Hệ thống thông tin di số

Luận văn tốt nghiệp
CHƯƠNG 1
CÁC KỸ THUẬT CƠ SỞ VÀ CÁC BỘ PHẬN CHÍNH TRONG
HỆ THỐNG THÔNG TIN DI SỐ
I. CÁC BỘ PHẬN CHÍNH TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG SỐ
1. Giới thiệu
- Mạng viễn thông tổ ong là một trong các ứng dụng kỹ thuật viễn thông có nhu
cầu lớn nhất và phát triển nhanh nhất.
- GSM (Global system for mobile communication – hệ thống thông tin di động
toàn cầu) với tiêu chuẩn thông số toàn Châu Âu mới, sẽ giải quyết sự hạn chế
dung lượng hiện nay. Thực chất dung lượng sẽ tăng 2 – 3 lần nhờ việc sử dụng
tần số tốt hơn và kỹ thuật ô nhỏ, do vậy số thuê bao phục vụ sẽ tăng lên.
- Lưu động là hoàn toàn tự động, bạn có thể đem máy di động của mình khi đi
du lòch và sử dụng ở một nước khác. Hệ thống sẽ tự động cập nhật thông tin về
vò trí của bạn cho hệ thống tại nhà bạn. Bạn cũng có thể gọi đi và nhận cuộc
gọi đến mà người gọi không cần biết vò trí của bạn. Ngoài tính lưu động quốc
tế, tiêu chuẩn GSM còn cung cấp một số tính năng như thông tin tốc độ cao,
faxcimile và dòch vụ thông báo ngắn. Các máy điện thoại di động sẽ ngày càng
nhỏ hơn và tiêu thụ ít công suất hơn các thế hệ trước chúng.
- Tiêu chuẩn GSM được thiết kế để có thể kết hợp với ISDN và tương thích với
môi trường di động. Nhờ vậy tươnng tác giữa hai tiêu chuẩn này đảm bảo.
- Năm 1982 GSM bắt đầu phát triển khi các nước Bắc Âu gửi đề nghò đến CEPT
để quy đònh một dòch vụ viễn thông chung Châu Âu ở 900MHz.
- Từ năm 1982 đến năm 1985 người ta bàn luận về việc xây dựng một hệ thống
số hay tương tự. Năm 1985 quyết đònh hệ thống số. Bước tiếp theo là chọn lựa
giải pháp băng hẹp và băng rộng.
- Năm 1986 một cuộc kiểm tra ngoài hiện trường đã được tổ chức tại Paris các
hãng khác nhau đã đua tài với các giải pháp của mình.
- Tháng 05/1987 giải pháp TDMA băng hẹp được lựa chọn, đồng thời các hãng
khai thác đã ký biên bản ghi nhớ MoU(Memorandem of Understanding) thực
hiện các quy đònh đã hứa sẽ có 1 GSM vận hành vào 01/07/91.

1
Luận văn tốt nghiệp
- Ecrisson với bề dày kinh nghiệm trong việc thiết kế và sản xuất hệ thống tổ
ong. Hệ thống CME20 cho GSM được thiết kế trên cơ sở chuyển mạch số
AXE10. Ở nước ta có hai hệ thống điện thoại di động là Vinaphone, VMS.
- Về chất lượng
Chức năng đầu tiên của CME20 là cung cấp một dòch vụ điện thoại di động tin
cậy và chất lượng tốt. Các thế hệ máy di động khác nhau cũng sử dụng nhiều loại dòch
vụ số liệu mới không cần một modem riêng.
Ở GSM việc đăng ký thuê bao được ghi ở modem nhận dạng thuê bao SIM
(Subscribe Identity Module) card thuê bao có một kích thước như một tấm tín phiếu.
Bạn có thể cắm card thuê bao của mình vào loại máy GSM và chỉ mình sử dụng nó.
Hệ thống kiểm tra là đăng ký thuê bao đúng và card không bò lấy cắp. Quá trình này
được tự động thực hiện bằng một thủ tục nhận thực thông qua một trung tâm nhận
thực.
Tính bảo mật cũng được tăng cường nhờ việc sử dụng một mã số để ngăn chặn
hoàn toàn việc nghe trộm ở vô tuyến.
Ở các nước điều kiện tương đối tốt, chất lượng tiếng ở GSM ngang bằng với hệ
thống tương tự. Tuy nhiên, ở các điều kiện tồi do tín hiệu yếu hay do nhiễàu giao thoa
nặng, GSM có chất lượng tốt hơn.
Việc sử dụng công nghệ mới làm các máy điện thoại di động nhỏ và nhẹ hơn,
sử dụng “chế động nghỉ” tự động làm cho tuổi thọ ắc qui dài hơn.
Cấu trúc chung của hệ thống GSM
2
Luận văn tốt nghiệp
NSS: Mạng và hệ thống con chuyển mạch
BSS: Hệ thống con trạm gốc
OSS: Hệ thống con khai thác
MS: Trạm di động
Hình 1.1: Cấu trúc chung của GSM

1.1. Hệ thống con chuyển mạch (SS)
Hệ thống con chuyển mạch bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của
GSM cũng như cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lý di động của
thuê bao. Chức năng chính của SS là quản lý thông tin giữa những người sử dụng
mạng GSM với nhau và với mạng khác.
1.1.1. MSC
Ở SS chức năng chuyển mạch chính được MSC thực hiện, nhiệm vụ chính của
MSC là điều phối việc thiết lập cuộc gọi đến những người sử dụng mạng GSM. Một
mặt MSC giao tiếp với hệ thống con BSS, mặt khác giao tiếp với mạng ngoài. MSC
làm nhiệm vụ giao tiếp với mạng ngoài gọi là MSC cổng. Việc giao tiếp với mạng
ngoài để đảm bảo thông tin cho những người sử dụng mạng GSM đòi hỏi cổng thích
ứng (các chức năng tương tác – IWF: interworking function). SS cũng cần giao tiếp với
mạng ngoài để sử dụng các khả năng truyền tải của các mạng này cho việc truyền tải
số liệu của người sử dụng hoặc báo hiệu giữa các phần tử của mạng GSM. Chẳng hạn
SS có thể sử dụng mạng báo hiệu kênh chung số 7 (CCS No), mạng này đảm bảo hoạt
động tương tác giữa các phần tử của SS trong một hay nhiều mạng GSM. MSC thường
là một tổng đài lớn điều khiển trạm gốc (BSC). Một tổng đài MSC thích hợp cho một
vùng đô thò và ngoại ô có dân cư vào khoảng một triệu (với mật độ thuê bao trung
bình).
Để kết nối MSC với một số mạng khác cần phải thích ứng với các đặc điểm
truyền dẫn của GSM với các mạng này. Các thích ứng này được gọi là các chức năng
tương tác (IWF: interworking function) bao gồm một thiết bò để thích ứng giao thức và
truyền dẫn. Nó cho phép kết nối với các mạng: PSPDN (mạng số liệu công cộng
chuyển mạch gói) hay CSPDN (mạng số liệu công cộng chuyển mạch theo mạch), nó
cùng tồn tại khi các mạng khác chỉ đơn thuần là PSTN hay ISDN. IWF có thể được
thực hiện trong cùng chức năng MSC hay có thể ở thiết bò riêng, ở trường hợp hai giao
tiếp giữa MSC và IWF được để mở.
3
Luận văn tốt nghiệp
1.1.2. HLR

Ngoài MSC, SS bao gồm các cơ sở dữ liệu. Các thông tin liên quan đến việc
cung cấp các dòch vụ viễn thông được lưu giữ ở HLR không phụ thuộc vào vò trí hiện
thời của thuê bao. HLR cũng chứa các thông tin liên quan đến vò trí hiện thời của thuê
bao. Thường HLR là một máy tính đứng riêng không có khả năng chuyển mạch nhưng
có khả năng quản lý hàng trăm ngàn thuê bao. Một chức năng con của HLR là nhận
dạng trung tâm nhận thực AUC mà nhiệm vụ của trung tâm này quản lý an toàn số
liệu của các thuê bao được phép.
1.1.3. VLR
VLR là cơ sở dữ liệu thứ hai trong mạng GSM. Nó được nối một hay nhiều MSC
và có nhiệm vụ lưu giữ tạm thời số liệu thuê bao của các thuê bao hiện đang nằm
trong vùng phục vụ của MSC tương ứng và đồng thời lưu giữ số liệu về vò trí của các
thuê bao nói trên ở mức độ chính xác hơn HLR.
Các chức năng VLR thường được liên kết với các chức năng MSC.
1.1.4. GMSC
SS có thể chứa nhiều MSC, VLR, HLR. Để thiết lập một cuộc gọi đến người sử
dụng GSM, trước hết cuộc gọi phải được đònh tuyến đến một tổng đài cổng được gọi là
GMSC mà không cần biết đến hiện thời thuê bao đang ở đâu.
- Các tổng đài cổng có nhiệm vụ lấy thông tin về vò trí của thuê bao và đònh
tuyến cuộc gọi đến tổng đài đang quản lý thuê bao ở thời điểm hiện thời (MSC
tạm trú).
- Để vậy, trước hết các tổng đài cổng phải dựa trên số thoại danh bạ của thuê
bao để tìm đúng HLR cần thiết và hỏi HLR này. Tổng đài cổng có một giao
diện với các mạng bên ngoài thông qua giao diện này nó làm nhiệm vụ cổng
để kết nối các mạng bên ngoài với mạng GSM. Ngoài ra tổng đài này cũng có
giao diện báo hiệu số 7 (CCS No7) để có thể tương tác phần tử khác của SS.
Về phương diện kinh tế không phải bao giờ tổng đài cổng cũng đứng riêng mà
thường được kết hợp với MSC.
4
Luận văn tốt nghiệp
1.2. Hệ thống con BSS

Có thể nói BSS là một hệ thống các thiết bò đặc thù riêng cho các tính chất tổ
ong vô tuyến của GSM. BSS giao diện trực tiếp với các trạm di động (MS) thông qua
giao diện vô tuyến, vì thế nó bao gồm các thiết bò phát và thu đường vô tuyến và quản
lý các chức năng này. Mặt khác BSS thực hiện giao diện với các tổng đài SS. Tóm lại
BSS thực hiện đấu nối các MS với các người sử dụng viễn thông khác. BSS cũng phải
được điều khiển và vì vậy nó được đấu nối với CSS. Các giao diện bên ngoài của BSS
cho ở hình 1.2.
NSS: Mạng và hệ thống con chuyển mạch
BSS: Hệ thống con trạm gốc
OSS: Hệ thống con khai thác
MS: Trạm di động
Hình 1.2: Các giao diện ngoài BSS
BSS bao gồm hai loại thiết bò: BTS giao diện với MS và BSC giao diện với
MSC.
Cấu trúc bên trong BSS được cho ở hình 1.3.
5
Luồng điều khiển
Luồng lưu lượng
OSS
MS BSS NSS
Luận văn tốt nghiệp
Hình 1.3: Các phần tử của BSS
1.2.1. BTS
Một BTS bao gồm các thiết bò phát thu, anten và xử lý tín hiệu đặc thù cho giao
diện vô tuyến. Có thể coi BTS là các modem vô tuyến phức tạp có thêm một số các
chức năng khác. Một bộ phận quan trọng của BTS là TRAU (Transcoder and rate
adapter unit: khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ). TRAU là thiết bò mà ở đó quá
trình mã hóa và giải mã tiếng đặc thù riêng cho GSM được tiến hành, ở đây cũng thực
hiện thích ứng tốc độ trong trường hợp truyền số liệu. TRAU là một bộ phận của BTS,
6

OSS
BSC NSS
BT
S
BT
S
BT
S
BSS
Giao diện Abis
Giao diện A
Giao diện
Vô tuyến
Luận văn tốt nghiệp
nhưng cũng có thể đặt nó cách xa BTS và thậm chí trong nhiều trường hợp được đặt
giữa các BSC và MSC.
1.2.2. BSC
BSC có nhiệm vụ quả lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều
khiển từ xa BTS và MS. Các lệnh này chủ yếu là các lệnh ấn đònh, giải phóng kênh
vô tuyến và quản lý chuyển giao (handover). Một phía BSC được nối với BTS còn
phía kia nối với MSC của SS. Trong thực tế BSC là một tổng đài nhỏ có khả năng tính
toán đáng kể. Vai trò chủ yếu của nó là quản lý các kênh ở giao diện vô tuyến và
chuyển giao (handover). Một BSC trung bình có thể quản lý tới vài chục BTS phụ
thuộc vào lưu lượng của các BTS này. Giao diện giữa BSC với MSC được gọi là giao
diện A, còn giao diện giữa nó với BTS được gọi là giao diện Abis.
1.3. Trạm di động MS
Trạm di động là thiết bò duy nhất mà người sử dụng có thể thường xuyên nhìn
thấy của hệ thống. MS có thể là thiết bò đặt trong ô tô, thiết bò xách tay hoặc thiết bò
cầm tay. Loại thiết bò cầm tay sẽ là thiết bò trạm di động phổ biến nhất. Ngoài việc
chứa các chức năng vô tuyến chung và xử lý cho giao diện vô tuyến MS còn phải cung

cấp các giao diện với người sử dụng (như: micro, loa, màn hiển thò, bàn phím để quản
lý cuộc gọi) hoặc giao diện với một số thiết bò khác (như: giao diện với máy tính cá
nhân, fax…). Hiện nay người ta đang cố gắng sản xuất các thiết bò đầu cuối gọn nhẹ để
đấu nối với trạm di động. Việc lựa chọn các thiết bò đầu cuối hiện để mở cho các nhà
sản xuất, ta có thể liệt kê ba chức năng chính:
- Thiết bò đầu cuối thực hiện các chức năng không liên quan đến mạng GSM:
Fax.
- Kết cuối trạm di động thực hiện các chức năng liên quan đến truyền dẫn ở giao
diện vô tuyến.
- Bộ thích ứng đầu cuối làm việc như một cửa nối thông thiết bò đầu cuối với kết
cuối di động. Cần sử dụng bộ thích ứng đầu cuối khi giao diện ngoài trạm di
động tuân theo tiêu chuẩn ISDN để đấu nối đầu cuối, còn thiết bò đầu cuối lại
7
Luận văn tốt nghiệp
có thể giao diện đầu cuối modem. Cấu trúc chức năng của trạm di động cho ở
hình 1.4.
Hình 1.4: Cấu trúc chức năng một trạm di động
1.4. Hệ thống con khai thác OSS
OSS thực hiện ba chức năng chính sau:
- Khai thác và bảo dưỡng mạng
- Quản lý thuê bao và tính cước
- Quản lý thiết bò di động
1.4.1. Khai thác và bảo dưỡng mạng
- Khai thác là các hoạt động cho phép nhà khai thác mạng theo dõi hành vi của
mạng như: tải của hệ thống, mức độ chặn, số lượng chuyển giao (handover)
giữa 2 ô…, nhờ vậy nhà khai thác có thể giám sát được toàn bộ chất lượng của
dòch vụ mà họ cung cấp cho khách hàng và kòp thời xử lý các sự cố. Khai thác
cũng bao gồm việc thay đổi cấu hình để giảm những vấn đề xuất hiện ở thời
điểm hiện thời, chuẩn bò tăng lưu lượng trong tương lai để tăng vùng phủ. Việc
thay đổi mạng có thể thực hiện “mềm” qua báo hiệu (chẳng hạn thay đổi

8
Đầu cuối
di động
Đầu cuối
di động
Th
ích
Thiết bò
đầu cuối
Luận văn tốt nghiệp
thông số handover để thay đổi biên giới tương đối giữa 2 ô), hoặc thực hiện
cứng đòi hỏi sự can thiệp tại hiện trường (chẳng hạn bổ sung thêm dung lượng
truyền dẫn hay lắp đặt một trạm mới). Ở hệ thống viễn thông hiện đại khai
thác được thực hiện bằng máy tính và được tập trung ở một trạm.
- Bảo dưỡng có nhiệm vụ phát hiện, đònh vò và sửa chữa các sự cố, hỏng hóc. Nó
có một số quan hệ với khai thác. Các thiết bò ở mạng viễn thông hiện đại có
khả năng tự phát hiện một số sự cố hay dự báo sự cố thông qua tự kiểm tra.
Trong nhiều trường hợp người ta dự phòng cho thiết bò để khi có sự cố có thể
thay thế bằng thiết bò dự phòng. Sự thay thế này chỉ có thể thực hiện tự động,
ngoài ra việc giảm nhẹ sự cố có thể được người khác thực hiện bằng điều
khiển từ xa. Bảo dưỡng cũng bao gồm các hoạt động tại hiện trường nhằm thay
thế thiết bò có sự cố.
- Hệ thống khai thác và bảo dưỡng có thể được xây dựng trên nguyên lý TMN
(Telecommunication management Network: mạng quản lý viễn thông). Lúc
này một mặt hệ thống khai thác và bảo dưỡng được nối đến các phần tử của
mạng viễn thông (các MSC, BSC, HLR và các phần tử mạng khác trừ BTS, vì
thâm nhập đến BTS được thực hiện qua BSC). Mặt khác hệ thống khai thác và
bảo dưỡng lại nối đến một máy tính chủ đóng vai trò giao tiếp người máy theo
tiêu chuẩn GSM gọi là OMC (Operation and maintenance center: trung tâm
khai thác và bảo dưỡng).

1.4.2. Quản lý thuê bao
Bao gồm các hoạt động quản lý đăng ký thuê bao. Nhiệm vụ đầu tiên là nhập
và xóa thuê bao khỏi mạng. Đăng ký thuê bao cũng có thể rất phức tạp bao gồm
nhiều dòch vụ và các tính năng bổ sung. Nhà khai thác có thể thâm nhập được tất cả
các thông số nói trên. Một nhiệm vụ quan trọng khác của khai thác có thể thâm nhập
được tất cả các thông số nói trên, một nhiệm vụ quan trọng khác của khai thác là tính
cước các cuộc gọi. Quản lý thuê bao ở mạng GSM chỉ liên quan đến HLR và một số
thiết bò OSS riêng chẳng hạn mạng nối HLR với các thiết bò giao tiếp người máy ở các
trung tâm giao dòch với thuê bao. Sim card cũng đóng vai trò như một bộ phận của hệ
thống quản lý thuê bao.
9
Luận văn tốt nghiệp
1.4.3. Quản lý thiết bò di động
Quản lý thiết bò di động được bộ đăng ký nhận dạng thiết bò EIR (Equipment
Idnetity Register) thực hiện. EIR lưu giữ tất cả các giữ liệu liên quan đến trạm di động
MS. EIR được nối đến MSC qua đường báo hiệu để kiểm tra sự được phép của thiết
bò. Một thiết bò không được phép sẽ bò cấm.
Lưu ý: Khác với thiết bò, sự được phép của thuê bao được AUC xác nhận. Ở GSM EIR
được coi là hệ thống con SS.
Sơ đồ mô hình của hệ thống GSM cho ở hình 1.5.
AUC: Trung tâm nhận thực
VLR: Bộ ghi đònh vò trí tạm trú
MSC: Trung tâm chuyển mạch các dòch vụ di
động
BTS: Trạm thu phát gốc
SS: Hệ thống con chuyển mạch
ISND: Mạng liên kết số đa dòch vụ
HLR: Bộ ghi đònh vò thường trú
EIR: Bộ ghi nhận dạng thiết bò
BSC: Bộ điều khiển trạm gốc

MS: Trạm di động
OMC: Trung tâm khai thác và bảo dưỡng
BSS: Hệ thống con trạm gốc
PSPDN: Mạng số liệu công cộng chuyển
10
AUC
HLR
MSC
EIRVLR
BSC
BTS
MS
OMC
IDNS
PSPDN
CSPD
PSTN
PLMN
Truyền báo
hiệu
Truyền lưu
SS
BSS
Luận văn tốt nghiệp
CSPDN: Mạng số liệu công cộng chuyển
mạch theo mạch
PLMN: mạng di động công cộng mặt đất
mạch gói
PSTN: Mạng điện thoại chuyển mạch công
cộng

Hình 1.5: Mô hình của hệ thống GSM
II. CÁC KỸ THUẬT CƠ SỞ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG SỐ
1. Giao diện vô tuyến và truyền dẫn
1.1. Giao diện vô tuyến
Trong GSM, giao diện radio sử dụng tổng hợp cả hai phương thức phân kênh
theo tần số và thời gian: FDMA (Frequency Division Multiple Access) cà TDMA
(Time Division Multiple Access). Trong FDMA, GSM sử dụng các băng tần tại 900
Mhz (gọi là GSM 900) và 1800 Mhz (gọi là GSM 1800). Để đơn giản hóa chỉ đề cập
đến GSM 900. Mỗi kênh được đặc trưng bở một tần số (sóng mang) gọi là kênh tần số
RFCH (Radio chanel) cho mỗi hướng thu phát, các tần số này cách nhau 200 MHz.
Trong GSM 900, MS sử dụng 124 RFCH trong dãy tần 25Mhz (từ 890 đến 915 MHz)
và BTS sử dụng 124 RFCH trong dãy tần từ 935 đến 960 Mhz để phát (tất nhiên MS
phát thì BTS thu và ngược lại). Tại mỗi tần số TDMA lại chia thành 8 khe thời gian
(time slot) tức là số kênh được tăng lên 8 lần. Trong tương lai, số khe sẽ được tăng lên
là 16. Một cặp RFCH (thu và phát) tại một khe thời gian được gọi là một kênh vật lý.
Một kênh được sử dụng để truyền một nhóm nhất đònh tham số thông tin được gọi là
kênh logic (logical chanel). Mỗi kênh vật lý được gán cho một hoặc một số kênh
logic. Các kênh được chia thành 2 loại:
- Kênh dùng để tải thông tin của thuê bao, như thoại, số liệu… được gọi là kênh
traffic TCH (traffic chanel). Có 2 loại tốc độ truyền trên TCH là tốc độ đầy đủ
(full rate) THC/F là loại tốc độ đang được sử dụng hiện nay và tốc độ bằng một
nữa (half rate) TCH/H sẽ được sử dụng trong tương lai.
- Kênh điều khiển CCH (control chanel) được sử dụng để truyền thông tin báo
hiệu các thông tin quản lý giao diện Um.
1.2. Nguyên lý lập mô hình
11
Luận văn tốt nghiệp
Mạng GSM đảm bảo truyền dẫn đa dòch vụ. Nhiều thông tin khác nhau được
truyền dẫn trong mạng này như: thông tin thoại, các dạng thông tin số liệu khác (văn
bản, hình ảnh fax, các file máy tính, bản tin và các bản tin báo hiệu bên trong mạng.

Để lập mô hình truyền dẫn ta có thể sử dụng cấu trúc phân lớp như hình 1.6.
Hình 1.6: Cấu trúc phân lớp
Trục đứng của hình vẽ thể hiện các lớp khác nhau của mô hình. Lớp thấp nhất
tương ứng với thông tin thô, còn lớp cao nhất tương ứng với thông tin đã được tinh chế
cho người sử dụng. Trục ngang tương ứng với đường truyền dẫn. Các thiết bò khác có
thể được sử dụng trên đường truyền dẫn này. Các thiết bò này không nhất thiết phải
biết đầy đủ thông tin mà nó truyền. Chẳng hạn các nút trung gian không cần thiết đầy
đủ ngữ nghóa thông tin của lớp cao nhất. Nhờ vậy có thể đơn giản hóa các tiêu chuẩn
ở các giao diện bằng cách chỉ xét ở các thuộc tính liên quan đến việc tryền tải thông
tin.
1.3. Truyền dẫn thông tin từ đầu cuối này đến đầu cuối kia của mạng GSM
Xét quá trình truyền dẫn các thông tin thoại cũng như phi thoại giữa người sử
dụng GSM với người sử dụng GSM khác hay với người sử dụng mạng điện thoại cố
đònh công cộng PSTN, mang số liên kết đa dòch vụ ISDN, mang số liệu công cộng
chuyển mạch gói PSPDN và mạng số liệu công cộng chuyển mạch theo mạch
CSPDN.
1.3.1. Truyền dẫn tiếng (thoại)
12
Nút cuối Nút trung gian Nút cuối
Mức thấp
Mức cao
Đường truyền
Luận văn tốt nghiệp
Truyền dẫn tiếng giữa một thuê bao GSM và một thuê bao PSTN. Có thể được
trình bày theo cấu trúc nhiều mặt phẳng truyền dẫn với mỗi mặt phẳng thể hiện một
dạng tín hiệu như hình 1.7.
Hình 1.7: Trình bày tiếng
Từ hình ta thấy tín hiệu phát ra từ miệng của thuê bao di động ở dạng âm thanh
được biến đổi vào tín hiệu số 13 kbit/s sau các quá trình biến đổi số khác nhau nó điều
chế sóng mang được phát vào không trung được thu lại ở anten BTS, được xử lý để

khôi phục lại tín hiệu số ban đầu, được bộ đổi mã tiếng biến đổi vào tín hiệu 64 kbit/s
cho phù hợp với tổng đài số được chuyển mạch đến thuê bao PSTN được biến đổi vào
tín hiệu tương tự và cuối cùng được biến đổi ngược trở lại thành âm thanh đến tai nghe
thuê bao PSTN.
1.3.2. Các dòch vụ phi thoại
Các dòch vụ phi thoại này hay còn gọi là các dòch vụ truyền số liệu bao gồm
việc trao đổi các thông tin khác nhau sau đây: văn bản, các bản vẽ, các file máy tính,
các hình ảnh động, các bản tin. Một số bộ phận quan trọng của các thông tin này được
xử lý ở các thiết bò đầu cuối (các thiết bò này có thể rất phức tạp, chẳng hạn server
13
Mặt phẳng âm thanh
Mặt phẳng tương tự
Mặt phẳng số 13 kbit/s
Mặt phẳng số 64 kbit/s
BT
S
Bộ chuyển
đổi mã
Luận văn tốt nghiệp
videotex hay hệ thống xử lý bản tin). Các chức năng xử lý của các thiết bò đầu cuối
như sau:
- Mã hóa nguồn: biến đổi văn bản, hình ảnh, âm thanh thành các chữ số cơ hai
và ngược lại.
- Giao thức giữa 2 đầu cuối cho thông tin: tổ chức trang phiên và ngôn ngữ.
- Thể hiện thông tin cho người sử dụng bằng hiển thò tạo âm, in ấn… Các thiết bò
đầu cuối có thể là máy fax, máy tính cá nhân, đầu cuối máy tính,
videotex..v.v..
Ta xét khả năng mang giữa các thiết bò đầu cuối. Biên giới giữa GSM trong
trường hợp này có thể là: PSTN (mạng điện thoại chuyển mạch công cộng), ISDN
(mạng số liên kết đa dòch vụ), PSPDN (mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói),

CSPDN (mạng sử dụng truyền dẫn bằng mạch) và thiết bò đầu cuối. Để kết nối GSM
với thế giới bên ngoài ta sử dụng 2 chức năng:
- Chức năng tương tác mạng IWF để kết nối GSM với mạng khác.
- Chức năng thích ứng đầu cuối TAF để thích ứng thiết bò đầu cuối với phần
truyền dẫn vô tuyến chung.
Các thiết bò giữa TAF và IWF không liên quan đến dòch vụ giữa các đầu cuối và
được gọi là khả năng mang. Trừ fax, các chức năng thích ứng phục thuộc vào các khả
năng mang và mạng số bên ngoài.
1.4. Truyền dẫn bên trong GSM
Phần bên trong của mạng truyền dẫn GSM nằm giữa một điểm nào đó bên trong
trạm di động (bên trong TAF đối với truyền số liệu hay ở nơi mà tiếng là một tín hiệu
âm thanh đối với truyền tiếng) và điểm tương tác giữa GSM với các mạng bên ngoài.
Vậy ta có thể coi truyền dẫn bên trong GSM được giới hạn bởi TAF và IWF.
* Cấu trúc
Trước hết ta khảo sát các chức năng được đặt ở biên giới của GSM (IWF ở 1
phía, còn phía kia là TAF) sau đó sẽ khảo sát các phần bên trong GSM.
IWF là tập hợp các chức năng thực hiện các thích ứng cần thiết giữa GSM và
các mạng bên ngoài. Chức năng IWF rất hạn chế với đấu nối tiếng ở PSTN hoặc các
số liệu cơ bản với ISDN. Tuy nhiên các trường hợp khác chẳng hạn fax chức năng này
14
Luận văn tốt nghiệp
rất phát triển. IWF là một chức năng nằm ở một nơi nào đó giữa MSC và mạng bên
ngoài. IWF có thể là một bộ phận nằm trong MSC hoặc nằm riêng.
Bây giờ ta hãy xét trạm di động. Tồn tại nhiều cấu hình khác nhau của trạm di
động (hình 1.8).
Hình 1.8: Các cấu hình của trạm di động
MTO là cấu hình đơn giản nhất, ở đây tất cả các chức năng chung, thiết bò đầu
cuối, các chức năng thích ứng được kết hợp chung vào một thiết bò. Hiện nay cấu hình
này chủ yếu cho tiếng. Các trạm di động tổ hợp như thế này cho các dòch vụ số liệu
khác (chẳng hạn cho fax) sẽ xuất hiện trong tương lai. Ở MT2, TAF và các giao diện

với thiết bò đầu cuối / modem kinh điển được kết hợp với các chức năng chung ME
trong một thiết bò. Ở MT1 sử dụng giao diện ISDN “S” để đấu nối trực tiếp đầu cuối
ISDN. Để có thể đấu nối đầu cuối sử dụng giao diện đầu cuối modem kinh điển cần
sử dụng thêm bộ thích ứng đầu cuối.
a) Truyền dẫn tiếng
15
Thiết bò
đầu cuối
Thiết bò
đầu cuối
Trạm di động (kiểu 0)
Đầu cuối di
động (kiểu 2)
Đầu cuối di
động (kiểu 1)
Giao diện đầu cuối với modem
Thích ứng đầu cuối
Giao diện ISDN “S”
1 LPF
A/D
Bộ mã hóùa
BTS
RA 1
RA 2
RA0
Lấy mẫu
Tốc độ dò bộ ban đầu Chẳng
hạn: 300 hay 9600 bit/s
Đồng bộ
Đệm

Đệm
ĐB
Tốc độ trung gian
(8hay 16 kbit/s)
Luận văn tốt nghiệp
Có thể chia đường truyền dẫn tiếng bên trong GSM thành các đoạn sau:
- Trạm di động
- Từ trạm di động đến trạm gốc
- Từ trạm gốc BTS đến bộ chuyển đổi mã riêng (TRAU)
- Từ TRAU đến MSC (hay IWF)
 Trạm di động
Mã hóa tiếng ở trạm di động có thể thực hiện ở tốc độ 13 kbit/s. Sơ đồ mã hóa
tiếng GSM ở tốc độ 13kbit/s. Mã hóa này cho phép nhận được chất lượng như mạng
cố đònh nhưng đòi hỏi độ rộng phổ tần vô tuyến hẹp hơn.
Tín hiệu tiếng ở MS được đưa qua bộ lọc thông thấp, qua bộ biến đổi A/D để
được mã hóa PCM (điều xung mã) đồng đều với tần số lấy mẫu 8Khz và 13 bit mã
hóa cho 1 mẫu sau đó tín hiệu này được đưa lên bộ biến đổi tương tự số (A/D). Ở đầu
ra của bộ A/D ta được các khối 20 ms mã hóa 200 bit làm cho tốc độ luồng ra 13 kbit/s
(hình 1.9).
Hình 1.9: Quá trình mã hóa tiếng ở GSM (ở MS)
 Truyền tiếng ở đoạn từ trạm di động MS đến trạm gốc BTS.
Tín hiệu sau khi mã hóa được đưa đến bộ mã hóa kênh để tạo ra các khối 456
bit/20ms với tốc dộ khoảng 22,8 kbit/s sau đó được ghép xen, mật mã hóa và tạo thành
các cụm để có thể đặt vào khe thời gian dành cho kênh và sau cùng được điều chế rồi
phát vào không trung ở dải sóng 900MHz. Ở đầu thu thực hiện quá trình ngược lại để
nhận tín hiệu tiếng mã hóa như ở đầu phát trước khi đưa vào bộ giải điều chế.
 Truyền tiếng trên đoạn từ BTS – TRAU.
Ở đoạn này nếu TRAU đặt xa sẽ có thêm báo hiệu bổ sung vào tiếng để truyền
các thông tin điều khiển TRAU từ bộ điều khiển chuyển đổi mã từ xa RTH (Remote
trancoder handler) đặt ở BTS đến TRAU ở BSC. Sẽ có 60 bit bổ sung vào 260 bit

tiếng trong 20 ms nâng tổng số bit trong 20 ms lên 320 bit và tốc độ của luồng số cho
16
1 LPF
A/D
Bộ mã hóùa
BTS
Luận văn tốt nghiệp
mỗi kênh sẽ đạt 16 kbit/s. Trong số 60 bit bổ sung sẽ có 4 bit để trống để phân giữa
các khung 20ms. Như vậy trong một khung 20ms chỉ có 316 bit mang thông tin.
 Truyền dẫn trên đoạn TRAU đặt xa (ở BSC) đến MSC/IWF
Ở đoạn này sử dụng các đường truyền dẫn 64 kbit/s luật A theo tiêu chuẩn
G.711.
b) Truyền dẫn số liệu
Đối với truyền dẫn số liệu bên trong GSM có thể coi mạng này như là một DTE
phân bố, còn mạng bên ngoài như là DCE. Các giao diện DTE/DCE được thực hiện ở
các TAF, TRAU và IWF. Để xây dựng các giao diện này GSM cải tiến khuyến nghò
V110 dành cho giao diện DTE/DCE trong trường hợp DCE là mạng ISDN. Vì vậy để
hiểu được truyền dẫn số liệu trong mạng GSM trước hết ta xét tiêu chuẩn V110.
Tiêu chuẩn V110
Tiêu chuẩn này giải quyết các vấn đề sau:
- Truyền tải các thông tin bổ sung.
- Truyền tải các số liệu dò bộ ở các đường truyền đồng bộ.
- Truyền tải các số liệu đồng bộ ở các đường truyền đồng bộ sử dụng đồng hồ
độc lập với nhau.
Sơ đồ khối thực hiện thích ứng tốc độ RA của luồng số liệu cần truyền với
ISDN, cho ở hình 1.10.
Hình 1.10: Thích ứng tốc độ ISDN
17
RA 1
RA 2

RA0
Lấy mẫu
Tốc độ dò bộ ban đầu Chẳng
hạn: 300 hay 9600 bit/s
Đồng bộ

Đệm
Đệm
ĐB
Tốc độ trung gian
(8hay 16 kbit/s)
Luận văn tốt nghiệp
- Chuyển đổi số liệu dò bộ vào đồng bộ.
Chức năng này được thực hiện ở RAO. Luồng số liệu dò bộ là một chuỗi các ký
tự thường được khở đầu bằng 1 bit “start” và kết thúc bằng 1 bit “stop”. Ở luồng này
không cần thiết các bit biên phải trùng với sườn trước của xung đồng hồ. RAO có thể
loại bỏ bit “stop” để đảm bảo đồng hồ (hình 1.11).
Hình 1.11: Chức năng RAO
- Điều khiển đồng hồ từ xa
Tốc độ truyền dẫn trong mạng số chẳng hạn ISDN được điều khiển bởi đồng hồ
của mạng. Trường hợp một đầu cuối được đấu qua mạng PSTN thì tốc độ giữa hai đầu
cuối có thể khác nhau. Trong trường hợp này khối thích ứng tốc độ phải gửi đi thông
tin để hiệu chỉnh tốc độ cho đầu kia các thông tin này có thể được gửi đi ở các bit E4,
E5, E6, trong luồng số ra của RA1.
- Các tín hiệu bổ sung
Đây là các tín hiệu điều khiển modem. Ở V101 các tín hiệu bổ sung chỉ giới hạn
hai tín hiệu ở hướng đầu cuối (DTE) đến modem (DCE) và 3 tín hiệu theo hướng
ngược lại. Tùy theo tốc độ bit của luồng số liệu cơ sở 8 bit, tín hiệu này được truyền đi
trong các khoảng thời gian 5 hay 10 ms. Bảng 1.12 dưới đây đưa ra các tín hiệu khác
nhau nói trên và tốc độ lấy mẫu chúng.

Bảng 1.12: Truyền tải các tín hiệu điều khiển modem ở V110.
18

Luồng dò bộ
Luồng đồng bộ
Bỏ một tín hiệu dừng
Luận văn tốt nghiệp
Đầu cuối đến modem Modem đến đầu cuối Tốc độ lấy mẫu trung bình
Trạng thái mạch 108
(Data terminal ready)
Trạng thái mạch 107 (Data
set ready)
1,25 ms hay 2,5 ms
Trạng thái mạch 105
(Request to send)
Trạng thái mạch 109 (Data
carrier detect)
2,5 ms hay 5 ms
Trạng thái mạch 108 (Clear
to send)
2,5 ms hay 5 ms
Ý nghóa của các tín hiệu điều khiển ở bảng 1.12 như sau:
- Data terminal ready: Thông báo cho modem rằng bộ điều khiển ở đầu cuối sẵn
sàng thông tin.
- Data set ready: Chỉ thò rằng modem sẵn sàng thiết lập đường nối thông tin và
truyền số liệu với bộ điều khiển của đầu cuối.
- Request to send: Thông báo cho modem rằng bộ điều khiển sẵn sàng gửi số
liệu.
- Data carrier detect: Chỉ thò rằng modem đã phát hiện ra sóng mang số liệu.
- Clear to send: Modem sẵn sàng phát.

Các thông tin này ở V110 được ghép vào luồng số cơ sở ở chức năng thích ứng
tốc độ, RA1, các bít thông tin bổ sung ở luồng ra RA1 được cho ở bảng 1.13.
Bảng 1.13: Các bit thông tin bổ sung ở V110
Tên bit Thông tin được truyền Chú thích
S1, S3, S6, S8
(hay SA)
Trạng thái mạch 108 (Data terminal ready)
hay 107 (Datta set ready) phụ thuộc vào
phương truyền.
S4, S9 Trạng thái mạch 105 (Requset to send hay
109 (Data carrier detect) phụ thuộc hướng
truyền
x Trạng thái 106 (Clear to send) Gửi 2 lần trong một
khung
E1, E2, E3 Tốc độ bit thực Biểu thức tốc độ bit
19
Luận văn tốt nghiệp
giữa hai đầu cuối
E4, E5, E6 Đồng hồ mạng độc lập (được sử dụng trong
các trường hợp đồng bộ để điều khiển đồng
hồ từ xa khi các modem không được đồng
bộ ở mạng truyền tải
Các mã này làm nhanh
hay chậm đồng hồ
bằng cách bỏ qua hay
chèn bit
Từ hình 1.10 ta thấy RA0 thực hiện biến đổi luồng số liệu không đồng bộ vào
luồng đồng bộ, ở đầu ra của bộ này ta được các luồng đồng bộ RA1 thực hiện thích
ứng tốc độ lần thứ nhất. Ở đây nó ghép các bit bổ sung với luồng cơ sở để tạo thành
các luồng số có tốc độ 8 kbit/s (cho luồng cơ sở có tốc độ ≤ 4800 kbit/s) và 16 kbit/s

(cho luồng cơ sở có tốc độ 9600 bit/s). Đối với các luồng số có tốc độ nhỏ hơn 4800
kbit/s các bit được phát lặp lại để đạt được tốc độ danh đònh 4800 kbit/s. Các khung ở
RA1 có độ lâu 5 ms cho 9600 kbit/s và 10 ms cho 4800 kbit/s. Ở các khung này các bit
thông tin cơ sở, các bit bổ sung và các bit đồng bộ được ghép chung để đạt được tốc độ
16 và 8 kbit/s. Từ bảng 1.12 ta thấy có 15 bit thông tin bổ sung và 17 bit đồng bộ được
ghép vào mỗi khung RA2 thực hiện biến đổi các tốc độ 16 và 8 kbit/s vào 64 kbit/s
cho phù hợp với mạng ISDN. Việc biến đổi này được thực hiện bằng cách ghép 6
hoặc 7 bit “1” vào mỗi byte.
Các đấu nối cho truyền số liệu bên trong mạng GSM
Ta xét hai cách đấu nối số liệu cho mạng GSM: đấu nối trong suốt T
(Transparent) và đấu nối không trong suốt NT (Non transparent). Ở cách đấu nối thứ
hai thông tin được phát lại mỗi khi đầu kia thu được số liệu sai.
Đấu nối T: Sơ đồ thích ứng tốc độ cho đấu nối T được cho hình 1.14
20
Tốc độ dò bộ ban đầu
Chẳng hạn: 300 hay 9600
bit/s
Đồng bộ
R
A
2

Lấy

Đệm
ĐB
Tốc độ trung
gian (8hay 16
RA
TA

M
T
Tốc độ số liệu
trung gian 3,6:6
hay 12 kbit/s
Đệm
BTS+TRA
U
64
Luận văn tốt nghiệp
Hình 1.14: Thích ứng tốc độ ở GSM
RA0 có nhiệm vụ biến đổi luồng số dò bộ vào đồng bộ. RA1 ghép luồng số cơ sở
với các tín hiệu bổ sung để tạo thành các luồng số 12 kbit/s (cho tốc độ luồng cơ sở
9600 kbit/s), 6 kbit/s (cho tốc độ luồng cơ sở 4800 kbit/s) được phát lặp các bít thông
tin để đạt được tốc độ đònh danh là 2400 bit/s và 1,2 kbit/s bổ sung sẽ được đưa thêm
vào để được tốc độ 3,6 kbit/s. Luồng 12 kbit/s được chia thành các khung có độ lâu là
5 ms, mỗi khung chứa 60 bit trong đó có 48 bit từ luồng cơ sở và 12 bit bổ sung. Các
bit bổ sung bao gồm các bit thông tin bổ sung cho cho ở bảng 1.13 trừ các bit E1, E2,
E3 mang thông tin về tốc độ vì mức độ thông tin này được truyền riêng theo đường
báo hiệu để thiết lập đường truyền. Luồng 6 kbit/s được chia thành các khung 10ms,
mỗi khung có 60 bit với 48 bit cơ sở và 12 bit bổ sung như ở trường hợp trên. Luồng
3,6 kbit/s bao gồm các khung 10 ms với 36 bit trong mỗi khung. Trong đó 24 bit dành
cho luồng cơ sở còn 12 bit dành cho thông tin bổ sung. Nhờ có các tốc độ bit thấp hơn
8 và 16 kbit/s so với trường hợp ISDN, ta nhận được các vò trí bit dư để thực hiện mã
hóa kênh cho các khối 20ms ở giao diện vô tuyến. Đây là vấn đề đặc biệt quan trọng
ở truyền dẫn vô tuyến vì truyền dẫn ở đây có chất lượng xấu hơn ở các đường dây cố
đònh nếu không có các biện pháp bảo vệ chống lỗi.
RA1 có nhiệm vụ biến đổi các luồng tốc độ trung gian 3,6 kbit/s, 6 kbit/s, 12
kbit/s vào hai luồng tốc độ trung gian 8 hoặc 16 kbit/s, việc biến đổi này được thực
hiện bằng cách chèn thêm các bít đồng bộ vào các khung RA1 thường được đặt ở

BTS.
1.5. Nguyên lý đa thâm nhập
Tồn tại ba phương pháp đa thâm nhập: đa thâm nhập phân chia theo tần số, đa
thâm nhập phân chia theo thời gian, đa thâm nhập phân chia theo mã. Nguyên lý đa
thâm nhập này được cho ở hình 1.15. Ở phương pháp đa thâm nhập phân chia theo tần
số (FDMA) mỗi trạm di động dành riêng một kênh với một cặp tần số để thâm nhập
đến trạm gốc (BTS), ở phương pháp đa thâm nhập phân chia theo thời gian (TDMA)
các trạm di động sử dụng chung một kênh tần số nhưng chỉ được thâm nhập đến trạm
21
Luận văn tốt nghiệp
gốc ở các khoảng thời gian khác nhau, ở phương pháp đa thâm nhập phân chia theo
mã(CDMA) các trạm di động đều dùng chung một băng tần nhưng sử dụng các mã
khác nhau để thâm nhập đến trạm gốc.
GSM sử dụng kết hợp các phương pháp FDMA và TDMA.
Hình 1.15: Nguyên lý đa thâm nhập
22
Luận văn tốt nghiệp
a) Đa thâm nhập phân chia theo tần số (FDMA)
b) Đa thâm nhập phân chia theo thời gian (TDMA)
c) Đa thâm nhập phân chia theo mã (CDMA)
23
Luận văn tốt nghiệp
1.5.1. Các kênh tần số được sử dụng ở GSM
Các kênh tần số được sử dụng ở GSM nằm trong dãy tần số quy đònh 900Mhz
xác đònh theo công thức sau:
F
L
= 890,2 + 0,2. (n-1) Mhz
F
u

= FL

(n) + 45 Mhz
1 ≤ n ≤ 124
Từ công thức trên F
L
là tần số ở nửa băng thấp, F
U
là tần số ở nửa băng cao,
0,2Mhz là khoảng cách giữa các kênh lân cận, 45Mhz là khoảng cách thu phát, n số
kênh tần vô tuyến.
Ta thấy tổng số kênh tần số có thể tổ chức cho mạng GSM là 124 kênh. Để
cho các kênh lân cận không gây nhiễu cho nhau mỗi BTS phủ một ô của mạng phải sử
dụng các tần số cách xa nhau và các ô sử dụng các tần số giống nhau hoặc gần giống
nhau cũng phải xa nhau.
1.5.2. Tổ chức đa thâm nhập bằng cách kết hợp giữa FDMA và TDMA
Truyền dẫn vô tuyến ở GSM được chia thành các cụm (BURST) chứa hàng trăm
bit đã được điều chế. Mỗi cụm được phát đi trong một khe thời gian có độ lâu là
15/26s (577 ms) ở một trong kênh tần số có độ rộng 200 Khz nói trên. Sơ đồ mô tả
cách kết hợp FDMA và TDMA được cho ở hình 1.16. Mỗi một kênh tần số cho phép
tổ chức các khung thâm nhập theo thời gian, mỗi khung bao gồm 8 khe thời gian từ 0 –
7 (TS0, TS1,...TS7).
7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2
Hình 1.16: Đa thâm nhập kết hợp FDMA và TDMA
24
Tần số
(PDMA)
200 Khz
Cụm khe thời
gian 15/26 s

Thời
gian
Luận văn tốt nghiệp
1.1. Quá trình xử lý các tín hiệu số và biến đổi vào sóng vô tuyến
Quá trình này được trình bày ở lớp vật lý 1 trong các khuyến nghò của GSM.
Hình 1.17: Xử lý tín hiệu số và biến đổi vào sóng vô tuyến ở MS.
2.5.1. Các kênh vật lý
Các kênh vật lý là một khe thời gian ở một tần số vô tuyến dành để truyền tải
thông tin ở đường vô tuyến GSM. Như ở phần trên đã nói GSM sử dụng băng tần sau:
890 – 915 Mhz đường lên (MS phát)
935 – 960 Mhz đường xuống (BTS phát)
Khoảng cách giữa các sóng mang là 200 KHz.
Trong tương lai khi mở rộng đến hệ thống DCS 1800 băng tần được sử dụng sẽ
là:
1710 – 1785 Mhz đường lên
1805 – 1880 Mhz đường xuống
Để đảm bảo các quy đònh về tần số bên ngoài băng phải có một khoảng bảo vệ
giữa các biên của băng (200 KHz). Vì thế ở GSM 900 ta có 124 kênh tần số vô tuyến
bắt đầu từ 8972 Mhz và ở DCS 1800 ta có 374 kênh tần số vô tuyến bắt đầu từ 1710,2
MHz.
Mỗi một kênh tần số vô tuyến được tổ chức thành các khung TDMA có 8 khe
thời gian. Một khe thời gian bắt đầu có độ lâu 15/26 s. 8 khe thời gian của 1 khung
TDMA có độ lâu gần bằng 4,62 ms. Ở BTS các khung TDMA ở tất cả các kênh tần số
25