Thiết kế cải tiến hệ thống lái xe UAZ có cường hoá điện

Hiện nay, trên thế giới cùng với sự phát triển của các nghành khoa học công nghệ khác như vô tuyến điện tử,chế tạo máyvới các bộ phận điều khiển tinh vi, các rôbốt công nghiệp thế hệ thông minh ,nghành ôtô cũng đang có những bước tiến lớn với sự úng dụng của tin học,điều khiển khoa học mô phỏng vật liệu mới. Ôtô ngày nay được sử dụng ở tốc độ ngày càng cao ,vấn đề an toàn chuyển độngngày càng được các nhà khoa học công nghệ của các trung tâm khoa học tại các nước có nghành công nghiệp ôtô hoàn chỉnh như Mĩ,Tây Âu,Nhật Bản đầu tư nghiên cứu.Trong cấu tạo ôtô hai hệ thống được coi là quan trọng nhất đảm bảo an toàn chuyển động là hệ thống lái và hệ thống phanh Trong những năm gần đây có hàng trăm các công trình khoa học được công bố nhằm hoàn thiện hệ thống lái tăng tính cơ động và hoàn thiện tính điều khiển của hệ thống lái,chính vì vậy các nhà khoa học cũng đ• đi sâu vào việc chế tạo các bộ cường hoá tích cực PPS (Progressive Power Steering) để đảm bảo cảm giác của người lái với mặt đường tăng tính điều khiển của hệ thống lái nhờ những áp dụngcác thành tựu về điện,điện tử ứng dụng,các thành tựu về tin học để kiểm soát được các tính năng của hệ thống láivà đảm bảo các chế độ hoạt động của chúng dược tối ưu. Những năm gần đây ở nước ta các phương tiện giao thông được người dân sử dụng như một phương tiện thiết yếu trong mỗi gia đình, các phương tiện giao thông trở thành vấn đề được x• hội quan tâm. Tai nạn và ách tắc giao thông xảy ra ngày một đó là do lượng xe máy tại các đô thị tăng cao, khi thu nhập của người dân ở các thành phố lớn ngày một tăng cao thì nhu cầu về phương tiện giao thông theo đó cững tăng lên, xu hướng sử dụng ôtô gia đình và xe bus đang phát triển. Trong thời đại công nghiệp hoá con người cần có sự năng động, tiết kiệm thời gian phương tiện giao thông nói chung và ôtô nói riêng đáp ứng được nhu cầu đó. Không chỉ trong gia đình ôtô được sử dụng ở hầu hết các lĩnh vực kinh tế văn hoá từ nông nghiệp công nghiệp, từ đô thị đến nông thôn và trong cả quân đội. Ôtô là phương tiện góp phần không nhỏ vào công cuộc công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước, nó kéo gần các vùng lại với nhau, rút ngắn khoảng cách giao lưu kinh tế văn hoá.

Lời nói đầu

Thông tin di động ngày nay đã trở thành một loại hình dịch vụ, phơng tiệnthông tin phổ biến trong cuộc sống hiện đại Một mặt ta thấy các hệ thốngthông tin di động hiện nay đang phát triển rất nhanh cả về quy mô, dung lợng

và đặc biệt là công nghệ và dịch vụ mới để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao củangời sử dụng

Đồ án này đợc hoàn thành dới sự hớng dẫn trực tiếp của thầy giáo : PhạmVăn Tuân và các Thầy Cô giáo trong khoa Điện Tử – Viễn Thông - Đại HọcBách Khoa Hà Nội cùng với sự nghiên cứu của bản thân Em đã hoàn thành đồ

Phần 1

Tổng quan hệ thống thông tin di động GSM

Chơng 1

Giới thiệu mạng thông tin di động GSM

1.1 Lịch sử quá trình phát triển nghành thông tin di động GSM

Ngày nay công nghệ viễn thông đang có những bớc phát triển vô cùng tolớn Cùng với các nghành khoa học khác, công nghệ viễn thông đã đem đến chocon ngời những ứng dụng quan trọng trong tất cả các nghành, các lĩnh vực của

đời sống nh : kinh tế, giáo dục, y học, quảng bá, xã hội và thoả mãn nhu cầungày càng cao của con ngời

Thông tin di động là một dịch vụ thông tin đặc biệt, nó cho phép ngời tatrao đổi thông tin ngay cả khi đang di chuyển Ngoài ra nó còn nhiều tiện íchkhác mà thông tin khác không có.Vì vậy nhu cầu về thông tin di động trở nêncấp thiết hơn bao giờ hết Nó chiếm số phần trăm lớn và không ngừng tăngtrong toàn bộ các thuê bao trên thế giới Từ khi ra đời vào những năm 60 với hệthống thông tin tơng tự sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số(TDMA) và đến những năm 80 đã xuất hiện hệ thống thông tin số với kỹ thuật

đa truy nhập phân chia theo thời gian ( TDMA ) tuy nhiên các hệ thống nàykhông tơng thích với nhau Nên thông tin di động chỉ bó hẹp trong từng từngvùng, quốc gia Đồng thời việc nâng cấp gặp khó khăn

Trớc tình hình đó tháng 9/1987 trong hội nghị Châu Âu về bu chính viễnthông 17 quốc gia Châu Âu đã ký một biên bản ghi nhớ làm nền tảng cho mạngthông tin di động số toàn Châu Âu Năm 1988 viện tiêu chuẩn viễn thông Châu

Âu ( ETSI: Euroupe TeleCommunication Standard Intiute ) Đã thành lập nhómchuyên trách về dịch vụ thông tin di động GSM - Group Spesial Mobile hoặcGolbal System for Mobile Telecommunication - Hệ thống thông tin di độngtoàn cầu Nhóm này đã đa ra các tiêu chuẩn thống nhất cho thông tin di độngtoàn cầu Nhóm này đa ra các tiêu chuẩn viễn thông khác trên thế giới

Các hệ thống của thông tin di động :

- Thế hệ 1G ra đời trong những năm 1970 - Tế bào vô tuyến tơng tự

- Thế hệ 2G ra đời trong những năm 1980 - Tế bào số GSM-IS - 54

- Thế hệ 3G bắt đầu ở thế kỷ 21 với sự ra đời của tiêu chuẩn IMT 2000 tốc độ cao nhất đạt 2M đáp ứng các nhu cầu đa phơng tiện

- Thế hệ 4G và 5G dự định trong tơng lai với tốc độ cao truy nhập băng rộng

2

Hiện nay thông tin di động ở Việt Nam bắt đầu với thế hệ thứ 2G và hiện tại

đang sử dụng thế hệ 3G là CDMA2000, WCDMA trong đó WCDMA đợc phát triển từ GSM(2G) còn CDMA đợc phát triển từ CDMA one (IS95)

1.2 Các đặc tính của thông tin di động GSM

 Đa ra nhiều tiện ích và dịch vụ cho các thông tin thoại lẫn truyền số liệu

 Có sự tơng thích của các mạng khác nh ISDN, PSDN qua các giao diện chung một hệ thống GSM quốc gia có thể cho nhập mạng và quản lý mọi máy thuê bao di động tiêu chuẩn GSM

 Tự động định vị và cập nhật vị trí cho mọi thuê bao di động

 Sử dụng băng tần 900 MHz với hiệu quả cao bởi sự kết hợp giữa hai

ph-ơng tiện TDMA và FDMA

 Chuyển khả nhanh hơn hẳn hệ thống hữu tuyến

 Mạng có khả năng mở rộng dung lợng nhờ việc sử dụng lại tần số và kỹ thuật phân chia Cell

Các dịch vụ thoại :

 Chuyển hớng cuộc gọi vô điều kiện

 Chuyển hớng cuộc gọi khi thuê bao di động bận

 Chuyển giao cuộc gọi

Hệ thống vô tuyến GSM sử dụng băng tần cơ sở 90 MHz Ngoài ra còn

có băng tần GSM mở rộng và băng tần DCS ( Digital Cellular System )

Với GSM : Băng tần 890 - 960 MHz đợc chia làm hai phần :

 Băng tần lên (UplinBk band ) : với giải tần từ 890 - 915 MHz cho các

kênh vô tuyến từ trạm di động đến hệ thống trạm gốc Băng tần lên chọn giảitần thấp thì suy hao ít hơn tần cao.Trong khi BTS có thể phát cao đợc nhng MSthì khó khăn hơn do yêu cầu về kích thớc và năng lợng hạn chế

 Băng tần xuống ( Dowlink band ) : với giải tần từ 935 - 960 MHz cho

các kênh vô tuyến từ BTS đến MS

Nh vậy hai băng tần này có độ rộng 25 MHz Trong GSM 25 MHz này

đ-ợc chia làm 124 sóng mang ( RF ), các sóng mang gần nhau cách nhau 200KHz Mỗi kênh sử dụng hai tần số riêng biệt Một đợc dùng cho tuyến lên vàmột đợc dùng cho tuyến xuống Các kênh này đợc gọi là kênh song công.Khoảng cách giữa chúng là 45 MHz đợc gọi là khoảng cách song công Kênhvô tuyến mang 8 khe thời gian TDMA mỗi khe là một kênh vât lý trao đổithông tin di động giữa mạng và trạm di động

Hình 1

Băng tần ở trên gọi là băng tần cơ sở Ngoài ra còn có băng tần GSM mởrộng và băng tần DCS (Digital Cellular System) Độ rộng băng tần lên, băng tầnxuống, dải tần số sóng mang đợc minh hoại nh hình dới đây

Băng tần xuống (downlink band)

Hình 2: Dải tần số sóng mang xuống

Băng tần GSM cơ bản

mang)

200 KHz KHzKH z

Băng tần Lên (uplink band)

Hình 3 Dải tần số sóng mang lên

Để sử dụng triệt để băng tần, GSM đa ra khái niệm sử dụng lại tần số.Băng tần sẵn có đợc chia thành 124 tần số song công, các tần số này đợc chiathành các nhóm tần số và đợc ấn định cho một vùng nào đó bao gồm nhiềutrạm BTS Các mẫu tần số này có thể đem cho một vùng bên cạnh mà khônggây ra hiện tợng nhiễu giao thoa đồng kênh khi khoảng cách giữa hai hai BTS

sử dụng cùng chung một tần số đủ lớn, do vậy tuỳ thuộc vào anten vô hớng haysector mà ta có mẫu sử dụng lại tần số khác nhau Nhờ việc sử dụng lại tần số

mà với một dải tần và số lợng kênh nhất định ta sẽ tăng dung lợng cho toànmạng

AUC

HLR

MSC

EIR VLR

BTS

SS

Hình 4 : Mô hình hệ thống GSM

Các ký hiệu

NSS : Network Switching Subsystem : Hệ thống chuyển mạch

MSC : Mobile Service Switching Centre - Trung tâm chuyển mạch nghiệp

vụ di động

HLR : Home Location Register - Bộ ghi định vị thờng trú

VLR : Visitor Location Register - Bộ ghi định vị tạm trú

AUC : Authentication Centre - Trung tâm nhận thực

EIR : Equipment Identification Register - Thanh ghi nhận dạng thiết bị BSS : Base Station System - Hệ thống trạm gốc

BSC : Base Station Controller - Đài điều khiển trạm gốc

BTS : Base Tranceiver Station - Trạm thu phát gốc

OSS : Operation & Support System - Hệ thống con khai thác và bảo dỡngNMC : Network Management Centre - Trung tâm quản lý mạng

OMC : Operation & Maintenace Centre: Trung tâm vận hành và bảo dỡngPSTN : Public Switched Telephone Network - Mạng điện thoại chuyển mạchcông cộng

PLMN : Public Land Mobile Network - Mạng di động mặt đất công cộng

MS : Mobile Station - Trạm di động

ISDN : Intergrated Service Digital Networt – Mạng số đa dịch vụ

CSPDN : Circuit Switched Packet Data Networ - Mạng số liệu gói chuyển mạch kênh

PSPDN : Packet Switched Public Data Network - Mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói

2.2 Các thành phần của mạng GSM

Một mạng GSM gồm 3 phân hệ chính :

 Phân hệ vô tuyến BSS ( Base Station System )

 Phân hệ mạng NSS ( Network SubSystem )

 Phân hệ khai thác và bảo dỡng OSS (Opertation & Support System)

 Mặc dù không thuộc thành phần cuả mạng GSM, song có liên quanchặt chẽ với mạng đó là trạm di động MS thuộc ngời sử dụng

2.2.1 Trạm di động MS ( Mobile Station )

Là một máy di động đầu cuối hay MobileFone MS có thể đợc lắp trên ô tôhoặc cầm tay Ngoài chức năng vô tuyến MS còn cung cấp giao tiếp với ngời sửdụng nh micro, loa, màn hiển thị, bàn phím

MS lệ thuộc vào một thẻ vi mạch cá nhân SIM đợc gắn trên máy di động

Sự nhận thực đợc kiểm tra bởi mạng xét xem MS có hợp pháp khi sử dụng dịch

vụ của mạng không Sau đó mới đợc vào hệ thống, mỗi mã nhận dạng cá nhân

đợc kèm theo SIM - PIM để chống sử dụng trái phép thẻ SIM

Trạm di động có một số nhận dạng riêng là số nhận dạng thiết bị trạm di

động quốc tế IMEI Bao gồm mã công nhận kiểu TAC theo tiêu chuẩn GSM, và

số thứ tự do nhà sản xuất đặt Khi nhận thực mạng sẽ thăm dò IMEI so vớiIMEI trong cơ sở dữ liệu mạng Sẽ không chấp nhận thuê bao nếu thuê baokhông tơng ứng Mã hoá và giải mã tiếng sẽ đợc thực hiện ngay tại MS Tức làquá trình truyền dẫn số nên chất lợng truyền đợc đảm bảo ngay cả khi đờng vôtuyến không đợc tốt nhờ sử dụng các loại mã chống lỗi và bảo mật đờng truyền.Ngoài ra trạm còn có các kỹ thuật để tiết kiệm công suất nhờ sử dụng chế độnghỉ và truyền dẫn không liên tục để kéo dài thời gian sử dụng nguồn cung cấpcủa MS

MS đợc chia làm 5 loại công suất đỉnh danh định sau :

BSS thực hiện giám sát các đờng ghép nối vô tuyến liên kết kênh vô tuyếnvới máy phát và quản lý cấu hình Cấu hình các kênh này cụ thể là :

 Điều khiển sự thay đổi tần số vô tuyến của đờng ghép nối và sự thay đổicông suất phát vô tuyến

 Thực hiện việc mã hoá tín hiệu số và phối hợp tốc độ truyền thông tin

 Quản lý quá trình Handover

 Thực hiện việc bảo mật kênh vô tuyến

 Phân hệ BSS gồm hai phần :

 Khối điều khiển vô tuyến số BSC

 Các trạm thu phát gốc BTS

A Thiết bị điều khiển trạm gốc BSC

Làm việc nh một thiết bị chuyển mạch cho phân hệ BSS BSC bao gồm cáckhối giao diện A với MSC Các khỗi chức năng điều khiển BTS, khối giao diệnvới OMC và khối chuyển mạch

Với số thuê bao ngày càng tăng BSC phải thiết kế để dễ dàng tổ chức lạicấu hình để có thể quản lý đợc số kênh vô tuyến ngày càng tăng, và tăng đợchiệu quả sử dụng của lu lợng vô tuyến cho phép

 Quản lý trạm thu phát gốc

Trớc khi vào khai thác BSC lập cấu hình của trạm BTS và tần số cho mỗitrạm BTS Nhờ việc quản lý này mà BSC có thể có một tập hợp các kênh sẵn cógiành cho điều khiển nối thông cuộc gọi

 Điều khiển nối thông máy di động

BSC chịu trách nhiệm thiết lập và giải phóng các đầu nối tới máy di động.Trong quá trình gọi sự kết nối đợc BSC giám sát Cờng độ tín hiệu và chất lợngtiếng đợc đo ở MS và BTS gửi đến BSC nhờ một thuật toán BSC quyết địnhcông suất phát tốt cho máy di động TRX để giảm nhiễu của mạng và tăng cờngchất lợng nối thông

8

BSC cũng điều khiển quá trình chuyển giao nhờ kết quả đo để chuyểnsang ô khác có chất lợng tốt hơn Nếu chuyển sang ô thuộc BSC khác quản lýMSC sẽ tham gia vào quá trình chuyển giao Đồng thời BSC có thể chuyển giaogiữa các kênh lu thông trong một ô khi chất lợng nối thông quá thấp nhngkhông chấp nhận đợc chỉ thị nhờ các phép đo cho biết ô khác tốt hơn Cũng cóthể sử dụng việc chuyển giao để cân bằng tải giữa các ô Khi thiết lập một ô bị

ứ nghẽn MS có thể gíải quyết đến một ô khác có lu lợng thấp hơn nếu nhận đợcchất lợng cho phép

 Quản lý mạng truyền dẫn

BSC quản lý các đờng truyền dẫn từ BSC đến MSC để đảm bảo các kênhthông tin đúng và chính xác do đó BSC phải lập cấu hình để giám sát các luồngthông tin đến MSC và BTS Trong trờng hợp có sự cố ở kênh này BSC sẽ điềukhiển để chuyển tới đờng dự phòng

B Trạm thu phát gốc BTS

Là phần thu vô tuyến của hệ thống mà qua đó MS có thể liên lạc đợcvới hệ thống Tại đây các tín hiệu vô tuyến đợc điều chế khuếch đại và phối hợpthu phát

a.Chức năng của BTS

 Biến đổi truyền dẫn

 Phát quảng bá các thông tin hệ thống trên BCCH dới sự điều khiển củaBSC

BTS đợc thiết kế để dễ dàng khai thác và bảo dỡng Các modul sự cố đợcphát hiện và các sự cố đợc báo cáo lại Sự cố đợc xác định vị trí để chỉ raphiếu cần thay BTS đợc coi là các kênh truyền vật lý

khối khung ( fu )

khối nhảy tần (fqhU)

Hinh 5 : Sơ đồ khối BTS

 Khối vận hành và bảo dỡng OMU : Là đơn vị điều khiển cảnh báo,

kiểm tra và bảo dỡng tại chỗ của BTS

 Khối tạo đồng hồ : Số thứ tự của khung và tín hiệu đồng hồ đợc sử dụng

trong BTS đợc lấy từ một đồng hồ tổng 13MHz bởi khối tần số chủ MFGE(Master Frequency Clock Generator )

 Khối nhảy tần FQHU ( Frequency Hopping Unit ) : Khối này thực

hiện chuyển mạch lu lợng thông tin giữa số khung FN đợc lấy từ MCLU(Master Clock Unit ), khối đồng hồ chủ Các khối CU mà mỗi CU làm việc ởmột tần số nhất định đợc cung cấp các cụm thông tin lu lợng từ các khối FUkhác Để tránh lỗi trong nhẩy tần hoặc trong trờng hợp không nhảy tần khốiFQHU có thể tự động cấu hình lại Khối FQHU có thể nối 8 FU với 8 CU Các

đờng truyền cũng đợc nối nh vậy để truyền và nhận các khung

 Khối khung FU (Frame Unit ) : Khối khung FU cung cấp tất cả các

chức năng điều khiển và chức năng băng gốc cần thiết cho 8 kênh toàn tốc(hoặc 16 kênh bán tốc) logic hay lợng

Chức năng băng gốc trong truyền trực tiếp nhằm đáp ứng tốc độ thoại, sốliệu, mã hoá kênh, ghép xen

Chức năng băng gốc trong nhận trực tiếp là giải điều chế, cân bằng, giảighép xen, giải mã

10

 Khối đơn vị sóng mang CU (Carrier Unit ) : Khối CU là phần vô

tuyến của BTS nó thực hiện chuyển dữ liệu số thành tín hiệu sóng vô tuyến(RF) để phát và chuyển tín hiệu sóng vô tuyến thu đợc thành tín hiệu số Mỗi CU gồm một bộ phát sóng, chuyển dòng dữ liệu số thành tín hiệu sóngvô tuyến GMSK trong dải tần 935 - 960 MHz Tín hiệu sóng vô tuyến đợckhuếch đại nhiều lần để có đợc công suất cần thiết

 Đơn vị đầu cuối Coupling Unit

Đơn vị đầu cuối này cung cấp các bộ lọc, khuếch đại tạp âm thấp và táchtín hiệu tới 8 máy thu không phân tập Đơn vị đầu cuốc này cung cấp một đầuvào cho RFTE ( Radio Frequency Test Equiment - Thiết bị kiểm tra tần số vôtuyến ) từ đờng thu và phát

 Thiết bị giao diện trạm gốc BIE (Base Station Iterface Equiment)

Gửi các bản tin và tín hiệu về cấu hình thông qua một đờng truyền 2Mb/s

để kích hoạt FU

2.2.3 Phân hệ chuyển mạch NSS

a Chức năng của phân hệ chuyển mạch NSS

 Là chuyển mạch chính của GSM cũng nh các cơ sở dữ liệu cần thiết cho

số liệu thuê bao và quản lý thuê bao

 Quản lý thông tin giữa ngời sử dụng mạng GSM với mạng khác

b Sơ đồ khối phân hệ chuyển mạch NSS

 Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động MSC : MSC là trung

tâm chuyển mạch chính của NSS Có nhiệm vụ định tuyến và kết nối các phần

tử mạng thuê bao di động với nhau hay với thuê bao của mạng khác Từ khốinày các tin tức báo hiệu cần thiết sẽ đợc phát ra các giao diện ngoại vi của

Hình 6 : Phân hệ chuyển mạch NSS

mạng chuyển mạch MSC có giao diện với tất cả các phần tử mạng và với mạng

cố định PSTN hay ISDN MSC còn thực hiện cung cấp các dịch vụ của mạngcho thuê bao chứa các dữ liệu và thực hiện quá trình Handover

 Bộ định vị thờng trú HLR : Là cơ sở dữ liệu trung tâm quan trọng nhất

của hệ thống GSM ở đó lu trữ dữ liệu về thuê bao trong mạng của nó và thựchiện một số chức năng riêng của mạng di động Trong cơ sở dữ liệu này lu trữnhững số liệu về trạng thái thuê bao, quyền thâm nhập của thuê bao, các dịch

vụ mà thuê bao đăng ký, số liệu động về vùng mà ở đó đang chứa thuê bao của

nó Trong HLR còn thực hiện việc báo hiệu số 7 trên giao diện với MSC

các thuê bao di động đang nằm trong vùng phủ sóng của MSC này, gán cho cácthuê bao từ vùng phục vụ MSC/VLR khác tới một số thuê bao tạm thời VLRcòn thực hiện trao đổi thông tin về thuê bao Roaming giữa HLR nơi thuê bao

đăng ký Chỉ có thể thiết lập đợc đờng ghép nối vô tuyến với MS với các trờnghợp thông tin

 Trung tâm nhận thực AUC : Trong hệ thống GSM có nhiều biện pháp

an toàn khác nhau đợc dùng để tránh sự sử dụng trái phép, cho phép bám và ghicuộc gọi Đờng vô tuyến cũng đợc AUC cung cấp mã bảo mật chống sự nghetrộm, mã này đợc thay đổi riêng biệt cho từng thuê bao Cơ sở dữ liệu của AUCcòn ghi nhiều thông tin cần thiết về thuê bao và phải đợc bảo vệ chống mọithâm nhập trái phép

 Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR : Bảo vệ mạng PLMN khỏi sự thâm

nhập của những thuê bao trái phép bằng cách so sánh số IMEI của thuê bao nàygửi tới khi thiết lập thông tin với số IMEI ( International Mobile EquipementIdentity - Nhận dạng thiết bị trạm di động quốc tế ) lu trữ trong EIR, nếu khôngtơng ứng thuê bao sẽ không thể truy nhập đợc

2.2.4 Trung tâm vận hành và bảo dỡng OMC

 OMC bao gồm cả phần vô tuyến và phần chuyển mạch, là một máy tínhcục bộ LAN, hệ thống này đợc nối với các phần tử của mạng nh MSC,HLR/AUC, BTS Qua giao diện X25 nhằm giám sát điều hành bảo dỡngmạng, quản lý thuê bao một cách tập chung Hệ thống này là nơi cung cấpthông tin quan trọng cho việc xây dựng và sử dụng mạng

 Các chức năng của OMC trong việc quản lý mạng :

12

 Thống kê các sự kiện sảy ra trong việc quản lý mạng

 Thu thập và lu dữ các số liệu xuất hiện trong quá trình khai thác củaphần tử mạng

 Truy nhập các phần tử mạng từ xa bằng lệnh Ngời - Máy

 Tiếp nhận và lu dữ các thông tin trạng thái gửi tới các phần tử của mạng

xử lý các thông tin nhận đợc từ trong mạng

 Quản lý sự cố trên các phần tử của mạng

 Kiểm soát hoạt động của tất cả các phần tử trên mạng

 Quản lý cấu hình mạng

 Quản lý thuê bao, bảo mật các số liệu thuê bao

 ứng dụng của quản lý mạng trong hệ thống GSM

 Quản lý lu lợng : bao gồm việc thống kê lu lợng kiểm soát tắc nghẽn,

truy nhập trong trờng hợp có tắc nghẽn hệ thống tự động có biện pháp nh :

"Phớt lờ " các cuộc gọi mới, phong toả bớt các dịch vụ không quan trọng

 Quản lý cấu hình : Thực hiện các công việc sau :

 Nạp phần mềm hệ thống hoặc nạp phần mềm dịch vụ

 Thay đổi các mức phát của BTS

 Khai báo các phần tử hay dịch vụ khi mở rộng mạng

 Quản lý thuê bao : Bao gồm việc đa vào hay loại bỏ bớt thuê bao khỏi

mạng Thay đổi số thuê bao hoặc phong toả bớt các dịch vụ đối với một thuêbao nào đó Quản lý, lu trữ số liệu cớc trên mạng

 Quản lý bảo mật : Là một nhiệm vụ quan trọng trong mạng GSM, bao

gồm việc quản lý số liệu thuê bao thông qua EIR Quản lý số liệu mạng thôngqua SIM card, HLR/AUC

2.3 Cấu trúc địa lý của mạng GSM

Mọi mạng điện thoại cần một cấu trúc nhất định để định tuyến cuộc gọi vào

đến tổng đài cần thiết và cuối cùng đến thuê bao bị gọi ở một mạng di độngcấu trúc này rất quan trọng do tính lu thông của các thuê bao trong mạng

2.3.1 Vùng mạng : Tổng đài vô tuyến cổng ( Gate way – MSC )

Các đờng truyền giữa mạng GSM/PLMN hay mạng PSTN/ISDN hay cácmạng PLMN khác sẽ ở mức tổng đài trung kế quốc gia hay quốc tế Tất cả cáccuộc gọi vào cho mạng GSM/PLMN sẽ đợc định tuyến đến một hay nhiều tổng

đài đợc gọi là tổng đài vô tuyến cổng (GMSC) GMSC làm việc nh một tổng đàitrung kế vào cho GSM/PLMN Đây là nơi thực hiện chức năng hỏi định tuyến

cuộc gọi cho các cuộc gọi kết cuối di động Nó cho phép hệ thống định tuyếncác cuộc gọi đến nơi nhận cuối cùng của chúng - các trạm di động bị gọi.

2.3.2 Vùng phục vụ MSC/VLR.

Vùng MSC là bộ phận của mạng đợc một MSC quản lý Để định tuyếnmột cuộc gọi đến một thuê bao di động, đờng truyền qua mạng sẽ nối đến MSC

ở vùng phục vụ MSC nơi thuê bao đang

Vùng phục vụ là bộ phận của mạng đợc định nghĩa nh một vùng mà ở đó

có thể đạt đến một trạm di động nhờ việc trạm MS này đợc ghi lại ở một bộ ghi

định vị thờng trú (VLR)

Một vùng mạng GSM/PLMN đợc chia thành một hay nhiều vùng phục vụ MSC/VLR

2.3.3 Vùng định vị ( LA )

Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR đợc chia thành một số vùng định vị Vùng

định vị là một phần của vùng phục vụ MSC/VLR mà ở đó một MS có thểchuyển động tự do mà không cần cập nhật thông tin về vị trí cho tổng đài MSC/VLR điều khiển vùng định vị này Vùng định vị này là vùng mà ở đó một thôngbáo tìm gọi sẽ đợc phát quảng bá để tìm thuê bao di động bị gọi Vùng định vị

có thể có một số ô và phụ thuộc vào 1 hay nhiều BSC nhng nó chỉ thuộc mộtMSC/VLR

2.3.4 Ô ( Cell )

Vùng định vị đợc chia thành một số ô Ô là một vùng bao phủ vôtuyến đợc mạng nhận dạng bằng số nhận dạng ô toàn cầu ( CGI -Cell GlobalIdentity ) Trạm di động tự nhận dạng một ô bằng cách sử dụng mã nhận mạngtrạm gốc ( BSIC - Base Station Identity Code ) Mỗi ô vô tuyến có bán kính từ350m đến 35Km phụ thuộc vào cấu tạo địa hình và lu lợng thông tin ở mỗi ô Ô

có cấu tạo nh sau :

Hình 7 : Cấu trúc cell.

14RD

Các cạnh của ô là những đờng có cờng độ bằng nhau (về mặt lý thuyết)nhiễu không phụ thuộc vào khoảng cách tuyệt đối giữa các ô mà chỉ phụ thuộcvào tỷ số giữa khoảng cách các ô và bán kính của ô D/K Điều này cho phép cogiãn ô một cách linh hoạt mà vẫn đảm bảo nhiễu cho phép chỉ cần đảm bảo tỷ

số D/K

Chơng 3

Kỹ thuật vô tuyến số GSM

3.1 Suy hao đờng truyền

Là quá trình mà ở đó tín hiệu thu yếu dần do khoảng cách giữa MS vàtrạm gốc ngày càng tăng Không có vật cản giữa anten phát và anten thu cho tr-

ớc Mật độ công suất thu tỷ lệ nghịch với bình phơng khoảng cách d giữa antenphát và anten thu - Ta có kết quả trong không gian tự do là :

Ls = d 2 f 2

Theo [dB] Ls = 33,4 (dB) + 20 log ( f ) + 20 lg ( d )

Trong đó 33,4 là hằng số tỷ lệ

Trong điều kiện địa hình khác nhau thì suy hao cũng khác nhau

Mạng thông tin di động sử dụng các công thức nghiên cứu và thực nghiệm củaELGI hay Okumura

Công thức Okumura :

 Trong điều kiện thành phố :

L( thành phố ) = 69,55 + 26,16 log(f) - 13,82 log(h1) + (44,9 - 6,55log(h1)) logd Trong đó :

3.2 Phân tán thời gian và giao thoa giữa các tín hiệu.

Phân tán thời gian là trờng hợp của lan truyền nhiều đờng dẫn do phản xạ.Tín hiệu đến từ một vật ở xa anten thu (Rx) Hệ thống GSM đợc thiết kế có thểhạn chế phân tán thời gian nhờ sử dụng một bộ phận cân bằng Bộ cân bằngcủa GSM có thể thực hiện cân bằng một số nhất định tín hiệu phản xạ nhngkhông phải tất cả Bộ cân bằng của GSM có thể đạt đợc sự cân bằng cho các tínhiệu phản xạ chậm một khoảng 4 bit so với tín hiệu đến trực tiếp, tơng ứng với

15 s Tuy nhiên nếu tín hiệu phản xạ trễ hơn thế thì bộ cân bằng không thể

đáp ứng đợc Phần mà bộ cân bằng có thể đáp ứng gọi là cửa sổ thời gian.Trong cửa sổ đó thì tín hiệu phản xạ sẽ tăng cờng độ của tín hiệu trực tiếp.Ngoài cửa sổ đó tín hiệu phản xạ sẽ gây ảnh hởng xấu đến hệ thống Tổng củatín hiệu phản xạ mà trễ 15 s phải ít nhất nhỏ hơn 9 lần tổng các tín hiệu trongcửa sổ Tỷ số này gọi là tỷ số sóng mang trên tỷ lệ trên sóng phản xạ C/R C/R

đợc tính bằng tỷ bằng tỷ số năng lợng trong cửa sổ thời gian và ngoài cửa sổthời gian bộ cân bằng C/R càng nhỏ thì chất lợng càng kém Vị trí đặt BTS rấtgây ảnh hởng lớn đến tỷ số này Nếu đặt không hợp lý sẽ gây nên phân tán thờigian lớn Các vùng địa hình nh miền núi, thành phố nhiều nhà cao tầng, toà nhàkim loại cao, vùng hồ ao thờng có tỷ số C/R nhỏ

Thông thờng tín hiệu phản xạ khi phải đi qua quãng đờng lớn hơn 4,5 Km

so với tín hiệu trực tiếp Tuy nhiên nếu tín hiệu phản xạ đó không mạnh, nghĩa

là tỷ số C/R lớn hơn một số cho phép thì không gây ảnh hởng đến vùng phủsóng phục vụ

Ngợc lại nếu tín hiệu phản xạ quá mạnh, nhng trễ vẫn thuộc cửa sổ của bộcân bằng thì sẽ tăng độ mạnh của tín hiệu thẳng Chỉ trong trờng hợp C/R nhỏphân tán thời gian lớn thì mới có yêu cầu thay đổi vị trí BTS, hoặc dùng phơngpháp đặt BTS phụ trợ khi xét vấn đề này phải căn cứ các vị trí tơng đối của MS

và BTS bởi vì mỗi vị trí dù cách nhau không lớn thì có thể có C/R khác nhau rấtlớn

Vậy GSM tốc độ là 270 kbit/s dẫn đến độ vít có độ lâu 0,0037 m/s Vì thế

1 bit tơng ứng với độ trễ khoảng 1Km Nên nếu có phản xạ từ một Km phía sautrạm di động thì tín hiệu sau phản xạ phải đi một quãng đờng dài hơn tín hiệu

đến trực tiếp là 2 Km

3.3 Fadinh đồng kênh

Các hiện tợng fadinh sảy ra trong trờng hợp tín hiệu thu đợc của tín hiệuphát từ nhiều phía Tín hiệu thu là tổng của nhiều tín hiệu giống nhau nhngkhác pha và biên độ Để khắc phục hạn chế này anten phân tập đợc dùng đến

16

Đây là một anten hoạt động theo nguyên tắc dùng 3 anten đơn thu tín hiệu theohai hớng rồi tổng hợp các tín hiệu đồng pha Anten này không những giảm đợcfadinh mà còn tăng đợc độ mạnh của tín hiệu thu từ 3 đến 4 dB Khoảng cáchgiữa 2 anten phải đủ lớn để tơng quan giữa các tín hiệu ở 2 anten nhỏ

Nhiễu giao thoa đồng kênh là do nhiễu tín hiệu thu phát không mongmuốn, cùng tần số với tín hiệu thu mong muốn Tỷ số giữa sóng mang mongmuốn và mức sóng mang không mong muốn là tỷ số giữa giao thoa đồng kênhC/I Tỷ số này phụ thuộc vào nhiều yếu tố nh :

 Mẫu sử dụng lại tần số : khoảng cách giữa hai ô cùng tần số ảnh hởng

đến nhiễu đồng kênh với nhau

 Vị trí địa hình

 Các vùng tán xạ địa phơng

 Kiểu anten, tính định hớng, chiều cao anten

 Các sóng gây nhiễu xạ địa phơng cùng tần số với các kênh của mạng

Tỷ số C/I gây ảnh hởng tới chất lợng tín hiệu dẫn đến sai tín hiệu, giải mãsai gây nên rơi vào cuộc gọi thất bại trên đờng nối vô tuyến Tiêu chuẩn GSMcho phép C/I nhỏ nhất là 9 dB

Ngoài ra trong thông tin vô tuyến còn bị ảnh hởng bởi các kênh lân cận,

là các kênh gần tần số với tín hiệu thu, dải tần chồng lên nhau ở mức lớn Trờnghợp này cũng gây nhiễu gọi là nhiễu giao thoa kênh lân cận và đợc

biểu diễn bằng tỷ số C/A Giá trị cho phép trong GSM : C/A > -9dB Tín hiệuthu đợc khi đo đạc thờng gồm rất nhiều các loại tín hiệu nh đã nêu trên Để khi

đo đạc và xác định đánh giá mức độ lỗi có thể phải nhờ đến các dụng cụchuyên dụng để xác định tỷ số C/I, C/R, C/A

3.4 Các phơng pháp phòng ngừa suy hao đờng truyền và fadinh

Để làm giảm các hiệu ứng gây nên làm giảm chất lợng thu thông tin, cầnphải dùng các biện pháp kỹ thuật khác nhau Trong thông tin di động ngời tadùng các phơng pháp sau :

3.4.1 Phân tập anten.

Phân tập anten là sử dụng hai kênh thu chịu ảnh hởng fadinh độc lập ờng ít có nguy cơ để cả hai anten bị chỗ trũng fadinh xẩy ra cùng một lúc, điềunày dẫn đến hai anten thu độc lập với nhau cùng một tín hiệu và hạn chế chịutác động của đờng bao fadinh khác nhau

th-Khi kết hợp tín hiệu từ hai anten có thể giảm mức độ fadinh, khoảng cáchgiữa hai anten phải đủ lớn để tơng quan giữa các tín hiệu ở các anten nhỏ ở

900 MHz có thể tăng 6 dB với cự ly giữa hai anten là 5 – 6 mét

3.4.2 Nhẩy tần

Do fadinh nhiều tia phụ thuộc vào tần số, tức là chỗ trũng fadinh sẽ xẩy

ra khác nhau đối với các tần số khác nhau Lợi dụng hiện tợng này ta thay đổitần số sóng mang sang tần số khác khi đang tiến hành cuộc goị, vì thế gặp mộtchỗ trũng fadinh sẽ chỉ mất một phần thông tin Bằng cách xử lý sau này ta cóthể khôi phục lại đợc tín hiệu

đặc biệt quan trọng khi phát đi số liệu đối với lời có thể chấp nhận chất lợngthấp hơn

Để có thể cải thiện tốt tỷ số lỗi bit BER ta dùng các phơng pháp mã hoákênh Thông thờng mã hoá kênh có thể phát hiện lỗi và chừng mực nào đó sửa

đợc lỗi Mã hoá kênh phải trả giá là thêm số bit, tức là làm tăng tốc độ truyềndẫn

Trong thông tin di động sử dụng hai phơng pháp mã hoá là : Mã hoá xoắn vàmã hoá khối

 ở mã hoá khối ngời ta bổ xung một số bit kiểm tra vào một số bit thôngtin nhất định, nguyên tắc này đợc mô tả bởi sơ đồ sau đây

Do các mã khối từ, các bit kiển tra trong mã chỉ phụ thuộc vào các khốithông tin ở khối bản tin

 ở mã hoá xoắn, bộ mã hoá tạo ra khối các bit không chỉ phụ thuộc vàocác bit của khối bản tin hiện thời đợc dịch vào bộ giải mã Nó còn phụ thuộcvào các bit của các khối trớc Nguyên lý này đợc minh họa bởi sơ đồ sau đây

18

Bộ mã hoá

khối

Thông tin

Thông tin Kiểm tra

 Các mã hóa khối thờng đợc sử dụng khi có báo hiệu định hớng theo khối,chẳng hạn ở vô tuyến di động mặt đất tơng tự khi số liệu đợc phát đi theo khối

nó cũng thờng đợc sử dụng để phát hiện lỗi khi thực hiện ARQ (yêu cầu tự

động phát lại) khi phát hiện lỗi ta yêu cầu phát lại Mã hóa xoắn liên quannhiều hơn đến sửa sai lỗi chẳng hạn khi có phơng tiện ARQ Khi số hóa tiếng

và phát nó ta không thể phát lại vì điều này dẫn đến sự chậm trễ quá lớn

Cả hai phơng pháp đều đợc sử dụng ở GSM trớc hết một số bit thông tin

đ-ợc mã hóa khối để tạo nên một khối thông tin cho các bit chẵn lẻ (kiểm tra).Sau đó tất cả các bit này đợc mã hoá xoắn để tạo nên các bit đợc mã hóa Cả haibớc trên đều đợc áp dụng cho cả tiếng và số liệu mặc dù các sơ đồ mã hóachúng hơi khác nhau lý do sử dụng mã hóa “kép” vì ta muốn sửa lỗi có thể (mãhóa xoắn) và sau đó có thể nhận biết đợc (mã hóa khối) xem liệu thông tin có

bị hỏng nên mức không dùng đợc hay không

Tiếng đợc cắt thành những đoạn 20 ms, các đoạn 20 ms này đợc số hoá vàsau đó đợc mã hoá Bộ mã hoá tiếng đợc cung cấp 260 bit cho 20 ms tiếng, cácbít này đợc chia thành :

 50 bit rất quan trọng

 132 bit quan trọng và 4 bit đuôi đợc mã hoá xoắn

 78 bit không quan trọng lắm

Ba bit chẵn lẻ đợc bổ xung vào 50 bit trên (mã hoá khối ) 53 bit này cùng

132 bit quan trọng và 4 bit đuôi đợc mã hoá xoắn để tạo thành 378 bit (tỷ lệ1:2) các bít còn lại không đợc bảo vệ Quá trình này đợc minh hoạ nh hình vẽsau :

Hình 10 : Mã hoá kênh cho tiếng thoại đã số hoá ở GSM

Các bit đ ợc mã hoá Các bit không đ

ợc mã hoá

3.4.4 Ghép xen (Interleaving ) :

Ngời ta nhận thấy thực tế các lỗi bit thờng ra thành từng cụm Đó là vì cácchỗ trũng fadinh lâu làm ảnh hởng đến nhiễu bit liên tiếp Do đó mã hoá kênhchỉ là cải thiện chất lợng khi lỗi là đơn và các bit sai không quá dài Nh vậyphải sử dụng biện pháp ghép xen Nguyên tắc của ghép xen là tìm cách táchriêng các bit liên tiếp của một bản tin sao cho các bit đợc gửi đi theo cáchkhông liên tiếp

Giả thiết khối bản tin gồm 4 bit Ta lấy khối đầu tiên của 4 khối liên tiếp

và đặt các bit số 1 này vào một khối 4 bit mới ta gọi là một khung Cũng làm

nh vậy với các bit 2, 3, 4 của 4 khối bản tin sau đó phát các khung của các bit

1, các bit 2,

Trong khi truyền dẫn 2 khung có thể bị mất Khi không ghép xen toàn bộkhối bản tin sẽ mất nhng ở trờng hợp này ghép xen đảm bảo chỉ có bit thứ 2 ởtừng khối bị mắc lỗi Nhờ mã hoá kênh có thể khôi phục lại thông tin của tất cảcác khối ở GSM bộ mã hoá kênh cung cấp 456 bit cho từng 20 ms tiếng Cácbit này đợc ghép xen để tạo các khối 57 bit

từ trạm di động đến trạm gốc cũng ngày càng muộn hơn Nếu không có biệnpháp gì đến một lúc nào đó trễ quá lớn đến nỗi thông tin do trạm di động phát ởkhe thời gian TSi sẽ trùng với tín hiệu mà trạm gốc thu đợc ở TSi +1 của cuộcgọi khác Vì thế trong quá trình cuộc gọi thời gian đến trạm gốc đợc kiểm tra

và các lệnh đợc gửi đến trạm di động để định trớc thời gian phát đi khi trạm di

động di chuyển ra xa, quá trình này gọi là định trớc thời gian phát

Chơng 4

các trờng hợp thông tin

4.1 Các trạng thái của máy di động ( MS )

 MS tắt máy : Mạng không thể tiếp cận đến máy di động vì nó không trả

lời thông báo tìm gọi ( paging ), nó cũng không gửi thông báo cập nhật vị trí.Mạng cho rằng MS đã rời mạng

 MS bật máy, trạng thái rỗi : Hệ thống có thể tìm gọi MS, nó đợc coi là

đã nhập mạng Trong khi chuyển động MS liên tục kiểm tra xem nó có luôn

đ-ợc nối với một kênh quảng bá hay không Trong trạng thái này MS cũng thôngbáo cho hệ thống những thông tin về cập nhật vị trí sau những khoảng thời giannhất định

 MS bận : Có một kênh TCH song công nối giữa mạng và MS Khi

chuyển động MS có thể chuyển đến một kênh thông tin mới, quá trình gọi làHandover đợc quyết định nhờ những thông số đo đạc từ MS và BTS

4.2 Thủ tục nhập mạng - Đăng ký lần đầu

Khi MS bật máy, nó sẽ quét tất cả 124 tần số để tìm ra tần số có cờng độlớn nhất Tần số mà MS tìm kiếm sẽ chứa thông tin quảng bá cũng nh thông tintìm gọi BCH/ CCCH có thể có MS sẽ tự khoá đến tần số đúng nhờ việc hiệuchỉnh tần số thu và thông tin đồng bộ Khi đó MS sẽ cố gắng thâm nhập đếnmạng và thông báo cho hệ thống rằng nó là MS mới ở vùng định vị bằng cáchgửi thông báo cập nhật vị trí nhập mạng đến MSC/VLR ( LAI là bộ phận củathông tin quảng bá đợc phát liên tục ở giao tiếp vô tuyến ) Lúc này MSC/VLRcha có thông tin gì về MS này, nó gửi yêu cầu cập nhật vị trí tới HLR kèm theo

thông tin về vị trí HLR thực hiện các thủ tục nhận thực, xác nhận thuê bao làhợp lệ và ghi thông tin về vị trí HLR thực hiện các thủ tục nhận thực, xác nhậnthuê bao là hợp là hợp lệ và ghi thông tin về vị trí vào trờng dữ liệu của MS này( trờng tạo ra khi thuê bao đăng ký ) HLR gửi thông báo xác nhận cập nhật choMSC/VLR Từ đây MSC /VLR sẽ coi rằng MS hoạt động và đánh dấu trờng dữliệu của MS bằng một cờ nhập mạng, cờ này liên quan đến IMSI.

4.3 Lu động ( Roaming ) và cập vị trí

Khi MS đang ở trạng thái bật máy, và chuyển động theo một phơng liêntục, nó đợc khoá đến một tần số vô tuyến nhất định có CCCH và BCH ở khethời gian TS0 Khi rời xa BTS nối với nó, cờng độ tín hiệu thu đợc sẽ giảm dần

ở một điển gần biên giới lý thuyết giữa 2 ô, cờng độ tín hiệu thu đợc giảm đếnmức mà MS quyết định chuyển sang tần số mới này, MS lại tiếp tục nghe cácthông báo tìm gọi và các thông tin hệ thống Quyết định về việc thay đổi tần sốvô tuyến của MS không cần thông báo cho mạng trừ khi tần số cũ và mới khôngthuộc cùng một vùng định vị LA MS nhận biết điều này khi tìm hiểu số nhậndạng vùng định vị LAI trong thông tin hệ thống phát trên các kênh BCH Khi

đó MS sẽ thâm nhập vị trí Có 2 trờng hợp phải cập nhật vị trí là :

 Di chuyển giữa các vùng định vị khác nhau của cùng 1 MSC/VLR.

Vùng định vị của MS đợc ghi ở VLR Vì MS không chuyển đến vùng phục vụMSC/VLR mới nên quá trình cập nhật vị trí là : MS gửi thông báo yêu cầu cậpnhật vị trí và giá trị LAI mới, MSC tiếp nhận thông báo cập nhật giá trị mới nàytrong cơ sở dữ liệu của VLR và gửi thông báo xác nhận cập nhật vị trí

 Roaming giữa 2 vùng phục vụ MSC/VLR MS gửi thông báo yêu cầu

cập nhật vị trí cho MSC/VLR mới cùng với số nhận dạng của nó MSC/VLR sẽgửi các thông tin này đến HLR của mạng yêu cầu nhận thực Sau khi HLR gửithông báo xác nhận thuê bao là hợp lệ, đã đăng ký mạng trong mạng cho MSC/VLR hiện thời, đồng thời, đồng thời xoá giá trị vùng phục vụ MSC/VLR cũthay bằng giá trị mới VLR cũng ghi các số liệu của MS vào cơ sở dữ liệu của

nó nh là một thuê bao tạm thời và gửi thông báo xác nhận cập nhật vị trí choMS

4.4 Thủ tục rời mạng :

Khi tắt nguồn máy hoặc ra khỏi vùng phủ, MS sẽ gửi thông báo cuối cùngchứa yêu cầu cho thủ tục rời mạng và các số nhận dạng của nó Khi thu đợcthông báo này, MSC/VLR sẽ đánh dấu cờ rời mạng vào địa chỉ IMSI tơng ứng

22

trong VLR Trờng hợp này HLR không đợc thông báo, và cũng không có thôngbáo xác nhận cập nhập vị trí gửi tới MS Khi có cuộc gọi tới MS này vì có cờrời mạng nên thông báo tìm gọi sẽ không đợc phát ra, làm giảm tải trên cáctrung kế và kênh quảng bá.

4.5 Các trờng hợp cuộc gọi :

4.5.1 Cuộc gọi đợc phát đi từ thuê bao di động

Giả sử có một thuê bao di động A muốn thiết lập cuộc gọi đến thuê bao B( B là bất kỳ ) Khi đó thuê bao A bắt đầu nhấn phím tơng ứng với sự nhấc máycủa máy cố định, và gửi một yêu cầu thâm nhập đến mạng trên kênh RACH.MSC sẽ nhận thông báo này và yêu cầu BSC cấp cho MS một kênh SDCCH đểcho các thủ tục nhận thực và đánh dấu trạng thái bận của thuê bao này tránhviệc phát các thông báo tìm gọi khác BSC gửi thông báo chấp nhận thâm nhậptrên kênh AGCH cho MS, trong đó có các thông tin về SDCCH Các số nhậndạng đợc MS gửi đến MSC/VLR trên kênh SDCCH cho các thủ tục nhận thực.Nếu thuê bao chủ gọi là hợp lệ, MSC/VLR sẽ chấp nhận yêu cầu thâm nhập, vàMSC sẽ gửi tín hiệu mời quay số đến MS Khi đó MS này sẽ gửi thông báo và

số thuê bao bị gọi

Tuỳ theo thuê bao bị gọi là di động hay cố định, số của thuê bao này đợcphân tích để thiết lập cuộc nối đến mạng cố định hay quay trở lại mạng di

động Khi kênh nối đã sẵn sàng, thông báo thiết lập cuộc gọi từ MS đợc MSCcông nhận và cấp cho MS một kênh TCH riêng Tín hiệu thiết lập là có sự trảlời của thuê bao bị gọi

4.5.2 Cuộc gọi tới thuê bao di động

Thuê A quay số của thuê bao B thuộc mạng GSM /PLMN Số thuê bao B là

vụ mà MS này có mặt

HLR có các thông tin nh số thuê bao, thông tin các dịch vụ phụ, thể loạithuê bao và thông tin định vị về tất cả các thuê bao nằm trong mạngGSM/PLMN Nó cũng lu trữ một bộ ba đợc sử dụng cho nhận thực Những sốnày đợc tạo ra ở trung tâm nhận thực và đợc gửi tới MSC/VLR để kiểm tra việc

sử dụng không đợc phép của mạng và số thuê bao

Quá trình nhận thực đợc khởi lập khi MS bắt đầu trả lời tìm gọi, một yêucầu cập nhật vị trí, hay yêu cầu dịch vụ HLR dịch số MSISDN thành số nhậndạng thuê bao di động quốc tế IMSI IMSI chỉ là định nghĩa 1 thuê bao tớiGSM/PLMN HLR gửi IMSI tới VLR ở vùng phục vụ hiện tại mà thuê bao B

đang ở và yêu cầu một MSRN VLR tìm số lu động MSRN và tạm thời ( trongkhoảng thời gian cuộc gọi ) nối tới cho IMSI của thuê bao B VLR gửi MSRNtới HLR và HLR gửi tiếp số tới GMSC Sử dụng MSRN cuộc gọi đợc địnhtuyến đến MSC phù hợp ở vùng phụ vụ mà thuê bao B đang có mặt Từ đóMSRN đợc chuyển tới VLR

MSC ở vùng tạm trú có trách nhiệm khởi tạo cuộc gọi, điều khiển và tính ớc

4.6 Các trờng hợp chuyển giao

Khái niệm : Khi một trạm di động đang ở trạng thái bận và chuyển động

xa dần BTS mà nó đang nối ở đờng vô tuyến bằng các kênh TCH và SACCH,chất lợng đờng vô tuyến sẽ giảm dần Đến một lúc nào đó chất lợng sẽ đến mứckhông thể chấp nhận đợc và mạng sẽ đảm bảo việc chuyển sang kênh thông tinmới vô tuyến mới có chất lợng tốt hơn Quá trình chuyển cuộc gọi đến mộtkênh vô tuyến khác gọi là chuyển giao (Handover)

Mạng quyết định Handover nhờ các thông số đo cờng độ trờng và chất ợng truyền dẫn vô tuyến từ MS và BTS (các thông báo đo) Khi Handover, tốc

l-độ số liệu điều khiển lớn mà kênh SDCCH không đáp ứng đợc, hệ thống phải

sử dụng kênh FACCH để trao đổi thông tin điều khiển

Có thể sảy ra các khả năng chuyển giao sau:

4.6.1.Chuyển giao trong cùng một BSC :

Trong trờng hợp này BSC phải thiết lập đờng nối đến BTS mới, ấn định mộtkênh TCH của BTS này để chuẩn bị thiết lập Handover, lệnh cho MS chuyểntần số sang kênh vô tuyến mới, đồng thời cũng chỉ ra khe thời gian của kênhTCH này Handover hoàn toàn có thể đợc xử lý ở BSC mà MSC không cần biết

24

Sau khi chuyển giao, MS cần phải nhận đợc thông tin về các ô lân cận mới Nếuviệc chuyển giao dẫn đến việc thay đổi vùng định vị, thì MS sẽ thông báo choMSC/VLR để cập nhật vị trí

4.6.2 Chuyển giao giữa các BSC cùng một MSC/VLR.

Mạng phải can thiệp nhiều hơn khi quyết định chuyển giao BSC yêu cầuchuyển giao từ MSC/VLR, sau đó một đờng nối từ MSC - BSC - BTS mới đợcthiết lập và một kênh TCH đợc dành cho chuyển giao trên giao tuyến vô tuyến.Sau đó MS đợc lệnh chuyển đến tần số mới với TCH mới Sau khi Handoversong, MS đợc thông báo về các ô lân cận Yêu cầu cập nhật vị trí nếu có cũng

đợc thực hiện từ MS

4.6.3 Chuyển giao giữa hai vùng phục vụ MSC/VLR :

Đây là trờng hợp phức tạp nhất với nhiều tín hiệu đợc trao đổi trớc khichuyển giao Xét hai MSC/VLR : MSC cũ ( tham gia vào cuộc gọi trớc khichuyển giao ) và MSC mới là tổng đài đích Tổng đài phục vụ sẽ phải gửi yêucầu chuyển giao đến tổng đài đích Sau đó tổng đài đích sẽ đảm nhận việc nốighép đến BTS mới Sau khi thiết lập đờng nối giữa hai tổng đài, tổng đài phục

vụ sẽ gửi lệnh chuyển giao đến MS

4.7 Các thủ tục khi thiết lập cuộc gọi, kết cuối cuội gọi Mobile.

Một cuội gọi tới thuê bao di động luôn đợc định tuyến tới GMSC, ở đó sẽtiếp tục định tuyến đến MSC hiện thời của MS Sau khi GMSC thăm dò trongHLR để tìm vùng định vị của MS, hỏi số Roaming của MS, nó sẽ gửi thông báo

địa chỉ khởi đầu ( thủ tục TUP hay ISUP ) tới MSC hiện thời Trong thông báonày có số MSRN và yêu cầu thiết lập cuộc gọi Từ đây các thủ tục thông tin sau

sẽ đợc bắt đầu

 Paging : MSC/VLR tìm số liệu về thuê bao trong cơ sở dữ liệu của nó

và bắt đâu thủ tục thiết lập cuội gọi bằng cách gửi thông báo paging ( tìm gọi )tới BSC chứa vùng định vị MS Thông tin này bao gồm LAI, IMSI hoặc TMSI

 Paging Command : BSC gửi thông báo này tới tất cả các BTS trong

vùng định vị đợc chỉ ra bởi LAI Thông tin này bao gồm số IMSI hoặc TMSI,thông báo nhắn tin, nhận dạng máy phát, loại kênh và số Time Slot

 Paging Request : Thông báo này đợc gửi trên kênh PCH trên giao tiếp

vô tuyến để tim gọi MS Thông tin gồm IMSI hoặc TMSI

 Chanel Request : MS sau khi nhận đợc thông báo tìm gọi sẽ trả lời

bằng cách gửi một cụm truy nhập ngắn trên kênh RACH Khi thu thông báonày, BTS sẽ ghi nhận thời gian trễ truyền dẫn

 Chanel Activation : BSC chọn một kênh SDCCH còn rỗi và yêu cầu

BTS kích hoạt kênh này

 Chanel Activation Acknowledge : BTS trả lời chấp nhận kích hoạt

kênh

 Immediate Assigmment : Thông báo này đợc truyền thông suốt tới

MS Trên giao tiếp vô tuyến, nó đợc mang bởi kênh AGCH Nội dung thôngbáo này gồm tần số vô tuyến, số khe thời gian, số kênh SDCCH mà MS có thể

sử dụng cũng nh thông báo chỉnh thời gian để MS có thể định thời trớc các cụmcủa nó

 Paging Respouse : Thông báo này đợc sử dụng trên kênh SDCCH Nội

dung bao gồm IMSI hoặc TMSI và dấu hiệu lớp trạm di động Thông báo này

đợc goi là thông báo MS khởi đầu và đợc gửi tới MSC/VLR Khi qua BSC sẽ

đ-ợc bổ sung thêm CGI

 Authentication Request : Là thông báo từ MSC, thông tin quan trọng

nhất trong thủ tục nhận thực này là số ngẫu nhiên RAND Khi nhận đợc sốnày, MS sẽ kết hợp với số Ki (Subcriber Authentication Key) của nó đợc lu trênthẻ SIM để tính ra hai giá trị khác KC (Ciphering Key) và SRES (SignedResponse) KC đợc dùng trong thuật toán mã hoá khối cho số liệu trên đờngtruyền vô tuyến

 Authentication Respouse : MS trả lời nhận thực bằng SRES.

 Ciphering Mode Complete : MS sử dụng KC đã tính toán đợc và gửi

thông báo hoàn thành chế độ mã khoá ( thông báo này cũng nhận đợc mã khoátrên kênh SDCCH )

 Setup : Sự khởi đầu cuội gọi đợc bắt đầu khi MSC gửi thông báo Setup

tới MS, thông báo này chứa các thông tin yêu cầu dịch vụ : thoại, số liệu hayfax

 Call Confirmed : Nếu MS có các dịch vụ mà MSC yêu cầu nó sẽ gửi

thông báo chấp nhận cuội gọi tới MSC/VLR

26

 Assigment Request : MSC yêu cầu BSC thiết lập một kênh thoại tới

MS MSC dành riêng một kênh thoại trên đờng PCM nối với BSC để gửi mãnhận dạng mạch CIC

 Chanel Activation : Nếu BSC tìm thấy một kênh TCH trên giao tiếp vô

tuyến nó sẽ gửi thông báo tới BTS yêu cầu kích hoạt kênh

 Chanel Activation Acknowledge : BTS trả lời chấp nhận phân bố kênh.

 Assigemt Command : BTS gửi thông báo tới MS trên kênh SDCCH yêu

cầu MS chuyển đến kênh TCH đã ấn định

 Assigment Complete : MS chuyển đến kênh TCH do BSC ấn định, trớc

tiên nó sẽ gửi thông báo cho biết kênh này có dạng chuẩn và xác nhận sự ấn

định kênh

 Radio Frequency Chanel Release / Release Acknowledgement : Sự

huỷ bỏ kênh vô tuyến mang kênh SDCCH khi bắt đầu cuội gọi và kênh này đợc

đánh dẫu "rỗi" trong BSC

 Alert : MS gửi thông báo này tới MSC đồng thời với việc tạo tín hiệu

chuông tại máy di động

 Connect : Khi thuê bao di động trả lời ( ấn phím nhấc máy ) thông báo.

Ghép nối đợc gửi tới MSC/VLR Lúc này cuộc gọi hoàn toàn đợc thiết lập trênkênh TCH

Chơng 5

Giao tiếp vô tuyến

5.1 Khái niệm kênh

 Kênh vật lý : Một khe thời gian của một khung TDMA ở một sóng

mang gọi là một kênh vật lý Ta có thể so sánh nó với một kênh ở hệ thốngFDMA, trong đó từng ngời sử dụng đợc nối đến hệ thống thông qua một trong

số các tần số Nh vậy có 8 kênh vật lý trên mỗi sóng mang ở GSM, kênh 0 - 7( TS0 – TS7 ) Thông tin đợc phát đi trong một TS gọi là một cụm (burst).

Mạng GSM/PLMN đợc chia thành 24 sóng mang song công ở hai dải tần ờng lên và đờng xuống.

ở nớc ta hiện nay hệ thống GSM đang sử dụng băng tần : Đờng lên

890,2 - 898,4 MHz và đờng xuống 935,2 - 943,4 MHz với mỗi tần số sóngmang dải thông là 200 KHz Trên mỗi sóng mang ngời ta sử dụng kỹ thuậtghép kênh theo thời gian : có 8 khe thời gian từ TS0 - TS7 trong một khungTDMA nh vậy số kênh vật lý trong GSM là :

124 x 8 = 992 kênh

 Kênh logic : Rất nhiều loại thông tin cần truyền giữa BTS và MS, chẳng

hạn số liệu của ngời sử dụng và báo hiệu điều khiển Ta nói về các kênh logickhác nhau dựa trên loại thông tin cần truyền, chẳng hạn nh tiếng đợc truyềntrên kênh logic " kênh lu thông " Kênh này đợc ấn định một kênh vật lý nhất

định trong thời gian truyền dẫn

5.2 Các kênh logic

Kênh logic là sự phân loại thông tin truyền trên giao diện vô tuyến ( Tức làcác thông tin trao đổi giữa BTS và MS ) Các kênh logic đợc ấn định ở nhữngkênh vật lý nhất định và trong những khoảng thời gian nhất định của quá trìnhtrao đổi thông tin

Có hai loại kênh logic : - Kênh lu thông TCH (Traffic Chanel )

- Kênh điều khiển

 Kênh lu thông : Là kênh mang tiếng và số liệu đợc mã hoá của ngời sử

dụng Đây là kênh ở cả 2 đờng lên và xuống, truyền từ điểm đến điểm

Có hai loại kênh logic : Kênh toàn tốc FR ( Full Rate ) có tốc độ 22,8 Kb/s

và kênh bán tốc HR ( Haft Rate ) có tốc độ 11,4 Kb/s

 Các kênh điều khiển : Có 3 loại kênh điều khiển :

 Kênh quảng bá BCH : bao gồm các kênh sau :

 Kênh hiệu chỉnh tần số FCCH : mang thông tin của hệ thống để hiệuchỉnh tần số cho MS Đây là kênh đờng xuống, điểm - đa điểm

 Kênh đồng bộ SCH : mang thông tin đồng bộ khung cho MS và mã nhậndạng trạm BTS ( BSIC ) , là kênh đờng xuống , điểm - đa điểm

 Kênh điều khiển quảng bá BCCH : mang các thông tin của hệ thống nh

số LAI , các thông số của ô là kênh đờng xuống, điểm - đa điểm

 Kênh điều khiển chung CCCH : bao gồm các kênh sau :

28

 Kênh tìm gọi PCH : dùng để phát thông tin tìm gọi MS Là kênh đờngxuống điểm - đa điểm

 Kênh thâm nhập ngẫu nhiên RACH : là kênh MS sử dụng để yêu cầu đợccung cấp 1 kênh DCCH, trả lời thông báo tìm gọi , đồng thời để thực hiện cácthủ tục khởi đầu khi đăng ký cuộc gọi (nhân thực khi chuyến số gọi ) Làkênh đờng lên , điểm - điểm

 Kênh cho phép thâm nhập AGCH : là kênh BTS sử dụng thông báo cho

MS để giành 1 kênh DCCH hay giành trực tiếp một kênh TCH để kết nối với

MS Là kênh đờng xuống , điểm - điểm

 Kênh điều khiển riêng DCCH

 Kênh điều khiển riêng đứng đơn lẻ SDCCH : dùng để báo hiệu hệ

thống khi thiết lập cuộc gọi ( đăng ký nhận thực quay số ) Trớc khi ấn địnhmột TCH Là kênh đờng lên và xuống, điểm - điểm

 Kênh điều khiển liên kết chậm SACCH : kênh này không đi một mình

mà liên kết với một kênh SDCCH hoặc một kênh TCH Đây là kênh số liệu liêntục mang các thông báo đo đạc từ MS về cờng độ trờng và chất lợng thu của ôhiện thời và các ô lân cận Các thông báo này đợc chuyển về BSC để quyết địnhHandover, ở đờng xuống nó mang thông tin để hiệu chỉnh công suất phát của

MS và thông số định trớc TA để đồng bộ thời gian

 Kênh điều khiển liên kết nhanh FACCH : liên kết với một kênh TCH

theo chế độ " lắp đầy " Khi tốc độ thông tin cần trao đổi lớn hơn nhiều khảnăng của SACCH, hệ thống sẽ "lắp đầy " một cụm 20 ms của TCH Đây là tr-ờng hợp khi Handover ở đờng xuống nó mang thông tin để hiệu chỉnh côngsuất phát của MS và công suất định thời trớc TA để đồng bộ thời gian

 Kênh điều khiển liên kết nhanh FACCH : liên kết với một kênh TCH

theo chế độ "lấy cắp Khi tốc độ thông tin cần trao đổi lớn hơn nhiều khả năngcủa SACCH, hệ thống sẽ lấy cắp một cụm 20ms của TCH Đây là trờng hợpkhi Handover rất nhiều thông tin cần đợc trao đổi với MS 20ms tiếng hay sốliệu bị "lấy cắp" sẽ đợc thay thế bằng chuỗi nội suy ở bộ giải mã