Tổng quan hệ thống GSM

TỔNG QUAN HỆ THỐNG GSM



Trang 1




Phần 1: GIỚI THIỆU CÁC HỆ THỐNG CELL
Giới thiệu
Phần này giới thiệu các đặc tính của các hệ thống cell thế hệ đầu, thế hệ thứ hai. Nội dung phần
này bao gồm:
 Mạng vô tuyến cell
 Các đặc tính của các hệ thống cell thế hệ đầu
 Các đặc tính của các hệ thống cell thế hệ thứ hai và các hệ thống phi GSM
 Các hệ thống cell trên thế giới và sự phân bố thuê bao
Mạng vô tuyến cell
Các đặc tính của mạng vô tuyến di động
 Mạng vô tuyến di động hình thành theo cấu trúc tế bào nên còn có tên gọi là mạng vô tuyến
cell. Mỗi cell là vùng phủ của 1 anten. Vì thế hình dáng của cell phụ thuộc vào kiểu anten và
công suất phát của từng trạm gốc. Dạng anten thường sử dụng là anten vô hướng phát đẳng
hướng và anten có hướng tập trung công suất phát theo hướng nhất định
 Số lượng tần số trong mạng là hữu hạn. Do đó, để sử dụng hiệu quả tài nguyên vô tuyến ta cần
sử dụng lại tần số ở các BTS khác nhau
 Tính di động giữa các cell thực hiện được nhờ vào chuyển giao (giới thiệu cụ thể ở chương 8).

Hình 1.1-Mốc thời gian ra đời của các thế hệ mạng
Hệ thống cell thế hệ thứ nhất
Các đặc tính của hệ thống cell thế hệ thứ nhất:
 Giới thiệu rộng rãi đầu năm 1980

 Sử dụng kỹ thuật điều chế tương tự
 Dùng kiểu đa truy xuất phân chia theo tần số
 Chỉ dùng cho thọai
 Không có khả năng roaming với mạng ngoài
 Không an toàn trên giao diện vô tuyến
TỔNG QUAN HỆ THỐNG GSM



Trang 2




Các chuẩn mạng thế hệ thứ nhất
 AMPS (Analogue Advanced Mobile Phone System): theo chuẩn Bắc Mỹ dùng băng tần
800Mhz.
 TACS (Total Access Communications System): chuẩn Hoa Kỳ dựa trên AMPS dùng băng tần
900Mhz.
 NMT(Nordic Mobile Telephony System): theo chuẩn Bắc Âu dùng băng tần 450Mhz và
900Mhz.
 C-450: theo chuẩn Đức dùng băng tần 450Mhz
 JTACS: theo chuẩn Nhật dùng băng tần 900Mhz
Quy họach cell cho mạng thế hệ thứ nhất
 Macrocellular: đặt ở vị trí cao cho vùng phủ lớn, anten trên mái nhà
 Họach định tần số: đối với các mạng số cell nhiều hơn số tần số thì cần phải họach định cho tần
số
 Cell kích thước lớn, vùng phủ 30km
 Chuyển giao cứng: Mỗi MS tại 1 thời điểm chỉ được kết nối tới duy nhất 1 cell
 Cell có hình dạng lục giác

Hình 1.2- Sự phân bố tần số giữa các cell trong mạng vô tuyến cell.
Hệ thống cell thế hệ thứ hai
Các đặc tính hệ thống cell thế hệ thứ hai
 Giới thiệu rộng khắp trong những năm 1990
 Dùng điều chế số
 Dùng nhiều kỹ thuật đa truy cập khác nhau
 Sử dụng phổ vô tuyến hiệu quả hơn
 Truyền thọai và dữ liệu chuyển mạch mạch tốc độ thấp
 Có khả năng roaming quốc tế
 An tòan trên giao diện vô tuyến
 Tương thích với ISDN
TỔNG QUAN HỆ THỐNG GSM



Trang 3




Trong khi những hệ thống thế hệ đầu dùng kiến trúc cell và tái sử dụng lại tần số thì các hệ thống
số vẫn phát triển quan diểm này và dùng thêm các thông số cell đa lớp (các microcell và macrocell).
Tái sử dụng tần số chặt hơn do nhiễu trong truyền dẫn số giảm.
Các đặc tính của mạng CDMAOne
 Những mạng đầu tiên năm 1996
 Bắt nguồn từ giao diện vô tuyến Qualcomm IS-95

 Đa truy cập phân chia theo mã
 Mạng lõi ANSI-41
 Tốc độ chip là 1.2288Mcps
Các đặc tính D-AMPS/PDC

TDMA(D
-
AMPS)

PDC

Dùng TDMA/FDMA

Dùng TDMA/FDMA


Ph
ầ
n l
ớ
n đư
ợ
c dùng
ở

B
ắ
c và Nam M
ỹ

Ph
ầ
n l
ớ
n đư
ợ
c dùng
ở

châu Á


H
ọ
ach đ
ị
nh gi
ố
ng m
ạ
ng GSM


H
ọ
ach đ
ị
nh gi
ố

ng m
ạ
ng GSM


M
ạ
ng core ANSI
-
41




Sự phát triển của GSM và các đặc tính
Cấu trúc cell
 Mục đích của hệ thống cấu trúc cell là sử dụng tần số sẵn có một cách hiệu quả
 Cấu trúc cell cho phép tái sử dụng tần số trong mạng
 Việc họach định thông số tái sử dụng tần số là phần chính của thiết kế hệ thống
Họach định GSM
 Các thông số chính cần quan tâm khi họach định mạng
 Vùng phủ
 Dung lượng
 Chất lượng
 Các thông số tùy chọn yêu cầu khi họach định mạng
 Cấu trúc cell phân bậc(macrocell/microcell)
 Nhảy tần
 Truyền không liên tục
 Điều khiển công suất
 Phân tích dung lượng thuê bao: dung lượng giới hạn bởi số TRX

Sự phân bố thuê bao trong các hệ thống cell

TỔNG QUAN HỆ THỐNG GSM



Trang 4





Hình 1.3-Sự phân bố thuê bao ứng với các thế hệ mạng di động

Hình 1.4-Sự phân bố thuê bao di động trên thế giới
Các đặc tính của mạng 2.5G
 Điều chế số
 Thọai và dữ liệu chuyển mạch mạch tốc độ vừa
 Kỹ thuật roaming 2G
 An tòan trên giao diện vô tuyến
 Dựa trên các chuẩn ưu thế đã tồn tại trong mạng 2G như GSM và CDMAOne
 Tốc độ dữ liệu được tăng cao

TỔNG QUAN HỆ THỐNG GSM



Trang 5




Phần 2: TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC MẠNG
2.1 Các số nhận dạng trong mạng GSM
2.1.1 IMEI-International Mobile Equipment Identity
IMEI (International Mobile Equipment Identity) là số nhận dạng thiết bị di động quốc tế, dùng
để phân biệt từng máy ĐTDĐ. Không thể có hai ĐTDĐ cùng mang một số IMEI. Thông thường,
số IMEI do một số tổ chức cung cấp cho nhà sản xuất ĐTDĐ. IMEI được lưu trong AuC, máy,
EIR. EIR dùng số này để nhận dạng thiết bị di động bi lấy cắp và ngăn cấm truy cập vào mạng
Số IMEI luôn gồm 15 chữ số theo dạng:

 TAC(Type Approval Code) có 6 chữ số 2 chữ số đầu cho biết tổ chức nào đã cung cấp
số IMEI cho nhà sản xuất ĐTDĐ. Bốn chữ số kế tiếp được gọi là Mobile Equipment Type
Identifier, dùng để nhận dạng dòng (model) ĐTDĐ
 FAC (Final Assembly Code) dùng để xác định xuất xứ của sản phẩm
 SNR (Serial Number) số xêri của sản phẩm
 Spare cho sử dụng trong tương lai
Ví dụ: Nếu IMEI là 350893-30-952659-2 :số đầu 35 cho biết do tổ chức BABT cấp, được sản

xuất tại Hàn Quốc(30).
2.1.2 IMSI-International Mobile Subscriber Identity
IMSI là số nhận dạng thuê bao di động quốc tế dùng để phân biệt các thuê bao di động tòan
cầu. Nó được dùng cho báo hiệu trong mạng, được lưu trong SIM, HLR và VLR đang phục vụ
Số IMSI luôn gồm 3 phần:


 MCC(Mobile Country Code): Mã nước di động(Việt Nam là 452)
 MNC(Mobile Network Code): Mã nhà cung cấp mạng di động(Viettel là 04)
 MSIN(Mobile Station Identification Number): số nhận dạng thuê bao di động
TỔNG QUAN HỆ THỐNG GSM



Trang 6




2.1.3 TMSI-Temporary Mobile Subscriber Identity
TMSI là số nhận diện thuê bao di động tạm thời. Số này có giá trị trong từng LA, được cấp
mới cho MS mỗi khi thực hiện IMSI attach, hay khi cập nhật vị trí do MS chuyển sang LAI khác.
Số này được sử dụng để tìm gọi MS trên giao diện vô tuyến, được thay đổi sau từng cuộc gọi hay
theo chu kỳ để tránh cho MS bị theo dõi bằng cách nghe lén tín hiệu gọi trên đường vô tuyến. Chỉ
khi không thể gọi được bằng TMSI thì mạng mới tìm gọi MS bằng IMSI. TMSI được lưu trong
VLR và trong SIM. TMSI bao gồm 4 octet. Mỗi nhà điều hành mạng có thể chọn cấu trúc TMSI
2.1.4 LAI-Location Area Identity
Mạng PLMN sẽ được chia thành nhiều vùng nhỏ gọi là LA(Location area). Mỗi vùng nhỏ này
sẽ có 1 số nhận dạng và số này gọi là LAI. LAI được broadcast đều đặn bởi các BTS trên kênh
BCCH. Công dụng của LAI là dùng để tìm gọi và cập nhật vị trí cho thuê bao

Cấu trúc như sau:

 LAC(Location Area Code):16 bit cho phép 65536 vùng nhỏ được xác định trong 1
PLMN

2.1.5 MSISDN-Mobile Station ISDN Number
Đây là số thực của 1 thuê bao khi liên lạc với thuê bao ta sẽ gọi số này .MSISDN là số mô tả
thuê bao di động trong mạng PSTN. Khi 1 máy cố định gọi cho 1 máy di động trong báo hiệu với
tổng đài cố định thì địa chỉ của máy bị gọi chính là số MSISDN và tổng đài cố định sẽ căn cứ vào
số đó để điều khiển kết nối tới mạng di động(GMSC-HLR) của máy bị gọi.
Cấu trúc như sau :

 CC(Country Code) : Mã nước
 NDC(National Destination Code):Mã mạng
 SN(Subscriber Number): Số thuê bao
TỔNG QUAN HỆ THỐNG GSM



Trang 7




VD:84 98 8000345
2.1.6 MSRN-Mobile Station Roaming Number
MSRN là 1 số tạm thời được cấp bởi VLR được dùng để định tuyến cuộc gọi giữa 2 thuê bao
thuộc 2 mạng khác nhau(GMSC-MSC) hay 2 thuê bao thuộc 2 MSC khác nhau
Cấu trúc gồm 3 phần:

2.1.7 CI-Cell Identifier
CI là số nhận dạng cell dùng để nhận dạng các cell khác nhau trong 1 mạng PLMN
2.1.8 BSIC-Base Station Identity Code
BSIC là mã dùng để phân biệt các cell khác nhau khi các cell này có cùng tần số BCCH. Hai
cell có tần số BCCH giống nhau thì BISC phải khác nhau
Cấu trúc như sau:


 NCC(Network Color Code) 3 bit tương ứng từ 0 đến 7
 BCC(Base Station Color Code) 3 bit tương ứng từ 0 đến 7
2.1.9 CGI-Cell Global Identity
CGI được dung để nhận dạng các cell riêng biệt trong cùng một LA. Nhận dạng cell thực hiện
bằng cách cộng CI với LAC. CI có chiều dài tối đa là 16 bit.
CGI bao gồm:
TỔNG QUAN HỆ THỐNG GSM



Trang 8





2.2 Tổng quan kiến trúc mạng

AUC

HLR EIR
SS
BSS
MSC
BTS
MS
NMC and OMC
Switching System
Signaling transmission
Call connections and
signaling transmission
Base Station System
Other
networks
BSC
GMSC
VLR

Mạng GSM hình thành từ 3 phần:
 Mobile Station (MS)
 Base Station Sub-system (BSS) : Gồm 1 BSC và nhiều BTS
 Network and Switching Sub-system (NSS) : gồm MSC và VLR, HLR, EIR, AUC
2.2.1 MS-Mobile Station
MS là thiết bị thu phát cá nhân do người đăng ký thuê bao trực tiếp sử dụng bao gồm:
 Thiết bị di động : ME – Mobile equipment.
 Module nhận dạng thuê bao: SIM – Subscriber Identity Module.
SIM cất giữ thông tin về thuê bao, mạng bao gồm:
 Số IMSI, khóa nhận thực, thuật tóan kiểm tra nhận thực, bảo mật
 TMSI, LAI, danh sách các tần số được dùng cho việc chọn cell
 Module nhớ số danh bạ, tin nhắn

ME được phân biệt bởi số IMEI
Căn cứ vào công suất phát tối đa của MS mà ta phân MS thành các lớp như sau:
TỔNG QUAN HỆ THỐNG GSM



Trang 9





Những thiết bị di động đầu cuối dùng trong mạng GSM thường là class 3 và 4 đối với băng tần
900 , class 1 và 2 đối với băng tần 1800(DCS). Những class khác dùng cho những thiết bị lắp đặt
cố định hay lắp trên xe
2.2.2 BSS-Base Station Subsystem
2.2.2.1 BTS-Base Transceiver
BTS gồm có
 Các TRX có chức năng phát và nhận tín hiệu
 Các thiết bị điều khiển và xử lý tín hiệu
 Các cáp feeder và anten
Hiện nay 1 BTS gồm có 3 anten đặt theo 3 hướng khác nhau. Mỗi anten tại ra một
vùng phủ sóng nhỏ gọi là cell. Nhiều cell tạo thành 1 LA. Tùy theo lọai thiết bị BTS mà
cho phép 1 cell có thể có tối đa bao nhiêu TRX
Chức năng của BTS là tạo ra vùng họat động cho MS
2.2.2.2BSC-Base Station Controller
BSC thực hiện các chức năng chính sau:
 Cấp phát kênh vô tuyến
 Quản lý tài nguyên vô tuyến
 Duy trì cuộc gọi như giám sát chất lượng, điều khiển công suất phát của MS

hay BTS, điều khiển chuyển giao
 Điều khiển 1 hay nhiều BTS
2.2.2.3Topo mạng BSS
Gồm các topo sau:
TỔNG QUAN HỆ THỐNG GSM



Trang
10



 Dạng chuỗi(Chain): chi phí rẻ, dễ thực hiện nhưng nếu liên kết bị hư sẽ tác
động đến nhiều BTS

 Dạng vòng(Ring): an tòan nhờ bảo vệ nếu liên kết hư nhưng khó hơn cho
việc mở rộng

 Dạng sao(star): đây là cấu hình phổ biến cho những hệ thống GSM đầu tiên.
Chi phí đắt vì mỗi BTS đều có liên kết riêng với BSC, 1 liên kết bị hư không
tác động đến BTS khác


Các BTS được liên kết đến BSC theo 1 trong những topo chuẩn. Các liên kết vật lý có
thể là vi ba, cáp quang hay đồng.
2.2.3 NSS-Network Switching Subsystem
NSS gồm các thành phần sau:
 Mobile Switching Centre (MSC)
 Visitor Location Register (VLR)

 Home Location Register (HLR)
 Authentication Centre (AuC)
 Equipment Identity Register (EIR)
 Gateway MSC (GMSC)
Những thành phần này được kết nối bằng mang SS7
TỔNG QUAN HỆ THỐNG GSM



Trang
11




2.2.3.1 MSC-Mobile Switching Centre
Một MSC là 1 tổng đài thực hiện chức năng:
 Chuyển mạch, điều khiển và ghi lại cuộc goi
 Giao diện với PSTN, ISDN, PSPDN
 Quản lý tính di động
 Quản lý 1 phần tài nguyên vô tuyến như handover giữa các BSC
 Thông tin tính cước
Một MSC quản lý nhiều BSC nên vùng quản lý của MSC là tòan bộ vùng phủ của các
BTS thuộc quyền quản lý của các BSC đó
2.2.3.2VLR-Visitor Location Register
VLR là 1 cơ sở dữ liệu phục vụ cho các thuê bao mà hiện thời đang nằm trong vùng
phục vụ của 1 MSC. Mỗi MSC trong mạng sẽ kết hợp với 1 VLR nhưng 1 VLR có thể
phục vụ nhiều MSC. Nhưng hiện nay thì mỗi VLR được tích hợp trong 1 MSC. Một MS
di chuyển trong vùng phục vụ của 1 MSC được điều khiển bởi VLR kết hợp với MSC đó.
Thông tin trên VLR cập nhật tự động

Khi di chuyển sang vùng mới, MS thực hiện cập nhật vị trí. Nếu vùng mới này còn
trong phạm vi quản lý của MSC-VLR cũ thì chỉ cần cập nhật số LAI mới(vị trí mới) của
MS trên VLR. Nếu vị trí mới thuộc phạm vi quản lý của 1 MSC-VLR khác thì VLR mới
phải lấy thông tin của MS từ HLR và HLR cũng sẽ yêu cầu VLR cũ xóa thông tin về MS.
Sau đó VLR mới mới cập nhật số LAI của MS. Do đó VLR chỉ cất thông tin tạm và sẽ bị
mất khi MS di chuyển sang vùng mới hay MS rời mạng quá lâu
Thông tin cất trong VLR bao gồm:
 IMSI
 MSISDN
 MSRN
TỔNG QUAN HỆ THỐNG GSM



Trang
12



 TMSI
 LAI
 Những thông số dịch vụ cộng thêm
 Trạng thái của thuê bao(tắt, bật )
2.2.3.3HLR-Home Location Register
HLR là 1 cơ sở dữ liệu đảm nhiệm việc quản lý các thuê bao di động. Một mạng
PLMN có thể có 1 hay nhiều HLR tùy thuộc vào số lượng thuê bao di động, dung lượng
của thiết bị và sự tổ chức của mạng
Thông tin cất trong HLR gồm:
 IMSI
 MSISDN

 Địa chỉ MSC-VLR
 Các dịch vụ cộng thêm
 MSRN
 Thông tin thuê bao
 Những giới hạn dịch vụ
Cùng với AuC, HLR kiểm tra tính hợp lệ của thuê bao
Lưu ý:VLR cho biết MS thuộc LAI nào nhưng HLR chỉ cho biết MS thuộc vùng quản
lý của MSC-VLR nào
2.2.3.4AUC-Authentication Centre
AuC được kết hợp với HLR, chứa khóa nhận thực của các thuê bao đã đăng ký trong
HLR
Khóa này được dùng để tạo ra:
 Dữ liệu được dùng để nhận thực 1 MS có quyền truy nhập vào mạng hay
không
 Một khóa được dùng để mật mã thông tin trên đường vô tuyến giữa MS và
mạng
Những thủ tục được dùng cho nhận thực và mã hóa sẽ được miêu tà đầy đủ hơn ở
chương an tòan trong GSM
2.2.3.5GMSC-Gateway Mobile Switching Centre
GMSC là 1 thiết bị định tuyến lưu lượng trong 1 mạng di động đến đích đến
GMSC truy cập HLR của mạng để tìm xem thuê bao di động được gọi thuộc MSC-
VLR nào
Một MSC riêng biệt có thể đóng vai trò như 1 GMSC
Nhà điều hành mạng có thể dùng 1 hay nhiều GMSC
GMSC định tuyến cuộc gọi giữa các MSC hay giữa MSC với mạng ngòai
2.2.3.6EIR-Equipment Identity Register
EIR là 1 cơ sở dữ liệu lưu trữ các số IMEI. Trong đó có 3 danh sách:
 Danh sách trắng là những số IMEI được phép kết nối với mạng
TỔNG QUAN HỆ THỐNG GSM

Trang
13



 Danh sách xám là những số IMEI của ME được quyền sử dụng dịch vụ mạng
nhưng dưới tầm giám sát của mạng
 Danh sách đen là những số IMEI của các ME bị đánh cắp hay là 1 ME không
được đồng ý dùng trong mạng GSM. Những đầu cuối này sẽ không được
phép kết nối vào mạng
ME có thể được phân lọai thuộc danh sách trắng, đen hay xám cho biết trạng thái của
MS
Đây là 1 thiết bị tùy chọn. Nó có thể được dùng bởi nhà điều hành mạng để điều khiển
truy nhập đến mạng cho phép, giám sát hay ngăn cấm(đối với thiết bị bị đánh cắp) kết nối
mạng.
2.3 Các giao diện trong mạng GSM



2.3.1 Giao diện A
Đây là giao diện giữa MSC và BSS của nó. Giao diện này được dùng để mang thông tin liên
quan đến:
 Quản lý BSS
 Xử lý cuộc gọi
 Quản lý tính di động
2.3.2 Giao diện Abis
Đây là giao diện giữa BSC và BTS để hổ trợ những dịch vụ cung cấp cho thuê bao. Giao diện
này cũng cho phép điều khiển thiết bị vô tuyến và cấp phát tần số vô tuyến trong BTS.

2.3.3 Giao diện B
Đây là giao diện giữa MSC và VLR. Dùng trong các trường hợp sau:
 Bất cứ khi nào MSC cần dữ liệu liên quan đến 1 MS đang nằm trong vùng phục vụ của
nó, nó sẽ truy vấn VLR
TỔNG QUAN HỆ THỐNG GSM



Trang
14



 Khi 1 MS thực hiện 1 thủ tục cập nhật vị trí với 1 MSC, MSC sẽ nhắc nhở VLR của nó
cất giữ thông tin liên quan
 Khi 1 thuê bao kích họat 1 dịch vụ cộng thêm đặc biệt nào đó hay bổ sung 1 vài dữ liệu
về 1 dịch vụ, MSC sẽ yêu cầu (thông qua VLR) HLR cất giữ các thông tin bổ sung này và
HLR cập nhật cho VLR nếu được yêu cầu
2.3.4 Giao diện C
Đây là giao diện giữa MSC và HLR. GMSC phải truy vấn HLR lấy thông tin định tuyến cho 1
cuộc gọi hay 1 tin nhắn đến thuê bao
2.3.5 Giao diện D
Đây là giao diện giữa VLR và HLR. Giao diện này được dùng để trao đổi dữ liệu liên quan
đến vị trí thuê bao và để quản lý thuê bao. Dịch vụ chính của 1 thuê bao di động là thiết lập hay
nhận cuộc gọi trong 1 mạng. Để hổ trợ dích vụ này, các thanh ghi vị trí phải trao đổi dữ liệu với
nhau
Khi MS di chuyển sang MSC khác, VLR thông báo cho HLR biết vị trí của MS và cung cấp
cho nó (khi thiết lập cuộc gọi) số roaming của MS đó. HLR gửi cho VLR tất cả thông tin để hổ trợ
dịch vụ của MS đó. HLR sau đó yêu cầu VLR cũ hủy bỏ thông tin vị trí của MS đó
Việc trao đổi thông tin có thể xảy ra khi:

 MS yêu cầu 1 dịch vụ cụ thể nào đó
 MS muốn thay đổi vài thông tin thuê bao
 Một thông tin của thuê bao được bổ sung bởi các phương tiện quản trị
2.3.6 Giao diện E
Đây là giao diện giữa các MSC. Khi 1 MS di chuyển từ 1 MSC tới 1 MSC khác trong 1 cuộc gọi.
Một thủ tục chuyển giao phải được thực hiện để dùy trì cuộc gọi. Vì mục đích đó các MSC phải
trao đổi dữ liệu để khởi tạo 1 kênh ở MSC mới và giải phóng kênh ở MSC cũ
Sau khi chuyển giao thành công các MSC sẽ trao đổi thông tin để truyền báo hiệu giao diện A
nếu cần thiết. Khi 1 tin nhắn được truyền giữa MS và trung tâm dịch vụ nhắn tin(Short Message
Service Centre-SC), giao diện này được dùng để truyền bản tin giữa MSC phục vụ MS và MSC
nối với trung tâm dịch vụ nhắn tin
2.3.7 Giao diện F
Đây là giao diện được dùng giữa MSC và EIR để trao đổi dữ liệu, để EIR có thể xác định tình
trạng MS thông qua số IMEI
2.3.8 Giao diện G
Đây là giao diện giữa các VLR. Khi 1 MS di chuyền từ vùng phục vụ của VLR này sang vùng phục
vụ của VLR khác thủ tục cập nhật vị trí sẽ xảy ra. Thủ tục này nhằm lấy lại thông số IMSI và các
thông số nhận thực từ VLR cũ
2.3.9 Giao diện Um
Đây là giao diện giữa MS và BSS
2.3.10 Giao diện H
TỔNG QUAN HỆ THỐNG GSM



Trang
15

Đây là giao diện giữa HLR và AuC. Khi HLR nhận 1 yêu cầu cung cấp dữ liệu cho nhận thực
và mật mã cho 1 MS, HLR không giữ dữ liệu yêu cầu, HLR sẽ yều cầu dữ liệu từ AuC. Giao thức
này được dùng để truyền dữ liệu trên giao diện này
TỔNG QUAN HỆ THỐNG GSM



Trang
16






Phần 3: GIAO DIỆN VÔ TUYẾN
3.1 Giới thiệu
Giao diện vô tuyến là giao diện giữa đầu cuối di động (MS) và trạm thu phát gốc
(BTS) mà nó được truy nhập.
3.2 Cấp phát phổ tần trong GSM
3.2.1 Phổ trong thông tin di động
Phổ vô tuyến là một tài nguyên giới hạn
Các dải tần đang sử dụng trong thông tin di động

Toàn bộ phổ vô tuyến được chia thành các băng tần như VHF, UHF…băng tần
UHF được sử dụng trong thông tin di động.
Cấp phát tần số
Các yếu tố để chọn băng tần sử dụng:
 Vị trí
 Mức công suất

 Loại điều chế
 Băng thông
Các tổ chức qui định về cấp phát tần số trên thế giới:
 ITU (International Telecomunication Union)
 ESTI (European Telecommunications Standards Institute)
 RA (Radiocommunications Agency) tại Hoa kỳ
Chi phí chính ban đầu cho các nhà khai thác mạng là tìm được licence sử dụng một
phần băng tần vô tuyến. Phương pháp cấp phát băng tần hoạt động khác nhau trong các
TỔNG QUAN HỆ THỐNG GSM



Trang
17



nước, nhưng có thể được đấu giá hoặc chọn trực tiếp nhà hoạt động bởi tổ chức chính
phủ.
3.2.2 Phổ GSM cơ bản
Phổ P-GSM (Primary GSM)


GSM sử dụng phân chia tần số song công (FDD), mỗi kênh đường lên và xuống
hoạt động ở một tần số khác nhau. Do đó, có 2 băng tần đựơc cấp cho GSM, cách
nhau 20MHz.
Băng tần đầu tiên được cấp trong GSM (P-GSM):
 Băng tần 890MHz đến 915MHz cho đường lên (uplink) từ MS đến BTS
 Băng tần 935MHz đến 960MHz cho đường xuống (downlink) từ BTS đến MS
Mỗi băng tần được chia thành một số sóng mang, mỗi sóng mang có băng thông

200KHz. Do đó có 125 sóng mang cho mỗi băng tần lên, xuống. Trong đó, một kênh
được dùng như kênh bảo vệ, điều này làm giảm số kênh còn 124 kênh.
Hai tần số ấn định cho mỗi cặp kênh cách nhau 45MHz.
Mỗi cặp tần số được nhận dạng bởi một số ARFCN (Absolute Radio Frequency
Channel)
Tính toán tần số kênh đường lên và xuống:
 Các tần số uplink: Ful (n) = 890 MHz + (0,2 MHz) × n
 Các tần số downlink: Fdl (n) = Ful (n) + 45 MHz
n = ARFCN với 1 n  124
3.2.3 Phổ E-GSM (Extended-GSM)
TỔNG QUAN HỆ THỐNG GSM



Trang
18




E-GSM cấp thêm 10MHz của băng thông tại đầu cuối của băng tần đường lên và
xuống. Các băng tần như sau:
 Đường uplink: 880MHz đến 915MHz
 Đường downlink: 925MHz đến 960MHz
Kết quả:
Thêm 50 cặp sóng mang (các kênh 10MHz/200KHz)
Giảm khoảng cách băng thông giữa băng tần đường lên và đường xuống từ 20MHz
xuống10MHz.
Tăng kích thước băng tần đường lên và xuống từ 25MHz lên 35MHz
Cấp dãy sóng mang tần số vô tuyến mới từ 975-1023.

Sóng mang tần số vô tuyến 0 trong P-GSM chuyển từ băng bảo vệ thành một sóng
mang tần số vô tuyến có giá trị.
Các kênh tần số vô tuyến đường lên và xuống trong E-GSM được tính như sau:
 Các tần số uplink: Ful (n) = 890 MHz + (0,2 MHz) × n (0<=n<=124)
Ful(n)=890MHz+(0,2MHz)× (n – 1024) (975<=n<=1023)
 Các tần số downlink: Fdl (n) = Ful (n) + 45 MHz
3.2.4 Phổ DCS 1800



TỔNG QUAN HỆ THỐNG GSM



Trang
19



Hệ thống thông tin số (DCS) -1800 giới thiệu dãy phổ 1800MHz cho GSM. Đặc
tính của các tần số vô tuyến trong dãy này, tiêu biểu là DCS-1800 được dùng cho các
microcell có vùng phủ nhỏ hơn các macrocell GSM-900 đang tồn tại. Mỗi cặp tần số
đường lên và xuống cách nhau 95MHz và khoảng cách giữa 2 băng là 20MHz:
 Băng tần uplink: 1710MHz đến 1785MHz
 Băng tần downlink: 1805MHz đến 1880MHz
Mỗi băng được chia thành các sóng mang 200KHz. Như vậy, có 374 sóng mang
trong mỗi băng tần đường lên và xuống. Số kênh trong dãy 512-885 (ARFCNs).
Cặp kênh ấn định được sắp xếp ở 2 tần số cách nhau 95MHz.
Các tần số kênh đường lên và xuống trong DCS-1800 được tính như sau:
 Các tần số uplink: Ful (n) = 1710.2 MHz + (0,2 MHz) × (n – 512)

(512<=n<=885)
 Các tần số downlink: Fdl (n) = Ful (n) + 95 MHz
Sử dụng băng tần 1800MHz tại UK
Việc phân bố các tần số tại UK hiện tại của các nhà khai thác là:


Biểu đồ phổ này cho thấy cách phân bố băng tần 1800MHz giữa các nhà khai thác
tại UK.

3.2.5 Phổ PCS-1900


TỔNG QUAN HỆ THỐNG GSM



Trang
20



Hệ thống thông tin riêng (PCS)-1900MHz được dùng tại USA và Trung Mỹ để
cung cấp dịch vụ tương tự như GSM. Băng tần 1900MHz được chọn tại USA vì thiếu
băng tần 1800. Mỗi dải tần đường lên và xuống là 60MHz, khoảng cách giữa 2 dải tần
là 20MHz.
 Băng tần uplink: 1850MHz đến 1910MHz
 Băng tần downlink: 1930MHz đến 1990MHz
Mỗi băng được chia thành các sóng mang 200KHz, do đó, có 299 sóng mang trong
mỗi băng đường lên và xuống. Số kênh trong dải 512-810 (ARFCNs)
Cặp kênh ấn định được sắp xếp ở 2 tần số cách nhau 80MHz.

Các tần số kênh đường lên và xuống trong DCS-1900 được tính như sau:
 Các tần số uplink: Ful (n) = 1850.2 MHz + (0,2 MHz) × (n – 512)
(512<=n<=810)
 Các tần số downlink: Fdl (n) = Ful (n) + 80 MHz
3.2.6 Phổ GSM -450
GSM-450 chuẩn được phát triển từ một nghiên cứu để đánh giá chuẩn số thay thế
toàn bộ hệ thống NMT-450 tương tự. Thuận lợi của băng tần 450MHz so với băng tần
GSM đang tồn tại (900/1800/1900) là tăng vùng phủ trên cell và số lượng trạm ít hơn
trong cùng một khu vực triển khai so với thiết lập trên 3 băng tần . Nó cũng cung cấp
thêm dung lượng.

TỔNG QUAN HỆ THỐNG GSM



Trang
21



3.3 Kỷ thuật đa truy cập trong GSM
Mục đích: cho phép nhiều user chia sẽ tài nguyên của giao diện vô tuyến trong một
cell.
Các phương pháp:
 FDMA (Frequency Division Multiple Access): Đa truy nhập phân chia tần số
 TDMA (Time Division Multiple Access): Đa truy nhập phân chia thời gian
 CDMA (Code Division Multiple Access): Đa truy nhập phân chia theo mã
Kỹ thuật đa truy nhập cho phép sử dụng hiệu quả hơn phổ vô tuyến. Các hệ thống
thế hệ thứ nhất chỉ sử dụng FDMA, sử dụng hoàn toàn một sóng mang vô tuyến để ấn
định cho một người dùng qua cuộc gọi. Điều này làm giảm hiệu suất sử dụng phổ.

3.3.1 Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA)

Chia phổ tần số có sẳn thành các kênh, mỗi kênh sử dụng hoàn toàn một băng thông
Việc phân chia kênh đạt được bởi các bộ lọc:
 Tính chọn lọc tốt
 Các băng bảo vệ giữa các kênh
Mỗi user truy nhập vào mạng trên 1 tần số khác nhau .
Chỉ một người dùng trên kênh tần số tại một thời điểm
Hạn chế:
 Dung lượng không cao do tài nguyên băng thông hạn chế
 Nhiễu xuyên kênh cao
3.3.2 Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA)
Truy nhập vào phổ được giới hạn trong các khe thời gian
Mỗi user được cấp phát phổ trong suốt một khe thời gian
Các khe thời gian được lặp lại trong các khung.
TỔNG QUAN HỆ THỐNG GSM



Trang
22




TDMA được phép sử dụng trong các hệ thống số như GSM mà các luồng dữ liệu có
thể được chia thành các cụm và được ấn định vào một khe thời gian.
3.3.3 Kỹ thuật đa truy nhập sử dụng trong GSM

GSM sử dụng kết hợp cả 2 kỹ thuật đa truy nhập FDMA và TDMA trên giao diện

vô tuyến: FDMA để cung cấp các sóng mang và TDMA để chia sẻ truy cập vào các
sóng mang.
3.4 Các kênh trong giao diện vô tuyến
GSM định nghĩa 2 loại kênh cơ bản
Kênh vật lý:
Trong thông tin di động, băng thông của hệ thống được chia thành các băng tần nhỏ, mỗi
băng tần này được gọi là 1 kênh tần số.
Mỗi kênh tần số được phân chia thành 8 khe thời gian
Mỗi khe thời gian (TS) được gọi là kênh vật lý.
Một nhóm 8 khe thời gian trên một sóng mang được xem như một khung TDMA
TỔNG QUAN HỆ THỐNG GSM



Trang
23




Một cụm dữ liệu (data burst) (chu kỳ 0.577ms hay 156.25 bit) được truyền trên một kênh
vật lý.
Kênh luận lý (kênh logic)
Tùy vào nội dung thông tin được truyền trên các kênh vật lý mà được chia thành các kênh
logic khác nhau.
Một kênh vật lý có thể hỗ trợ một hay nhiều các kênh logic
Hai loại kênh logic được định nghĩa: kênh lưu lượng và kênh điều khiển
Mỗi kênh được chia thành các kênh phụ như sau:

3.4.1 Kênh lưu lượng (TCH)

Một kênh vật lý (một khe thời gian) có thể hỗ trợ:
1 TCH/F (Full rate) hay 2 TCH/H (Half rate)
 TCH/F: mang thông tin ở tốc độ 13Kbps voice hay 9.6Kbps data, được cấp phát
hoàn toàn kênh vật lý trên một khe thời gian trong khung TDMA.
 TCH/H: mang thông tin ở tốc độ 6.5Kbps voice hay 4.8Kbps data, 2 kênh lưu
lượng được ấn định trên 1 kênh vật lý đơn.
Đồng bộ đường lên/xuống
TỔNG QUAN HỆ THỐNG GSM



Trang
24



 MS phát cụm trễ 3 khe thời gian sau cụm từ BTS. Trễ này cho phép:
 Sử dụng cùng số khe thời gian cho trong khung TDMA cho cả đường lên và
xuống.
 Cho phép thời gian trể (TA) mà có thể giảm trể 3 khe thời gian.
 Cung cấp thời gian cho MS để chuyển giữa các chế độ thu và phát
3.4.2 Các kênh quảng bá (BCH)
Tất cả các kênh thuộc kênh BCH (kênh tần số điều khiển) chỉ được sử dụng cho
đường xuống và được cấp phát trên khe thời gian 0 (TS0). Các kênh BCH gồm:
 Kênh hiệu chỉnh tần số FCCH (Frequency control channel) gởi đến MS 1 cụm tất
cả các bit “0” hoạt động như một mào đầu và cho phép MS hiệu chỉnh tần số
đường xuống và đồng bộ thời gian.
 Kênh đồng bộ SCH (Synchronisation channel) cho phép đồng bộ số khung TDMA
bằng việc gởi giá trị tuyệt đối của số khung (FN) cùng với mã nhận dạng trạm gốc
BSIC.

 Kênh điều khiển quảng bá BCCH (Broadcast control channel) gởi thông tin riêng
của mạng như các bản tin quản lý tài nguyên vô tuyến và điều khiển, nhận dạng
khu vực vị trí (LAI), công suất phát tối đa cho phép truy cập vào cell
 Kênh quảng bá (BCH): phát quảng bá thông tin chung trên cơ sở một kênh cho
một BTS.
3.4.3 Kênh điều khiển chung (CCCH)
CCCH chứa tất cả các kênh đường xuống điểm đến đa điểm (BTS đến vài MS) và
kênh truy cập ngẫu nhiên đường lên (RACH):
 Kênh truy cập ngẫu nhiên RACH (Random Access Channel): được phát bởi MS
để yêu cầu tài nguyên trong mạng, ví dụ như là một kênh SDCCH cho việc thiết
lập cuộc gọi.
 Kênh chấp nhận truy cập AGCH (Access Grant Channel) được dùng để cấp phát
một kênh dành riêng SDCCH cho một MS.
 Kênh tìm gọi PCH (Paging channel) gởi bản tin tìm gọi để thông tin cho MS về
một cuộc gọi.
 Kênh quảng bá cell CBCH (Cell Broadcast Channel) phát quảng bá các bản tin
SMS.
 Kênh NCH được dùng cho các dịch vụ thoại như dịch vụ VBS (voice broadcast
service) hay VGCS (voice group calling service).
3.4.4 Kênh điều khiển dành riêng (DCCH)
DCCH bao gồm các kênh điều khiển hai hướng (lên/xuống)
TỔNG QUAN HỆ THỐNG GSM



Trang
25

 Kênh điều khiển dành riêng SDCCH (Standalone Dedicated Channel) được dùng
để thiết lập cuộc gọi, cập nhập vị trí và SMS.
 Kênh điều khiển liên kết chậm SACCH (Slow Associated Control Channel) sử
dụng cho cả đường lên để gởi các bản tin đo và đường xuống để gởi các lệnh điều
khiển công suất và các lệnh chuyển giao cuộc gọi.
 Kênh điều khiển liên kết nhanh FACCH (Fast Associated Control Channel) được
dùng (khi cần) cho báo hiệu cuộc gọi, chủ yếu cho việc phát các bản tin chuyển
giao và để nhận biết khi một TCH được ấn định.
3.5 Cấu trúc khung, đa khung
3.5.1 Khái niệm đa khung
Đa khung được dùng để mô tả sự lặp lại các TS, được phát liên tục trên một kênh
vật lý.
3.5.2 Đa khung kênh lưu lượng (TCH)
Khi một user được ấn định một TS trong một khung TDMA cho một cuộc gọi,
thông thường user dành riêng TS (lưu lượng toàn tốc) trong suốt cuộc gọi. Vì vậy,
user phát một cụm dữ liệu trên 1 TS của khung TDMA. Tuy nhiên sau 12 cụm được
gởi, 1 cụm kênh logic SACCH được chèn vào và sau 12 cụm lưu lượng được gởi tiếp
thì một cụm rỗi (idle burst) được chèn. Điều này được lặp lại liên tục cứ sau 26 cụm
đến khi kết thúc cuộc gọi. Sự lặp lại 26 cụm kênh lưu lượng được xem là đa khung
kênh lưu lượng. Cụ thể:

Đa khung TCH bao gồm 26 TS
Đa khung TCH ánh xạ các kênh logic sau: TCH, SACCH, FACCH
Ngoài các TS TCH va SACCH, kênh lưu lượng cũng mang thông tin FACCH.
FACCH là kênh logic duy nhất không dành riêng TS truyền dẫn. FACCH đánh cắp TS
của TCH khi được yêu cầu.
3.5.2.1 Thời gian của một đa khung TCH
Một đa khung là sự thiết lập liên tục của cùng một TS trong khung TDMA.
Chu kỳ khung TDMA là 4.615ms, do đó, thời gian cho 1 đa khung được tính là:
chiều dài của đa khung (các TS) x 4.615ms.