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

Ngày nay cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học, đặc biệt là khoa học công nghệ Điện tử - Tin học đã cho phép con người thoả mãn về nhu cầu trao đổi thông tin; Cùng với sự phát triển đó thì cũng có sự phát triển của các loại hình thông tin khác như: Dịch vụ truyền số liệu, thông tin di động, nhắn tin, điện thoại thẻ, Internet ... đã giải quyết được nhu cầu thông tin toàn cầu. Riêng hệ thống thông tin di động - GSM đã phát triển mạnh mẽ với số lượng thuê bao ngày càng tăng và đã chứng tỏ được tính ưu việt của hệ thống. Và trong thập kỷ 90 này, ngành Bưu Điện Việt Nam tuy chưa phát triển như các nước trong khu vực cũng như trên thế giới song TTDĐ ở Việt Nam đã sớm phát triển và ứng dụng những công nghệ mới nhất, đã đáp ứng được nhu cầu thông tin di động của xã hội. Trong quá trình học tập tại Khoa Điện tử - Viễn thông Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, được sự giảng dạy chỉ bảo của các thầy cô giáo, sự cố gắng học hỏi nghiên cứu của bản thân, em đã có những hiểu biết nhất định về mạng thông tin di động, đặc biệt là mạng thông tin di động VinaPhone Hà Nội. Trong đề tài tốt nghiệp của mình, em đã nghiên cứu và xin trình bày những 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. GPC song vẫn khó tránh khỏi những thiếu sót trong bản Đồ án tốt nghiệp này. Vậy, em rất mong nhận được ý kiến đóng góp, nhận xét của các thầy cô giáo và toàn thể các bạn.

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 người thoả mãn vềnhu cầu trao đổi thông tin; Cùng với sự phát triển đó thì cũng có sự pháttriển của các loại hình thông tin khác như: Dịch vụ truyền số liệu, thông tin

di động, nhắn tin, điện thoại thẻ, Internet đã giải quyết được nhu cầuthông tin toàn cầu

Riêng hệ thống thông tin di động - GSM đã phát triển mạnh mẽ với sốlượng thuê bao ngày càng tăng và đã chứng tỏ được tính ưu việt của hệthống Và trong thập kỷ 90 này, ngành Bưu Điện Việt Nam tuy chưa pháttriển như các nước trong khu vực cũng như trên thế giới song TTDĐ ở ViệtNam đã sớm phát triển và ứng dụng những công nghệ mới nhất, đã đápứng được nhu cầu thông tin di động của xã hội

Trong quá trình học tập tại Khoa Điện tử - Viễn thông Trường Đại họcBách Khoa Hà Nội, được 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

về mạng thông tin di động, đặc biệt là mạng thông tin di động VinaPhone

Hà Nội Trong đề tài tốt nghiệp của mình, em đã nghiên cứu và xin trìnhbày những 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 HàNội

Dù đã có nhiều cố gắng trong quá trình tìm hiểu và thực tập tại Ct.GPC song vẫn khó tránh khỏi những thiếu sót trong bản Đồ án tốt nghiệpnày Vậy, em rất mong nhận được ý kiến đóng góp, nhận xét của các thầy

cô giáo và toàn thể các bạn

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Lâm Hồng Thạch, cán bộ giảng

dạy khoa Điện tử - Viễn thông trường Đại học Bách Khoa đã tận tìnhhướng dẫn chỉ bảo và động viên để em hoàn thành bản đồ án này

PHẦN I

TỔNG QUAN CHUNG VỀ HỆ THỐNG

THÔNG TIN DI ĐỘNG

CHƯƠNG I

LỊCH SỬ VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ NGUYÊN LÝ

THÔNG TIN TỔ ONG

I-/ LỊCH SỬ VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG

1-/ Thế hệ thứ nhất

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 lượng 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 tương 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

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

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

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

Di Động Bắc  u) hệ thống của các nước 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 lượng lớn thuê bao di động vận hành vào năm 1985

Tất cả các mạng trên đều được dựa trên mạng truyền thoại tương tự bằngđiều chế tần số Vùng phủ sóng của nó ở mức quốc gia và việc phục vụ đạt tớivài trăm thuê bao Hệ thống lớn nhất ở Anh với khả năng phục vụ 1 triệu thuêbao năm 1990

4-/ Thế hệ thứ tư

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 được đưa 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 được sử dụng tại Bắc Mỹ và một số nước Châu á - Thái Bình Dương 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 được truyền giữa thuê bao MS và mạng tổ ong sửdụng thông tin vô tuyến Nhờ đó, loại bỏ được sự cần thiết các dây nối cố định

sử dụng 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 “mặtđất” đang có như là: có tính di động, có tính mềm dẻo, tiện lợi (đối với thuê bao diđộng); 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) được 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 như: 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 được đặt ở trong các ‘ô’ (cell), các ô này được cungcấp bởi các BSS Mỗi BSS có thể cung cấp một hay nhiều ô, dựa vào thiết bị củanhà sản xuất Ô bình thường được vẽ theo hình lục giác nhưng trong thực tếchúng không có hình dáng đúng như vậy, đây là kết quả do ảnh hưởng của địahình xung quanh 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 được ấn định cho thông tin tổ ong Danhsách ở dưới đây trình bày số lượng các tần số và phổ được phân bổ choGSM_900, GSM mở rộng 900 (Extended GSM_900-EGSM_900), GSM_1800(DCS_1800-Digital Cellurlar System 1800) và PCS_1900

BSS

 Thu (hướng lên) 880-915 MHz

HÌNH-2: ĂNG TEN VÔ HƯỚNG

BT

S

BT S

BT

S

BT S

BT S

BT S

BT S

BT S

BT S

HÌNH-3

đó tín hiệu của cả 2 BTS là như nhau thì nó được danh giới là một đường thẳng(Hình-2)

Ở hình 3: Nếu ta lặp lại phương thức nói trên bằng cách đặt xung quanh 1BTS bởi 6 BTS khác thì vùng phủ sóng của nó nhận được 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 thường độ nhạy của máy thu và băng tần được cố định; cho nên ởcác hệ thống TTDĐ, vùng phủ sóng hữu hiệu nhất nhận được từ trạm BTS cao

và công suất máy phát lớn nhưng quan niệm này không thể được sử dụng ở nơi

có mật độ lưu lượng thoại cao Hiện nay, có hai dạng angten (phụ thuộc vàodạng ô và kích thước ô) thường được sử dụng đó là angten vô hướng và angtenđẳng hướng Bằng cách điều chỉnh công suất phát ra của các máy phát ở BTS ta

có thể làm thay đổi vùng phủ sóng theo yêu cầu Đặc biệt là khi số lượng thuêbao tăng nhanh, mật độ lưu lượng trong mạng trở nên lớn nhất là ở các thànhphố đông dân trên thế giới dẫn đến việc người ta phải tìm kiếm thêm các nguồnkênh mới; nhưng hiệu quả nhất là sự phân chia khoảng không gian hiện tại củacác 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 lượng lớn hơn cho toàn bộ mạng

Và vì thế mức công suất dùng ở các ô sẽ giảm xuống để tránh nhiễu cho các ôlân cận dẫn đến giảm kích cỡ của ắc quy dùng cho MS và yêu cầu MS giảm kích

cỡ và trọng lượng Điều này làm cho mạng di động trở nên hấp dẫn hơn đối vớingười sử dụng mới

4.3- Các thông số của ô

Đối với từng ô được thiết kế, người ta phải điền vào một mẫu biểu có chứacác thông tin được gọi là các thông số của ô Các thông tin này được chuyển vàomột bản sao số liệu trên băng từ và được nạp vào BSC Các thông số của ô là:

 Các thông số nhận dạng ô

 Số liệu về cấu hình kênh

 Số liệu về thông tin hệ thống được phát quảng bá ở SACCH

 Các thông số định vị cho ô và các ô lân cận

 Các suy hao phần cứng

 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 thôngthường chỉ được 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 hướng, mỗihướng dành cho 1 ô và có góc phương vị phân cách nhau 120 Mỗi ô có hìnhdạng tương tự như một hình lục giác, có bán kính bằng 1\3 khoảng cách giữa cáctrạm gốc

6-/ Chuyển mạch và điều khiển

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

có hướng) Khi MS có khuynh hướng di chuyển từ vùng phủ sóng của ô nàysang vùng phủ sóng của ô khác thì việc chuyển giao sẽ được điều khiển bởi mộtvài thành 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 được phântích cùng với phép đo mà mạng thực hiện và một quyết định được tạo ra trên nềntảng chung cần phải chuyển giao Nếu một sự chuyển giao được yêu cầu thì các

giao thức báo hiệu có liên quan được thành lập và sự chuyển giao được điều khiểnbởi MSC; sự chuyển giao này sẽ phải trong suốt với thuê bao MS và có nghĩa làthuê bao không nhận thức được rằng có một sự chuyển giao đang xảy ra

CHƯƠNG 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

CSPDN

PLMN

N

NSS

BSS

giao tiếp VT

OMS

Truyền dẫn tin

tức v k à ết nối

cuộc gọi

HÌNH-4: C C TH NH PH ÁC THÀNH PH ÀNH PH ẦN MẠNG GSM

ISDN

PSDN

PSPDN

AUC

MSC

BTS

MS BSC

PLMN

* 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

 NSS_Network Switching System: là hệ thống chuyển mạch mạng Hệthống này bao gồm Trung Tâm Chuyển Mạch Các Nghiệp Vụ Di Động (MSC)

và các Cơ Sở Dữ Liệu điều khiển hệ thống được liên kết của nó và các bộ vi xử

lý với các giao diện được yêu cầu Đây là một phần mà cung cấp kết nối giữamạng GSM và PSTN

 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 vàBảo Dưỡng, thành phần này tạo điều kiện cho nhà cung cấp mạng cấu hình vàbảo dưỡng 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

ME là phần cứng được thuê bao sử dụng để thâm nhập vào mạng, nó cómột số định dạng riêng, độc lập cho thiết bị đó và được lưu giữ cố định trongmáy

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 được thông tin TrongSIM có một số thông tin chủ yếu được lưu 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 được 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 được 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 được cập nhật liên tục

 Ki_Authentication Key: là Khoá Nhận Thực Thuê Bao, khoá này được sử dụng để nhận thực thẻ SIM

 MSISDN_Mobile Station International ISDN Number: là Số ISDN Quốc Tế của Trạm Di Động Đây là số điện thoại của thuê bao; nó bao gồm mã nước, mã vùng và số điện thoại của thuê bao

2-/ Hệ thống trạm gốc (Hình-9)

(BSS-Base Station System)

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

số và thiết bị vô tuyến BSS cung cấp đường truyền giữa MS và MSC BSS liênkết với MS qua giao diện vô tuyến và với MSC qua đường 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 choBSS,

thông tin trực tiếp với MSC, có thể điều khiển 1 hay nhiều BTS

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

sử dụng các đường 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 đượcnối với BTS ở một phía và nối với MSC ở phía kia; BSC cũng có vai trò như làmột tổng đài nhỏ có khả năng điều khiển nhất định, vai trò chủ yếu của BSC là:điều khiển 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 lưu lượng, quản lý và truyền dẫnđến BTS

Ngoài ra BSC kết hợp với Ma Trận Chuyển Mạch Số để kết nối tới cáckênh vô tuyến trên giao diện vô tuyến với các mạch mạch mặt đất Ma trậnchuyển mạch BSC cũng cho phép BSC thực hiện “chuyển giao” giữa các kênh

vô tuyến trên các BTS, dưới 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 như một modem vô tuyến phức tạp BTS làm việc

ở 1 tập hợp các kênh vô tuyến, các kênh này khác với các kênh được sử dụng ởcác ô lân cận để tránh nhiễu giao thoa

BTS cung cấp sự nối thông giao diện vô tuyến với MS BTS cũng có một

số lượng có hạn các chức năng điều khiển mà làm giảm lưu lượng qua lại giữaBTS và BSC BTS còn có một số chức năng sau: chứa phần cứng của một sóngmang, chức năng điều khiển bị hạn chế, hỗ trợ 1 hay nhiều ô

2.3- Bộ chuyển mã

(XCDR-Transcoder )

Bộ chuyển mã được 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 ngược lại)

Mạch PCM 64 kbps từ MSC nếu được phát trên giao diện vô tuyến màkhông có thay đổi gì thì sẽ chiếm một số lượng băng tần rất lớn Mạch này sẽ sửdụng phổ của vô tuyến sẵn có không hiệu quả; vì vậy giảm đi bằng việc sử lýcác mạch 64 kbps để số lượng thông tin được yêu cầu phát thoại số hóa giảmxuống con16 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 được sử dụng

Để truyền dẫn số liệu không được chuyển mã nhưng tốc độ số liệu đượcthích ứng từ 9, 6 kbps lên tới tốc độ sau điều chế là 16 kbps để truyền qua giaodiện mặt 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 được 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 như 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 KhiMSC cung cấp giao diện giữa mạng chuyển mạch điện thoại công cộng với các

hệ thống điều khiển trạm gốc trong mạng GSM thì nó sẽ được biết tới như mộttổng đài cổng Gate_MSC Trong chức năng này, MSC sẽ cung cấp sự chuyểnmạch mà thuê bao di động cần thiết Mỗi MSC cung cấp dịch vụ cho các MSđịnh vị trong một vùng phủ sóng được xác định

Các chức năng được thực hiện bởi MSC là:

 Xử lý cuộc gọi: bao gồm việc điều khiển thiết lập cuộc gọi điệnthoại,

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 dưỡng

 Liên kết giữa các mạng

 Tính toán cước phí

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

HLR là cơ sở dữ liệu tham khảo về thông số thuê bao; cũng như các thông

số nhận thực thuê bao, các số nhận dạng khác nhau và các địa chỉ được lưu giữ.Các thông số này được đưa vào cơ sở dữ liệu khi có một thuê bao mới đăng ký Các thông số được lưu giữ trong thanh ghi định vị thường 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 Lưu 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 được 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 được 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 được lưu trữ ở HLR; Tuyvậy, nó chỉ là dữ liệu tạm thời mà tồn tại đến khi nào thuê bao còn hoạt độngtrong vùng phục vụ của VLR VLR cung cấp một cơ sở dữ liệu tại chỗ cho thuêbao, ở bất cứ đâu thì thuê bao đều được định vị vật lý trong một PLMN; VLRnày có thể hoặc không thể là hệ thống “thường trú” Chức năng này loại bỏ sựcần thiết phải tham khảo tới cơ sở dữ liệu HLR “thường trú ” vào mọi lúc

Các dữ liệu bổ xung được lưu giữ trong VLR là:

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

Các ô trong PLMN được gộp lại thành nhóm trong một vùng địa lý Mỗivùng địa lý được 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 mộtvùng định vị tới một vùng định vị khác, LAI được cập nhật vào VLR Khi thuêbao di chuyển từ VLR này tới VLR khác, địa chỉ VLR được cập nhật tại HLR

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

Subscriber Identity)

VLR điều khiển việc phân bổ các TMSI và báo cáo các số này cho HLRbiết TMSI sẽ được cập nhật thường xuyên, việc này làm cho các cuộc gọi rấtkhó bị lần theo và vì vậy cung cấp một mức độ bảo mật cao cho thuê bao TMSI

có thể được cập nhật trong bất kỳ các tình huống sau:

 Thiết lập cuộc gọi

 Vào vùng LAI mới

 Vào VLR mới

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

Khi một thuê bao muốn hoạt động ngoài hệ thống “thường trú” của nótrong một thời gian nào đó, VLR cũng có thể phân bổ một MSRN Số này đượcgán từ một danh sách các số được lưu trữ ở VLR(MSC) MSCR sau đó được sửdụng 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 được truy cập bằng IMSI, TMSI hayMSRL Điển hình sẽ có một VLR tương ứng với một MSC

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

EIR bao gồm một cơ sở dữ liệu được tập chung hoá để xác nhận đúng nhậndạng thuê bao di động quốc tế(IMEI) Cơ sở dữ liệu EIR được cập nhật từ xa bởicác MSC trong mạng và cũng có thể truy cập bởi một MSC trong PLMN khác.Giống như 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 lưu

được coi như là số liệu thuê bao và được sử dụng để nhận thực thuê bao và mật

mã hóa thông tin truyền trên giao diện vô tuyến giữa MS và BTS

Chú ý: Bộ ba số được gán ở AUC là

 RAND : Số được phát ra một cách ngẫu nhiên

 SRES : Nhận được từ A3(RAND, Ki)

 Kc : Nhận được từ A8(RAND, Ki)

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

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

bổ IMSI và làm thẻ SIM

3.6- Chức năng tương tác (IWF-InterWorking Funtion)

IWF cung cấp chức năng để tạo điều kiện cho hệ thống GSM giao tiếp vớicác thành phần của mạng số liệu công cộng Có các chức năng sau:

 Thích ứng tốc độ số liệu

 C huyển đổi giao thức

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

Một EC được sử dụng ở bên phía PSTN của MSC cho tất cẩ các mạchthoại Khống chế tiếng vọng được 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 thậmchí trên các 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 được yêu cầu ở chuyển mạch nội phía mặt đất bởi vì kết nốiđiện thoại chuẩn là 2 dây Bộ chuyển đổi này gây ra tiếng vọng, tiếng vọng nàykhông ảnh hưởng tới thuê bao mặt đất

Trong suốt cuộc gọi bình thường giữa thuê bao mặt đất PSTN, không cótiếng vọng nào được nhận ra bởi vì trễ rất nhỏ và người sử dụng không thể phânbiệt giữa tiếng vọng và ‘side tone’ của điện thoại bình thường, tuy nhiên nếutrong hệ thống GSM không có EC thì trễ vòng có thể xảy ra và sẽ ảnh hưởng tớithuê bao cho nên trong hệ thống GSM cần phải có bộ EC

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

NMC cung cấp khả năng quản lý mạng từ xa Vùng mạng GSM hiện tạikhông được 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 Dưỡng (OMC): là một tiện ích tậpchung

hóa để hỗ trợ quản lý mạng tổ ong hàng ngày cũng như 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 dưỡng ở mức mạng, được 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 mạngphân cấp Và có tầm nhìn ở mức cao như một loạt các nút mạng và sự thuận lợitrong việc liên kết thông tin Ngoài ra còn được OMC hỗ trợ như là lọc thông tin

từ thiết bị mạng cho NMC

NMC có thể nhận trách nhiệm trong một vùng khi một OMC không hoạtđộng Lúc đó OMC hoạt động như một điểm quá giang giữa NMC và thiết bịmạng NMC cung cấp khả năng điều hành quản lý, điều hành tương đương OMC.Chức năng của NMC:

 Giám sát các nút trên mạng

 Giám sát các thống kê phần tử trên mạng

 Giám sát các vùng OMC và cung cấp thông tin cho nhân viên OMC  Gửi thông tin thống kê từ một vùng OMC này tới vùng OMC khác

để cải thiện chiến lược giải quyết vấn đề

 Tạo điều kiện quy hoạch dài mạng

4.2- Trung tâm khai thác và bảo dưỡng (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 như các trạm gốc, chuyển mạch, cơ sở dữ liệu vv ) cũngnhư giám sát chất lượng dịch vụ được 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

 Quản lý hiệu suất

 Quản lý an ninh

5-/ Cấu trúc địa lý của mạng.

* Vùng hệ thống: Tượng trưng cho hệ thống GSM hoàn thiện và gồm vùngdịch vụ của tất cả các nước thành viên

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

* Vùng MSC/VLR: Là một bộ phận của mạng được định nghĩa như là mộtvùng mà ở đó có thể gọi đến một thuê bao di động MS có dữ liệu ghi ở VLR.Mạng GSM/PLMN được 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 được phát quảng bá để tìm thuê bao di động bị gọi Vùng định vị có thể

có một số ô và phụ thuộc vào một hay vài BSC nhưng chỉ thuộc một MSC/VLR

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

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

Vùng trạm gốc

ô

Vùng định vị Vùng MSC Vùng dịch vụ Vùng hệ thống

HÌNH 8 - PH N C ÂN C ẤP V NG HO ÙNG HO ẠT ĐỘNG

CHƯƠNG 3

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 được sử dụng rộng rãi khắp trên toàn thế giới Việc sửdụng các giao diện đã được tiêu chuẩn hóa sẽ dẫn đến sự mềm dẻo của hệ thốngGSM Giao Diện Mặt Đất tải lưu lượng của hệ thống và cho phép hàng ngàn bảntin số liệu cần thiết để tạo ra các chức năng hệ thống Chúng tải số liệu tải lên vàtải xuống phần mềm, thu thập các thông tin thống kê và thực hiện các lệnh khaithác và bảo dưỡng

Các giao diện chuẩn được sử dụng:

 2 Mbps

 Hệ Thống Báo Hiệu ITU-TS # 7 (C7 hay S7-Signalling System # 7)  X 25-Mạng số liệu chuyển mạch gói (LAPB)

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

Channel_Thủ Tục Truy Cập Đường Truyền trên Kênh Dữ Liệu)

II-/ CÁC GIAO DIỆN MẶT ĐẤT GSM

1-/ Trung kế 2 Mbps - 30 kênh PCM

Các đường truyền 2 Mbps mang lưu lượng từ PSTN tới MSC, từ MSC tớiBSC, từ BSC tới các BTS được đặt ở xa và giữa các MSC với nhau Các đườngtruyền này cũng được sử dụng giữa MSC và IWF

Mỗi đường 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 được định dạng X 25; Các đường truyền này hoạt độngchung trên cùng một cáp vật lý cho các giao diện được sử dụng giữa các thànhphần hệ thống GSM

EC

XCD R

VL R

MSC

OMC

IWF

VL R

XCDR

BSS

AUC

HL R

BSC

MS

PST N

MS MS

TS_Time Slot: Khe Thời Gian

Cấu hình điển hình

2-/ Giao diện X-25 (Hình-10)

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 thường sẽ được chứatrong các đường truyền 2 Mbps sử dụng một khe thời gian dành riêng

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

mềm ở MSC hoặc có thể được hỗ trợ bởi một đường truyền vật lý hoàn toàn độclập

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

Trong hệ thống GSM, C7 đươc sử dụng để mang các thông tin báo hiệu vàđiều khiển giữa hầu hết các thành phần chính và tới PSTN

Cờ Chuỗi Kiểm Tra Khung Thông Tin Điều Khiển Địa Chỉ Cờ

VL R

MSC

OMC

IWF

VL R

XCDR

BSS

AUC

HL R

MS MS

EIR

HÌNH-10: GIAO DIỆN X-25 TRONG MẠNG

Các giao thức bản tin sau đây là một phần của C7 được sử dụng để thôngtin giữa các thành phần khác nhau của mạng GSM:

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

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

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

sử dụng (BSSMAP-BSS Management Application Part) Phần ứng Dụng Chuyển Trực Tiếp được 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) được sử dụng giữa MS,

NMC

EC XCDR

EIR

HÌNH-11: B O HI ÁC THÀNH PH ỆU SỐ 7 TRONG MẠNG

VLR, EIR và HLR

4-/ Giao diện Abis (LAPD): (Hình-12)

Vì bản chất đặc biệt của thông tin báo hiệu đươc chuyển qua các đườngtruyền 2 Mbps giữa BSC và BTS đặt ở xa, một loại giao diện khác được đòi hỏi.GSM đã đặc tả việc sử dụng LAPD, giao diện này sử dụng cấu trúc khung chuẩnnhư ta thấy bên dưới

Các đặc tả GSM cho giao diện này (gọi là Abis) không được rõ ràng cholắm 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.Như chúng ta đã đề cập, phân chia chức năng giữa BTS và BSC cũng khác nhaugiữa các nhà sản xuất và vì vậy không thích hợp nếu chúng hoạt động với nhau,thậm chí nếu giao diện này được mô tả thành các đặc tả một cách rõ ràng

EIR

HÌNH-12: GIAO DIỆN ABIS (LAPD) TRONG MẠNG

5-/ Các liên kết: (Hình-13)

Giao diện giữa BSC và MSC là một giao diện hệ thống báo hiệu được 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 Dưỡng

 Tất cả các chức năng xử lý cuộc gọi

Các giao diện này thông thường được chuyển vận trên một đường truyềnvật lý, đường truyền 2 Mbps Mỗi đường truyền 2 Mbps cung cấp 32 kênh64kbps (các khe thời gian) kênh đầu tiên (TS 0) được sử dụng để xắp xếp khung,còn lại 31 kênh sẵn có để mang các “kênh lưu lượng” và “giao tiếp báo hiệu” Giao thức báo hiệu được 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 được sử dụng giữa BSC - OMC

CBL

OML (X-25)

Đường truyền C7 giữa BSC - MSC, độc lập với loại báo hiệu được đòi hỏi

sẽ dựa trên phần nào của giao thức C7 sẽ được sử dụng (ví dụ: MSC - MS sẽ sửdụng một tập con của BSSAP được gọi làDATP để chuyển tin báo)

Giao thức LAPD được sử dụng giữa BSC - BTS, giao thức này bìnhthường như đã được xác định là 64 kbps

Đường truyền giữa BSC- CBC không sử dụng giao thức được đặc tả Sựlựa chọn giao thức được quyết định giữa nhà cung cấp PLMN và nhà cung cấpCBC (điển hình X-25 và C7 có thể sử dụng)

III-/ TRUYỀN DẪN TÍN HIỆU SỐ VÀ TƯƠNG TỰ

Giao diện vô tuyến (Air Interface) được 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 lưu lượng mà nó mang

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

 Tương thích với ISDN, sử dụng các giao diện mở được chuẩn hoá và mang lại một loạt các dịch vụ được nâng cao cho thuê bao của mạng

1-/ Kỹ thuật điều chế:

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

 Điều Biên (AM_Amplitude Modulation)

AM thực hiện rất đơn giản với các tín hiệu tương tự nhưng tính chống nhiễu kém

 Điều Tần (FM_Frequency Modulation)

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

PM cung cấp tính chống nhiễu tốt nhất nhưng với các tín hiệu tương tự

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

* Tín hiệu số có thể sử dụng bất cứ phương pháp điều chế nào, nhưng PMcung cấp tính chống nhiễu tốt nhất Vì PM có thể được thực hiện dễ dàng với tínhiệu số nên đây là phương pháp sử dụng cho giao diện vô tuyến PM được biếttới như là Khoá Dịch Pha (PSK_Phase Shift Keying) khi áp dụng cho tín hiệu

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

sử dụng kỹ thuật này nhưng có một sự phát triển của kỹ thuật này giúp cho điềupha có hiệu quả hơn được 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

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

Với GMSK, đầu tiên tín hiệu số được lọc qua Bộ Lọc Gauss Bộ lọc nàygây ra sự méo dạng tín hiệu, các góc vuông được bo tròn Tín hiệu bị méo dạngsau đó được sử dụng để dịch pha tín hiệu mang Vì vậy sự thay đổi pha tức thìkhông lâu hơn mà được trải ra

IV-/ CÁC KÊNH VẬT LÝ, LOGIC VÀ CÁC ĐA KHUNG

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

 Kênh logic là các loại thông tin được 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 dưới đây cho thấy làm thế nào để thực hiện được việc này Mỗikênh chiếm một sóng mang cho 1/8 thời gian Kỹ thuật này được gọi là Đa TruyNhập Phân Chia Theo Thời Gian (TDMA)

Thời gian được chia thành các khoảng gián đoạn được gọi là ‘Khe ThờiGian’ Các khe thời gian được xắp xếp thành chuỗi và được đánh số theo quyước từ 07 Mỗi sự lặp lại của chuỗi này đươc 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 được kết thúc hoặc có sự chuyển giao xảy ra Các khungTDMA sau đó được xây dựng thành các cấu trúc khung lớn hơn theo loại kênh

Để một hệ thống nào đó hoạt động đúng, sự định thời truyền dẫn tới và từ máy diđộng được thưc hiện chăt chẽ MS và BSS phải phát thông tin liên quan tới mộtcuộc gọi vào đúng thời điểm chính xác nếu không khe thời gian sẽ bị thiếu.Thông tin được mang trên một khe thời gian được gọi là ‘cụm’ Mỗi cụm số liệuchiếm khe thời gian được phân bổ cho nó trong các khung TDMA kế tiếp, cungcấp một kênh vật 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 lưu lượng và nhóm kênh điều khiển

2.1- Các kênh lưu lượng

Kênh lưu lượng là kênh mang thông tin thoại hoặc số liệu Có một số loạikênh lưu lượng sau:

Khe Thời Gian

CỤM

Khe Thời Gian

HÌNH-14: KHE THỜI GIAN V KHUNG TDMA ÀNH PH

 Toàn tốc:

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

TCH/EFR : Thoại (trước mã hóa 12, 2kbps; sau mã hóa 22, 8 kbps) TCH/F 9, 6 : Số liệu 9, 6 kbps

TCH : Traffic CHannel - Kênh Lưu Lượng

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 được hỗ trợ bởi hai phương pháp mã hóa khác nhauđược biết tới là Toàn Tốc (FR) và Toàn Tốc Cải Tiến (EFR) Mã hóa EFR cungcấp dịch vụ thoại có chất lượng tiếng được cải thiện hơn mã hóa thoại FR nguyênthuỷ, trong khi đó vẫn sử dụng cùng một băng tần ở giao diện vô tuyến EFR sửdụng một thuật toán mã hóa thoại mới và bổ xung cho thuật toán mã hóa kênhtoàn tốc để hoàn chỉnh dịch vụ thoại được cải thiện này Tuy nhiên, nó sẽ chỉđược hỗ trợ bởi di động pha 2+ trở đi Ngoài ra các kênh thoại có thể mã hoá bántốc (HS - Half Speech) Đây là tuỳ chọn của mạng, nó có thể hỗ trợ 2 máy diđộng

2.2- Các nhóm kênh điều khiển GSM

Gồm có:

 Nhóm Kênh Điều Khiển Quảng Bá (BCCH_Broadcast ControlChannel)

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

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

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

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

được dùng để mang các bản tin loại ‘dữ kiện’, ví dụ như các bảntin

chuyển giao Cả hai kênh FACCH và SACCH hoạt động ở chiều hướng lên và hướng xuống

2.2.5- Kết hợp kênh và các khe thời gian

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

Một số kết hợp kênh có thể được gửi trên bất cứ khe thời gian nào, nhưngmột số kênh khác phải được gửi trên các khe thời gian đặc biệt Dưới đây làbảng ánh xạ các kết hợp kênh vào các khe thời gian riêng:

Chú ý:

- Chỉ một khe thời gian BCCH/CCCH được yêu cầu cho mỗi ô (không phảicho mỗi sóng mang RF)

- Nếu quảng bá chỉ được gán cho các khe 2, 4, 6 thì FCCH và SCH sẽ đượcthay thế bằng các cụm bù nhìn vì các kênh điều khiển này chỉ được gán trên khethời gian

KẾT HỢP KÊNH

LƯU LƯỢNG QUẢNG BÁ DÀNH RIÊNG KẾT HỢP

KHE THỜI GIAN

Bất cứ khe n o à

0, 2, 4, 6 (0 phải được sử dụng đầu tiên)

Bất cứ khe n o à Chỉ khe 0

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 được chia sẻ bởi một số kênh logic Để hiểu một kênh vật lý đơnchia sẻ bởi các kênh logic khác nhau như thế nào, cần thiết phải giới thiệu cấutrúc đa khung GSM có thể có

3.1- Đa khung (Multi Frames)

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

3.1.1- Đa khung kênh lưu lượng 26 khung:

Đa khung này dài 120s dùng để mang thông tin của các kênh lưu lượngTCH, 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 đakhung này tạo nên một siêu khung

(áp dụng cho ô có dung lượng cao)

HÌNH-15: C C K ÁC THÀNH PH ẾT HỢP KÊNH TRÊN CẤU TR C KHUNG TDMA ÚC KHUNG TDMA

3.2- Siêu khung và siêu siêu khung

Hình-16 cho thấy bất loại khung nào cho trước sẽ chỉ xảy ra trùng hợp

1326 (26*51) khung TDMA một lần trong cả hai đa khung Số lượng khungTDMA này được gọi là một siêu khung và mất 6 12s để truyền; sự sắp xếp nàynghĩa là định thời đa khung kênh lưu lượng luôn luô thay đổi nằm trong mối liên

hệ định thời đa khung kênh điều khiển và điều này tạo điều kiện cho thu và giải

mã thông tin

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

điểm này thuật toán mã hoá và nhảy tần được 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 người ta gửi đi một cụmcủa một loại thông tin ( sét từ MS ) tuỳ theo nội dung mang thông tin mà người

ta chia ra làm nhiều loại cụm khác nhau

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

0 1 2 Lưu Lượng 50

1Siêu khung = 1326 khung = 6 12 s

HÌNH-16: CẤU TR C KHUNG TDMA ÚC KHUNG TDMA

- Thông tin: Đây là vùng trong đó thông tin thoại số liệu điều khiển đượclưu giữ

- Giải bảo vệ: BTS và MS chỉ có thể thu được cụm và giải mã nó, nếu nóđược thu trong khe thời gian được chỉ định cho nó Vì vầy việc định thời phải vôcùng chính xác nhưng một cấu trúc cho phép một dự trữ lỗi nhỏ bằng một giảibảo vệ như đã thấy trên sơ đồ Để chính xác, khe thời gian dài 0 577ms;trongkhi đó cụm chỉ dài 0 546ms vì vậy có một sự khác biệt về thời gian là 0.031ms để tạo điều kiện cho cụm đúng với khe thời gian

- Cờ lấy nén: hai bit này được bật khi mỗi cụm kênh lưu lượng bị lấy nénbởi một FACCH Một bit được thiết lập chỉ ra rằng một phần hai khối bị lấynén

- Chuỗi huấn luyện: Được sử dụng bởi bộ cân bằng của máy thu khi nóđánh giá đặc tnhs truyền của đường truyền vật lý giưã BTS và MS Chuỗi huấnluyện dài 26 bit

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

2-/ Các loại cụm

2.1- Cụm bình thường (NB-Normal Burst)

NB mang các kênh lưu lượng và tất cả các loại kênh điều khiển, ngoại trừcác kênh điều khiển song hướng ở NB được sử dụng để mang thông tin ở kênhlưu lượng và các kênh điều khiển trừ các kênh sau RACH, SCH, FCCH

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

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

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

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

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

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

FB được dùng để hiệu chỉnh tần số của MS, nó mang các thông tin củakênh hiệu chỉnh tần số FB mang FCCH hướng xuống để hiệu chỉnh tần số bộtạo dao động của MS, khoá nó một cách hữu hiệu với tần số bộ giao động bêntrong của BTS ( các bít cố định ở đây được quy định bởi các bit 0)

2.3- Cụm đồng bộ (SB-Synchnonisation Burst)

SB được dùng để đồng bộ thời gian của MS Nó chứa một chuỗi đồng bộdài dễ dàng được nhận biết vì mang thông tin của số khung TDMA cùng với mãnhận dạng 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 Vàcụm AB còn phục vụ MS thâm nhập hệ thống ngẫu nhiên hay chuyển giao cụmthâm nhập có 36 bit tin được mật mã hóa và khoảng bảo vệ dài 68 25 bit tươngứng với 252 s để dành cho việc phát cụm từ MS vì MS lần đầu tiêm thâm nhậpmạng không biết định trước thời gian hay sau khi chuyển giao tới BTS mới

2.5- Cụm giả (DB-Dummy Burst)

Được sử dụng khi không có thông tin được mang trên các khe thời gian khôngđược sử dụng của sóng mang BCCH (chỉ dùng cho hướng xuống) Cụm giả nàyđược phát đi từ các BTS, trong một số trường hợp xắp xếp các kênh logic thì cụmnày không mang thông tin và có khuôn mẫu giống như cụm bình thường

VI-/ MÃ HÓA KÊNH

1-/ Chống và phát hiện lỗi

Để bảo vệ kênh logic khỏi các lỗi truyền dẫn xuất hiện do đường truyền vôtuyến, nhiều lược đồ mã hóa khác nhau được sử dụng Sơ đồ ở dưới minh họaquá trình mã hoá thoại, kênh điều khiển và số liệu

Lược đồ cài xen và mã hóa dựa vào loại kênh logic được mã hóa Tất cảcác kênh logic yêu cầu một vài thủ tục mã hóa vòng xoắn, nhưng vì sự cần thiếtbảo vệ là khác nhau, nên tỷ số mã hóa cũng có thể khác nhau

2-/ Các cách mã hoá.

- Mã hóa kênh thoại: thông tin thoại trong một khối thoại 20 ms được chiathành 8 cụm GSM Việc này đảm bảo rằng nếu các cụm bị mất do giao thoa quagiao diện vô tuyến thì thoại có thể vẫn được tái sinh lại một cách chính xác nhất

- 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 chocác cụm được chèn vào một đa khung TDMA

- Mã hóa kênh số liệu: thông tin số liệu được trải ra 22 cụm, có việc nàybởi vì mọi bít thông tin số liệu là rất quan trọng Vì vậy khi số liệu được tái xâydựng lại ở máy thu; nếu một cụm bị mất, chỉ một phần rất nhỏ khối số liệu 20ms

bị mất Cơ chế mã hoá chống lỗi sau đó sẽ tạo điều kiện cho số liệu bị mất trước

đó được xây dựng lại

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

PHẦN II

QUY HOẠCH TẦN SỐ CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TẠI KHU

VỰC HÀ NỘI

CHƯƠNG 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 đượcthông tin vô tuyến cần phải quy hoạch vùng phủ sóng để được chất lượng traođổi thông tin tốt nhất, hiệu quả nhất,và giá thành không quá cao Vì vậy trongGSM người ta đưa ra khái niệm về quy hoạch ô Quy hoạch ô là tính các thông

số của một ô như: Vị trí dặt trạm gốc (BTS), các anten sử dụng, hình dạng kíchthước của địa hình và các ảnh hưởng của các địa hình tới thông tin, ảnh hưởngcủa mật độ gia tăng các thuê 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 lưu lượng

- Vùng phủ sóng

- Cấp phục vụ

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

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

Trong đó yêu cầu về lưu lượng trao đổi thông tin có nghĩa: bao nhiêu cuộc gọiđồng thời tại một thời điểm giữa thuê bao được chấp nhận lưu lượng trao đổi thôngtin là yếu tố cơ bản quyết định năng lượng của một ô Yêu cầu lưu lượng khác nhau

so với từng khu vực và việc tính toán về lưu lượng được dựa trên cơ sở sau:

- Phân bố truyền sóng

- Phân bố thiết bị chuyển động