cấu trúc mạng vinaphone và các thiết bị mạng

Luận văn tốt nghiệpOSS: Hệ thông con khai thác MS: Trạm di động Hình 1.2: Các giao diện ngoài BSS BSS bao gồm hai loại thiết bị: BTS giao diện với MS và BSC giao diện với MSC.. Các chức

CHƯƠNG 1 CÁC KỸ THUẬT Cơ SỞ VÀ CÁC BỘ PHẬN CHÍNH TRONG

nhu cầu lớn nhất và phát triển nhanh nhất

GSM (Global System for mobile communication - hệ thống thông tin

hơn và kỹ thuật ô nhỏ, do vậy sô" thuê bao phục vụ sẽ tăng lên

Lưu động là hoàn toàn tự động, bạn có thể đem máy di động của

công suất hơn các thê" hệ trước chúng

Ecrisson với bề dày kinh nghiệm trong việc thiết kế và sản xuất hệ

dịch vụ sô liệu mới không cần một modem riêng

Ớ GSM việc đăng ký thuê bao được ghi ở modem nhận dạng thuê

Luận văn tốt nghiệp

NSS: Mạng và hệ thông con chuyển

mạch

BSS: Hệ thông con trạm gốc

OSS: Hệ thông con khai thác

MS: Trạm di động

Hình 1.1: cấu trúc chung của GSM

1.1. Hệ thông con chuyển mạch (SS)

Hệ thông con chuyển mạch bao gồm các chức năng chuyển mạch

của các thuê bao nói trên ở mức độ chính xác hơn HLR.

Các chức năng VLR thường được liên kết với các chức năng MSC

Luận văn tốt nghiệp

OSS: Hệ thông con khai thác

MS: Trạm di động Hình 1.2: Các giao diện ngoài BSS

BSS bao gồm hai loại thiết bị: BTS giao diện với MS và BSC giao diện với

MSC

Cấu trúc bên trong BSS được cho ở hình 1.3

5

Luận văn tốt nghiệp

phận của BTS, nhưng cũng có thể đặt nó cách xa BTS và thậm chí trong nhiều

trường hợp được đặt giữa các BSC và MSC

động tuân theo tiêu chuẩn ISDN để đấu nôi đầu cuối, còn thiết bị đầu cuô"i

giao diện đầu cuối modem cấu trúc chức năng của trạm di động cho ở hình

Hình 1.4: cấu trúc chức năng một trạm di động

1.4. Hệ thông con khai thác oss

oss thực hiện ba chức năng chính sau:

Khai thác và bảo dưỡng

mạng

Quản lý thuê bao và tính

cước

Quản lý thiết bị di động

1.4.1. Khai thác và bảo dưỡng mạng

Khai thác là các hoạt động cho phép nhà khai thác mạng theo dõi

Luận văn tốt nghiệp

giới tương đôi giữa 2 ô), hoặc thực hiện cứng đòi hỏi sự can thiệp tại hiện trường

(chẳng hạn bổ sung thêm dung lượng truyền dẫn hay lắp đặt một trạm mới)

gồm các hoạt động tại hiện trường nhằm thay thê" thiết bị có sự cô"

Hệ thông khai thác và bảo dưỡng có thể được xây dựng trên nguyên

Quản lý thiết bị di động được bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR (Equipment

Idnetity Register) thực hiện EIR lưu giữ tất cả các giữ liệu liên quan đến

động MS EIR được nôi đến MSC qua đường báo hiệu để kiểm tra sự được

thiết bị Một thiết bị không được phép sẽ bị cấm

Lưu ý: Khác với thiết bị, sự được phép của thuê bao được AUC xác nhận

SS: Hệ thông con chuyển mạch

ISND: Mạng liên kết số đa dịch vụ

CSPDN: Mạng sô liệu công cộng

MS: Trạm di độngOMC: Trung tâm khai thác và bảo dưỡng

Luận văn tốt nghiệp

mạch công

PLMN: mạng di động công cộng mặt đất cộng

Hình 1.5: Mô hình của hệ thông GSM

II CÁC KỸ THUẬT Cơ SỞ TRONG HỆ THốNG THÔNG TIN DI ĐỘNG sô

1. Giao diện vô tuyến và truyền dẫn

1.1. Giao diện vô tuyên

Trong GSM, giao diện radio sử dụng tổng hợp cả hai phương thức

Mạng GSM đảm bảo truyền dẫn đa dịch vụ Nhiều thông tin khác

Luận văn tốt nghiệp

Truyền dẫn tiếng giữa một thuê bao GSM và một thuê bao PSTN Có

này được xử lý ở các thiết bị đầu cuối (các thiết bị này có thể rất phức tạp,

chẳng

hạn server videotex hay hệ thông xử lý bản tin) Các chức năng xử lý của

bị đầu cuối như sau:

Mã hóa nguồn: biến đổi văn bản, hình ảnh, âm thanh thành các chữ sô

với thế giới bên ngoài ta sử dụng 2 chức năng:

Chức năng tương tác mạng IWF để kết nôi GSM với mạng khác.Chức năng thích ứng đầu cuôi TAF để thích ứng thiết bị đầu cuối với phần

truyền dẫn vô tuyến chung

Các thiết bị giữa TAF và IWF không liên quan đến dịch vụ giữa các

và được gọi là khả năng mang Trừ fax, các chức năng thích ứng phục thuộc

Luận văn tốt nghiệp

số liệu cơ bản với ISDN Tuy nhiên các trường hợp khác chẳng hạn fax

động Giao diện ISDN “S”

Hình 1.8: Các cấu hình của trạm di động

MTO là cấu hình đơn giản nhất, ở đây tất cả các chức năng chung, thiết bị

đầuCuổ c chứ

hình này chủ

LPF - A/D — - Bô mã hóa

yêu cho tiêng Các trạm di động tổ hợp như thê này cho cỊc dịch vụ số

IM hắng hạn cho 1'ax) sẽ xuất hiện trong tương lai Ơ.MT2, TAF

diện với ư>'Af hi ơầii rnr(i / tnnHpm Vinh riiển được kết hợp với các

chức năng chung

cuối ISDN t>e co tne aau noi aau CUOI su aụng giao diện đầu cuối

a) Truyền dơn tiếng

Có thể chia đường truyền dẫn tiếng bên trong GSM thành các đoạn sau:

Trạm di động

Từ trạm di động đến trạm gốc

Từ trạm gốc BTS đến bộ chuyển đổi mã riêng (TRAU)

- Từ TRAU đến MSC (hay IWF)

cố định nhưng đòi hỏi độ rộng phổ tần vô tuyến hẹp hơn.

Tín hiệu tiếng ở MS được đưa qua bộ lọc thông thấp, qua bộ biến đổi

được mã hóa PCM (điều xung mã) đồng đều với tần số lấy mẫu 8Khz và

Hình 1.9: Quá trình mã hóa tiếng ở GSM (ở MS)

'ộ* Truyền tiếng ở đoạn từ trạm di động MS đến trạm gốc BTS.

Tín hiệu sau khi mã hóa được đưa đến bộ mã hóa kênh để tạo ra các

Luận văn tốt nghiệp

(Remote trancoder handler) đặt ở BTS đến TRAU ở BSC Sẽ có 60 bit bổ

'Y* Truyền dẫn trên đoạn TRAU đặt xa (ở BSC) đến MSC/IWF

Ớ đoạn này sử dụng các đường truyền dẫn 64 kbit/s luật A theo tiêu chuẩn

G.711

h) Truyền dơn sỗ' liệu

Đôi với truyền dẫn sô" liệu bên trong GSM có thể coi mạng này như

(Request to send)

Trạng thái mạch 109

(Datacarrier detect)

2,5 ms hay 5 ms

Trạng thái mạch 108(Clear to send)

vàoS4, S9 Trạng thái mạch 105 (Requsetto send

giữa hai đầu cuô"iE4, E5,

trong các trường hợp đồng bộ để điều nhanh hay chậm

đổngkhiển đồng hồ từ xa khi các modem

Luận văn tốt nghiệp

Hình 1.10: Thích ứng tốc độ ISDN

Chuyển đổi sô" liệu dị bộ vào đồng bộ

Chức năng này được thực hiện ở RAO Luồng sô" liệu dị bộ là một

hồ của mạng Trường hợp một đầu cuô"i được đâu qua mạng PSTN thì tô"c

đầu cuô"i có thể khác nhau Trong trường hợp này khôi thích ứng tô"c độ

thông tin để hiệu chỉnh tô"c độ cho đầu kia các thông tin này có thể được

bit E4, E5, E6, trong luồng sô"ra của RAI

Các tín hiệu bổ sung

Luận văn tốt nghiệp

đi trong các khoảng thời gian 5 hay 10 ms Bảng 1.12 dưới đây đưa ra các tín hiệu

khác nhau nói trên và tốc độ lấy mẫu chúng.Bảng 1.12: Truyền tải các tín hiệu điều khiển modem ở VI10

Ý nghĩa của các tín hiệu điều khiển ở bảng 1.12 như sau:

Data terminal ready: Thông báo cho modem rằng bộ điều khiển ở đầu cuối

sấn sàng thông tin

Data set ready: Chỉ thị rằng modem sẩn sàng thiết lập đường nôi

truyền số liệu với bộ điều khiển của đầu cuối

Request to send: Thông báo cho mođem rằng bộ điều khiển sẩn sàng gửi sô"

liệu

Data carrier detect: Chỉ thị rằng modem đã phát hiện ra sóng mang

Bảng 1.13: Các bit thông tin bổ sung ở VI10

Luận văn tốt nghiệp

Từ hình 1.10 ta thấy RAO thực hiện biến đổi luồng sô" liệu không

Luận văn tốt nghiệp

Đấu nôi T: Sơ đồ thích ứng tốc độ cho đấu nôi T được cho hình 1.14

Tốc độ sô" liệu

trung

uHình 1.14: Thích ứng tốc độ ở GSM

RAO có nhiệm vụ biên đổi luồng sô dị bộ vào đồng bộ RAI ghép

sở với các tín hiệu bổ sung để tạo thành các luồng sô" 12 kbiơs (cho tô"c

RAI có nhiệm vụ biến đổi các luồng tốc độ trung gian 3,6 kbit/s, 6

1.5. Nguyên lý đa thâm nhập

Tồn tại ba phương pháp đa thâm nhập: đa thâm nhập phân chia theo

Tần sô"

(PDMA

200 Khz

Luận văn tốt nghiệp

Hình 1.15: Nguyên lý đa thâm nhập

Luận văn tốt nghiệp

1.5.1. Các kênh tần sô" được sử dụng ở GSM

Các kênh tần sô"được sử dụng ở GSM nằm trong dãy tần sô"quy định 900Mhz

xác định theo công thức sau:

FL =890,2 + 0,2 l)Mhz

kênh tần vô tuyến

Ta thây tổng sô" kênh tần sô" có thể tổ chức cho mạng GSM là 124

eian 15/26 sHình 1.16: Đa thâm nhập kết hợp FDMA và TDMA

24

Đường xuông Khung Khung Khung

Đường lên KTS

KhungTD

KhungTD

KhungTD

Luận văn tốt nghiệp

1.1. Quá trình xử lý các tín hiệu sô" và biến đổi vào sóng vô tuyến

Quá trình này được trình bày ở lớp vật lý 1 trong các khuyến nghị của

Trong tương lai khi mở rộng đến hệ thông DCS 1800 băng tần được sử dụng sẽ

là:

1710- 1785 Mhz đường lên

1805 - 1880 Mhz đường xuống

Để đảm bảo các quy định về tần sô" bên ngoài băng phải có một

vệ giữa các biên của băng (200 KHz) Vì thê" ở GSM 900 ta có 124 kênh

Luận văn tốt nghiệp

TDMA có độ lâu gần bằng 4,62 ms Ớ BTS các khung TDMA ở tất cả các

1.5.2. Các kênh logic

Các kênh logic được đặc trưng bởi thông tin truyền giữa BTS và MS

logic này được đặt vào các kênh vật lý nói trên

Có thể chia các kênh logic thành 2 loại tổng quát: các kênh lưu lượng

1 1,4 kbit/s Các kênh báo hiệu điều khiển chia làm 3 loại: các kênh điều

Luận văn tốt nghiệp

được phát, nhưng chỉ áp dụng cho các cụm bình thường

Mật mã hóa tín hiệu đạt được bằng thao tác hoặc loại trừ (XOR) giữa một

Chuỗi ngẫu nhiên được tạo ra từ sô" khung và khóa mật mã Kc theo thuật

toán A5 (hình 1.20) Khóa Kt giông nhau giữa thu và phát, sô" khung thay

SÔ Kc (64 SÔ Kc (64Đưòng xuống ỊTỊTT

Luận văn tốt nghiệp

Nêu MS không đồng bộ vđi ô mà nó muôn nhận dạng Thì nó không

ị ^ - a q ^ l l - LI lỉi lỊh ffr- rfr Ị-fr- ỊỈI I ỉ-|

■

IBS

Ị |ti r |ĨI I IT I-I iTÍ-P I ri 11 fi ỉ Ị Ti P-IĨỈ11ỈI lịi-i htd+

11 ỉil*i iil ii j)lp |Ĩ!I|ĩil|ỉiP=jTiIỊỈIỉ|TÌITĨỊIÌP iri I |ỈIỈ|ỈI h ịtlỉ |ti I ịĩiPi ri I |M|ỈI h-4t

i t i i ị ĩ i i p m

-1 ĩri 1 111 I ỉ

- T4+H 4+

-4+

I A

i l l i ị r a i ỉ i l i ĩ i

ĨỀ T

1 , T,

■ít 7 T

S - I Ĩ I Í I Ỉ l | ỉ l,T, H ,t;I,7,I,T

Hình 1.22 : Các đa khung trượt

MS chỉ đọc TSO chưa đủ, nó phải tìm được SCH ở khe này Ta nhớ

kênh điều khiển ở TSO và cuối cùng nó sẽ gặp được SCH

Hình 1.22 cho thấy quá trình được gọi là đa khung trượt Hai mũi tên

Luận văn tốt nghiệp

tần sô") Chuỗi nhảy tần được MS tính toán trên các thông sô" nhận được từ

khi thay đổi kênh (â"n định ban đầu và handover) như sau:

Ân định ô (CA: Cell Allocation): danh sách các kênh vô tuyến rỗi trong ô

An định di động (MA: Mobile Allocation): danh sách các kênh dành

để nhảy tần, đây là một tập con của CA (cực đại 64), trường hợp không

danh sách chỉ có một tần sô"

Dịch chỉ sô" â"n định di động (MAIO: Mobile Allocation Index

liệu đặc trưng cho nhảy tần đôi với MS

Sô" chuỗi nhảy tần (HSN: Hopping Sequence Number): chuẩn của

tần trong ô

Đổ tính chuỗi nhảy tần MS phải tính chỉ sô ân định di động MAI (Mobile

Allocation Index); đặc tính cho một tần sô" ở một khung cho trước

MS tính MAI như sau:

• Nhảy tần tuần hoàn:

HSN = 0

MAI = (FN + MAIO) mod N

Trong đó FN sô" khung (Frame Number)

• Nhảy tần ngẫu nhiên:

M = T2 +RNTABLE (HSN XOR T1R + T3)

M'=M mod (2A NBIN)

31

Lưu ý rằng kênh vật lý chứa BCCH không nhảy và các khe khác nhau nhảy

khác nhau Quá trình nhảy tần minh họa hình 1.23

s (t) = A cos (coot + %+ (po)

A: biên độ không thay đổi

C0o= 27ĩf (rad/s) là tần sô" góc của sóng mang

'Ptlà góc pha phụ thuộcvào luồng sô" đưa lên điều chê"

Luận văn tốt nghiệp

Đô"i với điều chế MSK ta được góc fa như sau như sau:vFt=Zki0i (t-iT)

Trong đó : chuỗi bit đưa lên điều chế là ( dị-1 dj, dị+i)

ki=-l nếu di ^ di-1

0i(t) =7ĩ/2T.t, T là khoảng thời gian của bit

Ta thấy ở MSK nếu bit điều chế ở thời điểm xét giông như bit ở thời điểm

trước đó TT sẽ thay đổi tuyến tính từ 0 -ỉ-71/2, ngượi lại nếu bit điều chế ở

xét khác bit trước đó thì Ỹt sẽ thay đổi tuyến tính từ 0 -ỉ- -TT/2

Thay đổi của ¥t phụ thuộc vào cặp bit đưa lên điều chế đôi với 4PSK

Trong đó : ọ(t) = (Oot + Ỹt + cpo

Nếu chuỗi bit đưa lên điều chế không đổi (toàn sô" 1 hoặc toàn số 0)

sô" như sau:

CỞI = 2nfi= o)o+ĩiT/2

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

Vì giải điều chế pha liên quan đến khôi phục sóng mang nên để tạo

thuận lợi khi giải điều chế pha luồng sô" điều chế được mã hoá vi sai trước

Bộ tương

-i▲

Luận văn tốt nghiệp

Hình 1.24 Phụ thuộc Ỹt vào cặp bit ở PSK và MSK

Hình 1.25 Phổ của GMSK

1.5.7. Bộ cân bằng Viterbi

Ớ đường truyền dẫn vô tuyến do ảnh hưởng phản xạ từ nhiều vật khác nhau

dẫn đến giao thoa giữa các ký hiệu ISI gây ra lỗi bit

Để giải quyết vấn đề này người ta áp dụng nguyên lý của máy thu tôi

Luận văn tốt nghiệp

Cụm thu<^” Sô’ liệu s Số liệu ^>- VITERBI

Cụm lý tưỏng

Thông tinmềm Khác?T

Chọn sao choKhác nhau

Hình 1.27: Mạng báo hiệu+ Các phần tử của mạng báo hiệu

- Các đường truyền báo hiệu (SL : Signal Link)

Các đường truyền báo hiệu là các phần tử cơ bản trong một mạng báo hiệu

dùng để nôi hai điểm báo hiệu vđi nhau SI bảo đảm điều khiển việc truyền

tin không mắc lỗi và trình tự truyền các bản tin

- Các điểm báo hiệu (SP : Signalling Point)

Các điểm báo hiệu đảm bảo các chức năng của mạng báo hiệu và có

thu tín hiệu từ / tới các người sử dụng khác nhau

2.2. Báo hiệu kênh chung sô" 7 (CCS N7: common chanel signalling number 7)

Ớ CCSN7 đường báo hiệu tách riêng so với đường tiếng Ớ mạng này không

nhất thiết phải có một kênh báo hiệu trên mọi đường nôi Điều này có nghĩa rằng

các bản tin báo hiệu có thể có các đường truyền khác nhau so với đường

Luận văn tốt nghiệp

Cho phép giảm kích thước của các thiết bị vì không cần thiết phải ấn định

thiết bị báo hiệu riêng cho từng mạch tiếng

Độ tin cậy cao (nhờ có dự phòng)

Nếu bản tin báo hiệu được phát đi ở cùng một đường truyền PCM và tiếng

được truyền ở các đường truyền PCM khác nhau thì báo hiệu được gọi là

Hình 1.28: báo hiệu liên kết và tựa liên kết

CPđịnh Sự cô"

SCCP: Signalling Connection and Control Part = Phần điểu khiển và nối thông báo hiệuHình 1.29: MTP là môi trừơng truyền dẫn chung giữa các người sử dụng

Các chức năng của MTP được chia thành các mức chức năng sau:MTP lớp 1 - các chức năng đường truyền sô" liệu

MTP lớp 2 - các chức năng đường truyền

■ộ- MTP lớp 3 - các chức năng mạng báo hiệu

2.4. Phần điều khiển và nôi thông báo hiệu SCCP

Để đáp ứng các nhu cầu mđi trong tương lai, người ta đưa ra một gói phần

mềm được gọi là SCCP, SCCP cung câ"p các chức năng bổ sung cho MTP

gồm tất cả các chức năng con được thực hiện ở phần mềm trung tâm sau:

Luận văn tốt nghiệp

-ộ- Định tuyến SCCP để xử lý việc định tuyến các bản tin SCCP trong

sử duns

Bản tin thu cho

ssQuản lý SCCP

Hình 1.30: Giao diện SCCP với MTP và các người sử dụng

Luận văn tốt nghiệp

2.5. Một sô" ví dụ về trao đổi báo hiệu giữa các phần tử của mạng

"ộ* Cuộc gọi khởi xướng từ trạm di động

Cuộc gọi kết cuối ở trạm di động

•ộ- Cuộc gọi quốc tế đến trạm di động

■ộ- MS chuyển từ 03 thuộc LA2 sang 04 thuộc LAI cả hai ô này đều

Luận văn tốt nghiệp

Hình 1.32: Cập nhật vị trí kiểu bình thương

2.5.2. Đăng ký lần đầu

Khi MS mới bật nguồn nó phải thực hiện đăng ký lần đầu để nhập mạng Quá

trình này được thực hiện như hình sau (hình 1.33)

“ộ- Trước hết trạm MS quét để tìm đựơc tần sô" đúng (FCCH)

■ộ- Sau đó tìm đến kênh đồng bộ SCH để nhận được sô" khung TDMA

- MS yêu cầu một kênh báo hiệu để phát đi bản tin thông báo cho mạng rằng

MS chuẩn bị vào trạng thái không tích cực (1), (2) Điều này có nghĩa rằng

43

- MSC sẽ gởi bản tin IMSI đến VLR (3), bản tin này không được công

của ô sẽ nói cho MS cần nhập lại IMSI hay không

Quá trình nhập IMSI trong trường hợp này xảy ra như sau:

MS yêu cầu một kênh báo hiệu (1)

MSC nhận cờ nhập lại mạng từ MS (2)

MSC gởi bản tin nhập lại IMSI đến VLR (3)

VLR xóa cờ rời bỏ IMSI và gởi bản tin công nhận nhập lại IMSI đến MSC(4) và trở lại quá trình xử lý cuộc gọi như thường lệ cho MS

MS nhận chấp nhận bản tin nói trên (5)

Nếu sau khi tắt (rời bỏ IMSI) trạm MS thay đổi vùng định vị, thì khi

Luận văn tốt nghiệp

Thủ tục này được điều khiển bởi cả bộ định thời ở MS (2a) và ở

MSC có chức năng theo dõi thời gian này

Khi hết thời gian nói trên MS phải thực hiện cập nhật vị trí (3a) Các

thời ở MS và MSC được khởi động lại

Nếu MS không đăng ký trong khoảng thời gian nói trên bộ phận

Luận văn tốt nghiệp

Bằng kênh thâm nhập ngẫu nhiên MS gởi yêu cầu kênh báo hiệu đến BTS

(1)

MS thông báo rằng nó muôn thiết lập cuộc gọi (2) Sô" nhận dạng

động được phân tích và MS đựơc đánh dâu bận ở VLR

Quá trình nhận thực được thực hiện (3)

Quá trình mã hóa được thực hiện (4)

MSC nhận đựơc bản tin thiết lập từ MS có chứa thông tin về loại

Hình 1.38: Thiết lập cuộc gọi khởi xướng từ MS không có OACSU

(MOC Without OACSU)

Báo chuông sẽ được gởi đến trạm MS (7) cho thấy rằng phía bị gọi

Luận văn tốt nghiệp

Hình 1.39: Thiết lập MOC với OACSU (With OACSU)

2.5.8. Cuộc gọi kết cuối ở MS (MTC: Mobile Terminatil Call)

MTC phức tạp hơn MOC vì phía gọi không biết hiện thời MS đang

Quá trình báo hiệu cho cuộc gọi này được cho ở hình 1.40

Phía chủ gọi quay sô" thuê bao di động bị gọi: sô" mạng dịch vụ, sô"

của thuê bao di động (MS ISDN) (1) Nếu cuộc gọi khởi đầu từ mạng cô"

Hình 1.40: Cuộc gọi từ mạng cô" định kết cuối ở MS (MTC).Cuộc gọi được định tuyến đến tổng đài GMSC gần nhất (2), đây là