Bài giảng Thông tin di động: Phần 2 – ThS. Hà Duy Hưng

Bài giảng Thông tin di động: Phần 2 trình bày các nội dung: Kỹ thuật phân tập và kết hợp, hệ thống GSM, hệ thống GPRS. Hi vọng đây sẽ là một tài liệu hữu ích dành cho các bạn sinh viên ngành Công nghệ viễn thông và những ai quan tâm dùng làm tài liệu học tập và nghiên cứu.

­   Base band combining

Đ  đ  tể ộ ương quan nh  h n 0.7 thì ỏ ơ η = 11

•   Selective combining

MeasureSNR

Receiver

Receiver

Compare

MeasureLevel

Threshold

•   Switched combining

DetectPhase

Receiver

Φ

Measure  r/N

Measure 

r/N

DetectPhase

ReceiverΦ

5.  H  th ng GSM ệ ố

•  M t s  k  thu t s  d ng trong h  th ng di đ ng s :ộ ố ỹ ậ ử ụ ệ ố ộ ố

­  K  thu t mã hoá ti ng (speech coding – mã hoá ngu n)ỹ ậ ế ồ

+    T i  u mã (it bit ma lố ư ượng tin v n đ m b o)ẫ ả ả

­  K  thu t ghép xen (interleaving) ỹ ậ  s a l i c mữ ỗ ụ

­  K  thu t đi u ch  s  (digital modulation) (SV tu đ c v  ỹ ậ ề ế ố ọ ềPSK, GMSK)

+   Ph  h pổ ẹ+   Có t  l  bit l i (BER – Bit Error Rate) nhỷ ệ ỗ ỏ+   S  thay đ i biên đ  tín hi u béự ổ ộ ệ

•   Năm 1982 CEPT (Conference of Europe Posts and Telegraphs) hình 

m ng di đ ng t  bào m t đ t và đ t đạ ộ ế ặ ấ ạ ược các ti u chu n:ể ẩ

­   Hi u qu  s  d ng ph  caoệ ả ử ụ ổ

­   Ch t lấ ượng mã hoá ti ng caoế

­   Đ u cu i và giá d ch v  gi mầ ố ị ụ ả

•   C u trúc c a h  th ng GSMấ ủ ệ ố

AuC Authentication Center VLR Visitor Location Register HLR Home Location Register EIR Equipment  Identity 

Register MSC Mobile services Switching 

Center   GMSC Gateway MSC

BTS Base Transceiver Station BSC Base Station Controller

MS Mobile Station

OMC Operation and 

Maintenance Center    NMC Network  Management 

Center

•  SS ­ Switching Subsystem

•  BSS ­ Base Station Subsystem

•  OSS ­ Operation and Support Subsystem

#  TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity)

#   LAI  (Location Area Identity)

#   Khoá Ki  

­  BSC ( Base Station Controller) đi u khi n nhi u BTS (tài ề ể ề

9

•   SS ­ H  th ng con chuy n m ch: x  lý cu c g i và qu n lý ệ ố ể ạ ử ộ ọ ả

thuê bao di đ ng ộ

­   MSC  là trung tâm chuy n m ch và tham gia qu n lý c cể ạ ả ướ

­   GMSC là gateway giao ti p v i m ng bên ngoàiế ớ ạ

­   HLR  là n i l u tr  data c a thuê bao (IMSI, Kơ ư ữ ủ i, VLR hi n ệ

­   VLR  là n i l u tr  data c a thuê bao (tr ng thái thuê bao, ơ ư ữ ủ ạ

MSRN ­ , thông tin nh n th c)ậ ự

­   EIR  là n i l u tr  data nh n d ng thi t b  MSơ ư ữ ậ ạ ế ị

­   AuC  k t h p v i HLR cung c p thông tin cho VLR bi t ế ợ ớ ấ ế

•   OSS ­ đi u hành, b o d ng m ng di đ ng và qu n lýề ả ưỡ ạ ộ ả

+  Qu n lý c u hình m ngả ấ ạ+  Qu n lý quá trình làm vi c c a m ngả ệ ủ ạ+  Qu n lý b o m tả ả ậ

+   Giám sát các s  c , c nh báoự ố ả+   X  lý m t s  s  cử ộ ố ự ố

­  Tx (Transmission layer) truy n data và báo hi u qua kênh vô tuy nề ệ ế

­  CM (Communication Management) thi t l p, duy trì và h y k t n iế ậ ủ ế ố

•  D i t n trong h  th ng GSMả ầ ệ ố

H  th ng GSM s  d ng hai d i t n 900 MHz và 1800MHz đệ ố ử ụ ả ầ ược g i ọ

là GSM900 và DCS1800. M i d i t n đỗ ả ầ ược chia thành nhi u ề kênh t n ầ

M i kênh t n s  đỗ ầ ố ượ ấc c p phát cho các MS s  d ng chung theo ử ụ

th i gian có chi u dài 577ờ ề µs. M i khe th i gian này đỗ ờ ược g i là ọ kênh 

•  Kênh logic:  tùy theo n i dung đ ộ ượ c truy n trên kênh v t lý mà ta  ề ậ

có các kênh logic khác nhau

­   Kênh l u l ng ư ượ

    +  Kênh l u l ư ượ ng toàn t c TCH/F (Traffic Channel/Full rate) 22.8kbps  ố (TCH/FS, TCH/F9.6, TCH/F4.8, TCH/F2.4)

    +  Kênh l u l ư ượ ng bán t c TCH/H (Traffic Channel/Half rate) 11.4kbps  ố (TCH/HS, TCH/H4.8, TCH/H2.4)

­    Kênh đi u khi n ề ể

    +   Kênh qu ng bá BCH (Broadcast Channel) dùng cho h ả ướ ng xu ng,  ố

mang thông tin qu ng bá c a cell đ n các MS ả ủ ế

    +   Kênh đi u khi n chung CCCH (Common Control Channel) dùng cho  ề ể

h ướ ng xu ng, và h ố ướ ng lên đ  truy n thông tin cho các MS ể ề

    +   Kênh đi u khi n riêng DCCH (Dedicated Control Channel) dùng cho  ề ể

h ướ ng xu ng và h ố ướ ng lên đ  báo hi u đi u khi n cho riêng m t MS (gi ể ệ ề ể ộ ám sát truy n d  li u gi a MS và BTS)ề ữ ệ ữ

+  Nhóm kênh BCH (FCCH, SCH, BCCH):

­  Kênh hi u ch nh t n s  FCCH (Frequency Correction Channel),  ệ ỉ ầ ố

h ướ ng xu ng ố , hi u ch nh t n s  cho các MS ệ ỉ ầ ố

­  Kênh đ ng b  SCH (Synchronization Channel),  ồ ộ h ướ ng xu ng ố , mang  thông tin tram BTS và đ ng b  khung cho MS ồ ộ

­  Kênh đi u khi n qu ng bá BCCH (Broadcast Control Channel),  ề ể ả

h ướ ng xu ng ố , phát qu ng bá các b n tin h  th ng, b n tin c a cell ả ả ệ ố ả ủ

+    Nhóm kênh DCCH (SDCCH, SACCH):

hi u riêng cho m t MS cho các th  t c c p nh t, thi t l p cu c ệ ộ ủ ụ ậ ậ ế ậ ộ

g i trọ ước khi  n đ nh kênh TCHấ ị

­  Kênh đi u khi n k t h p ch m SACCH (Slow Associated ề ể ế ợ ậ

Control Channel), hướng lên và hướng xu ngố , dùng k t h p v i ế ợ ớ

khi n công su t,…ể ấ

Control Channel), hướng lên và hướng xu ngố , mang các thông tin c p bách  nh  yêu c u chuy n giao, đấ ư ầ ể ược dùng k t h p v i ế ợ ớTCH b ng cách l y b t m t s  bitằ ấ ớ ộ ố

3 Start  bits

3 Start  bits

3 Start  bits

3 Start  bits

3 Stop  bits

3 Stop  bits

3 Stop  bits

3 Stop  bits

8.25 Guard  Period

8.25 Guard  Period

8.25 Guard  Period

8.25 Guard  Period

3 Stop  bits

26Training  bits

64Training  bits

26Training  bits

58 mixed  bits 58 mixed bits

68.25 bits extended  Guard Period

Term Prediction linear predictive coder”. T c đ  mã hóa c a b  ố ộ ủ ộ

kh i (50,53) cùng v i nhóm Ib và công 4 bits đuôi (tail bits) sau đó mã ố ớhoá ch p v i t c đ  mã ½ t o thành 378 bits. Cùng v i 78 bits nhóm II ậ ớ ố ộ ạ ớ

có được 456 bits. Các bit này s  chia thành các kh i con 57 bits và th c ẽ ố ự

hi n ghép xen thành 4 kh i 114 bits. Các bits này đệ ố ược m t mã và sau ậ

RPE­LTP 

Encoding

50/53  encode 4 tail bits 

Burst disassembly

MOD

DEMOD

Decryption

Deinter leaving

VAD

Comf Noise

Output

Speech

Input

Speech

ti ng Vocoder v i thu t gi i ế ớ ậ ả VSELP “Vector Sum Excited Linear 

Prediction”. T c đ  mã hóa c a b  CODEC là 112 bits/20ms = 5.6 ố ộ ủ ộ

95 bits quan tr ng nh t, nhóm II g m 17 bits ít quan trong h n. ọ ấ ồ ơ

Nhóm I 95 bits cùng v i 3 bit mã CRC và 6bits đuôi (tail bits) t o ớ ạthành 104 bits, các bits này được mã hoá ch p v i t c đ  mã 1/3 ậ ớ ố ộ

t o thành 312 bits và đạ ượ ắc c t xén b t 101 bits (punctured) còn l i ớ ạ

211 bits. Cùng v i 17 bits nhóm II không đớ ược b o v  (không ả ệ

bit này s  đẽ ược ghép xen, m t mã và sau đó t  ch c c m và ậ ổ ứ ụ

truy n trên kênh vô tuy n.ề ế

­   T i đ u thu quá trình th c hi n ngạ ầ ự ệ ược v i l i quá trình t i ớ ạ ạ

hướng phát

VSELP  Encoding

95+3CRC +6 tail  bits mux 1/3 conv. 

Encode and  punctured

VSELP  Decoding

95 +3CRC 

6 tail bits  demux 1/3 conv. with 

punctured  Decode 

Inter­

leaving Encryption

Burst assembly

Burst disassembly

MOD

DEMOD

Decryption

Deinter leaving

VAD

Comf Noise

Output

Speech

Input

Speech

•  K  thu t mã hoá ti ng (speech coding)ỹ ậ ế

Speech Coders Waveform Coders

Time domain Frequency domain

Source Coders

Differential Non­differential

APC CVSDM

DPCM – Differential PCM CVSDM – Continuously Variable Slope Delta Modulation APC– adaptive Predictive Coding

SBC – Sub­Band Coding ATP – Adaptive Transform Coding

LPC – Linear Predictive Coder

+ Residual Excited LPC

voiced  Decision

Pitch Analysis

­ Truy n các đ c tính đề ặ ược ch n c a tín hi u l i: ọ ủ ệ ỗ

Đ  l i b  l c, thông s  voiced và unvoiced, pitchộ ợ ộ ọ ố

­ T i đ u thu nh n thông tin c a tín hi u sai đ  ạ ầ ậ ủ ệ ể

t o tín hi u kích thích cho b  l c t ng h pạ ệ ộ ọ ổ ợ

­  Kho ng cách b  mã d ả ộ  phát hi n các t  sai có tr ng s  ệ ừ ọ ố

Hamming ≤ (d­1) và có ít nh t m t t  sai có tr ng s  Hamming là ấ ộ ừ ọ ố

d b  mã không phát hi n độ ệ ược. Bô mã này s a đữ ược các t  sai có ừ

tr ng s  Hamming ọ ố ≤ ph n nguyên c a ầ ủ [(d­1)/2]

­  Nguyên lý s a saiử

­  Mã tuy n tính là b  mã sao cho t ng c a 2 t  mã thu c b  mã là ế ộ ổ ủ ừ ộ ộ

m t t  mã thu c b  mãộ ừ ộ ộ

­  Mã kh i tuy n tính C(n,k), k là chi u dài b n tin đ c mã hoá, n ố ế ề ả ựơ

là chi u dài t  mã, s  t  mã trong b  mã ề ừ ố ừ ộ |C|=2k, và đượ ạ ừc t o t  ma trân sinh Gkxn ma tr n có k dòng và n c t. Các t  mã trong b  mã C ậ ộ ừ ộ

là các t  mã {v} sao cho v = u ừ × G v i u là b n tin b t k ớ ả ấ ỳ

­  Gk×n là ma trân sinh c a b  mã C thì ma tr n tủ ộ ậ ương đương dòng 

c a ma tr n G cũng là ma tr n sinh c a b  mã Củ ậ ậ ủ ộ

­  Ma tr n th  c a b  mã C(n,k) đ c t o t  ma tr n sinh G đ c ậ ử ủ ộ ượ ạ ừ ậ ượ

­  Gi i mã b ng ma tr n th : (ả ằ ậ ử v phát và thu được w) n u thu đế ược 

t  mã ừ w  không thu c b  mã C ố ộ  b  sai. Tính ị S = wH được g i là ọsyndrome c a t  m  ủ ừ ả w.  ng v i m i syndrome có m t t  sai Ứ ớ ỗ ộ ừ

tương  ng (ký hi u ứ ệ e) và l y t  sai này c ng v i t  mã thu đấ ừ ộ ớ ừ ược b  ịsai s  cho ra t  mã đúng ẽ ừ  e + w = v

­  Mã vòng (cyclic code). N u d ch trái hay ph i m t t  mã b t k  ế ị ả ộ ừ ấ ỳthu c b  mã thì cho ra m t t  mã thu c b  mã. Mã vòng có th  ộ ộ ộ ừ ộ ộ ể

bi u di n b ng ma tr n sinh và th , tuy nhi n đ  đ n gi n thì bi u ể ễ ằ ậ ử ệ ể ơ ả ể

di n b ng đa th c t o mã (ễ ằ ứ ạ đ c thêmọ )

• Mã tích ch pậ  (convolutional code) còn g i là mã xo n. Không ọ ắ

gi ng v i mã kh i là nhóm các bit thành m t kh i r i mã mà chu i ố ớ ố ộ ố ồ ổbit thông tin liên t c đụ ược bi n đ i thành chu i bit liên t c   ngõ ra ế ổ ổ ụ ở

c a b  mã hoá. Quá trình bi n đ i này có m t c u trúc nh t đ nh ủ ộ ế ổ ộ ấ ấ ị(dùng các thanh ghi d ch) đ  bên thu có th  gi i mã l i chu i bit ị ể ể ả ạ ổ

1 1 0 (1) (0) (0)

2 2 1 (1) (0) (0) (0)

3 3 2 0 (1) (0) (0) (0)

4 4 3 1

0 0

0 0

Tương t  cho nhánh th  nh tự ứ ấ

y = + D + D

M i đa th c th  hi n cho m i quan h  gi a 1 input và 1 ỗ ứ ể ệ ố ệ ữ

output. Ngoài ra người ta còn ký hi u đa th c t o mã nh  sauệ ứ ạ ư

(1011) 1 (1101) 1

Constrain length K được đ nh nghĩa là chi u dài l n nh t c a ị ề ớ ấ ủ

chu i bit c a m t ngõ ra còn b   nh hổ ủ ộ ị ả ưởng b i b t k  bit nào   ở ấ ỳ ởngõ vào

8 tr ng thái c a 3 ph n t  nh  này, gi  thi t ta đ t là Sạ ủ ầ ử ớ ả ế ặ 0 = 000, 

S1=100, S2=010, S3=110, …, S7=111 theo nh  phân. Trên m i nhánh ị ỗ

n i 2 tr ng thái th  hi n X/YY v i X là bit vào và YY là bit ngõ ra ố ạ ể ệ ớ

­  Gi i mã theo thu t gi i Viterbi – Maximun Likelihood (soft ả ậ ả

1 2

1.a 1.b 1.c 1.d 2.a 2.b 2.c 2.d 3.a 3.b 3.c 3.d 4.a 4.b 4.c 4.d

1.a 2.a 3.a 4.a 1.b 2.b 3.b 4.b 1.c 2.c 3.c 4.c 1.d 2.d 3.d 4.d

1.a 2.a 3.a 4.a 1.b 2.b 3.b 4.b 1.c 2.c 3.c 4.c 1.d 2.d 3.d 4.d

1.a 1.b 1.c 1.d 2.a 2.b 2.c 2.d 3.a 3.b 3.c 3.d 4.a 4.b 4.c 4.d

•   K  thu t cân b ng (equalizer and adaptive equalizer)ỹ ậ ằ

­  K  thu t cân b ng là  k  thu t t o ra  tính hi u ngỹ ậ ằ ỹ ậ ạ ệ ược c a kênh ủtruy n đ  bù l i  nh hề ể ạ ả ường c a kênh truy n nh m gi m  nh hủ ề ằ ả ả ưởng 

c a hi n thủ ệ ượng ISI. Kênh trong thông tin di đ ng là kênh bi n đ i ộ ế ổtheo gi i gian ờ  ph i bám theo các thay đ i c a kênh đ  hi u ch nh ả ổ ủ ể ệ ỉ

b  cân b ng và độ ằ ược g i là k  thu t cân b ng thích nghi (adaptive ọ ỹ ậ ằequalization)

­    K   thu t  cân  b ng  thích  nghi  dùng  chu i  d n  đỹ ậ ằ ổ ẫ ường  (traing sequence),  chu i  này  đổ ược  truy n  đ n  n i  thu  đ   tính  tóan  hi u ề ế ơ ể ệ

ch nh  các  h   s   c a  m ch  l c  t i  máy  thu ỉ ệ ố ủ ạ ọ ạ  có  th   th c  hi n   ể ự ệ ở

d n đẫ ường đ  tính tóan các h  s  c a b  l c, ngòai ra còn có các b  ể ệ ố ủ ộ ọ ộequalizer tính tóan d a trên các thu t gi i mà không bi t trự ậ ả ế ước kênh truy n  (các  thu t  gi i  mù  –  Blind  Algorithm)  nh   CMA  (Constant ề ậ ả ưModulus  Algorothm)  hay  SCORE  (Spectral  COherence  REstoral algorithm)

­    Hình sau là c u trúc c  b n c a b  cân b ng thích  ngấ ơ ả ủ ộ ằ ứ

Adaptive algorithm that update each weight wnk

A known property of  transmitted signal

LMS RLS Fast RLS

Sq. Root RLS Gradient RLS

DFE: Decision Feedback Equalization MLSE: Maximum Likelihood Sequence Estimation LMS: Least Mean Squares

RLS: Recursive Least Squares

­  B o m t phía ng i dùngả ậ ườ

+ Dùng mã PIN (Personal Identity Number), 4­ 8 s , sai 3 l n s  ố ầ ẽkhóa SIM

+  IMEI hi n t i không đệ ạ ược tri n khaiể

­  B o m t   m ng truy c pả ậ ở ạ ậ

+   S  IMSI ố  các b n tin báo hi u ch a IMSI đả ệ ứ ược m t mã, ít ậ

được truy n trên đề ường vô tuy nế

c c b , k t h p v i LAI, đ n vùng m i s  có TMSI m i và ụ ộ ế ợ ớ ế ớ ẽ ớ

được m t mã khi truy n.ậ ề

o  MS truy n k t qu  SRES đ n m ng ề ế ả ế ạ

o  M ng s  ki m tra tính chính xác c a SRES ạ ẽ ể ủ

+  Qu n lý khóa nh n th c Kả ậ ự i, truy n ề

o  Không truy n khóa Kề i

+  Tính tóan thông tin b o m t t i AuC (tính s n l u t i HLR, m i ả ậ ạ ẳ ư ạ ỗ

c p dùng 1 l n r i xóa sau khi s  d ng)ặ ầ ồ ử ụ

s   ch n  m t  RAND  ng u  nhiên ẽ ọ ộ ẫ

gi i đ n MS và ki m traử ế ể

+  Quá trình truy n khóa nh n ề ậ

th c. HLR g i Kự ử i và thu t tóan ậ

­   Thi t l p khóa Kcế ậ

•  M t mãậ

­   Vi trí m t mãậ

­  T ng quát v  nh n th c và m t mãổ ề ậ ự ậ

•  Các th  t c trong GSMủ ụ

­  Các th  t c khi MS   ch  đ  r iủ ụ ở ế ộ ỗ

­  Các th  t c khi MS   ch  đ  kích h atủ ụ ở ế ộ ọ

­  C p nh t v  tríậ ậ ị

­  Đăng ký l n đ uầ ầ

­  R i b  IMSIờ ỏ

­  Nh p l i IMSIậ ạ

­  Đăng ký đ nh kị ỳ

­  Thi t l p cu c g i t  MSế ậ ộ ọ ừ

­  Thi t l p cu c g i đ n MSế ậ ộ ọ ế

­   Chuy n giao gi a 2 cell cùng BSCể ữ

­   Chuy n giao gi a 2 cell khác BSCể ữ

­   Chuy n giao gi a 2 cell khác MSCể ữ

6.  H  th ng GPRSệ ố

•   Đ c đi m c a h  th ng GPRSặ ể ủ ệ ố

•   C u trúc h  th ng GPRSấ ệ ố

•  D ch v  gói và d i thông s  ị ụ ả ử

d ng ụ

•   MS=TE+MT (class A, class B, Class C) 

65

•   C u trúc bên trong c a GPRSấ ủ

•  Nút h  tr  d ch v  GPRS (SGSN) ổ ợ ị ụ

•  Ch c năng nút h  tr  d ch v  GPRS (SGSN) ứ ổ ợ ị ụ

­  Ph c v  t t c  các tr m di đ ng GPRS trong 1 khu v c nào đó ụ ụ ấ ả ạ ộ ự

­  Qu n lý tính di đ ng (đăng nh p, r i m ng, c p nh t khu v c ả ộ ậ ờ ạ ậ ậ ự

đ nh tuy n và paging) ị ế

­  L u tr  và duy trì thông tin thuê bao trong thanh ghi v  trí SGSN ư ữ ị(SLR) c a t t c  các thuê bao đã đăng ký trong khu v c đ nh tuy n ủ ấ ả ự ị ế

­    Qu n  lý  phiên  (kích  ho t  ho c  làm  không  ho t  đ ng  PDP  – ả ạ ặ ạ ộPacket Data Protocol ­­ context đ  thi t l p 1 k t n i t i GGSN)ể ế ậ ế ố ớ

­  Đi u khi n gói (truy n d  li u ng i dùng t  PCU sang GGSN ề ể ề ữ ệ ườ ừ

và ngượ ạc l i)

­    Đi u  khi n  c p  nh t  khu  v c  đ nh  tuy n  inter­SGSN  (SGSN ề ể ậ ậ ự ị ế

m i ­ n i thuê bao đã đăng ký ­ liên l c v i SGSN cũ đ  nh n các ớ ơ ạ ớ ể ậentry SLR – Subscriber Location Register)

­  Qu n lý s  th c thi (đ  đo l u l ng trong vùng này c a m ng)ả ự ự ể ư ượ ủ ạ

­  Duy trì và qu n lý l i (đ  phát hi n các v n đ  trong su t quá ả ỗ ể ệ ấ ề ốtrình truy n và các th  t c)ề ủ ụ

­  Nút h  tr  GPRS c ngổ ợ ổ

­  Mô hình nút h  tr  GPRS c ngổ ợ ổ

­      Border  Gateway:  Ch c  năng  c a  ngõ  biên  (border  Gateway) ứ ử

ho t đ ng nh  m t đi m đi vào m ng đ i v i các m ng xạ ộ ư ộ ể ạ ố ớ ạ ương 

k t n i bên ngoài t i các PLMN.ế ố ớ

­  Border Gateway

­  C u trúc BSSấ

74