Hệ thống thông tin di động 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.

1
Luận văn tốt nghiệp
- 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.
- 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
3
Luận văn tốt nghiệp
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.
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
4
Luận văn tốt nghiệp
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.
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.
5
Luồng điều khiển
Luồng lưu lượng
OSS
MS BSS NSS
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 1.2: 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.
6
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,
7
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.
8

Luận văn tốt nghiệp
- 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 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
9
Đầu cuối
di động
Đầu cuối
di động
Thích ứng
đầu cuối
Thiết bò
đầu cuối
Luận văn tốt nghiệp
- 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 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
10
Luận văn tốt nghiệp
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.
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.
11
Luận văn tốt nghiệp
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
CSPDN: Mạng số liệu công cộng
chuyển mạch theo mạch
PLMN: mạng di động công cộng mặt
đất
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 mạch gói
PSTN: Mạng điện thoại chuyển mạch
công cộng
Hình 1.5: Mô hình của hệ thống GSM
12
AUC
HLR
MSC
EIRVLR
BSC
BTS
MS
OMC
IDNS
PSPD
N
CSPD
N
PSTN
PLMN
Truyền báo
hiệu
Truyền lưu
lượng

SS
BSS
Luận văn tốt nghiệp
II. CÁC KỸ THUẬT CƠ SỞ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI
ĐỘNG SỐ
1. Giao diện vô tuyến và truyền dẫn
1.5. 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.

1.6. Nguyên lý lập mô hình
13
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.
1.7. 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
14
Nút cuối Nút trung gian Nút cuối
Mức thấp
Mức cao
Đường truyền
Luận văn tốt nghiệp
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.
1.7.1. 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 đổi vào tín hiệu
tương tự và cuối cùng được biến đổi ngược trở lại thành âm thanh đến tai
nghe thuê bao PSTN.
15
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
tiếng
Luận văn tốt nghiệp
1.7.2. 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.
1.8. 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
16
Luận văn tốt nghiệp
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).
17
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

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
18
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”
Luận văn tốt nghiệp
- 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
19
1 LPF
A/D
Bộ mã hóùa
BTS
Luận văn tốt nghiệp
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 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.
20
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
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
21

Luồng dò bộ
Luồng đồng bộ
Bỏ một tín hiệu dừng
Luận văn tốt nghiệp
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 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
22
Luận văn tốt nghiệp
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
23
Luận văn tốt nghiệp
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
24
Tốc độ dò bộ ban đầu
Chẳng hạn: 300 hay 9600
bit/s
Đồng bộ
RA
2

RA0
RA
0
Lấy
mẫu

Đệ
m
Đệm
ĐB
Tốc độ trung
gian
(8hay 16 kbit/s)
RA
1
TA
F
M
T
Tốc độ số liệu
trung gian

3,6:6 hay 12 kbit/s
Đệm
BTS+TRA
U
64
kbit/s
Luận văn tốt nghiệp
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.
1.9. 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.
25