KỸ THUẬT XỬ LÝ SỐ VÀ TRUYỀN DẪN VÔ TUYỄN

SỐ TRONG CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

Sinh viên thực hiện : Trần Văn TùngNgười hướng dẫn : Ths Phạm Mạnh Toàn

Vinh, 5-2010

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Trần Văn Tùng

Khoá: 46 Khoa Công nghệ Ngành Điện tử viễn thông

1 Đầu đề đồ án: Kỹ thuật xử lý số và truyền dẫn vô tuyến số trong các hệ thống

thông tin di động

truyền dẫn

3 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

4 Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):

5 Họ tên giảng viên hướng dẫn: Ths Phạm Mạnh Toàn

6 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 23 tháng 2 năm 2010

7. Ngày hoàn thành đồ án: 10 tháng 05 năm 2010

Ngày tháng năm

Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày tháng năm

Cán bộ phản biện

Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh

4

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

-BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Trần Văn Tùng Sinh viên ngành: Điện tử Viễn thông Khoá: 46 Ngườihướng dẫn: Ths Phạm Mạnh Toàn Cán bộ phản biện: ………

Nội dung thiết kế tốt nghiệp:

1 Nhận xét của cán bộ phản biện:

Ngày tháng năm 2010

Cán bộ phản biện

( Ký, ghi rõ họ và tên )

LỜI NÓI ĐẦU

***

Trong cuộc sống hàng ngày thông tin liên lạc đóng một vai trò rất quan trọng

và không thể thiếu được Nó quyết định nhiều mặt hoạt động của xã hội, giúp conngười nắm bắt nhanh chóng các thông tin có giá trị văn hoá, kinh tế, khoa học kỹthuật rất đa dạng và phong phú

Ngày nay với những nhu cầu cả về số lượng và chất lượng của khách hàng sửdụng các dịch vụ viễn thông ngày càng cao, đòi hỏi phải có những phương tiệnthông tin hiện đại nhằm đáp ứng các nhu cầu đa dạng của khách hàng “mọi lúc, mọinơi” mà họ cần

Thông tin di động ngày nay đã trở thành một dịch vụ kinh doanh không thểthiếu được của tất cả các nhà khai thác viễn thông trên thế giới Đối với các kháchhàng viễn thông, nhất là các nhà doanh nghiệp thì thông tin di động trở thànhphương tiện liên lạc quen thuộc và không thể thiếu được Dịch vụ thông tin di độngngày nay không chỉ hạn chế cho các khách hàng giầu có nữa mà nó đang dần trởthành dịch vụ phổ cập cho mọi đối tượng viễn thông

Trong những năm gần đây, lĩnh vực thông tin di động trong nước đã cónhững bước phát triển vượt bậc cả về cơ sở hạ tầng lẫn chất lượng phục vụ Với sựhình thành nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn thông mới đã tạo ra sự cạnh tranh đểthu hút thị phần thuê bao giữa các nhà cung cấp dịch vụ Các nhà cung cấp dịch vụliên tục đưa ra các chính sách khuyến mại, giảm giá và đã thu hút được rất nhiềukhách hàng sử dụng dịch vụ Cùng với đó, mức sống chung của toàn xã hội ngàycàng được nâng cao đã khiến cho số lượng các thuê bao sử dụng dịch vụ di độngtăng đột biến trong các năm gần đây

Các nhà cung cấp dịch vụ di động trong nước hiện đang sử dụng hai côngnghệ là GSM (Global System for Mobile Communication - Hệ thống thông tin di

Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh

6

động toàn cầu) với chuẩn TDMA (Time Division Multiple Access - đa truy cậpphân chia theo thời gian) và công nghệ CDMA (Code Division Multiple Access - đatruy cập phân chia theo mã) WCDMA (Wideband Code Division Multiplex Access

- Đa truy cập phân chia theo mã băng rộng) Các nhà cung cấp dịch vụ di động sửdụng hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM là Mobiphone, Vinaphone, Viettel

và các nhà cung cấp dịch vụ di động sử dụng công nghệ CDMA là S-Fone, EVN,Hanoi Telecom

Các nhà cung cấp dịch vụ di động sử dụng công nghệ WCDMA mang lại nhiều tiệních hơn cho khách hàng, và cũng đang dần lớn mạnh Tuy nhiên hiện tại do nhu cầu

sử dụng của khách hàng nên thị phần di động trong nước phần lớn vẫn thuộc về cácnhà cung cấp dịch vụ di động GSM với số lượng các thuê bao là áp đảo Chính vì

vậy „Kỹ thuật xử lý số và truyền dẫn vô tuyến số trong các hệ thống thông tin

di động” là việc làm rất cần thiết và mang một ý nghĩa thực tế rất cao.

Nội dung trình bày trong bản đồ án:

Chương 1:Tổng quan về thông tin di động GSM

Chương 2: Tiến trình phát triển GSM lên W-CDMA

Chương 3: Các kỹ thuật xử lý số trong hệ thống thông tin di động W-CDMA

Để hoàn thành đồ án, Trên cơ sở những kiến thức tích luỹ trong những nămhọc tập chuyên ngành Điện Tử - Viễn Thông tại Khoa Công Nghệ trường đại HọcVinh, ngoài sự nỗ lực của bản thân, yêu cầu về thời gian và năng lực là rất cần thiết.Bước đầu làm quen với công tác nghiên cứu khoa học, do kiến thức và khả năng của

em còn hạn chế, nên đồ án tốt nghiệp này không tránh khỏi các sai sót Em mongnhận được ý kiến đóng góp của quý thầy, cô và các bạn sinh viên

Em xin chân thành cảm ơn thầy ThS Phạm Mạnh Toàn, cô Ks Nguyễn ThịKim Thu đã giới thiệu, cung cấp tài liệu, phương pháp và tận tình hướng dẫn về nộidung giúp em hoàn thành tốt đồ án này

Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô trong khoa Công Nghệ trường ĐạiVinh, đã tận tình giúp đỡ em trong thời gian học tập ở trường

Vinh, Ngày 10 Tháng 05 Năm2010.

Sinh viên thực hiện.

2.1 Sự cần thiết nâng cấp mạng GSM lên3G .18

2.6.2 Mặt phẳng báohiệu .32

2.8.2 Kỹ thuật điều chế trongEDGE .47

3.6 ĐanXen 60

BẢNG TRA CỨU CÁC TỪ VIẾT TẮT

A

AUC Authentication Centre Trung tâm nhận thực

AUTN Authentication Token Network Thẻ nhận dạng mạng

AGCH Access Grant Channel Kênh cho phép thâm nhập

AMR Adaptive Multi Rate Mã hóa nhiều tốc độ thích ứng ATM Asynchronous Tnsfer Mode Chế độ truyền không đồng bộAWGN Addition White Gaussian Noise Tạp âm Gauss trắng cộng sinh

B

BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc

BSS Base Station Subsystem Hệ thống con trạm gốc

BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc

BSIC Base Transceiver Station

Identity Code

Mã nhận dạng trạm thu phát gốc

BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá

BPSK Binary Phase Shift Keying Điều chế pha nhị phân

CCITT Committee International

Telephone and telegraph

Ủy ban quốc tế Điện thoại và điện báo

CSPDN Circuit Switch Public Data

Network

Mạng số liệu công cộng chuyển mạch theo mạch

CCCH Common Control Channel Kênh điều khiển chung

CGI Cell Global Identity Số nhận dạng ô

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mãCDRs Charging Data Records Bản ghi dữ liệu cước

CTCH Common Traffic Channel Kênh lưu lượng chung

CPCH Common Packet Channel Kênh gói chung

CPICH Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu chung

CCPCH Common Control Physical

Channel Kênh vật lý điều khiển chungCLPC Closed loop Power Control Điều khiển công suất vòng kín

CRC Cyclic Redundance Check Kiểm tra độ dư vòng

D

DPCH Deticated Physical Channel Kênh vật lý dành riêng

DCCH Deticated Control Channel Kênh điều khiển dành riêng

DTCH Deticated Traffic Channel Kênh lưu lượng dành riêng

DPDCH Deticated Physical Data Channel Kênh số liệu vật lý dành riêngDPCCH Deticated Physical Control

Channel Kênh điều khiển vật lý dành riêng

Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh

16

DSSS Direct Sequence Spread

Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp

EIR Equipment Identification

Register Bộ ghi nhận dạng thiết bịEDGE Enhanced Data tes for GSM

Evolution Tốc độ số liệu tăng cường để phát triển GSMECSD Enhanced Circuit Switched Data Tăng cường dữ liệu chuyển mạch

kênh

F

FDMA Frequency Division Multiple

Access Đa truy nhập phân chia theo thời gianFSK Frequency Shift Keying Điều chế số theo tần số tín hiệu

FB Frequency Correction Burst Cụm hiệu chỉnh tần số

FCCH Frequency Correction Channel Kênh hiệu chỉnh tần số

FACCH Fast Associated Control Channel Kênh điều khiển liên kết nhanhFSCCH Forward Supplemental Code

ChannelFDD Frequency Division Duplex Song công phân chia theo tần sốFER Frame Error Rate Tỷ lệ lỗi khung

FHSS Frequency Hopping Spreading

Spectrum

Trải phổ nhảy tần

G

GSM Global System for Mobile

Communication Hệ thống viễn thông toàn cầuGMSC Gateway MSC Trung tâm chuyển mạch các nghiệp

vụ di động cổng GMSK Gaussian Minimum Shift Keying Điều chế khóa dịch pha cực tiểu

Gauss GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung

GGSN GPRS Support Node Nút hỗ trợ cổng GPRS

GTP GPRS Tunnelling Protocol Giao thức đường hầm GPRS

GSN GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS

3GPP Third Generation Partnership

Pecject Tổ chức chuẩn hóa các công nghệ mạng thông tin di động tế bàoGPC

HLR Home Location Register Bô ghi định vị trường trú

HSCSD High Speed Circuit Switched

HPSK Hybrid Phase Shift Keying Điều chế pha hỗn hợp

I

ISDN Integrated Service Digital

Network Mạng số liên kết đa dịch vụIWF Interworking Function Các chức năng tương tác

IMEI International Mobile Equipment

Identity Số nhận dạng di động quốc tếIMSI International Mobile Subciber

Identity Số nhận dạng thuê bao di động quốc tế

IP Internet Protocol Giao thức Internet

IF Intermediate Frequency Trung tần

L

LAI Location Area Identity Số nhận dạng vùng định vị

LAC Location Area Code Mã vùng định vị

LLC Logical Link Control Điều khiển kênh logic

LFSR Linear Feedback Shift Register Bộ thanh ghi dịch có mạch hồi tiếp

tuyến tính

M

MSC Mobile Service Switching

Center Trung tâm chuyển mạch các nghiệpvụ di động

ME Mobile Equipment Thiết bị di động

MSK Minimum Shift Keying Điều chế khóa pha cực tiểu

MCC Mobile Country Code Mã quốc gia của mạng di độngMNC Mobile Network Code Mã mạng thông tinn di động

MSIN Mobile Station Identification

MSRN Mobile Station Roaming

Number

Số lưu động của thuê bao di động

MT Mobile Terminal Máy di động đầu cuối

MMS Multimedia Messaging Service Dịch vụ tin nhắn đa phương tiệnMAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường

Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh

18

MM Mobile Management Quản lý di động

MAP Mobile Application Port Cổng ứng dụng di động

MTP Message Transfer Part Phần chuyển giao tin báo

N

NMC Network Management Center Trung tâm quản lý mạng

NRZ Non Return ti Zero Mã không trở về không

NSS Network Subsystem Phân hệ mạng

Trung tâm quản lý và bảo dưỡng

OLPC Open Loop Power Control Điều khiển công suất vòng hởOSI Open System Interconnection Kết nối hệ thống mở

PCU Packet Control Unit Đơn vị điều khiển gói

PDP Packet Data Protocol Giao thức dữ liệu gói

PLL Physical Link Layer Lớp đường truyền vật lý

PTM Point to Multi point Điểm – đa điểm

PACCH Packet Associated Control

Channel Kênh điều khiển liên kết góiPCCCH Packet Common Control

PCPCH Physical Common Packet

PDSCH Physical Downlink Shared

Channel

Kênh chia sẻ đường xuống vật lý

PRACH Physical Random Access

Channel

Kênh truy nhập ngẫu nhiên vật lýPSK Phase Shift Keying Khóa dịch pha

PDCP Packet Data Convergence Giao thức hội tụ số liệu gói

PCCC Parallel Concatenated

Convolutional Code Mã xoắn móc nối song song

R

RACH Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên

RLC Radio Link Control Điều khiển liên kết vô tuyến

RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến

RNS Radio Network Subsystem Hệ thống mạng con vô tuyến

RANAP Radio Access Network

Application Part

Phần ứng dụng truy nhập mạng vô tuyến

S

SS Switching Subsystem Hệ thống con chuyển mạch

SIM Subscriber Identity Module Modul nhận dạng thuê bao

SB Synchronization Burst Cụm đồng bộ

SCH Synchoronization Channel Kênh đồng bộ

SDCCH Stand alone Dedicated Control

Kênh điều khiển liên kết chậm

SAMB Set Asynchronous Balance

Mode Kiểu cân bằng không đồng bộ tổ hợpSMS Short Message Service Dịch vụ bản tin ngắn

SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS

SAPI Service Access Point Identifier Nhận dạng điểm truy nhập dịch vụSNR Signal to Noise Ratio Tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm

SDU Service Data Unit Khối đữ liệu dịch vụ

SCPCH Secondary Common Control

Physical Channel Kênh vật lý điều khiển chung thứ cấpSHCCH Shared Channel Control Channel Kênh điều khiển phân chia kênh

T

TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời

gianTRAU Transcoder/Rate Adapter Unit Khối chuyển đổi mã và thích ứng

tốc độ

Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh

20

TE Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối

TAF Terminal Adaptation Function Chức năng thích ứng đầu cuốiTCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫnTLLI Temporary Logical Link

Identifier

Nhận dạng kênh logic tạm thời

TDD Time Division Duplex Song công phân chia theo thời gian

TPC Transmit Power Control Điều khiển công suất truyền dẫnTFCI Transport Format Combination

Indicator

Bộ chỉ thị kết hợp định dạng truyềndẫn

THSS Time Hopping Spreading

UE User Equipment Thiết bị người sử dụng

USIM UMTS Subscriber Identity

V

VLR Visistor Location Register Bộ ghi định vị tạm trú

VTS Video Streaming Dịch vụ truyến ảnh động

VPLMN Visited Public Land Mobile

Network

Mạng di động mặt đất công cộng tạm trú

CHƯƠNG I T ỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM

1.1 Tổng quan.

1.1.1 Lịch sử phát triển của thông tin di động.

Điện thoai di động ra đời ở những năm 1920, khi đó điện thoại di động chỉdùng như những phương tiện thông tin liên lạc giữa các đơn vị cảnh sát Mỹ Mãiđến năm 1980 người ta nhận thấy rằng các hệ thống tổ ong tương tự không loại bỏđược các hạn chế cố hữu của các hệ thống này Giải pháp duy nhất để loại bỏ nhữnghạn chế trên là phải chuyển sang sử dụng kỹ thuật thông tin số cho thông tin di độngcùng với các kỹ thuật đa truy nhâp mới

Hệ thống thông tin di động số sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theothời gian (TDMA) đầu tiên trên thế giới được ra đời ở châu Âu và có tên gọi làGSM Ban đầu hệ thông này gọi là “nhóm đặc trách di động” (Group SpecialMobile) Sau đó để tiện cho việc thương mại hoá GSM được gọi là “hệ thống diđộng toàn cầu” (GSM: Global System for Mobile communication) Hệ thống thôngtin di động GSM bắt đầu phát triễn từ năm 1982 khi các nước Bắc Âu gửi đề nghịđến CEPT (Conference of European Postal and Telecommunications - Hội nghị các

cơ quan (quản lý viễn thông và bưu chính Châu Âu) để quy định một dịch vụ viễnthông chung ở Châu Âu ở tần số 900MHZ Năm 1985 người ta quyết định xây dựng

hệ thống thông tin di động kỹ thuật số Đến năm 1986 tại Pari mới hoàn thành việcđánh giá định hướng các giải pháp của các nước khác nhau để tiến tới lựa chọnphương án công nghệ TDMA băng hẹp

Để phát triển, nghiên cứu và nhằm nâng cao mạng lưới dịch vụ thông tin diđộng GSM, đầu năm 1992 một số nước Châu Âu đã thành lập hiệp hội GSM MOUnhằm trao đổi, hợp tác trong kinh doanh và bảo vệ quyền lợi cho các nhà khai thácGSM trên toàn thế giới

Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh

22

Tháng 5/1987, 13 nước Châu Âu đã ký GSM MOU để hứa hẹn lẫn nhau vềviệc hoàn thiện các chỉ tiêu kỹ thuật, nhằm cùng nhau hợp tác mở rộng thị trườngrộng lớn cho GSM và thoả thuận mỗi nước sẽ có một mạng GSM hoạt động kể từ01/7/1991 Song vì một số nguyên nhân, cuối năm 1992 mới có 13 thành viên củamạng GSM của nước và đến nay đã có 253 thành viên mạng GSM của 109 nước.

Ở Việt Nam, GPC và VMS hiện nay đang khai thác hai mạng thông tin diđộng số VinaPhone và MobiFone, Viettel theo tiêu chuẩn GSM

1.1.2 Các đặc tính cơ bản của hệ thống thông tin di động.

GSM được thiết kế độc lập với hệ thống nên hoàn toàn không phụ thuộc vàophần cứng, mà chỉ tập trung vào chức năng và ngôn ngữ giao tiếp của hệ thống.Điều này tạo điều kiện cho nhà thiết kế phần cứng sáng tạo thêm tính năng và chophép công ty vận hành mạng mua thiết bị từ nhiều hãng khác nhau

- GSM với tiêu chuẩn toàn Châu Âu mới, sẽ giải quyết sự hạn chế dunglượng hiện nay Thực chất dung lượng sẽ tăng 2 ÷ 3 lần nhờ việc sử dụng tần số tốthơn và kỹ thuật ô nhỏ, do vậy số thuê bao được phục vụ sẽ tăng lên

- Lưu động là hoàn toàn tự động, người sử dụng dịch vụ có thể đem máy diđộng của mình đi sử dụng ở nước khác Hệ thống sẽ tự động cập nhật thông tin về

vị trí Người sử dụng cũng có thể gọi đi và nhận cuộc gọi đến mà người gọi khôngbiết vị trí của mình Ngoài tính lưu động quốc tế, tiêu chuẩn GSM còn cung cấp một

số tính năng như thông tin tốc độ cao, faxcimile và dịch vụ thông báo ngắn Cácmáy điện thoại di động sẽ ngày càng nhỏ hơn và tiêu thụ ít công suất hơn các thế hệtrước chúng

- Tiêu chuẩn GSM được thiết kế để có thể kết hợp với ISDN (IntegratedServive Digital Network) và tương thích với môi trường di động Nhờ vậy tương tácgiữa hai tiêu chuẩn này đảm bảo

- Ở GSM việc đăng ký thuê bao được ghi ở module nhận dạng thuê bao SIM(Subscribe Identity Module) Card thuê bao chỉ được sử dụng với một máy Hệthống kiểm tra là đăng ký thuê bao đúng và card không bị lấy cắp Quá trình nàyđược tự động thực hiện bằng một thủ tục nhận thực thông qua một trung tâm nhậnthực

- Tính bảo mật cũng được tăng cường nhờ việc sử dụng mã số để ngăn chặnhoàn toàn việc nghe trộm ở vô tuyến Ở các nước điều kiện tương đối tốt, chấtlượng tiếng ở GSM ngang bằng với hệ thống tương tự Tuy nhiên, ở các điều kiệnxấu do tín hiệu yếu hay do nhiễu giao thoa nặng thì GSM có chất lượng vượt trội.

1.1.3 Xu thế phát triển của mạng thông tin di động.

Tổng kết quá trình và xu thế phát triển của các hệ thống thông tin di độngtrên thế giới, để đáp ứng các nhu cầu ngày càng tăng về các dịch vụ thông tin diđộng, ngay từ các năm đầu của những năm 1990 người ta đã tiến hành nghiên cứu

và hoạch định hệ thống thông tin di động thế hệ ba ITU-R đang tiến hành cộng tácchuẩn hoá cho hệ thống thông tin di động toàn cầu IMT-2000

- Các dịch vụ mạng mới và cải thiện các dịch liên quan đến truyền số liệucủa người sử dụng, số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao, dịch vụ vô tuyến góichung

- Các tính năng liên quan đến dịch vụ tiêng, chuyển hướng cuộc gọi, hiện tênchủ gọi, chuyển giao cuộc gọi và các dịch vụ cấm gọi mới

- Cải thiện liên quan đến dịch vụ bản tin ngắn, móc nối các SMS (ShortMessage Service), mở rộng bằng chữ cái, mở rộng tương tác giữa các SMS

- Các công việc liên quan đến tính cước như dịch vụ tra tiền thoại trước, tínhcước nóng và hỗ trợ cho ưu tiên vùng gia đình

- Tăng cường công nghệ SIM, dịch vụ mạng thông minh, chuyển mạch mạngGSM-AMPS, các dịch vụ định vị, hỗ trợ định vị tuyến tối ưu…

- Mạng phải là băng rộng và có khả năng truyền đa phương tiện Nghĩa làmạng phải đảm bảo được tốc độ bít của người sử dụng đêne 2Mbps, có khả năngcung cấp độ rộng băng tần (dung lượng) theo yêu cầu ngoài ra phải đảm bảo đườngtruyền vô tuyến không đối xứng với: Tốc độ cao bít ở đuờng xuống và tốc độ bítthấp đường lên

- Mạng phải cung cấp thời gian truyền dẫn theo yêu cầu Nghĩa là đảm bảocác kết nỗi chuyển mạch cho tiếng, các dịch vụ video, chất lượng dịch vụ khôngthua kém chất lượng mạng cố định, nhất là với tiếng, phải có khả năng sử dụng toàncầu, nghĩa là bao gồm cả phần tử thông tin vệ tinh…

1.2 Kiến trúc của hệ thống GSM

Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh

24

Kiến trúc hệ thống được biểu diễn trên Hình 1.1.

BTS : Đài vô tuyến

BSC : Đài điều khiển trạm gốc

Hình 1.1 Mô hình hệ thống GSM là đường truyền dẫn tin tức

kết nối cuộc gọi và truyền dẫn tin tức

MSC : Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động

(goi tắt là tổng đài vô tuyến )

OSS : Trung tâm khai thác và bảo dưỡng

ISDN : Mạng số liên kiết đa dịch vụ

PSPDN : Mạng chuyển mạch công cộng theo gói

CSPDN : Mạng chuyển mạch số công cộng chuyển mạch kênhPSTN : Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng

MS

OSS MC

SS AUC

HLR EIR VLR

1.2.3 Phân hệ trạm gốc (BSS).

Hệ thống được thực hiện như là một mạng gồm nhiều ô vô tuyến cạnh nhau

để đảm bảo toàn bộ vùng phủ của vùng phục vụ Mỗi ô có một trạm vô tuyến gốc(BTS) làm việc ở tập hợp các kênh vô tuyến Các kênh này khác với các kênh làmviệc của ô kế cận để tránh nhiễu giao thoa BTS được điều khiển bởi bộ điều khiểntrạm gốc BSC Các BSC được phục vụ bởi trung tâm chuyển mạch nghiệp vụ diđộng (MSC) Một BSC điều khiển nhiều BTS

BSS nối với MS thông qua giao diện vô tuyến và cũng nối đến NSS Một bộphận TRAU (Transcoder/Rate Adaption Unit) thực hiện mã hoá và giải mã đồng

Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh

26

thời điều chỉnh tốc độ cho việc truyền số liệu.

Hệ thống GSM sử dụng mô hình OSI (Open System Interconnection) Có 3giao diện phổ biến trong mô hình OSI: giao diện vô tuyến giữa MS và BTS, giaodiện A giữa MSC và BSC và giao diện A-bis giữa BTS và BSC

 Đài vô tuyến gốc BTS: Một BTS bao gồm các thiết bị phát thu, anten và xử

lý tín hiệu đặc thù cho giao diện vô tuyến Có thể coi BTS là các modem vô tuyếnphức tạp có thêm một số các chức năng khác Một bộ phận quan trọng của BTS làTRAU (Transcoder and rate adapter unit: khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ).TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình mã hóa và giải mã tiếng đặc thù riêng cho GSMđược tiến hành, ở đây cũng thực hiện thích ứng tốc độ trong trường hợp truyền sốliệu TRAU là một bộ phận của BTS, nhưng cũng có thể đặt nó cách xa BTS vàthậm chí trong nhiều trường hợp được đặt giữa các BSC và MSC

 Đài điều khiển trạm gốc BSC: BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vôtuyến thông qua các lệnh điều khiển từ xa BTS và MS Các lệnh này chủ yếu là cáclệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và quản lý chuyển giao (handover) Mộtphía BSC được nối với BTS còn phía kia nối với MSC của NSS Trong thực tế BSC

là một tổng đài nhỏ có khả năng tính toán đáng kể Vai trò chủ yếu của nó là quản lýcác kênh ở giao diện vô tuyến và chuyển giao (handover) Một BSC trung bình cóthể quản lý tới vài chục BTS phụ thuộc vào lưu lượng của các BTS này Giao diệngiữa BSC với MSC được gọi là giao diện A, còn giao diện giữa nó với BTS đượcgọi là giao diện Abis

1.2.4 Phân hệ chuyển mạch (SS)

NSS trong GSM là một mạng thông minh SS quản lý giao diện giữa người

sử dụng mạng GSM với người sử dụng mạng viễn thông khác, nó bao gồm:

 Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động MSC (Mobile Service SwitchingCentre): Thực hiện chức năng chuyển mạch, nhiệm vụ chính của MSC là điều phốiviệc thiết lập cuộc gọi đến những người sử dụng mạng GSM Một mặt MSC giaotiếp với hệ thống con BSS, mặt khác giao tiếp với mạng ngoài MSC làm nhiệm vụgiao tiếp với mạng ngoài gọi là MSC cổng Việc giao tiếp với mạng ngoài để đảm

bảo thông tin cho những người sử dụng mạng GSM đòi hỏi cổng thích ứng (cácchức năng tương tác – IWF: interworking function) Chẳng hạn SS có thể sử dụngmạng báo hiệu kênh chung số 7 (CCS No7), mạng này đảm bảo hoạt động tương tácgiữa các phần tử của SS trong một hay nhiều mạng GSM MSC thường là một tổngđài lớn điều khiển trạm gốc (BSC).

 Chức năng tương tác mạng IWF (InterWorking Function): Là cổng giao tiếpgiữa người dùng mạng GSM với các mạng ngoài như PSPDN, CSPDN…Để kết nốiMSC với một số mạng khác cần phải thích ứng với các đặc điểm truyền dẫn củaGSM với các mạng này Các thích ứng này được gọi là các chức năng tương tác baogồm một thiết bị để thích ứng giao thức và truyền dẫn Nó cho phép kết nối với cácmạng: PSPDN (mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói) hay CSPDN (mạng sốliệu công cộng chuyển mạch theo mạch), nó cùng tồn tại khi các mạng khác chỉ đơnthuần là PSTN hay ISDN IWF có thể được thực hiện trong cùng chức năng MSChay có thể ở thiết bị riêng, ở trường hợp hai giao tiếp giữa MSC và IWF được đểmở

 Bộ đăng ký định vị thường trú HLR (Home Location Register): chứa tất cảcác thông tin về thuê bao, và các thông tin liên quan đến vị trí hiện hành của thuêbao, nhưng không chính xác HLR có trung tâm nhận thực AUC (AuthenticationCenter) và thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR (Equipment Identity Register) AUCquản lý bảo mật dữ liệu cho việc nhận thực thuê bao EIR chứa các số liệu phầncứng của thiết bị

 Bộ đăng ký định vị tạm trú VLR (Visitor Location Register): VLR là cơ sở

dữ liệu thứ hai trong mạng GSM Nó được nối đến một hoặc nhiều MSC, có nhiệm

vụ lưu giữ tạm thời số liệu thuê bao của các thuê bao hiện đang nằm trong vùngphục vụ của MSC tương ứng và đồng thời lưu giữ số liệu về vị trí của các thuê baonói trên để cập nhật cho MSC với mức độ chính xác hơn HLR

 MSC cổng (GMSC): SS có thể chứa nhiều MSC, VLR, HLR Để thiết lậpmột cuộc gọi đến người sử dụng GSM, trước hết cuộc gọi phải được định tuyến đếnmột tổng đài cổng được gọi là GMSC mà không cần biết đến hiện thời thuê baođang ở đâu Các tổng đài cổng có nhiệm vụ lấy thông tin về vị trí của thuê bao và

Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh

28

định tuyến cuộc gọi đến tổng đài đang quản lý thuê bao ở thời điểm hiện thời (MSCtạm trú).

1.2.5 Phân hệ khai thác và hỗ trợ (OSS)

Hệ thống khai thác và hỗ trợ được nối đến tất cả các thiết bị ở hệ thốngchuyển mạch và nối đến BSC Nó cung cấp hỗ trợ ít tốn kém cho khách hàng đểđảm bảo công tác bảo dưỡng khai thác tại chỗ OSS có các tính năng chính như sau:

- Mô hình mạng logic được máy tính hóa

- Các khai thác định hướng theo hành động

- Các chức năng quản lý điều khiển theo thực đơn

- Các phương tiện thu thập số liệu và xử lý

Mục đích chính của OSS là đảm bảo theo dõi tổng quan hệ thống và hỗ trợ cáchoạt động bảo dưỡng của các cơ quan khai thác và bảo dưỡng khác nhau

1.3 Kiến trúc địa lý

1.3.1 Vùng mạng tổng đài vô tuyến cổng (Gateway - MSC)

Với mọi mạng điện thoại, kiến trúc là nền tảng quan trọng để xây dựng quytrình kết nối cuộc thoại đến đúng đích Đặc biệt với mạng di động điều này lại càngquan trọng: do thuê bao luôn di chuyển nên mạng di động phải được tổ chức theomột cấu trúc địa lý nhất định để mạng có thể theo dõi được vị trí thuê bao

1.3.2 Vùng phục vụ MSC/VLR

Vùng phục vụ là một bộ phận của mạng do MSC quản lý Để định tuyến mộtcuộc gọi đến một thuê bao di động, đường truyền qua mạng sẽ nối đến MSC ở vùngphục vụ mà thuê bao di động đang ở Một vùng mạng GSM/PLMN sẽ được chiathành một hay nhiều vùng phục vụ MSC/VLR

1.3.3 Vùng định vị LA (Location Area).

LA là một nhóm các cell Hệ thống sử dụng LA để tìm kiếm các thuê bao(khi thuê bao ở chế độ rỗi) Khi có một cuộc gọi tới MS, thông tin tìm kiếm sẽ đượcphát tới tất cả các cell thuộc LA mà MS đang định vị Hệ thống có thể nhận dạngvùng định vị bằng cách sử dụng số nhận dạng định vị LAI (Location Area Identity)

LA có thể thuộc một hoặc nhiều BTS nhưng chỉ thuộc một MSC.

1.3.4 Cell (tế bào)

Là thành phần cơ bản nhất của hệ thống điện thoại tế bào và thuộc phạm viphục vụ của một BTS Kích thước của mỗi cell thay đổi tùy thuộc góc ngẫng, chiềucao của anten và công suất phát Các cell được nhận dạng bởi CGI (Cell GlobalIdentity) duy nhất Trong một mạng, số lượng các cell là lớn nhất

Mỗi cell hoạt động ở một hoặc nhiều băng tần tuy thuộc vào lưu lượng tải

Do số lượng băng tần là có hạn, do đó, để tiết kiệm băng tần phải sử dụng lại tần số.Tuy nhiên, các cell kề nhau không sử dụng cùng một tần số vì lý do cản nhiễu

1.4 Kỹ thuật xử lý số trong GSM

Tiếng nói Tiếng nói

Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh

30

Hình 1.2 Phân vùng một vùng phục vụ MSC thành các vùng định vị và các ô

LA 4

LA

3

LA 1

LA 2

Giải mã kênhGiải mã nguồn

Điều chếTạo cụmBảo mật

Kênh radio

Hình 1.3 Mô hình xử lý tín hiệu trong GSM

1.4.1 số hoá và mã nguồn(ở Codec).

Bộ mã hoá tiếng nói trong GSM là RELP (Residually Excited LinearPrredictive Codec) Chúng được làm nổi bật bằng bộ dự đoán dài (LDP), cung cấpcụm 260bít/20ms (tốc độ 13kbps) và được lựa chọn sau những thử nghiệm qui môtrong những năm 1980 Kết hợp với bộ tách tiếng nói (VAD-Voice ActivityDetector, vì trong một cuộc nói chuyện mỗi người chỉ nói khoảng 40% thời gian)trong bộ mã hoá tiếng, hệ làm việc theo mode phát gián đoạn (DTX-DiscontinuousTransmision Mode), chúng làm pin dùng được lâu hơn và giảm giao thoa cho môitrường xung quanh Một bộ tạo ồn thích hợp tại bộ thu để tạo nên ồn bù trừ sự khóchịu do DTX tạo ra

1.4.2 Mã kênh.

a Mã hóa kênh

Trong truyền dẫn số người ta thường đánh giá chất lượng của hệ thống bằng

tỷ số lỗi bit BER(Bit Error Ratio), BER lá tỉ số bít bị lỗi trên tổng số bít truyền đitrong một đơn vị thời gian Tỷ số BER càng nhỏ thì chất lượng truyền dẫn càng cao,tuy nhiên do đường truyền dẫn luôn thay đổi nên không thể giảm tỷ số này xuốngkhông Nghĩa là ta phải chấp nhận một số lượng lỗi nhất định Mã hóa kênh được sửdụng để phát hiện và hiệu chỉnh lỗi trong luồng bit thu nhằm giảm tỉ số lỗi bit BER

Để đạt được điều này người ta bổ sung các bit dư vào luồng thông tin Như vậy taphải gửi đi nhiều bit hơn cần thiết cho thông tin, nhưng bù lại ta có thể đạt được độ

B : Băng thông truyền dẫn (Hz)

P : Công suất tín hiệu thu (W)

N0 : Mật độ công suất nhiễu đơn biên (W/Hz)

Công suất thu được tại máy thu:

Với C B là hiệu suất băng thông

Bộ mã hóa kênh mã hóa dữ liệu thông tin nguồn ra một chuỗi mã khác để phát lênkênh truyền Có thể chia mã hóa kênh thành hai loại: mã khối (Block code) và mãxoắn (Convolutional code)

 Mã khối

Mã khối là mã sữa sai truyền thẳng (Forward Error Correction – FEC), nócho phép một số bít lỗi được sữa sai mà không cần truyền lại Trong mã khối, cácbít parity được thêm vào khối bít thông tin để tạo nên các từ mã khác hoặc khối mã

Ở bộ mã hóa khối, k bít thông tin được mã hóa ra thành n bít Tổng các bít (n –k)

Hình 1.4 Mã hoá khối

được cộng vào các bít thông tin với mục đích phát hiện sai và sữa sai Ở mã khối ta

bổ sung bít kiểm tra vào một số bít thông tin nhất định, nguyên tắc này được mô tảnhư sau:

Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh

32

Trong mã hóa khối các bit kiểm tra trong khối chỉ phụ thuộc vào các bit thôngtin ở khối bản tin.

 Mã xoắn

Ở mã hóa xoắn, bộ mã hóa tạo ra khối các bit mã không chỉ phụ thuộc vào các bítcủa khối bản tin hiện thời được dịch vào bộ mã hóa mà còn phụ thuộc vào các bitcủa các khối trước Các chuỗi thông tin được chia ra thành các khối riêng lẽ và mãhóa là một chuỗi bít thông tin được sắp xếp thành một chuỗi liên tục tại đầu ra của

bộ mã hóa Với cùng một độ phức tạp thì độ lợi mã hóa của mã chập lớn hơn mãkhối Một mã xoắn được sinh ra bằng cách cho chuỗi thông tin đi qua các thanh ghidịch trạng thái hữu hạn Thanh ghi dịch này chứa n (k bít) tầng và phát ra một hàmđại số tuyến tính dựa trên việc phát ra các đa thức

Hình 1.5 Sơ đồ khối tổng quát của bộ mã hoá chập

Dữ liệu ngõ vào được dịch vào và theo thanh ghi dịch k bít tại mỗi thời điểm

Số bít đầu ra với mỗi chuỗi dữ liệu ngõ vào k bít là n bít Tỷ lệ mã Rc =k/n Hệ số Nđược gọi là chiều dài bắt buộc và cho thấy số bít dữ liệu ngõ vào phụ thuộc vào ngõ

ra hiện hành Nó quyết định thế mạnh và độ phức tạp của mã

b Mã kênh cho lưu lượng tiếng.

Lỗi ra của bộ mã hoá tiếng được xếp thành nhóm để chỗng lỗi dựa vào mức

độ quan trọng của bít 50 bít quan trọng nhất được thêm vào ba bít kiểm tra CRC

50 bít loại 1a 132 bít loại 1b 78 bít loại 2

Hình 1.6 Mã kênh cho lưu lượng tiềng.

Điều này làm dễ dàng cho việc phát hiện lỗi do thu không chính xác 132 bít tiếptheo cùng 53 bít truớc đó được sắp xếp lại và nối thêm 4bít 0 vào cuối thành 189 bítđược chống lỗi theo mã xoắn tốc độ 1/2 độ dài ràng buộc k=5 tạo nên dãy 378bít.78bít không quan trọng tiếp theo không được chỗng lỗi mà chỉ ghép nỗi vào tạo nênkhỗi 456bít/20ms làm tăng tốc độ lên 22,8kbps

c Mã kênh cho dữ liệu (TCH/9,6) Xử lý cụm 60bít/5ms theo chuẩn modem

CCITTV.110.240bít được nối thêm 4 bít 0 cấp cho bộ mã xoẵn đục lỗ tốc độ 1/2, độdài ràng buộc k=5 488bít code được rút lại thành 4 nhóm 114 bít và được cấp theokiểu ghép xen trên các khe thời gian liên tiếp

1.4.3 Ghép xen.

Để giảm nhiễu cụm trên dữ liệu nhận được 456bít/20ms (tiến nói hay bản tinđiều khiển) được chia thành 8 nhóm 57bít được trải trên 8 khe thời gian liên tiếp(tức là 8 khung liên tiếp đối với một TS xác định) Mỗi TS chứa 2 nhóm 57 từ 3khung 20ms (456bit) khác nhau

“Với chú ý là TS0 chứa 57 bít từ nhóm 0 của khúc tiếng nói thứ n và 47 bít từnhóm 4 của khúc tiến nói thứ n-1.”

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

Bộ cộng thêm dữ liệu nhị phân vào cụm đã được bảo mật giúp cho đồng bộ

và cân bằng tín hiệu nhận được, tạo nên một khe TS đầy đủ

1.4.5 Điều chế.

Mục tiêu chính của sự phát triển hệ thống thông tin di động số là việc sửdụng tốt hơn phổ tần số đã có Với mục tiêu trên kỹ thuật điều chế và giải điều chếbăng hẹp là cực kỳ quan trọng GSM sử dụng phương pháp điều chế khóa dịch phacực tiểu Gauss GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) Phương pháp điều chếnày thỏa mãn được các yêu cầu đặt ra

- Phổ công suất đầu ra hẹp: Đảm bảo yêu cầu công suất ngoài băng phát xạvào các kênh lân cận nhỏ hơn 60 ÷ 80 dB trong các kênh yêu cầu Điều này là cầnthiết để tránh nhiễu các kênh lân cận gây ra trong quá trình truyền lan

- Xác suất lỗi quá trình truyền lan nhỏ: Chỉ tiêu này bị ảnh hưởng bởi độ Nmmôi trường cũng như tạp âm nhiệt và nhiễu Vì thế yêu cầu công suất máy phát phảithấp và tái sử dụng cùng kênh trong vùng địa lý phải cao

- Chỉ số khuếch đại tuyến tính nhỏ: Yêu cầu này rất cần thiết để tiết kiệmnguồn và cải thiện hiệu quả tầng ra

- Nguồn sóng mang nhiều tần số: Yêu cầu này cần thiết để cho phép thâmnhập bất cứ kênh vô tuyến nào được ấn định Bộ tổng hợp tần số khóa pha với tần

số trung tâm có thể lập trình được thường được sử dụng cho mục đích này

Hình 1.8 Cấu tạo nguyên lý bộ PSK GMSK là phương pháp điều chế băng hẹp dựa trên kỹ thuật điều chế dịchpha, thực hiện bằng cách nối dây chuyền một bộ lọc Gauss và bộ điều chế MSK.MSK chính là phương pháp điều chế FSK liên tục (CPFSK) trong trường hợp hệ sốđiều chế bằng 0,5

FSK là phương pháp điều tần, nó biến đổi thông tin thành các tín hiệu tần sốtrong sóng mạng, sau đó truyền đi Có thể sử dụng bộ VCO (Voltage ControlledOscillator) để thực hiện FSK.

Tín hiệu điều chế có pha thay đổi liên tục gọi là FSK liên tục (CPFSK).CPFSK thoả mãn điều kiện trực giao khi lượng thay đổi pha trên một mã bằng sốnguyên lần 0.5 Trong trường hợp đặc biệt CPFSK có hệ số điều chế bằng 0.5 đượcgọi là khóa dịch tần cực tiểu MSK

Giả sử sóng mang đã được điều chế đối với MSK có dạng như sau :

S(t) = A.cos (ω0t + Ψt + ϕo) (1.4)

Trong đó:

A : Biên độ không thay đổi

ω0 = 2πf (rad/s) : Tần số góc của sóng mang f (rad/s) : Tần số góc của sóng mang

Ψt : Góc pha phụ thuộcvào luồng số đưa lên điều chế

ϕ0 : Pha ban đầu

Lúc này ta sẽ có góc pha Ψt như sau:

Ψt =∑ kiΦi (t - iT) (1.5)

Trong đó:

ki = 1 nếu di = di - 1

ki = -1 nếu di ≠ di - 1

Φi(t) = πf (rad/s) : Tần số góc của sóng mang t/2T, T là khoảng thời gian của bit

di là chuỗi bit đưa lên điều chế

Ta thấy ở MSK nếu bit điều chế ở thời điểm xét giống như bit ở thời điểm trước đó

Ψt sẽ thay đổi tuyến tính từ 0 ÷ πf (rad/s) : Tần số góc của sóng mang /2, ngượi lại nếu bit điều chế ở thời điểm xét khácbit trước đó thì Ψt sẽ thay đổi tuyến tính từ 0 ÷ -πf (rad/s) : Tần số góc của sóng mang /2

Sự thay đổi góc pha ở điều chế MSK cũng dẫn đến thay đổi tần số theo quan

ω1 = 2πf (rad/s) : Tần số góc của sóng mang f1= ω0+πf (rad/s) : Tần số góc của sóng mang T/2

Nếu chuỗi bit đưa lên điều chế thay đổi luân phiên (1,0,1,0 ) thì ta có:

ω2 = 2πf (rad/s) : Tần số góc của sóng mang f = ω - πf (rad/s) : Tần số góc của sóng mang T/2

Để thu hẹp phổ tần của tín hiệu điều chế luồng bít đưa lên điều chế được đưaqua bộ lọc Gauss Ở GSM bộ lọc Gauss được sử dụng BT = 0.3, trong đó: B là độrộng băng tần Vậy độ rộng băng tần ở 3dB có thể tính như sau:

B.T = 0.3 hay B = 0.3/T = 0.3/ (1/271 x 103 ) = 81 Khz

1.4.6 Phương pháp đa truy nhập trong GSM.

Ở giao diện vô tuyến MS và BTS liên lạc với nhau bằng sóng vô tuyến Dotài nguyên về tần số có hạn mà số lượng thuê bao lại không ngừng tăng lên nênngoài việc sử dụng lại tần số, trong mỗi cell số kênh tần số được dùng chung theokiểu trung kế Hệ thống trung kế vô tuyến là hệ thống vô tuyến có số kênh sẵn sàngphục vụ ít hơn số người dùng khả dĩ Xử lí trung kế cho phép tất cả người dùng sửdụng chung một cách trật tự số kênh có hạn vì chúng ta biết chắc rằng xác suất mọithuê bao cùng lúc cần kênh là thấp Phương thức để sử dụng chung các kênh gọi là

đa truy nhập

Hiện nay, người ta sử dụng 5 phương pháp truy cập kênh vật lý:

• FDMA (Đa truy cập phân chia theo tần số): Phục vụ các cuộc gọi theo cáckênh tần số khác nhau

• TDMA (Đa truy cập phân chia theo thời gian): Phục vụ các cuộc gọi theocác khe thời gian khác nhau

• CDMA (Đa truy cập phân chia theo mã): Phục vụ các cuộc gọi theo cácchuỗi mã khác nhau

• PDMA (Đa truy cập phân chia theo cực tính): Phục vụ các cuộc gọi theocác sự phân cực khác nhau của sóng vô tuyến

• SDMA (Đa truy cập phân chia theo không gian): Phục vụ các cuộc gọi theocác anten định hướng búp sóng hẹp

GSM sử dụng kết hợp hai phương pháp đa truy cập là FDMA và TDMA Dảitần 935 ÷ 960MHz được sử dụng cho đường lên và 890 ÷ 915MHz cho đườngxuống (GSM 900) Dải thông tần một kênh là 200KHz, dải tần bảo vệ ở biên cũngrộng 200KHz nên ta có tổng số kênh trong FDMA là 124 Một dải thông TDMA là

một khung có tám khe thời gian, một khung kéo dài trong 4.616ms Khung đườnglên trễ 3 khe thời gian so với khung đường xuống, nhờ trễ này mà MS có có thể sửdụng một khe thời gian có cùng số thứ tự ở cả đường lên lẫn đường xuống để truyềntin bán song công Các kênh tần số được sử dụng ở GSM nằm trong dãy tần số quyđịnh 900Mhz xác định theo công thức sau:

124 kênh Để cho các kênh lân cận không gây nhiễu cho nhau mỗi BTS phủ một ôcủa mạng phải sử dụng các tần số cách xa nhau và các ô chỉ được sử dụng lại tần số

ở khoảng cách cho phép

Truyền dẫn vô tuyến ở GSM được chia thành các cụm (Burst) chứa hàngtrăm bít đã được điều chế Mỗi cụm được phát đi trong một khe thời gian 577μs ởs ởtrong một kênh tần số có độ rộng 200 Khz nói trên Mỗi một kênh tần số cho phép

tổ chức các khung thâm nhập theo thời gian, mỗi khung bao gồm 8 khe thời gian từTS0 đến TS7

1.5 Tổng kết chương 1.

Hiện tại mạng GSM chỉ đáp ứng được một số nhu cầu về số lượng cũng nhưchất lượng dịch vụ tín hiệu thoại và nhắn tin ngắn SMS Tuy nhiên khi nhu cầu vềcác dịch vụ truyền số liệu ngày càng tăng thì mạng GSM không đáp ứng được Dovậy việc đề ra các giải pháp là một việc làm rất cần thiết Chương 1 nhằm trình bày,lịch sử phát triển, kiến trúc mạng GSM và các kỹ thuật vô tuyến số áp dụng trongmạng GSM Là nền đề xuất làm các giải pháp cơ bản nâng cấp hệ thống thông tin diđộng thế hệ 2 lên thế hệ ba và khái quát lộ trình nâng cấp mạng GSM lên W-CDMA

Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh

38

CHƯƠNG II TIẾN TRÌNH PHÁT TRIỂN GSM LÊN WCDMA

2.1 Sự cần thiết nâng cấp mạng GSM lên 3G

Để đáp ứng được các dịch vụ mới về truyền thông đa phương tiện trên phạm

vi toàn cầu đồng thời đảm bảo tính kinh tế, hệ thống GSM sẽ được nâng cấp từngbước lên thế hệ ba Thông tin di động thế hệ ba có khả năng cung cấp dịch vụtruyền thông multimedia băng rộng trên phạm vi toàn cầu với tốc độ cao đồng thờicho phép người dùng sử dụng nhiều loại dịch vụ đa dạng Việc nâng cấp GSM lên3G thực hiện theo các tiêu chí sau:

- Là mạng băng rộng và có khả năng truyền thông đa phương tiện trên phạm

vi toàn cầu Cho phép hợp nhất nhiều chủng loại hệ thống tương thích trên toàn cầu

- Có khả năng cung cấp độ rộng băng thông theo yêu cầu nhằm hỗ trợ mộtdải rộng các dịch vụ từ bản tin nhắn tốc độ thấp thông qua thoại đến tốc độ dữ liệucao khi truyền video hoặc truyền file Nghĩa là đảm bảo các kết nối chuyển mạchcho thoại, các dịch vụ video và khả năng chuyển mạch gói cho dịch vụ số liệu.Ngoài ra nó còn hỗ trợ đường truyền vô tuyến không đối xứng để tăng hiệu suất sửdụng mạng (chẳng hạn như tốc độ bit cao ở đường xuống và tốc độ bit thấp ở đườnglên)

- Khả năng thích nghi tối đa với các loại mạng khác nhau để đảm bảo cácdịch vụ mới như đánh số cá nhân toàn cầu và điện thoại vệ tinh Các tính năng này

2.2 Giải pháp nâng cấp

Có hai giải pháp nâng cấp GSM lên thế hệ ba: một là bỏ hẳn hệ thống cũ,thay thế bằng hệ thống thông tin di động thế hệ ba, hai là nâng cấp GSM lên GPRS

và tiếp đến là EDGE nhằm tận dụng được cơ sở mạng GSM và có thời gian chuẩn

bị để tiến lên hệ thống 3G W-CDMA Giải pháp thứ hai là một giải pháp có tính khảthi và tính kinh tế cao nên đây là giải pháp được ưa chuộng ở những nước đang pháttriển như nước ta

Hình 2.1 Các giải pháp nâng cấp hệ thống 2G lên 3G

Giai đoạn đầu của quá trình nâng cấp mạng GSM là phải đảm bảo dịch vụ sốliệu tốt hơn, có thể hỗ trợ hai chế độ dịch vụ số liệu là chế độ chuyển mạch kênh(CS: Circuit Switched) và chế độ chuyển mạch gói (PS: Packet Switched) Để thựchiện kết nối vào mạng IP, ở giai đoạn này có thể sử dụng giao thức ứng dụng vôtuyến (WAP: Wireless Application Protocol) WAP chứa các tiêu chuẩn hỗ trợ truycập internet từ trạm di động Hệ thống WAP phải có cổng WAP và chức năng kếtnối mạng

Trần Văn Tùng _ 46k ĐTVT _ khoa công nghệ _ Đại học Vinh