Tài liệu Khảo sát mạng thông tin di động, chương 2 doc

CHƯƠNG 2: 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
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
Nút cuối
Nút trung gian
Nút cuối
Mức thấp
Mức cao
Đường truyền
chuyển mạch gói PSPDN và mạng số liệu công cộng chuyển mạch theo mạch
CSPDN.
1.3.1. Truyền dẫn tiếng (thoại)
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
M

ặt phẳng âm thanh
Mặt phẳng tương tự
Mặt phẳng số 13 kbit/s
Mặt phẳng số 64 kbit/s
BTS
Bộ
chuyển
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
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
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
Có thể chia đường truyền dẫn tiếng bên trong GSM thành các đoạn sau:
- Trạm di động
- Từ trạm di động đến trạm gốc

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 đầ
u cuối với modem
Thích ứng đầu cuối
Giao diện ISDN “S”
- 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
1
LPF
A/D
Bộ mã hóùa
BTS
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.
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)
Hình 1.10: Thích ứng tốc độ ISDN
- 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






































Luồng dò bộ
Luồng đồng bộ
Bỏ một tín hiệu dừng
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.
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
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
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

Tốc độ dò bộ ban đầu
Chẳng hạn: 300 hay 9600
bit/s
Đồng bộ
RA
2
Lấy
Đệm
ĐB
Tốc độ trung
gian
RA
TA
M
T
Tốc độ số liệu
trung gian
3,6:6 hay 12 kbit/s
Đệm
BTS+TRA
U
64
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
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
a) Đa thâm nhập phân chia theo tần số (FDMA)
b) Đa thâm nhập phân chia theo thời gian (TDMA)
c) Ña thaâm nhaäp phaân chia theo maõ (CDMA)
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
Tần số
(PDMA
200 Khz
Cụm khe thời
gian 15/26 s
Thời
gian
Hình 1.16: Đa thâm nhập kết hợp FDMA và TDMA
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.
1.5.1. 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
trên đường xuống đường đồng bộ. Đồng bộ cũng được áp dụng như vậy với đường lên.
Tuy nhiên, khởi đầu của khung TDMA đường lên trễ một khoảng thời gian cố đònh 3
khe. Lý do trễ để cho phép MS sử dụng cùng một khe thời gian ở cả đường lên lẫn
đường xuống mà không phải thu phát đồng thời. Sự trễ nói trên được mô tả ở hình
1.18.
Đường xuống KTS
Khung
TDMA
Khung
TDMA
Khung
TDMA
Đường xuống
KTS

Khung
TDMA
Khung
TDMA
Khung
TDMA
Đường lên KTS
Khung
TDMA
Khung
TDMA
Khung
TDMA
Đường lên KTS
Khung
TDMA
Khung
TDMA
Khung
TDMA
Hình 1.18: Các khung TDMA
1.5.2. Các kênh logic
Các kênh logic được đặc trưng bởi thông tin truyền giữa BTS và MS. Các kênh
logic này được đặt vào các kênh vật lý nói trên.
Có thể chia các kênh logic thành 2 loại tổng quát: các kênh lưu lượng và các
kênh báo hiệu điều khiển. Các kênh lưu lượng gồm 2 loại được đònh nghóa như sau:
- Bm hay TCH toàn tốc (TCH/F), kênh này mang thông tin tiếng hoặc số liệu ở
tốc độ khoảng 22,8 kbit/s.
3TS
- Lm hay TCH báo tốc (TCH/H) kênh này mang thông tin ở tốc độ vào khoảng

11,4 kbit/s. Các kênh báo hiệu điều khiển chia làm 3 loại: các kênh điều khiển quảng
bá, các kênh điều khiển chung và dành riêng.
1.5.3. Mã hóa kênh
Mã hóa kênh được sử dụng để phát hiện và hiệu chỉnh lỗi trong luồng bit thu để
giảm tỉ số bit lỗi BER. Để đạt được điều này người ta bổ sung các bit dư vào luồng
thông tin. Tồn tại hai dạng mã kênh khác nhau: mã tuyến tính và mã xoắn.
1.5.4. Mật mã hóa
Một trong các ưu điểm lớn của hệ thống truyền dẫn số là dễ dàng bảo vệ tín
hiệu này khỏi sự can thiệp của người thứ ba không được phép bằng cách mật mã hóa
tín hiệu số. Ở GSM phương pháp mật mã hóa không phụ thuộc vào dạng số liệu được
phát, nhưng chỉ áp dụng cho các cụm bình thường.
Mật mã hóa tín hiệu đạt được bằng thao tác hoặc loại trừ (XOR) giữa một
chuỗi ngẫu nhiên với 114 bit của cụm bình thường, nghóa là với tất cả các bit thông tin
trừ các cờ lấy cắp bảng 1.19. Để giải mật mã người ta thực hiện thao tác hoặc loại trừ
(XOR) giữa tín hiệu thu với chuỗi ngẫu nhiên.
Bảng 1.19: Nguyên lý mật mã và giải mã tín hiệu số
Tín hiệu số
Chuỗi mật mã
Tín hiệu đã mã hóa
010010111001 …
001011001110 …
011001110111 …
Chuỗi ngẫu nhiên được tạo ra từ số khung và khóa mật mã K
c
theo thuật toán
A5 (hình 1.20). Khóa K
c
giống nhau giữa thu và phát, số khung thay đổi từ cụm này
đến cụm khác, vậy mỗi cụm của một cuộc thông tin trong một hướng sẽ sử dụng chuỗi
mật mã khác nhau. Thuật toán A5 như nhau cho mạng GSM toàn cầu vì phải đảm bảo

khả năng chuyển mạng MS 22 bit số khung kết hợp với 64 bit K
c
theo thuật toán A5
để tạo ra chuỗi ngẫu nhiên 144 bit.
Hình 1.20: Nguyên lý mật mã và giải mật mã
1.5.5. Đo và nhảy tần
c) Đo
Trong quá trình của một cuộc gọi trạm di động liên tục báo cáo cường độ tín
hiệu của các BTS lân cận cho hệ thống. Đo cường độ tín hiệu của các BTS lân cận
được trạm di động thực hiện khi nó không bận làm các công việc khác, nghóa là trong
khoảng thời gian giữa phát và thu ở khe thời gian dành cho nó (hình 1.21). Cường độ
tín hiệu của BTS phục vụ trạm di động được đo khi thu ở khe thời gian dành cho MS.
MS được thông báo phải đo các sóng mang BCCH nào qua thông tin hệ thống
SACCH. Để đảm bảo đo đúng BTS cần thiết, MS phải xác đònh được nhận dạng của
BTS này. Nhận dạng của BTS được cho bởi giá trò BSIC được phát trên SCH ở
TSO/C
o
. Vì thế trong thời gian khung rỗi ở đa khung cho TCH (26 khung TDMA). MS
phải kiểm tra BSIC của các trạm BTS lân cận. MS chỉ đo cường độ tín hiệu tương ứng
với 6 BSIC của các BTS lân cận.
Các hoạt động khác nhau của MS được ký hiệu ở hình 1.21 như sau:
1. MS thu và đo tín hiệu ở BTS đang phục vụ nó (TS2)
2. MS phát
A5
Số
khung
Kc (64
S1
(114
S2

(114
Mật mã
Giải mật
MS
A5
Số
khung
Kc (64
S1
(114
S2
(114
Giải mật
Mật mã
BTS
3. MS đo cường độ tín hiệu ở một trong các ô lân cận
4. MS đọc BSIC trên SCH (TS0) cho một trong số các ô mạnh nhất.
Nếu MS không đồng bộ với ô mà nó muốn nhận dạng. Thì nó không tìm được
TS0 mang BCCH. Vì thế nó phải đo ở khoảng thời gian ít nhất là 8 khe thời gian để
đảm bảo xác đònh chắc chắn TS0 mang BCCH.
Hình 1.21: Nguyên lý đo của MS
* Caùc ña khung tröôït
51 khung = 235,4 ms
BCCH +CCCH
Hình 1.22 : Các đa khung trượt
MS chỉ đọc TS0 chưa đủ, nó phải tìm được SCH ở khe này. Ta nhớ lại rằng đa
khung chứa SCH được tổ chức sao cho cứ 10 khung thì có 1 SCH, vì vậy xác suất MS
thu được khung đúng chứa BSIC chỉ là 10%. Để giải quyết vấn đề này các đa khung
TCH trượt so với các đa khung TCH chứa 26 khung IDLE sẽ trượt lên tất cả các kênh
điều khiển ở TS0 và cuối cùng nó sẽ gặp được SCH.

Hình 1.22 cho thấy quá trình được gọi là đa khung trượt. Hai mũi tên ở sơ đồ
đánh dấu hai trường hợp khung IDLE ở đa khung TCH gặp SCH ở đa khung điều
khiển. Lưu ý rằng ở cuối đa khung điều khiển SCH không xuất hiện 10 khung một
lần vì ở đây mội khung IDLE được đưa vào, vì vậy trong trường hợp xấu nhất việc xác
đònh BSIC rất trễ.
MS phải có khả năng giải quyết mã BSIC cho 6 ô mạnh nhất trong 10 giây thậm
chí trong trường hợp xấu nhất đối với 6 ô lân cận MS vẫn phải mã tất cả 6 BSIC trong
10 giây.
d) Nhảy tần
Khả năng nhảy tần được người khai thác mạng sử dụng hoặc trên toàn bộ mạng
hoặc một phần mạng. Mục đích chính của tính năng này là đảm bảo sự phân tập ở
đường truyền dẫn (đặc biệt tăng hiệu quả của mã hóa kênh và ghép xen đối với MS
chuyển động chậm) và trung bình hóa tỉ số tín hiệu trên nhiễu (C/I) để đảm bảo tỉ số
này lớn hơn mức ngưỡng. Nguyên nhân lý nhảy tần như sau: ở một khe thời gian trạm
di động phát ở một tần số, sau đó nó chuyển sang phát ở một tần số khác ở một khe
thời gian sau… Nhảy tần số xảy ra giữa các khe thời gian vì thế nó có tốc độ 217 lần
trong 1 giây. Các tần số phát và thu luôn luôn song công… (cách nhau 45 MHz) nghóa
là các đường lên và đường xuống sử dụng cùng một chuỗi dãy tần. Chuỗi dãy tần
trong một ô hoàn toàn trực giao nghóa là không xảy ra va chạm giữa các thông tin.
Các chuỗi này cũng độc lập với các ô đồng kênh (sử dụng cùng tập tần số). Chuỗi
nhảy tần được MS tính toán trên các thông số nhận được từ BTS mỗi khi thay đổi
kênh (ấn đònh ban đầu và handover) như sau:
- Ấn đònh ô (CA: Cell Allocation): danh sách các kênh vô tuyến rỗi trong ô.
- Ấn đònh di động (MA: Mobile Allocation): danh sách các kênh dành cho MS
để nhảy tần, đây là một tập con của CA (cực đại 64), trường hợp không nhảy tần danh
sách chỉ có một tần số.
- Dòch chỉ số ấn đònh di động (MAIO: Mobile Allocation Index Offset): 6 bit số
liệu đặc trưng cho nhảy tần đối với MS.
- Số chuỗi nhảy tần (HSN: Hopping Sequence Number): chuẩn của lần nhảy tần
trong ô.

Để tính chuỗi nhảy tần MS phải tính chỉ số ấn đònh di động MAI (Mobile
Allocation Index): đặc tính cho một tần số ở một khung cho trước.
MS tính MAI như sau:
 Nhảy tần tuần hoàn:
HSN = 0
MAI = (FN + MAIO) mod N
Trong đó FN số khung (Frame Number)
 Nhảy tần ngẫu nhiên:
M = T2 +RNTABLE (HSN XOR T1R + T3)
M'=M mod (2^ NBIN)
T'=T3 mod (2^ NBIN)
S= M' nếu M'<N
S=(M'+T') nếu M'  N
Trong đó :
N : số các tần số ở MA
NBIN : số các bít biểu thò N
T1R=T1mod 64
T1,T2,T3 : số khung rút gọn RFN (Reduce Frame Number)
Thường thì các kênh của cùng một ô cùng HSN nhưng MAIO khác nhau.
Lưu ý rằng kênh vật lý chứa BCCH không nhảy và các khe khác nhau nhảy
khác nhau. Quá trình nhảy tần minh họa hình 1.23.
Hình 1.23. Nhảy tần (nhìn từ MS).
1.5.6. Điều chế
GSM sử dụng phương pháp điều chế khóa chuyển pha cực tiểu Gauss GMSK
(Gaussian Minimum Shift Keying). Đây là phương pháp điều chế băng hẹp dựa trên
kỹ thuật điều chế dòch pha. Để giải thích GMSK trước hết ta xét MSK bằng cách so
sánh nó với PSK. Ta có thể trình bày sóng mang đã được điều chế đối với PSK và
MSK như sau:
S (t) = A cos (
0

t + 
t
+ 
0
)
A: biên độ không thay đổi