Hướng dẫn cơ bản về công nghệ 2G GSM

Truyền thông di động một ngành công nghiệp khổng lồ của thế giới đang vận hành với những công nghệ tiên tiến nhất đang phát triển không ngừng. Việt Nam cũng không nằm ngoài trào lưu chung trong việc ứng dụng các công nghệ truyền thông. Chúng ta cùng tìm hiểu công nghệ di động Việt Nam đang ở vị trí nào trong tiến trình hội nhập cùng với giới truyền thông trên thế giới. Hiện nay mọi người hầu như đều sử dụng điện thoại di động vì vậy các nhà sản xuất không ngừng phát triển các loại điện thoại đa chức năng để phục vụ nhu cầu của người tiêu dùng. Cùng với sự phát triển của các hãng điện thoại di động thì các nhà cung cấp dịch vụ cùng phát triển không ngừng. Hàng loạt các nhà cung cấp dịch vụ ra đời kéo theo hàng loạt các dịch vụ kèm theo. Trong số các dịch vụ mà nhà cung cấp đưa ra cho người sử dụng chọn lựa thì dich vụ giá trị gia tăng là dịch vụ mà các nhà cung cấp đang nhắm tới hàng đầu về giá trị thương mại.

Chương 1

GIỚI THIỆU

Truyền thông di động - một ngành công nghiệp khổng lồ của thế giới đang vậnhành với những công nghệ tiên tiến nhất đang phát triển không ngừng Việt Namcũng không nằm ngoài trào lưu chung trong việc ứng dụng các công nghệ truyềnthông Chúng ta cùng tìm hiểu công nghệ di động Việt Nam đang ở vị trí nào trongtiến trình hội nhập cùng với giới truyền thông trên thế giới

Hiện nay mọi người hầu như đều sử dụng điện thoại di động vì vậy các nhà sảnxuất không ngừng phát triển các loại điện thoại đa chức năng để phục vụ nhu cầu củangười tiêu dùng Cùng với sự phát triển của các hãng điện thoại di động thì các nhàcung cấp dịch vụ cùng phát triển không ngừng Hàng loạt các nhà cung cấp dịch vụ

ra đời kéo theo hàng loạt các dịch vụ kèm theo Trong số các dịch vụ mà nhà cungcấp đưa ra cho người sử dụng chọn lựa thì dich vụ giá trị gia tăng là dịch vụ mà cácnhà cung cấp đang nhắm tới hàng đầu về giá trị thương mại

1.1 Giới thiệu dịch vụ gia tăng

Dịch vụ gia tăng (VAS – Value Added Service) là dịch vụ mà nhà cung cấp đưa rathêm bên cạnh các dịch vụ sẵn có của mình Khi sử dụng điện thoại di động mỗingười sẽ chọn cho mình một nhà cung cấp dịch vụ như Vinaphone, Mobifone hayViettel… Khi đó người sử dụng sẽ được cung cấp các dịch vụ cơ bản như hiển thi sốthuê bao gọi tới, gọi và nhận cuộc gọi, gửi và nhận tin nhắn ngắn (SMS), chặn cuộcgọi đi và đến, chờ cuộc gọi…tất cả các dịch vụ này đều miễn phì và được thực hiện

tự động trên hệ thống ngay sau khi bạn hoà mạng

Ngoài các dịch vụ cơ bản cung cấp miễn phí cho người sử dụng các nhà cung cấpcòn đưa ra một số dịch vụ như cung cấp thông tin hay giải trí như tải hình, nhạc

chuông, game, ứng dụng…các dịch vụ này có thu phí và được gọi là các dịch vụ giatăng.

3 Phân loại dịch vụ gia tăng

Dịch vụ giá trị gia tăng được chia thành 3 nhóm chính: nội dung tin nhắn, ứngdụng cho điện thoại và dịch vụ thương mại di động Dịch vụ cung cấp nội dung tinnhắn cho phép người sử dụng có thể tải về máy mình những tin nhắn có nội dungnhư kết quả các trận bóng đá, kết quả xổ số hay bản tin thị trường chứng khoán.Dịch vụ cung cấp các ứng dụng cho điện thoại cho phép người sử dụng có thể tải

về máy của mình những hình ảnh, nhạc chuông, logo, clips, hay các ứng dụng, tròchơi cho điện thoại Dịch vụ thương mại di động là các dịch vụ nhắn tin dự đoán kếtquà hay nhắn tin để có cơ hội trúng thưởng từ nhà cung cấp dịch vụ

4 Sự bùng nổ của dịch vụ gia tăng hiện nay

Hàng loạt nhà cung cấp dịch vụ giá trị gia tăng trên điện thoại di động (ĐTDĐ)đua nhau khuyến mãi trúng thưởng với tin nhắn may mắn, sử dụng dịch vụ nhiềunhất Mảnh đất kinh doanh màu mỡ này hiện thu hút rất nhiều nhà cung cấp vớinhững tiện ích ngày càng mở rộng

Mỗi ngày, trên các trang mục quảng cáo, những dịch vụ nội dung xuất hiện dàyđặc như Dalink, Alofun, My Mobile, Topteen, Galafun, TT Mobile, Thế giới SMS,GenX Ban đầu từ dịch vụ tải nhạc, chuông, hình ảnh, đến nay chỉ cần gửi tin nhắnđến số của nhà cung cấp dịch vụ, thuê bao có thể xem kết quả xổ số kiến thiết, giáĐTDĐ, bói toán, truyện cười, tìm bạn bốn phương, dự đoán kết quả bóng đá, thamgia những trò chơi may mắn và mới nhất là các tin tức về thị trường chứng khoán

Hiện nay, thị trường dịch vụ giá trị gia tăng trên mạng di động có hơn 20 nhàcung cấp và nhiều doanh nghiệp cũng đang ngấp nghé nhảy vào lĩnh vực tiềm năngnày.

5 Xu hướng phát triển trong tương lai

Các dịch vụ nhắm vào giải trí như nhạc chuông, hình nền, logo và các clip có nộidung hài hước, gần gũi rất được giới trẻ ưa chuộng vẫn sẽ được các nhà cung cấpchú trọng Tuy nhiên, đường truyền mạng hiện nay vẫn còn yếu, làm hạn chế về mặtnội dung cũng như kích thước của file cung cấp Điều này bắt buộc các nhà cung cấpphải phát triển một số phần mềm đặc biệt để điều chỉnh lại cho phù hợp

Xu hướng chung của các nhà sản xuất thiết bị truyền thông cầm tay là làm chochúng có nhiều tính năng truyền thông, hỗ trợ MMS, GPRS, 3G, có nhiều chức nănggiải trí và kiểu dáng thời trang hơn

Chương 2

TỔNG QUAN VỀ GSM

2 Giới thiệu hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM

2 Giới thiệu chung

GSM (Global System for Mobile Communication) là một trong những công nghệ

về mạng điện thoại di động phổ biến nhất trên thế giới Cho đến nay công nghệ này

có gần 2 tỷ thuê bao sử dụng trên phạm vi 212 quốc gia và vùng lãnh thổ Do nó hầunhư có mặt khắp mọi nơi trên thế giới nên khi các nhà cung cấp dịch vụ thực hiệnviệc ký kết roaming với nhau nhờ đó mà thuê bao GSM có thể dễ dàng sử dụng máyđiện thoại GSM của mình bất cứ nơi đâu

Mặt thuận lợi to lớn của công nghệ GSM là ngoài việc truyền âm thanh với chấtlượng cao còn cho phép thuê bao sử dụng các cách giao tiếp khác rẻ tiền hơn đó làtin nhắn SMS Ngoài ra để tạo thuận lợi cho các nhà cung cấp dịch vụ thì công nghệGSM được xây dựng trên cơ sở hệ thống mở nên nó dễ dàng kết nối các thiết bị khácnhau từ các nhà cung cấp thiết bị khác nhau

Nó cho phép nhà cung cấp dịch vụ đưa ra tính năng roaming cho thuê bao củamình với các mạng khác trên toàn thế giới Và công nghệ GSM cũng phát triển thêmcác tính năng truyền dữ liệu như GPRS và sau này truyền với tốc độ cao hơn sửdụng EDGE

3 Lịch sử hình thành và phát triển

Vào đầu những năm 1980 tại châu Âu người ta phát triển một mạng điện thoại diđộng chỉ sử dụng trong một vài khu vực Sau đó vào năm 1982 nó được chuẩn hoá

bởi (CEPT : European Conference of Postal and TelecommunicationsAdministrations) và tạo ra Groupe Special Mobile (GSM) với mục đích sử dụngchung cho toàn châu Âu.

Ủy ban Châu Âu (EC) đưa ra lời hướng dẫn yêu cầu các quốc gia thành viên sửdụng GSM cho phép liên lạc di động trong băng tần 900MHz Viện tiêu chuẩn viễnthông Châu Âu (ETSI: European Telecommunications Standards Institute) địnhnghĩa GSM khi quốc tế chấp nhận tiêu chuẩn hệ thống điện thoại tế bào số

Lời đề xuất có kết quả vào tháng 9 năm 1987, khi 13 nhà điều hành và quản lýcủa nhóm cố vấn CEPT GSM thỏa thuận ký hiệp định GSM MoU “Club”, với ngàykhởi đầu là 1 tháng 7 năm 1991

Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM là hệ thống thông tin tế bào số tích hợp

và toàn diện, được phát triển đầu tiên ở Châu Âu và đã nhanh chóng phát triển trêntoàn thế giới Mạng được thiết kế phù hợp với hệ thống ISDN và các dịch vụ màGSM cung cấp là một hệ thống con của dịch vụ ISDN chuẩn

Hình 2.1 Mạng tế bào vô tuyến

GSM đầu tiên được thiết kế hoạt động ở dải tần 890-915 MHz và 935-960 MHz,hiện nay là 1.8GHz Một vài tiêu chuẩn chính được đề nghị cho hệ thống :

 Chất lượng âm thoại chính thực sự tốt.

 Giá dịch vụ và thuê bao giảm

 Hỗ trợ liên lạc di động quốc tế

 Khả năng hỗ trợ thiết bị đầu cuối trao tay

 Hỗ trợ các phương tiện thuận lợi và dịch vụ mới

 Năng suất quang phổ

 Khả năng tương thích ISDN

Tiêu chuẩn được ban hành vào tháng giêng năm 1990 và những hệ thống thươngmại đầu tiên được khởi đầu vào giữa năm 1992 Tổ chức MOU (Memorandum ofUnderstanding) thành lập bởi nhà điều hành và quản lý GSM được cấp phép đầutiên, lúc đó có 13 hiệp định được ký kết và đến nay đã có 191 thành viên ở khắp thếgiới Tổ chức MOU có quyền lực tối đa, được quyền định chuẩn GSM

3 Cấu trúc mạng GSM

Mạng GSM gồm nhiều khối chức năng khác nhau Hình dưới cho thấy cách bốtrí của mạng GSM tổng quát Mạng GSM có thể chia thành ba phần chính Trạm diđộng (Mobile Station_MS) do thuê bao giữ Hệ thống con trạm gốc (Base StationSubsystem_BSS) điều khiển liên kết với trạm di động Hệ thống mạng con(Network Subsystem_NS) là phần chính của trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động(Mobile services Switching Center_MSC), thực hiện chuyển mạch cuộc gọi giữanhững người sử dụng điện thoại di động, và giữa di động với thuê bao mạng cố định.MSC xử lý các hoạt động quản lý di động Trong hình không có trình bày trung tâmduy trì và điều hành (Operations and Maintenance Center_OMC), giám sát điềuhành và cơ cấu của mạng Trạm di động và hệ thống con trạm gốc thông tin dùnggiao tiếp Um, còn được gọi là giao tiếp không trung hay liên kết vô tuyến Hệ thốngcon trạm gốc liên lạc với trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động dùng giao tiếp A

Hình 2.2 Mô hình hệ thống thông tin di động tế bào

2 Trạm di động

Trạm di động (Mobile Station-MS) gồm có thiết bị di động (đầu cuối) và mộtcard thông minh gọi là module nhận dạng thuê bao (Subscriber IdentityModule_SIM) SIM cung cấp thông tin cá nhân di động, vì thế người sử dụng truycập vào các dịch vụ thuê bao không phụ thuộc vào loại thiết bị đầu cuối Bằng cáchgắn SIM vào đầu cuối GSM, người sử dụng có thể nhận, gọi và nhận các dịch vụthuê bao khác trên thiết bị đầu cuối này

Thiết bị di động được nhận dạng duy nhất bằng số nhận dạng thiết bị di độngquốc tế (International Mobile Equipment Identity_IMEI) SIM card chứa số nhậndạng thuê bao di động quốc tế (International Mobile Subscriber Identity_IMSI) sửdụng để nhận dạng thuê bao trong hệ thống, dùng để xác định chủ quyền và thôngtin khác Số IMEI và IMSI độc lập nhau SIM card có thể được bảo vệ chống lạiviệc sử dụng trái phép bằng password hoặc số nhận dạng cá nhân

3 Hệ thống con trạm gốc

Hệ thống con trạm gốc gồm hai phần: trạm gốc thu phát (BTS) và trạm gốc điềukhiển (BSC) Hai hệ thống này liên kết dùng giao tiếp Abis chuẩn hoá, cho phépđiều hành các bộ phận cung cấp bởi các nhà sản xuất khác nhau.

Trạm thu phát gốc là nơi máy thu phát vô tuyến phủ một cell và điều khiển cácgiao thức liên kết vô tuyến với trạm di động Trong một thành phố lớn, có nhiều khảnăng triển khai nhiều BTS, do đó yêu cầu BTS phải chính xác, tin cậy, di chuyểnđược và giá thành thấp

Trạm gốc điều khiển tài nguyên vô tuyến của một hoặc nhiều BTS Trạm điềukhiển cách thiết lập kênh truyền vô tuyến, nhảy tần và trao tay BSC là kết nối giữatrạm di động và tổng đài di động (MSC)

4 Hệ thống mạng con

Thành phần chính của hệ thống mạng con là tổng đài di động, hoạt động như mộtnút chuyển mạch bình thường của PSTN hoặc ISDN, và cung cấp tất cả các chứcnăng cần có để điều khiển một thuê bao di động, như đăng ký, xác nhận, cập nhật tọa

độ, trao tay, và định tuyến cuộc gọi cho một thuê bao liên lạc di động Những dịch

vụ này được cung cấp chung với nhiều bộ phận chức năng khác, tạo nên hệ thốngmạng con MSC cung cấp kết nối đến mạng cố định (như PSTN hoặc ISDN) Báohiệu giữa các bộ phận chức năng trong hệ thống mạng con là hệ thống báo hiệu số 7(SS7) sử dụng cho báo hiệu trung kế trong mạng ISDN và mở rộng sử dụng trongmạng công cộng hiện tại

Bộ ghi định vị thường trú (HLR) và bộ ghi định vị tạm trú (VLR) cùng với MSCcung cấp định tuyến cuộc gọi và khả năng liên lạc di động của GSM HLR chứa tất

cả thông tin quản trị của mỗi thuê bao đã đăng ký trong mạng GSM tương ứng, cùngvới vị trí hiện tại của di động Vị trí của di động thường ở dưới dạng địa chỉ báohiệu của VLR chứa trạm di động

Bộ ghi định vị tạm trú (VLR) chứa thông tin quản trị được chọn từ HLR, cần thiếtcho điều khiển cuộc gọi và cung cấp các dịch vụ thuê bao, cho mỗi thuê bao hiện tạinằm trong vùng địa lý điều khiển bởi VLR Mặc dù mỗi bộ phận chức năng có thểđược thực hiện độc lập nhưng tất cả các nhà sản xuất thiết bị chuyển mạch cho đếnnay đều sản xuất VLR chung với MSC, vì thế vùng địa lý điều khiển bởi MSC sẽtương ứng với điều khiển bởi VLR đó, do đó đơn giản hóa báo hiệu cần thiết Lưu ýrằng MSC không chứa thông tin các trạm di động – thông tin này lưu trữ trong cácthanh ghi vị trí.

Có hai bộ ghi khác sử dụng cho mục đích xác nhận và bảo mật Bộ ghi nhận thựcthiết bị (EIR) là một cơ sở dữ liệu chứa một danh sách tất cả các thiết bị di động hợp

lệ trên mạng, mỗi trạm di động được xác nhận bằng số nhận dạng thiết bị di độngquốc tế (IMEI) Số IMEI bị đánh dấu là không hợp lệ nếu được thông báo mất cắphoặc không được chấp thuận Trung tâm nhận thực AuC là cơ sở dữ liệu được bảo

vệ chứa bản sao khóa mã trong SIM card của thuê bao, sử dụng để nhận thực và mãhóa trên kênh vô tuyến

4 Liên kết vô tuyến

Hiệp hội liên lạc viễn thông quốc tế (ITU), quản trị chỉ định phổ vô tuyến quốc tế(và nhiều chức năng khác), chỉ định băng thông 890-915 MHz dùng cho kênh lên(trạm di động tới trạm gốc) và 935-960 MHz dùng cho kênh xuống (trạm gốc đếntrạm di động) cho mạng di động Châu Âu Vì tầm này đã được sử dụng đầu nhữngnăm 1980 bằng hệ thống analog, hội nghị bưu chính và viễn thông Châu Âu (CEPT)

đã dành trước 10 MHz đầu của mỗi băng tần trên cho mạng GSM Cuối cùng, GSMđược chỉ định toàn bộ băng thông 2x25 MHz

2 Đa truy cập và cấu trúc kênh

Vì phổ vô tuyến là tài nguyên hữu hạn dùng chung cho tất cả thuê bao, mộtphương pháp phải đưa ra là chia băng thông để càng nhiều thuê bao sử dụng càngtốt GSM đã chọn phương pháp kết hợp đa truy cập phân chia theo tần số và thờigian (TDMA/FDMA) FDMA bao gồm chia tần số băng thông tối đa 25 MHz thành

124 tần số sóng mang cách nhau 200 KHz Một BS có thể có một hoặc nhiều tần sốsóng mang và sử dụng kỹ thuật TDMA chia kênh vô tuyến 200 KHz thành 8 khe thờigian (tạo 8 kênh logic) Do đó một kênh logic được định nghĩa bằng tần số và sốkhe thời gian của khung TDMA Bằng cách áp dụng 8 khe thời gian, mỗi kênh phát

dữ liệu số theo từng chuỗi “burst” ngắn : đầu cuối GSM chỉ phát 1 trong 8 khe thờigian đó

Tám khe TDMA cùng với 248 kênh bán song công vật lý tương ứng với tổngcộng 1984 kênh bán song công logic Điều này tương ứng với 283 ( 1984/7) kênhbán song công logic mỗi cell vì mỗi cell chỉ sử dụng 1/7 tổng số tần số

Hình 2.3 Sơ đồ phân chia tần số theo cell

Bảy tập tần số đủ để phủ một vùng lớn tùy ý, do khoảng cách lặp lại d phải lớnhơn hai lần bán kính lớn nhất phủ bởi mỗi máy phát

Mỗi kênh tần số được phân đoạn thành 8 khe thời gian có chiều dài bằng 0,577

ms (15/26ms) Tám khe tạo thành một khung TDMA dài 4,615ms (=120/26ms).Mỗi khe được lặp lại sau 4,615 ms tạo thành một kênh cơ bản

Hệ thống GSM phân biệt giữa kênh lưu lượng (Traffic Channel_TCH) (dùng cho

dữ liệu thuê bao) và kênh điều khiển (Control Channel_CCH) (dùng cho các thơngđiệp quản lý mạng)

3 Kênh lưu lượng (Traffic Channel_tch)

Kênh lưu lượng dùng để chuyển âm thoại và dữ liệu TCH định nghĩa sử dụng 26khung đa khung (nghĩa là một nhĩm 26 khung TDMA) Chiều dài của 26 khung đakhung là 120 ms, là chiều dài của một chu kì burst (120 ms / 26 khung / 8 chu kìburst mỗi khung) Trong 26 khung đĩ, 24 khung dùng để lưu thơng, một khungdùng cho kênh điều khiển liên kết chậm (Slow Associated Control Channel_SACCH) và một khung chưa dùng TCH dùng cho tuyến lên và tuyến xuống cáchnhau một khoảng thời gian 3 burst để thuê bao khơng phát và thu đồng thời, đơngiản hĩa mạch điện tử

Hình 2.4 Cấu trúc khung TDMA

Dữ liệu được truyền trong các burst đặt trong các khe thời gian Tốc đợ bittruyền là 271 Kbps (chu kỳ bit 3,79 s) Do sai số theo thời gian, phân tán thời gian

v.v…, burst dữ liệu hơi ngắn hơn khe thời gian (148 thay vì 156,25 chu kỳ bit trongmột khe thời gian)

4 Kênh điều khiển (Control Channel_cch)

Các kênh chung di động có thể truy cập ở cả chế độ nghỉ và chế độ dành riêng.Các kênh chung di động sử dụng ở chế độ nghỉ trao đổi thông tin báo hiệu cần thiết

để chuyển qua chế độ nhận riêng Di động đã ở trong chế độ dành riêng giám sát cáctrạm gốc xung quanh để trao tay và các thông tin khác Các kênh chung có 51 khung

đa khung để dành riêng di động sử dụng cấu trúc TCH 26 khung đa khung có thể vẫngiám sát kênh điều khiển Các kênh chung gồm :

 Kênh quảng bá điều khiển (Broadcast Control Channel_BCCH) : phát liêntục trên tuyến xuống, thông tin gồm đồng nhất trạm gốc, chỉ định tần số vàchuỗi nhảy tần

 Kênh hiệu chỉnh tần số (Frequency Correction Channel_FCCH) và kênhđồng bộ (Synchronisation_SCH) : sử dụng để đồng bộ di động với cấu trúckhe thời gian của cell bằng cách định nghĩa các biên của chu kỳ burst, và

số khe thời gian Mỗi cell trong mạng GSM phát chính xác một FCCH vàmột SCH dùng định nghĩa khe thời gian thứ 0 (trong một khung TDMA)

 Kênh truy cập ngẫu nhiên (Random Access Channel_RACH) : di động sửdụng kênh Aloha khe để truy cập vào mạng

 Kênh tìm gọi (Paging Channel_PCH) : dùng để báo cho di động biết cómột cuộc gọi đến

 Kênh cho phép truy cập (Access Grant Channel_AGCH) : chỉ định mộtkênh điều khiển dành riêng đứng một mình (Standalone Dedicated ControlChannel_SDCCH) cho di động báo hiệu (để có một kênh dành riêng), theoyêu cầu trên kênh truy cập ngẫu nhiên (RACH)

5 Cấu trúc BURST

Burst là đơn vị phát của GSM Việc phát xảy ra trong một cửa sổ thời gian(576+12/13) s, nghĩa là suốt chu kỳ bit (156 + ¼) Một burst thông thường chứahai gói 58 bit (57 bit dữ liệu + 1 bit dư (stealing bit)) và một chuỗi huấn luyện 26 bit.Chuỗi huấn luyện 26 bit là một chuỗi biết trước dùng so sánh với chuỗi tín hiệu thuđược để xây dựng lại tín hiệu gốc (cân bằng đa đường) Việc thực hiện thật sự của

bộ cân bằng không chỉ rõ trong kỹ thuật GSM Ba bit đuôi được thêm vào mỗi bên.GSM có thể sử dụng nhảy tần thấp khi trạm gốc và di động phát mỗi khungTDMA trên mỗi tần số sóng mang khác nhau Thuật toán nhảy tần được phát trênkênh điều khiển vô tuyến (Broadcast Control Channel) Vì fading đa đường độc lậpvới tần số sóng mang, nhảy tần thấp làm giảm nhẹ vấn đề này Việc nhảy tần là tùychọn đối với mỗi cell và trạm gốc không nhất thiết phải có chức năng này

6 Biến đổi âm thoại sang sóng vô tuyến

Hình sau mô tả chuỗi các chức năng biến đổi từ âm thoại sang sóng vô tuyến vàngược lại

Hình 2.5 Chuỗi các chức năng biến đổi giữa âm thoại và sóng vô tuyến

2.1.1.1 Mã hóa âm thoại GSM

GSM là một hệ thống số, mà âm thoại lại là tín hiệu tương tự nên phải được sốhóa Phương pháp mà ISDN và hệ thống điện thoại hiện tại dùng cho các đường

ghép kênh thoại truyền qua trung kế tốc độ cao, cáp quang là điều chế mã xung(PCM) PCM có tốc độ bit là 64Kbps, là một tốc độ cao có thể truyền qua liên kết

vô tuyến GSM có nhiều thuật toán mã hóa tiếng nói trên cơ sở chất lượng tiếng nóithực và độ phức tạp (liên quan đến giá cả, xử lý độ trễ và tiêu thụ công suất) trướckhi đưa đến chọn lựa phương pháp kích xung đều _ mã hóa dự đoán tuyến tính(RPE _ LPC) với vòng dự đoán dài Về cơ bản, thông tin từ các mẫu trước, khôngthay đổi nhanh, dùng để dự đoán mẫu hiện tại Các hệ số kết hợp tuyến tính của cácmẫu trước đó, cộng thêm dạng mã hóa của phần còn lại, sai số giữa mẫu dự đoán vàmẫu thực, sẽ biểu diễn tín hiệu Tiếng nói lấy mẫu chu kỳ 20ms, mỗi mẫu mã hóathành 260 bit, với tốc độ bit là 13Kbps Đây là mã hóa tiếng nói toàn tốc Gần đây,vài nhà điều hành GSM1900 Bắc Mỹ thực hiện thuật toán mã hóa tiếng nói toàn tốccấp cao (EFR) Phương pháp này tăng chất lượng tiếng nói dựa trên tốc độ đang sửdụng 13Kbps

2.1.1.2 Mã hóa kênh truyền GSM

Mã kênh truyền thêm các bit dư vào dòng dữ liệu cho phép phát hiện, thậm chí cảsửa lỗi bit sinh ra trong quá trình truyền Thuật toán mã hóa tiếng nói đưa ra mộtkhối 260 bit mỗi 20ms (nghĩa là tốc độ 13Kbps) Trong bộ giải mã, các khối bittiếng nói được giải mã và biến đổi thành những mẫu tiếng nói mã đồng dạng 13 bit

260 bit của khối tiếng nói phân thành hai nhóm 78 bit loại II ít quan trọng vàkhông được bảo vệ 182 bit loại I được cắt thành 50 bit loại Ia và 132 bit loại Ib(xem hình sau)

Mẫu tiếng nói : 1 khối = 260 bit (20ms)Hình 2.6 Bảng phân loại bit tiếng nói

Đầu tiên các bit loại Ia được bảo vệ bởi 3 bit parity để phát hiện lỗi Sau đó cácbit loại Ib được cộng vào thêm 4 bit đuôi trước khi đưa vào mã chập với tốc độ r= ½

và chiều dài bắt buộc K= 5 Kết quả 378 bit cộng vào với 78 bit loại II bảo vệ chokết quả là một khung mã tiếng nói hoàn toàn 456 bit (trong hình)

Kiểu truyền TCH/FSHình 2.7 Mô hình kiểu truyền

 Mã phát hiện lỗi

GSM chuẩn dùng mã 3 bit lỗi dư để cho phép đánh giá sự chính xác của bit trongkhung thoại (50 bit loại Ia) Nếu một bit bị sai, thì điều này sẽ tạo ra một nhiễu lớnthay cho phần tiếng nói 20 ms Phát hiện những lỗi này cho phép khối bị sai đượcthay thế bằng một vài nhiễu ít hơn (như là một phép ngoại suy của khối dự đoán)

Đa thức trình bày mã phát hiện loại bit Ia là G(X) = X3 + X + 1 Ở bên thu, hoạtđộng tương tự và nếu phép chia có dư, lỗi được phát hiện và khung tần số âm thanhloại bỏ cuối cùng

 Mã hóa chập / giải mã

Trong quá trình truyền, mã hóa chập là kết quả phép chập của chuỗi tín hiệu sửdụng các công thức tích chập khác nhau Mã chập GSM có thêm 4 bit (mức 0) vàođầu chuỗi 185 bit, và sau đó áp dụng hai biểu thức tích chập khác nhau :

G1(X) = X4 + X3 + 1 và G2(X) = X4 + X3 + X + 1

Kết quả cuối cùng gồm hai chuỗi 198 bit

Bộ giải mã chập có thể sử dụng thuật toán Viterbi, bộ giải mã logic Viterbi khảosát song song mỗi dữ liệu của user trong chuỗi Nó mã hóa và so sánh mỗi dữ liệudựa vào chuỗi thu được và chọn ra giá trị phù hợp nhất : đó là bộ giải mã khả năng

có thể xảy ra lớn nhất Để làm giảm độ phức tạp (số chuỗi dữ liệu có thể nhân đôivới mỗi bit dữ liệu thêm vào), bộ giải mã nhận ra thời điểm chuỗi không thuộc vàođường có khả năng xảy ra lớn nhất và hủy chuỗi này đi Bộ nhớ mã hoá được giớihạn K bit, bộ giải mã Viterbi hoạt động lớn nhất chỉ giữ 2k-1 đường Độ phức tạpcủa nó tăng theo hàm mũ của K

Tốc độ mã hoá chập GMS trên dòng dữ liệu là 378 bit mỗi 20ms, nghĩa là18,9Kbps Tuy nhiên, trước khi điều chế tín hiệu này, 78 bit loại II không bảo vệ

được cộng thêm vào Do đó, tốc độ bit GMS là 456 bit trên 20ms, nghĩa là22,8Kbps.

2.1.1.3 Đan xen và rút ra (Interleaving /De–interleaving)

Đan xen có nghĩa là vị trí các bit liên quan không tương quan trong từ mã vàtrong các burst vô tuyến đã điều chế Mục tiêu của thuật toán đan xen là tránh rủi romất những bit dữ liệu liên tiếp Các khối tiếng nói toàn tốc GSM đan xen vào 8burst : 456 bit của một khối được chia thành 8 burst trong các khối con 57 bit Mộtkhối con định nghĩa là các bit được đánh số chẵn hoặc lẻ của dữ liệu đã mã hóa trongmột burst Các burst khác nhau mang một khối con 57 bit và trong các khungTDMA khác nhau Vì thế, một burst chứa hai khối tiếng nói liên tiếp nhau A và B

Để triệt sự liên quan của những bit liên tiếp nhau, các bit của khối A ở vị trí chẵntrong burst và các bit của khối B ở vị trí lẻ (xem hình)

Rút ra (De–interleaving) là quá trình ngược lại Trở ngại chính của quá trình đanxen là độ trễ tương ứng : thời gian truyền từ burst thứ nhất đến burst cuối cùng trongmột khối bằng 8 khung TDMA ( nghĩa là khoảng 37ms)

Hình 2.8 Mô hình đan xen và rút ra

2.1.1.4 Mã hóa – giải mã

Một biện pháp bảo mật được giới thiệu trong GSM là mã hóa đường truyền.Phương pháp mã hóa không phụ thuộc loại dữ liệu được phát đi (âm thoại, dữ liệuhoặc báo hiệu) nhưng chỉ áp dụng cho những burst thông thường Mã hóa bằng cáchthực hiện phép XOR giữa chuỗi giả ngẫu nhiên và 114 bit cần truyền của một burstthông thường (nghĩa là tất cả các bit thông tin ngoại trừ hai bit cờ dư) Chuỗi giảngẫu nhiên được lấy từ số burst và một phiên khóa thành lập trước qua ý nghĩa báohiệu Giải mã cũng đi theo một trình tự như vậy

2.1.1.5 Điều chế - giải điều chế

GMS sử dụng phương pháp điều chế GMSK với hệ số điều chế h=0.5, BT= 0.3(băng thông bộ lọc nhân với chu kỳ bit) và tốc độ điều chế 271Kbps (= 270).Phương pháp điều chế GMSK được chọn vì dung hòa giữa công suất phổ khá cao(1bit/Hz) và độ phức tạp giải điều chế hợp lý Đường bao hằng số cho phép sử dụngnhững bộ khuếch đại công suất đơn giản và bức xạ ngoài dải băng thấp nhất gây ảnhhưởng nhiễu lên kênh kế cận GMSK khác MSK là sử dụng bộ lọc Gauss trước điềuchế Đáp ứng xung miền thời gian của bộ lọc được cho trong phương trình sau, với

và B là băng thông nửa công suất

Hình 2.9 Sơ đồ khối bộ điều chế GMSKThuật toán Viterbi có thể sử dụng như bộ cân bằng ước tính chuỗi có khả năngxảy ra lớn nhất (MLSE) Vì thế máy thu GSM có thể chứa hai cài đặt khác nhau củathuật toán Viterbi

Công suất lớn nhấtcủa một trạm gốc /

(dBm)1

2345678

20 W (43)

8 W (39)

5 W (37)

2 W (33)0.8 W (29)

7 Cân bằng đa đường

Ở tần số 900 MHz, sóng vô tuyến bị tán xạ do cao ốc, đồi núi, xe cộ, máy bay…

Do đó có nhiều tín hiệu phản xạ, mỗi tín hiệu có pha khác nhau đến antenna Ta sửdụng bộ cân bằng lấy ra tín hiệu mong muốn từ các sóng phản xạ Bộ cân bằng hoạtđộng tìm ra tín hiệu phát biết trước bị méo dạng do fading đa đường và xây dựng bộlọc ngược và lấy ra phần còn lại của tín hiệu mong muốn Tín hiệu biết trước này là

một chuỗi huấn luyện 26 bit phát giữa mỗi burst khe thời gian Cấu trúc của bộ cânbằng không nêu rõ trong bảng chi tiết GSM.

8 Nhảy tần

Trạm di động có đặc tính biến đổi nhanh, nghĩa là nó có thể di chuyển giữa cáckhe thời gian phát, thu và giám sát trong một khung TDMA, thường ở những tần sốkhác nhau GSM sử dụng khả năng chuyển tần nhanh để thực hiện nhảy tần chậm

mà di động và BTS phát trên các tần số sóng mang khác nhau trong khung TDMA.Thuật toán nhảy tần phát trên kênh quảng bá điều khiển (BCC) Vì fading đa đườngphụ thuộc vào tần số sóng mang, nhảy tần chậm sẽ làm giảm bớt vấn đề này Hơnnữa, nhiễu đồng kênh có đặc tính ngẫu nhiên

9 Truyền phát gián đoạn

Cực tiểu hóa nhiễu đồng kênh là mục tiêu của bất kỳ hệ thống tế bào nào, nên chophép cung cấp dịch vụ tốt hơn với kích thước cell cho trước, hoặc sử dụng các cellnhỏ hơn, do đó tăng dung lượng của toàn hệ thống Truyền phát gián đoạn (DTX) làmột phương pháp có ưu điểm là : một người nói thông thường ít hơn 40% thời giancuộc đàm thoại, nên tắt máy phát suốt thời gian im lặng Một ưu điểm khác củaDTX là duy trì công suất ở thuê bao di động

Một thành phần quan trọng nhất của DTX là bộ phát hiện tích cực tiếng (VAD).Máy phải phân biệt giữa ngõ vào âm thoại và nhiễu, công việc không dễ dàng khinhiễu xuất hiện Nếu tín hiệu thoại bị hiểu sai là nhiễu, máy phát sẽ tắt và máy thunghe sẽ bị cắt xén gây tác dụng rất khó chịu Mặt khác nếu nhiễu thường hay bị hiểusai là tín hiệu thoại, thì hiệu suất DTX giảm xuống đột ngột Một yếu tố khác đượcxem xét là khi máy phát tắt thì máy thu hoàn toàn im lặng do bản chất số của GSM

Để bảo đảm máy thu kết nối liên tục, nhiễu “đẹp” sẽ được tạo ra ở máy thu

10 Thu gián đoạn

Một phương khác sử dụng để bảo tồn công suất ở máy di động là thu gián đoạn.Kênh tìm gọi (PCH) do trạm gốc phát báo hiệu một cuộc gọi tới, được chia thành cáckênh con Mỗi trạm di động chỉ lắng nghe trên kênh con của nó Trong khoảng thờigian giữa các kênh tìm gọi con liên tiếp, di động có thể chuyển sang chế độ ngủ, gầnnhư không tiêu thụ công suất

11 Điều khiển công suất

Mạng định nghĩa hai loại trạm di động tùy thuộc vào công suất phát đỉnh củachúng, gồm 20; 8; 5; 2; 0.8 W Để cực tiểu hóa nhiễu đồng kênh và bảo tồn côngsuất, trạm di động và trạm thu phát gốc hoạt động với mức công suất thấp nhất màvẫn duy trì chất lượng tín hiệu chấp nhận được Mức công suất có thể lên hoặcxuống từng nấc 2dB từ công suất đỉnh của từng loại, giảm xuống tối thiểu là 13 dBm(20 mW)

Trạm di động đo cường độ tín hiệu hoặc chất lượng tín hiệu (dựa trên tỷ số saibit) và chuyển thông tin đến bộ điều khiển trạm gốc BSC, cuối cùng quyết định cóthay đổi mức công suất hay không và khi nào Điều khiển công suất phải cẩn thận vì

có khả năng dao động Điều này xuất hiện khi một di động trong các tế bào đồngkênh nhận được tín hiệu tăng mức công suất trong tế bào đang xét (để triệt nhiễuđồng kênh) làm tăng thêm nhiễu đồng kênh ở tế bào đang xét

5 Mạng GSM

Bảo đảm truyền thoại hay dữ liệu với chất lượng cho trước qua liên kết vô tuyếnchỉ là một phần chức năng của mạng di động tế bào Một di động GSM có thể dichuyển không phân biệt trong nước hay quốc tế, yêu cầu có chức năng đăng ký, nhận

thực, định tuyến cuộc gọi, cập nhật vị trí và được chuẩn hóa trong mạng GSM Hơnnữa, mạng phủ trên một vùng địa lý chia ra thành các cell đòi hỏi phải thực hiện cơcấu trao tay Hệ thống mạng con thực hiện các chức năng này, sử dụng chính phầnứng dụng di động (MAP) xây dựng trong hệ thống báo hiệu số 7.

Hình 2.10 Cấu trúc giao thức báo hiệu trong mạng GSM

Giao thức báo hiệu trong GSM chia thành ba lớp tổng quát, phụ thuộc vào giaotiếp như trong hình trên Lớp một là lớp vật lý dùng giao tiếp không trung Lớp hai

là lớp liên kết dữ liệu Thông qua giao tiếp Um, lớp liên kết dữ liệu là một phiên bảnsửa đổi của giao thức LAPD (các thủ tục truy tìm ở kênh D) sử dụng ISDN gọi làLAPDm (các thủ tục truy cập đường truyền ở kênh Dm) Thông qua giao tiếp A, lớphai sử dụng phần truyền bản tin (MTP) của hệ thống báo hiệu số 7 Giao thức báohiệu GSM ở lớp ba được chia thành ba lớp con:

 Quản lý tài nguyên vô tuyến: điều khiển thiết lập, duy trì, chấm dứt kênh

vô tuyến và cố định gồm cả trao tay

 Quản lý di động: quản lý việc cập nhật vị trí và thủ tục đăng ký cũng nhưbảo mật và nhận thực

 Quản lý nối thông: điều khiển cuộc gọi tổng quát, tương tự với khuyếnnghị Q.931 CCITT, và quản lý các dịch vụ bổ sung và dịch vụ bản tinngắn

Báo hiệu giữa toàn bộ các khối khác nhau trong các phần cố định của mạng, nhưgiữa HLR và VLR, thực hiện thông qua phần ứng dụng di động (MAP) MAP đượcxây dựng trên phần ứng dụng khả năng chuyển tác (TCAP), lớp trên cùng của hệthống báo hiệu số 7 Bản chi tiết kỹ thuật của MAP rất phức tạp là một trong nhữngtài liệu dài nhất trong các khuyến nghị GSM.

2 Quản lý tài nguyên vô tuyến

Lớp quản lý tài nguyên vô tuyến (RR) giám sát việc thành lập một kết nối, cả vôtuyến và cố định, giữa trạm di động và MSC Các thành phần chức năng chính gồmtrạm di động, phân hệ trạm gốc và MSC Lớp RR phụ trách quản lý một phiên RR làthời điểm di động chuyển qua chế độ dành riêng, cũng như cấu hình của kênh vôtuyến gồm chỉ định các kênh dành riêng

Một phiên RR luôn luôn bắt đầu khi trạm di động đi qua thủ tục truy cập, hoặcmột cuộc gọi đi, hoặc trả lời thông điện nhắn tin Chi tiết các thủ tục truy cập vànhắn tin, như khi một kênh dành riêng thực sự gán cho di động và cấu trúc kênhnhắn tin con, được xử lý trong lớp RR Hơn nữa, phiên xử lý quản lý các đặc trưng

vô tuyến như điều khiển công suất, truyền và nhận gián đoạn, điều chỉnh thời gian

 TRAO TAY

Trong một mạng tế bào, yêu cầu liên kết vô tuyến và cố định không luôn luôn chỉ

rõ trong suốt cuộc gọi Trao tay là chuyển mạch một cuộc gọi từ một kênh hay mộtcell khác Sự thực hiện và các phép đo yêu cầu cho việc trao tay là một trong cácchức năng cơ bản của lớp RR Có 4 loại trao tay trong hệ thống GSM, gồm chuyểnmột cuộc gọi giữa:

 Các kênh (các khe thời gian) trong cùng một cell

 Các cell (các trạm thu phát gốc) dưới sự điều khiển của cùng một BSC

 Các cell dưới sự điều khiểu của các BSC khác nhau nhưng cùng một MSC

 Cell dưới sự điều khiển của các MSC khác nhau

Hai loại trao tay đầu tiên gọi là trao tay trong, chỉ trong một BSC Để tiết kiệmbăng thông báo hiệu, BSC quản lý hai loại này, không liên quan đến MSC, trừ khithông báo với MSC là đã hoàn tất trao tay Hai loại trao tay cuối, gọi là trao tayngoài, được xử lý giữa các MSC Một vấn đề quan trọng trong GSM là MSC neo,duy trì trách nhiệm còn lại cho hầu hết các chức năng liên quan đến cuộc gọi ngoạitrừ các trao tay giữa BSC đến sau dưới sự điều khiển của MSC mới.

MSC hoặc thuê bao có thể bắt đầu thực hiện trao tay Trong suốt các khe thờigian nghỉ của việc trao tay, thuê bao di động quét kênh quảng bá điều khiển của celllân cận (có thể lên đến 16 cell), và lập ra một danh sách sáu cell tốt nhất có thể thựchiện trao tay, dựa trên cường độ tín hiệu nhận được Thông tin này chuyển đến BSC

và MSC, ít nhất một lần mỗi giây, và sử dụng trong thuật toán trao tay

Thuật toán quyết định thời điểm trao tay không được chỉ rõ trong các khuyếnnghị GSM Có hai loại thuật toán cơ bản, cả hai giống nhau về việc điều khiển côngsuất Điều này do BSC thường hay không biết chất lượng tín hiệu xấu là do fading

đa đường hay là do thuê bao di động chuyển qua một cell khác Điều này đặc biệtđúng trong trường hợp các cell thành thị nhỏ

Thuật toán “hiệu suất chấp nhận cực tiểu” đưa ra sự ưu tiên điều khiển công suấtcho trao tay, sao cho khi tín hiệu giảm xuống dưới một ngưỡng nào đó, mức côngsuất của di động được tăng lên Nếu việc tăng công suất không cải thiện tín hiệu thìxem xét việc trao tay Đây là phương pháp thông thường và đơn giản hơn, nhưngđường bao cell bị nhòe khi thuê bao di động phát công suất đỉnh đi xa ngoài đườngbao cell gốc vào một cell khác

Phương pháp “power budget” sử dụng trao tay để thử duy trì hoặc cải thiện mộtmức chất lượng tín hiệu bằng hoặc nhỏ hơn mức công suất Vì thế phương pháp ưutiên trao tay vượt quá điều khiển công suất Điều này tránh vấn đề “nhòe” đườngbao cell và giảm nhiễu đồng kênh nhưng rất phức tạp

3 Quản lý di động

Lớp quản lý di động (MM) xây dựng trên lớp RR, và xử lý các chức năng xuấthiện do sự di chuyển của tế bào cũng như vấn đề nhận thực và bảo mật Quản lý vịtrí liên quan đến các thủ tục cho phép hệ thống biết vị trí hiện tại của trạm di động đểtuyến cuộc gọi di động có thể hoàn thành.

4 Cập nhật vị trí

Thuê bao di động được thông báo cuộc gọi đến bằng thông điệp ngắn gửi quakênh chấp thuận truy cập và nhắn tin (PAGCH) của một cell Một bản tin được pháttrên mọi cell trong mạng cho một cuộc gọi, dễ thấy rằng phí phạm băng thông vôtuyến Một phương pháp khác dùng cho di động là thông báo cho hệ thống, thôngqua các thông điệp cập nhật vị trí sẽ phát đến các cell riêng lẻ chứa vị trí hiện tại củathuê bao di động Điều này yêu cầu các thông điệp ngắn gửi đến chính xác một cell.Thủ tục cập nhật vị trí, và định tuyến cuộc gọi đến sau sử dụng MSC và hai bộghi định vị vị trí : bộ ghi định vị thường trú (HLR) và bộ ghi định vị tạm thời (VLR).Khi trạm di động chuyển qua một vị trí mới hoặc tổng đài PLMN khác thì phải đăng

kí với mạng vị trí hiện tại của nó Trong trường hợp bình thường, thông điệp cậpnhật vị trí gửi tới MSC / VLR mới, lưu thông tin vùng vị trí, và sau đó thông báo vịtrí đến HLR của thuê bao

Thông tin gởi tới HLR thường là địa chỉ SS7 của VLR mới, mặc dù nó có thể làmột số định tuyến Lý do một số định tuyến không được gán bình thường, cho dùgiảm tín hiệu là do chỉ có một số hữu hạn số định tuyến cho phép trong MSC/VLRmới, và chúng được chỉ định khi yêu cầu cuộc gọi tới Nếu thuê bao được quyềntruy cập dịch vụ, HLR gửi một phần thông tin của thuê bao cần điều khiển cuộc gọiđến MSC/VLR mới và gởi một thông điệp đến MSC/VLR cũ để hủy đăng ký trướcđó

Để đảm bảo tin cậy hơn, GSM cũng có thủ tục cập nhật vị trí theo chu kỳ Nếumột HLR hoặc MSC/VLR sai, đồng thời đều có đăng ký cùng một thuê bao trong cơ

sở dữ liệu, sẽ dẫn đến quá tải Do đó cơ sở dữ liệu được cập nhật khi cập nhật vị trí.Nhà điều hành qui định cập nhật theo chu kỳ và chu kỳ thời gian giữa các lần cậpnhật Nếu di động không đăng ký lại sau chu kỳ cập nhật, thuê bao sẽ bị xóa tên.Một thủ tục liên quan đến việc cập nhật vị trí là gắn và gỡ số nhận dạng thuê bao

di động quốc tế (IMSI) Việc gỡ cho mạng biết trạm di động không tiếp cận được vàtránh phải chỉ định kênh truyền và gửi thông điệp ngắn thừa Việc gán tương tự nhưcập nhật vị trí, và báo cho hệ thống biết thuê bao di động đã truy cập trở lại Hoạtđộng của việc gán và gỡ IMSI phụ thuộc vào nhà điều hành của các cell

5 Nhận thực và bảo mật

Vì bất kì ai cũng có thể cập nhật vào sóng vô tuyến, nhận thực người sử dụng đểxác định người sử dụng là ai, là yếu tố rất quan trọng trong mạng di động Nhậnthực gồm hai phần là SIM card trong máy di động và trung tâm nhận thực (AuC).Mỗi thuê bao được cho một khóa mã chỉ lưu trong SIM card và AuC Suốt quá trìnhnhận thực, AuC phát một số ngẫu nhiên gửi tới đi động Sau đó cả di động và AuC

sử dụng số ngẫu nhiên đó, kết hợp với khóa mã của thuê bao và thuật toán mã hóaA3, để phát dấu hiệu trả lời (SRES) trở lại AuC Nếu di động gửi số giống vớí sốAuC tính thì thuê bao được nhận thực

Cùng một số ngẫu nhiên ban đầu và khóa mã cũng dùng để tính khóa mã hóa sửdụng thuật toán A8 Khóa mã hóa này cùng với số khung TDMA sử dụng thuật toánA5 tạo ra chuỗi 114 bit được XOR với 114 bit của 1 burst (2 khối 57 bit) Việc mãhóa là một tùy chọn gây ảo giác, nên tín hiệu đã được mã hóa, chèn vào và phát theophương thức TDMA, do đó cho phép bảo vệ hầu hết các đối tượng trừ những ngườinghe trộm “lì lợm”

Một mức khác của việc bảo mật là thực hiện trên thiết bị di động, không phải thuêbao di động Mỗi thiết bị đầu cuối nhận dạng bằng chỉ số IMEI duy nhất Một danhsách IMEI trong mạng lưu trong bộ ghi nhận thực thiết bị (EIR) Trạng thái trả vềEIR tương ứng với số IMEI như sau:

 Danh sách trắng: thiết bị cho phép kết nối vào mạng.

 Danh sách xám: thiết bị có một số vấn đề cần được mạng giám sát

 Danh sách đen: thiết bị được báo mất cắp hoặc không được chấp thuận.Thiết bị không cho phép kết nối vào mạng

6 Công nghệ GSM

Kỹ thuật GSM sử dụng cơ sở hạ tầng vô tuyến hai đường chuyên dụng cho hệthống điện thoại tế bào cũng như những ứng dụng dữ liệu Dựa trên kỹ thuậtTDMA, GSM sẽ đương đầu với một số lượng lớn thuê bao trên một tế bào và kỹthuật vi tế bào Âm thoại, thông điệp và dịch vụ dữ liệu có thể sử dụng trên tần số900MHz hoặc 1800MHz

GSM sử dụng những kênh truyền toàn tốc 8 (8 full-rate) hoặc bán tốc 16 (16 rate) trên một sóng mang vô tuyến Hơn nữa sử dụng nhảy tần chậm và truyền giánđoạn Khái niệm này cho phép di chuyển và trao tay nhanh

half-Do đó GSM được phân loại là TDMA cấp cao GSM là một chuẩn hệ thống toàndiện GSM cung cấp những tiêu chuẩn cho dịch vụ, cấu trúc mạng, các giao tiếpchọn lọc, hoạt động và duy trì

2.5.1 Chất lượng tiếng nói

GSM cung cấp chất lượng âm thoại cao Mã hóa kênh truyền mức độ cao kết hợpvới nhảy tần chậm, chống lại fading và nhiễu giao thoa khi di chuyển chậm, bảo đảmchất lượng âm thoại của GSM cao

GSM cung cấp một vùng mã âm thoại, nhà điều hành có thể chọn lựa để đạt đượcnhững yêu cầu về chất lượng và số lượng:

Mã hoàn toàn (full-codec-FC) cho chất lượng ngang hàng hoặc tốt hơn mạng tếbào tương tự

Tốc độ kép (dual-rate), toàn tốc (full-rate) / bán tốc (half-rate) (FR/HR) cho phépchất lượng ngang hàng với FR trong HR Nó có thể chuyển qua HR nếu cần hoặc FRnếu HR không được mạng cung cấp (ví dụ khi liên lạc di động).

Toàn tốc mở rộng (EFR) cho chất lượng như hệ thống cố định

2.5.2 Các dịch vụ Fax và dữ liệu

Các dịch vụ GSM và chất lượng của chúng có cùng mật độ phủ như hệ thống điệnthoại GSM chứa mã kênh truyền riêng và giao thức liên kết vô tuyến (RLP), loạigiao thức điều khiển đường dữ liệu mức cao tối ưu hoá (HDLC) bảo đảm chất lượngdịch vụ cao của việc truyền fax và dữ liệu

2.5.3 Bảo mật

GSM là một hệ thống cấp cao với đầy đủ chức năng bảo mật tích hợp Mạng bảo

vệ chống lại truy cập trái phép bằng một thủ tục xác thực và chống nghe trộm bằngcách mã hóa Xác thực và mã hóa là mặt rất mạnh và ngăn cản các kỹ thuật tráiphép trong hệ thống GSM

2.5.4 Liên lạc di động quốc tế

GSM cho phép liên lạc di động quốc tế Mạng được phủ trên 100 quốc gia Từnăm 1992 đến nay GSM đã có 135 triệu thuê bao trong 100 quốc gia trên toàn thếgiới với hơn 200 nhà điều hành, và chiếm 62% thị trường tế bào toàn cầu

7 Các dịch vụ GSM

Ban đầu, các nhà hoạch định GSM muốn cung cấp cả dịch vụ ISDN và sử dụngtín hiệu điều khiển Tuy nhiên do các giới hạn truyền vô tuyến như băng thông, giá

cả nên không cho phép cung cấp kênh B ISDN chuẩn tốc độ bit 64 Kbps

Sử dụng chuẩn ITU-T, các dịch truyền thông có thể chia thành những dịch vụmang chuyển, dịch vụ viễn thông và các dịch vụ phụ khác Dịch vụ mang chuyển cơbản nhất được hỗ trợ bởi GSM là hệ thống truyền thoại Như tất cả những dịch vụtruyền thông khác, âm thoại được mã hoá thành số và phát qua mạng GSM nhưluồng số Cũng có dịch vụ khẩn cấp, người cung cấp dịch vụ được thông báo bằng 3tín hiệu số (ví dụ 114)

Ngoài ra còn có các loại dữ liệu khác được đề nghị Người sử dụng GSM có thểgửi và nhận dữ liệu, ở tốc độ 9600 bps, đến người sử dụng ở những mạng khác nhưPOTS (Plain Odd Telephone Service), ISDN Mạng dữ liệu chuyển gói công cộng,mạng dữ liệu chuyển mạch công cộng sử dụng các giao thức và phương pháp xử lýkhác, như X25 hoặc X32 Vì GSM là một mạng số, nên không thể sử dụng modem(bộ điều biến) để kết nối giữa người sử dụng và mạng GSM, mặc dù modem âm tầncần đến trong mạng GSM để tương thích với POTS

Các dịch vụ dữ liệu khác gồm fax Group3, như miêu tả trong ITU khuyến nghịT.30 cũng được cung cấp Một đặc trưng duy nhất của GSM, không có trong hệthống analog cũ, là dịch vụ thông điệp ngắn (Short Message Service_SMS) SMS làdịch vụ hai chiều dùng để chuyển các thông điệp ký tự ngắn (có khả năng lên đến

160 byte) Thông điệp được chuyển trong chế độ lưu và tới Đối với SMS điểmđiểm, một thông điệp được gửi tới thuê bao khác và thuê bao nhận được báo trả lời.SMS cũng có thể sử dụng ở chế độ phát cell, để gởi tới thông điệp như cập nhật tìnhtrạng giao thông hay cập nhật tin tức Thông điệp có thể được lưu trong SIM card đểxem sau

Các dịch vụ bổ sung được cung cấp là quan trọng nhất của dịch vụ viễn thông haydịch vụ kênh thông cao (dịch vụ mang chuyển) Trong bản chi tiết kỹ thuật hiện tại(giai đoạn 1), các dịch vụ gồm nhiều dạng gởi tiếp cuộc gọi (như gởi tiếp cuộc gọi

khi thuê bao di động ngoài vùng phủ sóng của mạng), nhiều dịch vụ bổ sung thêm sẽđược cung cấp trong bản chi tiết kỹ thuật trong giai đoạn hai, như xác định ngườigọi, chờ cuộc gọi, đối thoại nhiều thuê bao.

8 Các mạng di động hiện nay tại Việt Nam

2 VMS Mobifone

VMS Mobifone : Công ty Thông tin di động (Vietnam Mobile Telecom ServicesCompany - VMS) là doanh nghiệp Nhà nước hạng một trực thuộc tập đoàn Bưuchính Viễn thông Việt nam (VNPT) Được thành lập vào ngày 16 tháng 04 năm

1993, VMS đã trở thành doanh nghiệp đầu tiên khai thác dịch vụ thông tin di độngGSM 900/1800 với thương hiệu Mobifone, đánh dấu cho sự khởi đầu của ngànhthông tin di động Việt Nam

Hiện nay, Mobifone đã trở thành mạng điện thoại di động lớn nhất Việt Nam vớihơn 8.5 triệu thuê bao, hơn 2.500 trạm phát sóng và 4.200 cửa hàng, đại lý cùng hệthống 15.000 điểm bán lẻ trên toàn quốc (tính đến 31/03/2007) Mobifone hiện đangcung cấp trên 40 dịch vụ gia tăng và tiện ích các loại

3 GPC Vinaphone

GPC Vinaphone : Mạng điện thoại di động VinaPhone là mạng điện thoại di động

sử dụng công nghệ GSM hiện đại với 100% vốn của Tổng công ty Bưu chính - Viễnthông Việt Nam Hiện tại mạng VinaPhone đã phủ sóng 64/64 tỉnh thành và vẫnđang tiếp tục mở rộng và hoàn thiện hơn nữa vùng phủ sóng

VinaPhone hiện có hơn 6 triệu thuê bao thực đang hoạt động và là mạng đầu tiênphủ sóng 100% số huyện trên toàn quốc với gần 2.000 trạm thu phát sóng Tính đếntháng 8/2006, VinaPhone đã ký kết hợp đồng cung cấp dịch vụ chuyển vùng quốc tế

với 177 đối tác thuộc 76 quốc gia và vùng lãnh thổ Dự kiến đến hết năm 2007,VinaPhone sẽ có khoảng 4.000 trạm thu phát sóng.

4 Viettelmobile

Viettelmobile : Công ty Điện thoại di động Viettel được thành lập vào ngày31/05/2002, trực thuộc Tổng Công ty Viễn thông Quân đội(Viettel) Ngày15/10/2004, mạng di động 098 chính thức đi vào hoạt động đánh dấu một bướcngoặc trong sự phát triển của Viettel và Viettel Mobile

Ngày 06/11/2006, Viettel Mobile đạt cột mốc 6 triệu khách hàng Đến nay đã đạt

10 triệu thuê bao sau hơn 2 năm hoạt động

(Tham khảo tại : http://www.viettelmobile.com.vn/home/about_us.jsp?id=30#30)

5 S-Fone

S-Fone : S-Fone là mạng điện thoại di động toàn quốc sử dụng công nghệ CDMA(Code Division Multiple Access) lần đầu tiên có mặt tại Việt Nam CDMA (CodeDivision Multiple Access - Đa truy cập phân chia theo mã) là công nghệ tiên tiến cómặt trên thị trường viễn thông quốc tế từ năm 1995 Đây là dự án hợp tác giữa SPTvới công ty SLD (được thành lập tại Singapore gồm các thành viên SK Telecom, LGElectronics, và Dong Ah Elecomm) theo hình thức Hợp đồng Hợp tác Kinh doanh(BCC – Business Cooperation Contract) cung cấp dịch vụ điện thoại di động vôtuyến cố định và các dịch vụ giá trị gia tăng sử dụng công nghệ CDMA 2000 – 1xtrên phạm vi toàn quốc

Trung tâm Ðiện thoại di động CDMA hoạt động theo giấy chứng nhận đăng kýhoạt động chi nhánh số 03005683 CN 41 do Sở Kế hoạch và Ðầu tư thành phố HồChí Minh cấp ngày 28/9/2001

1 triệu sau hơn một năm cung cấp dịch vụ.

7 HT Mobile

HT Mobile : Công ty Viễn thông Hà Nội (Hanoi Telecom) là công ty hoạt độngtrong lĩnh vực viễn thông tại Việt Nam, sở hữu nhãn hiệu HTMobile Đây nhà khaithác dịch vụ ĐTDĐ công nghệ CDMA thứ 3 của Việt Nam sau S Telecom (là hợpđồng hợp tác kinh doanh giữa SPT và SLD Telecom) và EVN Telecom (thuộcEVN).HTMobile là mạng di động thứ 6 được cấp phép tại Việt Nam HTMobile bắt đầucung cấp dịch vụ vào tháng 11 năm 2006 với logo hình con ong Công nghệ sử dụng

là CDMA 2000-EvDO với tần số hoạt động 800 MHz

9 So sánh mạng GSM & mạng CDMA

2 Lịch sử hình thành và phát triển

GSM là hệ thống thông tin di động toàn cầu bắt nguồn từ châu Âu đầu nhữngnăm 1980 và dần trở thành mạng di động phổ biến khắp thế giới Cho đến nay côngnghệ này có gần 2 tỷ thuê bao sử dụng trên phạm vi 212 quốc gia và vùng lãnh thổ

Do nó hầu như có mặt khắp mọi nơi trên thế giới nên khi các nhà cung cấp dịch vụ

thực hiện việc ký kết roaming với nhau nhờ đó mà thuê bao GSM có thể dễ dàng sửdụng máy điện thoại GSM của mình bất cứ nơi đâu.

CDMA tên đầy đủ là Code Division Multiple Access nghĩa là Đa truy nhập (đangười dùng) phân chia theo mã CDMA được bắt đầu bằng sự ra đời của lý thuyếttruyền thông trải phổ trong thập niên 50 Với hàng loạt các ưu điểm đi kèm, truyềnthông trải phổ được ứng dụng trong thông tin quân sự Hoa Kỳ trong những năm sau

đó Đến thập niên 80, CDMA được phép thương mại hóa và chính thức được đề xuấtbởi Qualcomm, một trong những công ty hàng đầu về công nghệ truyền thông Hiện

có hơn 50 quốc gia trên thế giới triển khai ứng dụng công nghệ này với trên 100mạng đang hoạt động

3 Công nghệ được sử dụng

Mặt thuận lợi to lớn của công nghệ GSM là ngoài việc truyền âm thanh với chấtlượng cao nó còn cho phép các thuê bao sử dụng nhiều cách giao tiếp khác rẻ tiềnhơn như là tin nhắn SMS Ngoài ra để tạo thuận lợi cho các nhà cung cấp dịch vụ thìcông nghệ GSM được xây dựng trên cơ sở hệ thống mở nên nó dễ dàng kết nối cácthiết bị khác nhau từ các nhà cung cấp thiết bị khác nhau

Nó cho phép nhà cung cấp dịch vụ đưa ra tính năng roaming cho thuê bao củamình với các mạng khác trên toàn thế giới Và công nghệ GSM cũng phát triển thêmcác tính năng truyền dữ liệu như GPRS và sau này truyền với tốc độ cao hơn họ sửdụng EGDE GSM phân phối tần số thành những kênh nhỏ, rồi chia xẻ thời gian cáckênh ấy cho người sử dụng

Thuê bao của mạng di động CDMA chia sẻ cùng một giải tần chung Mọi kháchhàng có thể nói đồng thời và tín hiệu được phát đi trên cùng 1 giải tần Các kênhthuê bao được tách biệt bằng cách sử dụng mã ngẫu nhiên Các tín hiệu của nhiềuthuê bao khác nhau sẽ được mã hoá bằng các mã ngẫu nhiên khác nhau, sau đó đượctrộn lẫn và phát đi trên cùng một giải tần chung và chỉ được phục hồi duy nhất ở

thiết bị thuê bao (máy điện thoại di động) với mã ngẫu nhiên tương ứng Áp dụng lýthuyết truyền thông trải phổ, CDMA đưa ra hàng loạt các ưu điểm mà nhiều côngnghệ khác chưa thể đạt được.

4 Ưu điểm và khuyết điểm

 Ưu điểm của GSM:

 GSM được sử dụng phổ biến trên toàn thế giới

 Cho phép người sử dụng thực hiện chuyển vùng quốc tế CDMA sửdụng được ở châu Á, nhưng không dùng được ở Pháp, Đức, Anh vàmột số nước châu Âu khác

 GSM trưởng thành sớm hơn CDMA thì đang trong gian đoạn xâydựng

 Hạn chế của GSM:

Những máy điện thoại di động đang sử dụng chuẩn GSM hiện naykhông thể sử dụng chuẩn CDMA Nếu tiếp tục phát triển GSM, hệ thốngthông tin di động này sẽ phải phát triển lên WTDMA mới đáp ứng đượcnhu cầu truy cập di động các loại thông tin từ mạng Internet với tốc độcao, thay vì với tốc độ 9.600 bit/giây như hiện nay, và so với tốc độ144.000 bit/giây của CDMA thì còn thua xa

 Ưu điểm CDMA:

 Xét ở góc độ bảo mật thông tin, CDMA có tính năng ưu việt hơn

 Công nghệ trải phổ cho phép nhiều tần số được sử dụng đồng thời.Những cuộc nói chuyện đồng thời.

 Nhờ hệ thống kích hoạt thoại, hiệu suất tái sử dụng tần số trải phổcao và điều khiển năng lượng, nên nó cho phép quản lý số lượngthuê bao cao gấp 5 - 20 lần so với công nghệ GSM

 Thuê bao có thể liên lạc với 2 hoặc 3 trạm thu phát cùng một lúc, do

đó cuộc gọi không bị ngắt quãng, làm giảm đáng kể xác suất rớtcuộc gọi

 Máy điện thoại di động CDMA sử dụng pin nhỏ hơn, trọng lượngmáy nhẹ, kích thước gọn và dễ sử dụng

 CDMA có cơ chế giúp tiết kiệm năng lượng, giúp tăng thời gianthoại của pin thiết bị

 Hạn chế CDMA:

 Số lượng nhà sản xuất thiết bị điện thoại di động hệ CDMA ít, chủyếu tập trung tại Mỹ, Hàn Quốc, Nhật nên chuẩn loại kém phongphú hơn so với chuẩn GSM

 Vùng phủ sóng của CDMA trên thế giới còn hẹp nên khả năngchuyển vùng quốc tế giữa các hệ thống CDMA còn hạn chế Tínhđến quí 1-2002, thuê bao CDMA trên toàn quốc đạt 120,2 triệu;trong đó Bắc Mỹ (52,9 triệu), vùng Caribê và Mỹ Latinh (22 triệu),Châu Âu + Nga + Châu Phi (1,8triệu) châu Á - Thái Bình Dương(43,5 triệu)

 Thiết bị CDMA thường không dùng Sim (Subscriber IdentityModule) nên việc thay đổi thiết bị trong quá trình sử dụng sẽ phứctạp hơn vì bắt buộc phải làm thủ tục với nhà khai thác mạng Nhưng

hiện tại, CDG (nhóm phát triển CDMA) đã đưa ra giải pháp ứngdụng Sim vào thiết bị CDMA và có thể dùng chung cho GSM.

Chương 3

DỊCH VỤ TIN NHẮN SMS

Giới thiệu SMS (Short Message Service)

Đúng như tên gọi “Short Message Service”, dữ liệu của tin nhắn SMS rất hạnchế Mỗi tin nhắn SMS chứa tối đa 140 bytes dữ liệu, vì vậy mỗi tin nhắn chứa:

 160 kí tự 7-bit GSM được sử dụng (viết tin nhắn tiếng Anh không dấu –Bảng mã GSM Default Alphabet)

 70 kí tự 16-bit Unicode UCS-2 được sử dụng (viết tin nhắn tiếng Việt códấu – Bảng mã Unicode UCS-2)

Tin nhắn văn bản SMS hỗ trợ đa ngôn ngữ toàn cầu Nó làm việc tốt với mọingôn ngữ được hỗ trợ bởi Unicode, bao gồm tiếng Ả rập, tiếng Trung Hoa, tiếngNhật và tiếng Triều Tiên

Bên cạnh đó, tin nhắn SMS còn chứa dữ liệu nhị phân Do đó nó có khả năng gửinhạc chuông, hình ảnh, danh bạ, hay cấu hình WAP tới một điện thoại di động Mộtlợi thế khác của SMS là nó hỗ trợ tất cả các điện thoại GSM nên người sử dụng cóthể sử dụng nó trên bất kì loại điện thoại GSM nào Không giống như SMS, cáccông nghệ khác như WAP hay Java thì không được hỗ trợ trên các loại điện thoại diđộng đời cũ

3 Tin nhắn chuỗi / Tin nhắn dài

Như đã biết ở trên hạn chế của tin nhắn SMS là giới hạn dữ liệu gửi đi Nếu nhưmuốn gửi một tin nhắn có nhiều hơn 160 kí tự tiếng Anh thì sao? Tin nhắn chuỗi haytin nhắn dài chính là để giải quyết vấn đề đó Khi ban nhắn một tin dài nó sẽ chiathành các phần nhỏ chứa 160 kí tự tiếng Anh và gửi từng phần một Khi nhận thìngười nhận sẽ nhận được một tin nhắn dạng chuỗi được ghép lại Hạn chế của tinnhắn chuỗi là nó không hỗ trợ rộng rãi như tin nhắn bình thường nên có một số máykhông hiển thị được nội dung.

4 EMS (Tin nhắn tăng cường)

Bên cạnh sự hạn chế về kích thước dữ liệu Tin nhắn SMS còn có những hạn chếkhác như không thể nhắn tin văn bản kèm theo nhạc chuông, hình ảnh hay nhữngđịnh dạng văn bản nâng cao Tin nhắn EMS ra đời để đáp ứng nhu cầu đó Tin nhắnEMS giúp người gửi có thể định dạng cho văn bản mình muốn gửi và kèm theo hìnhảnh hoăc nhạc chuông Sau này một loại hình tin nhắn khác được ra đời cũng vớimục đích như trên và được gọi là tin nhắn MMS (tin nhắn đa phương tiện) – sẽ được

đề cập sau Hạn chế của tin nhắn EMS là nó cũng chỉ hỗ trợ trên một số thiết bị diđộng

Điều gì khiến SMS trở nên thành công trên toàn thế giới

 Tin nhắn SMS có thể đọc và gửi bất cứ lúc nào

Ngày nay hầu hết mỗi người đều có một điện thoại di động và luôn mang theochúng Vì vậy chúng ta có thể gửi và nhận tin nhắn mọi lúc mọi nơi, bất kể là ở nhà,văn phòng hay trên xe buýt…

 Tin nhắn SMS có thể được gửi đến một máy điện thoại di động đang tắt

Không giống như một cuộc điện thoại, bạn có thể gửi một tin nhắn SMS đến chongười khác ngay cả khi người đó không mở điện thoại hay đang ở trong vùng khôngphủ sóng Hệ thống SMS của nhà cung cấp dịch vụ sẽ lưu giữ tin nhắn SMS đó lại

và sau đó gửi nó cho người nhận khi điện thoại di động của người đó được mở hoặc

có sóng trở lại

 Tin nhắn SMS ít ồn ào hơn trong khi bạn vẫn tiếp xúc với điện thoại

Không giống như một cuộc điện thoại, bạn không cần đọc hay trả lời một tin nhắnSMS ngay lập tức Hơn nữa, viết và đọc tin nhắn SMS không gây bất kỳ tiếng ồnnào Trong khi bạn phải chạy ra khỏi một rạp hát hay thư viện để trả lời một gọi điệnthoại thì bạn không phải làm như vậy nếu như bạn sử dụng tin nhắn SMS

 Tin nhắn SMS hỗ trợ 100% điện thoại GSM và có thể trao đổi với những mạng không dây khác

Tin nhắn SMS là một công nghệ rất phổ biến Mọi điện thoại di động GSM đều

hỗ trợ nó Bạn không chỉ có thể trao đổi SMS với những người sử dụng di động cùngmạng mà bạn còn có thể trao đổi SMS với những người sử dụng di động của các nhàcung cấp dịch vụ khác trên toàn thế giới

 Tin nhắn SMS là một công nghệ thích hợp cho việc xây dựng những ứng dụng không dây

Trước hết, tin nhắn SMS được hỗ trợ bởi 100% điện thoại di động GSM Nênviệc xây dựng những ứng dụng không dây dựa công nghệ SMS sẽ khiến cho sốlượng người sử dụng tăng lên ngày càng cao

Hai là, tin nhắn SMS có khả năng chứa dữ liệu nhị phân bên cạnh dữ liệu văn bảnnên người dùng có thể chuyển nhạc chuông, hình ảnh, danh bạ điện thoại… đến máykhác.

Thứ ba, tin nhắn SMS cho phép thanh toán thương mại một cách tiện lợi Đâychính là các dịch vụ gia tăng dựa trên tin nhắn SMS Người sử dụng sẽ trả phí chocác tin nhắn với nội dung là những hình ảnh, nhạc chuông mà nhà cung cấp thu phíthông qua các mã số được gửi trong tin nhắn Các mã số này được qui định bởi nhàcung cấp và quảng cáo đến với người sử dụng dịch vụ

Các ứng dụng dựa trên dịch vụ SMS

 Dịch vụ gửi và nhận tin nhắn

Truyền tin văn bản từ người tới người là ứng dụng SMS thường được dùng nhất

và đó là điều mà công nghệ SMS từ trước tới giờ sử dụng Trong những loại văn bảnnày, một người sử dụng di động nhấn một thông báo văn bản SMS sử dụng bàn phímcủa điện thoại di động , sau đó nhập vào số của người nhận và chọn nhấn vào tùychọn gửi trên màn hình Khi điện thoại di động nhận được tin nhắn SMS, nó sẽthông báo cho người sử dụng bằng nhạc chuông hoặc rung

Một ứng dụng tán gẫu (chat) cũng là một dạng truyền tin văn bản từ người tớingười Một nhóm người sẽ trao đổi những tin nhắn SMS với nhau Trong một ứngchat, mọi thông báo văn bản SMS gửi và nhận được hiển thị toàn bộ trên màn hìnhcủa điện thoại di động Những tin nhắn SMS được viết bởi những người khác nhauthì được trình bày bằng những màu khác nhau để có thể phân biệt được

 Dịch vụ cung cấp thông tin

Một loại ứng dụng phổ biến khác của dịch vụ SMS là gửi những thông tin tớingười sử dụng di động Nhiều nhà cung cấp dùng SMS để gửi thông tin về tin tức,