Luận văn khảo sát thông tin mạng điện thoại di động khu vực nông thôn

Luaän vaên toát nghieäp
Luận văn
Khảo sát thông tin mạng di động
1
CHNG 1
CC K THUT C S V CC B PHN CHNH TRONG
H THNG THễNG TIN DI S
I. CC B PHN CHNH TRONG H THNG THễNG TIN DI NG S
1. Gii thiu
- Mng vin thụng t ong l mt trong cỏc ng dng k thut vin thụng cú nhu
cu ln nht v phỏt trin nhanh nht.
- GSM (Global system for mobile communication h thng thụng tin di ng

ton
cu) vi tiờu chun thụng s ton Chõu u mi, s gii quyt s hn ch dung
lng hin nay. Thc cht dung lng s tng 2 3 ln nh vic s dng tn s tt hn
v k thut ụ nh, do vy s thuờ bao phc v s tng lờn.
- Lu ng l hon ton t ng, bn cú th em mỏy di ng ca mỡnh khi i du

lch v
s dng mt nc khỏc. H thng s t ng cp nht thụng tin v v trớ ca

bn
cho h thng ti nh bn. Bn cng cú th gi i v nhn cuc gi n m ngi gi
khụng cn bit v trớ ca bn. Ngoi tớnh lu ng quc t, tiờu chun GSM cũn cung
cp mt s tớnh nng nh thụng tin tc cao, faxcimile v dch v thụng bỏo ngn.
Cỏc mỏy in thoi di ng s ngy cng nh hn v tiờu th ớt cụng sut hn cỏc th h
trc chỳng.
- Tiờu chun GSM c thit k cú th kt hp vi ISDN v tng thớch vi

mụi

trng di ng. Nh vy tnng tỏc gia hai tiờu chun ny m bo.
- Nm 1982 GSM bt u phỏt trin khi cỏc nc Bc u gi ngh n CEPT

quy
nh mt dch v vin thụng chung Chõu u 900MHz.
- T nm 1982 n nm 1985 ngi ta bn lun v vic xõy dng mt h thng

s hay
tng t. Nm 1985 quyt nh h thng s. Bc tip theo l chn la gii phỏp

bng
hp v bng rng.
- Nm 1986 mt cuc kim tra ngoi hin trng ó c t chc ti Paris cỏc
hóng khỏc nhau ó ua ti vi cỏc gii phỏp ca mỡnh.
- Thỏng 05/1987 gii phỏp TDMA bng hp c la chn, ng thi cỏc hóng

khai
thỏc ó ký biờn bn ghi nh MoU(Memorandem of Understanding) thc hin cỏc

quy
nh ó ha s cú 1 GSM vn hnh vo 01/07/91.
- Ecrisson vi b dy kinh nghim trong vic thit k v sn xut h thng t ong.

H
thng CME20 cho GSM c thit k trờn c s chuyn mch s AXE10. nc ta

cú
hai h thng in thoi di ng l Vinaphone, VMS.
Luaọn vaờn toỏt
nghieọp

- Về chất lượng
Chức năng đầu tiên của CME20 là cung cấp một dịch vụ điện thoại di động tin
cậy và chất lượng tốt. Các thế hệ máy di động khác nhau cũng sử dụng nhiều loại dịch
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 bị 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 nhiễu 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
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
thị 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 bị 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 bị riêng, ở trường hợp hai giao tiếp giữa
MSC và IWF được để mở.
1.1.2. HLR
Ngoài MSC, SS bao gồm các cơ sở dữ liệu. Các thông tin liên quan đến việc cung
cấp các dịch vụ viễn thông được lưu giữ ở HLR không phụ thuộc vào vị trí hiện thời của
thuê bao. HLR cũng chứa các thông tin liên quan đến vị 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
vựng phc v ca MSC tng ng v ng thi lu gi s liu v v trớ ca cỏc thuờ bao

núi trờn mc chớnh xỏc hn HLR.
Cỏc chc nng VLR thng c liờn kt vi cỏc chc nng MSC.
1.1.4. GMSC
SS cú th cha nhiu MSC, VLR, HLR. thit lp mt cuc gi n ngi s
dng GSM, trc ht cuc gi phi c nh tuyn n mt tng i cng c gi l
GMSC m khụng cn bit n hin thi thuờ bao ang õu.
- Cỏc tng i cng cú nhim v ly thụng tin v v trớ ca thuờ bao v nh tuyn

cuc
gi n tng i ang qun lý thuờ bao thi im hin thi (MSC tm trỳ).
- vy, trc ht cỏc tng i cng phi da trờn s thoi danh b ca thuờ bao

tỡm
ỳng HLR cn thit v hi HLR ny. Tng i cng cú mt giao din vi cỏc

mng
bờn ngoi thụng qua giao din ny nú lm nhim v cng kt ni cỏc mng bờn

ngoi
vi mng GSM. Ngoi ra tng i ny cng cú giao din bỏo hiu s 7 (CCS

No7)
cú th tng tỏc phn t khỏc ca SS. V phng din kinh t khụng phi bao

gi
tng i cng cng ng riờng m thng c kt hp vi MSC.
1.2. H thng con BSS
Cú th núi BSS l mt h thng cỏc thit b c thự riờng cho cỏc tớnh cht t ong
vụ tuyn ca GSM. BSS giao din trc tip vi cỏc trm di ng (MS) thụng qua giao

din vụ tuyn, vỡ th nú bao gm cỏc thit b phỏt v thu ng vụ tuyn v qun lý cỏc
chc nng ny. Mt khỏc BSS thc hin giao din vi cỏc tng i SS. Túm li BSS
thc hin u ni cỏc MS vi cỏc ngi s dng vin thụng khỏc. BSS cng phi c
iu khin v vỡ vy nú c u ni vi CSS. Cỏc giao din bờn ngoi ca BSS cho
hỡnh 1.2.
Lung iu khin
Lung lu lng
OSS
5
Luaọn vaờn toỏt
nghieọp
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 bị: BTS giao diện với MS và BSC giao diện với MSC.
Cấu trúc bên trong BSS được cho ở hình 1.3.
BTS
BSS
OSS
BTS
BSC
Giao diện A
NSS
Giao diện
Vô tuyến
BTS
Giao diện Abis
6

Hình 1.3: Các phần tử của BSS
1.2.1. BTS
Một BTS bao gồm các thiết bị 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 bị 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,
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 định, 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 bị duy nhất mà người sử dụng có thể thường xuyên nhìn
thấy của hệ thống. MS có thể là thiết bị đặt trong ô tô, thiết bị xách tay hoặc thiết bị cầm
tay. Loại thiết bị cầm tay sẽ là thiết bị 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 thị, bàn phím để quản lý cuộc
gọi) hoặc giao diện với một số thiết bị khác (như: giao diện với máy tính cá nhân,
fax…). Hiện nay người ta đang cố gắng sản xuất các thiết bị đầu cuối gọn nhẹ để đấu
nối với trạm di động. Việc lựa chọn các thiết bị đầu cuối hiện để mở cho các nhà sản
xuất, ta có thể liệt kê ba chức năng chính:
- Thiết bị 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 bị 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 bị đầu cuối lại có thể giao diện đầu

cuối
modem. Cấu trúc chức năng của trạm di động cho ở hình 1.4.
Đầu cuối
di ộng
Thiết bị T
ầu cuối h
Đầu cuối
di ộng
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 bị 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 dịch vụ mà họ cung

cấp
cho khách hàng và kịp 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 bị 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 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, định vị và sửa chữa các sự cố, hỏng hóc. Nó

có một
số quan hệ với khai thác. Các thiết bị 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 bị để khi có sự cố có thể thay thế bằng thiết bị 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 bị 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 dịch
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 bị OSS riêng
chẳng hạn mạng nối HLR với các thiết bị giao tiếp người máy ở các trung tâm giao dịch
với thuê bao. Sim card cũng đóng vai trò như một bộ phận của hệ thống quản lý thuê
bao.
1.4.3. Quản lý thiết bị di động
Quản lý thiết bị di động được bộ đăng ký nhận dạng thiết bị 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 bị.
Một thiết bị không được phép sẽ bị cấm.
Lưu ý: Khác với thiết bị, 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.
SS
AUC
IDNS
EIR
PSPDN
MSC
CSPDN
PSTN
BSS

BSC
OMC
PLMN
BTS
MS Truyền báo hiệu



Truyền lưu
AUC: Trung tâm nhận thực

VLR: Bộ ghi định vị trí tạm
trú
MSC: Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di
động
BTS: Trạm thu phát gốc
SS: Hệ thống con chuyển mạch
ISND: Mạng liên kết số đa dịch vụ
CSPDN: Mạng số liệu công cộng chuyển
mạch theo mạch
PLMN: mạng di động công cộng mặt đất
HLR: Bộ ghi định vị thường
trú

EIR: Bộ ghi nhận dạng
thiết bị

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 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
10
VLR HLR
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 định 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 dịch 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.
Đường truyền
Mức cao
Mức thấp
Nút cuối Nút trung gian Nút cuối
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 bị khác có
thể được sử dụng trên đường truyền dẫn này. Các thiết bị 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 nghĩa 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
định công cộng PSTN, mang số liên kết đa dịch 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)
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.
BTS
Bộ chuyển
ổi mã
Mặt phẳng âm thanh
Mặt phẳng tương tự
Mặt phẳng số 13 kbit/s
Mặt phẳng số 64 kbit/s
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 dịch vụ phi thoại
Các dịch vụ phi thoại này hay còn gọi là các dịch 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 bị đầu cuối (các thiết bị 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 bị 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 thị tạo âm, in ấn… Các thiết bị

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 bị 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 dịch vụ), PSPDN (mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói),
CSPDN (mạng sử dụng truyền dẫn bằng mạch) và thiết bị 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 bị đầu cuối với phần
truyền dẫn vô tuyến chung.
Các thiết bị giữa TAF và IWF không liên quan đến dịch 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
õm thanh i vi truyn ting) v im tng tỏc gia GSM vi cỏc mng bờn ngoi.

Vy ta cú th coi truyn dn bờn trong GSM c gii hn bi TAF v IWF.
* Cu trỳc
Trc ht ta kho sỏt cỏc chc nng c t biờn gii ca GSM (IWF 1
phớa, cũn phớa kia l TAF) sau ú s kho sỏt cỏc phn bờn trong GSM.
IWF l tp hp cỏc chc nng thc hin cỏc thớch ng cn thit gia GSM v
cỏc mng bờn ngoi. Chc nng IWF rt hn ch vi u ni ting PSTN hoc cỏc s
liu c bn vi ISDN. Tuy nhiờn cỏc trng hp khỏc chng hn fax chc nng ny rt
phỏt trin. IWF l mt chc nng nm mt ni no ú gia MSC v mng bờn ngoi.
IWF cú th l mt b phn nm trong MSC hoc nm riờng.
Bõy gi ta hóy xột trm di ng. Tn ti nhiu cu hỡnh khỏc nhau ca trm di
ng (hỡnh 1.8).
Trm di ng (kiu 0)

u cu

i di
ng (kiu 2)
Thit
b

u
cui
Giao din u cui vi modem
Thit
b

u
cui
u cui di
ng (kiu 1)
Thớch ng u cui
Giao din ISDN S
Hỡnh 1.8: Cỏc cu hỡnh ca trm di ng
MTO l cu hỡnh n gin nht, õy tt c cỏc chc nng chung, thit b u
cui, cỏc chc nng thớch ng c kt hp chung vo mt thit b. Hin nay cu hỡnh
ny
1
yu
c
LPF
ỏc trm di
A/D
hp nh t

B mó
húa
dch v s liu
BTS
14
Tc d b ban u
Chng hn: 300 hay 9600 bit/s
Luaọn vaờn toỏt
nghieọp
h ny cho cỏcng tho ting. C
ch
Đồng bộ
Luaän vaên toát
nghieäp
khác (chẳng hạn cho fax) sẽ xuất hiện trong tương lai. Ở MT2, TAF và các giao diện
với thiết bị đầu cuối / modem kinh điển được kết hợp với các chức năng chung ME
trong một thiết bị. 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
- 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
định 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).
1 LPF
A/D
Bộ mã hóa
BTS
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
16
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 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 nghị
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 dị 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.
Tốc ộ dị bộ ban ầu

Chẳng hạn: 300 hay 9600
Đồng bộ
Tốc ộ trung gian
(8hay 16 kbit/s)
Lấy mẫu
RA 1
ĐB
RA 2
Hình 1.10: Thích ứng tốc độ
- Chuyển đổi số liệu dị bộ vào đồng bộ.
Đệm
Đệm
Chức năng này được thực hiện ở RAO. Luồng số liệu dị 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
ISDN
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).
Luồng dị bộ
Lu

ồ
ng
ồ
ng b
ộ
Bỏ một tín hiệu dừng

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.
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 nghĩa 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 thị 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 thị 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 định 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
Tốc ộ dị bộ ban ầu
Chẳng hạn: 300 hay 9600
Đồ
ng b

ộ
Tốc ộ số liệu
trung gian
3,6:6 hay 12 kbit/s
Tốc ộ trung gian
(8hay 16 kbit/s)
64
Lấy
RA
TA
M
ĐB
Đệm

BTS+TRA
U
RA
Đệm
Hình 1.14: Thích ứng tốc độ ở GSM
RA0 có nhiệm vụ biến đổi luồng số dị 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 định 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 vị 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 định 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.
22
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) Đa thâm nhập phân chia theo mã (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 định 900Mhz xác
định 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).
Tần số

(PDMA
200 Kh
Cụm khe thời
Hìgnihan1.1156/:2Đ6as thâm nhập kết hợp FDMA
và TDMA

1.1. Quá trình xử lý các tín hiệu số và biến đổi vào sóng vô tuyến
Thời
gian
7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2
z
Quá trình này được trình bày ở lớp vật lý 1 trong các khuyến nghị 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 định 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 định 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.