các biện pháp kỹ thuật hỗ trợ mạng gsm theo chuẩn 3g (gsm→wcdma)

MỤC LỤC.
Trang
LỜI MỞ ĐẦU. 3
Chương I. TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM. 4
1.1. Giới thiệu tổng quan về hệ thống thông tin di động GSM. 4
1.1.1. Lịch sử phát triển mạng GSM. 4
1.1.2. Đặc điểm truyền sóng trong mạng GSM. 5
1.2. Cấu trúc mạng và chức năng của các thành phần chính trong mạng GSM.7
1.2.1. Sơ đồ cấu trúc cơ bản mạng GSM. 7
1.2.2. Chức năng của các thành phần chính trong mạng. 8
1.2.3. Mạng báo hiệu kênh chung số 7 (CCSN7). 10
1.3. Các kỹ thuật chính sử dụng trong mạng GSM. 15
1.3.1. Mã hóa tiếng nói . 15
1.3.2. Mã hóa kênh và ghép xen. 15
1.3.3. Điều chế. 17
1.3.4. San bằng. 18
1.3.5. Nhảy tần. 19
1.3.6. Điều khiển công suất. 19
1.4. Cấu trúc kênh và cấu trúc khung tin trong mạng GSM. 20
1.4.1. Cấu trúc kênh cơ bản. 20
1.4.2. Cấu trúc khung tin. 24
1.4.3. Cấu trúc cụm (Burst). 26
1.5. Hoạt động của mạng GSM trong quá trình thiết lập một cuộc gọi. 26
1.5.1. Trạm di động MS thực hiện một cuộc gọi. 26
1.5.2. Trạm di động MS nhận một cuộc gọi. 28
1.6. Xu hướng phát triển của mạng GSM. 29
Chương II. HỆ THỐNG GPRS HỖ TRỢ MẠNG GSM. 31
2.1. Giới thiệu chung về mạng GPRS. 31
2.2. Cấu trúc mạng và chức năng của các thành phần chính trong
hệ thống GPRS. 32
2.2.1. Cấu trúc mạng GPRS. 32

2.2.2. Chức năng của các phần tử chính trong mạng GPRS. 33
2.2.3. Mặt phẳng truyền dẫn và mặt phẳng báo hiệu trong mạng GPRS. 37
2.3. Cấu trúc kênh logic trong mạng GPRS. 42
1
2.3.1. Kênh điều khiển phát quảng bá kiểu gói PBCCH. 43
2.3.2. Các kênh điều khiển chung kiểu gói PCCCHs. 43
2.3.3. Các kênh điều khiển riêng biệt kiểu gói PDCCHs. 44
2.3.4. Kênh lưu lượng dữ liệu gói PDTCH. 44
2.4. Các kỹ thuật chính sử dụng trong mạng GPRS hỗ trợ mạng GSM. 44
3.4.1. Kỹ thuật mã hóa dữ liệu (CS1→CS4). 45
3.4.2. Kỹ thuật chuyển mạch gói. 47
3.4.3. Kỹ thuật xe đường truyền. 48
2.5. Giải pháp thiết bị mạng lõi GPRS của hai nhà cung cấp lớn trên thế giới. 50
2.5.1. Thiết bị mạng lõi GPRS của Ericsson. 51
2.5.2. Thiết bị mạng lõi GPRS của Alcatel. 52
2.6. Xu hướng phát triển của mạng GPRS. 52
Chương III. HỆ THỐNG EDGE HỖ TRỢ MẠNG GSM. 54
3.1. Giới thiệu chung về mạng EDGE. 54
3.2. Cấu trúc mạng và chức năng của các thành phần chính
trong mạng EDGE. 55
3.3. Các kỹ thuật chính sử dụng trong mạng EDGE hỗ trợ mạng GSM. 56
3.3.1. Điều chế 8-PSK. 56
3.3.2. Các phương pháp mã hóa và điều chế. 59
3.4. Một số giải pháp kỹ thuật cho mạng EDGE của Nokia. 60
3.4.1. Vùng phủ sóng cho 8-PSK 61
3.4.2. Hỗ trợ phương thức truyền lặp tiên tiến IR cho đường lên/xuống. 62
3.4.3. Abis động. 63
3.5. Xu hướng phát triển mạng EDGE. 64
KẾT LUẬN. 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO. 67

CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT. 68
2
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay trong thời đại công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước, thời kỳ nền
kinh tế hàng hóa mở cửa thì thông tin nhanh và chính xác là một trong những nhu
cầu cấp bách và cần thiết đối với mỗi con người. Do vậy nhu cầu sử dụng điện thoại
đã tăng lên rất nhanh. Đặc biệt là nhu cầu sử dụng điện thoại di động, là phương
tiện không thể thiếu trong thời đại kinh tế năng động. Để đảm bảo chất lượng các
dịch vụ và nhu cầu của xã hội thì các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông không ngừng
nâng cấp mạng. Do đó để tiến tới công nghệ thông tin di động thứ ba (3G) thì các
nhà khai thác GSM ở Việt Nam cũng như trên thế giới đều mong muốn giữ lại
mạng lõi của mình trong khi tiến hành nâng cấp mạng, vẫn duy trì được các dịch vụ
đang cung cấp hiện thời. Vấn đề cân nhắc chính là các khía cạnh kinh tế và kỹ thuật
cho việc nâng cấp, điều đó buộc các nhà khai thác GSM phải suy tính và lựa chọn.
Chính vì vậy các nhà khai thác GSM đã lựa chọn tiến hành nâng cấp mạng theo con
đường GSM → GPRS → EDGE → WCDMA.
Thực tế các nhà khai thác GSM trên thế giới đã tiến hành nâng cấp thành công
theo con đường đó. Còn ở Việt Nam thì các mạng GSM đang chờ quyết định của
Chính Phủ cấp giấy phép nâng cấp lên mạng thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G).
Dựa vào tình hình thực tế đó cho nên Em đã chọn đề tài tốt nghiệp là: “Các biện
pháp kỹ thuật hỗ trợ mạng GSM theo chuẩn 3G (GSM→WCDMA)”. Đề tài
gồm có 3 chương sau:
- Chương I. Tổng quan về hệ thống thông tin di động GSM.
- Chương II. Hệ thống GPRS hỗ trợ mạng GSM.
- Chương III. Hệ thống EDGE hỗ trợ mạng GSM.
Sau một thời gian nung nấu và nghiên cứu luận văn Em đã chọn được đề tài và
đã hoàn thành. Do nhiều yếu tố khó khăn hợp thành lên đề tài không khỏi không
tránh được những thiếu sót, Em rất mong được sự đóng góp của các thầy và các bạn
để Em rút ra được bài học, bổ sung vào kinh nghiệm trong công việc cũng như
trong cuộc sống.

Em xin chân thành cảm ơn Thầy Giáo Th.S Bùi Đình Thịnh đã nhiệt tình
hướng dẫn Em trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp, các Thầy Cô trong bộ
môn, Anh Th.S Nguyễn Như Thông, các Anh Chị trong Công Ty Viettel Telecom
và các bạn trong lớp đã giúp đỡ Em hoàn thành đề tài này.
Em xin chân thành cảm ơn!
3
Chương I.
TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM.
1.1. GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI
ĐỘNG GSM.
1.1.1. Lịch sử phát triển mạng GSM.
Vào cuối thế kỷ 19, các thí nghiệm của nhà bác học người ITALYA Marconi
Guglielmo (1874-1937, đạt giải Nobel Vật Lý năm 1909) đã cho ta thấy thông tin
vô tuyến có thể thực hiện liên lạc được giữa các máy thu phát di động ở xa nhau.
Loại mã sử dụng thời đó là mã Morse và đến năm 1928 hệ thống vô tuyến truyền
thanh được thiết lập lần đầu tiên cho cảnh sát.
Đến năm 1933 sở cảnh sát Bayone New Jersy thiết lập được một hệ thống
điện thoại di động tương đối hoàn chỉnh đầu tiên trên thế giới. Các thiết bị thời đó
sử dụng rất cồng kềnh, nặng, đầy tạp âm và rất tốn nguồn do sử dụng đèn điện tử,
chất lượng mạng di động kém. Tần số sóng vô tuyến sử dụng trong dải thấp của
băng VHF lên chỉ có thể liên lạc được trong khoảng cách vài chục dặm. Tuy vậy
thời đó quân đội đã ứng dụng nó một cách rất hiệu quả trong quá trình triển khai và
chiến đấu và trong đời sống như: Cảnh sát, cứu thương, cứu hỏa, hàng hải, hàng
không
Đến năm 1947 Bell Laboratories đã có thai nghén về
Đ
ý đồ một mạng di động
tế bào. Nhưng công nghệ điện tử thời đó chưa phát triển lắm lên mãi đến năm 1981
thì hệ thống vô tuyến di động tế bào đầu tiên ở Châu Âu được lắp đặt đầu tiên ở khu
vực bán đảo Scan-đi-na-vơ, thoạt đầu chỉ dùng cho vài chục ngàn thuê bao. Hệ

thống này ra đời nhờ sự phát triển của các mạch tổ hợp và tích hợp như: Các bộ vi
xử lý, các mạch tổng hợp tần số, các chuyển mạch nhanh dung lượng lớn và thường
được gọi là mạng vô tuyến di động mặt đất công cộng PLMRN (Public Land
Mobile Radio Network), làm việc ở dải tần UHF.
Do đó năm 1982 tại Hội Nghị Bưu Chính Viễn Thông Châu Âu CEPT
(Conference of Post ang Telecommunications) đã thành lập được nhóm chuyên môn
về thông tin di động GSM (Groupe Speciale Mobile). Nhóm này có nhiệm vụ xác
định một hệ thống thông tin di động công cộng tiêu chuẩn cho toàn Châu Âu hoạt
động trên băng tần 900MHz. Nhóm đã quyết định xây dựng hệ thống toàn cầu cho
thông tin di động GSM (Global System for Mobile Communications - hệ thống toàn
cầu cho thông tin di động). Các thí nghiệm và các mô phỏng đã được tiến hành ở
4
nhiều nước Châu Âu trên nhiều hệ thống với nhiều nguyên tắc và các chuẩn khác
nhau.
Tới năm 1986 thì có 9 đề nghị về chuẩn cho một hệ thống GSM toàn Châu
Âu và đã được thử nghiệm tại hội nghị diễn ra ở Pari. Hội nghị được tiến hành bỏ
phiếu với 15 nước Châu Âu để chọn ra cấu hình chuẩn của hệ thống GSM căn cứ
theo các yêu cầu sau: Hiệu quả phổ, chất lượng âm thanh, giá thành máy di động,
giá trạm cố định, tính tiện lợi, khả năng phục vụ với các dịch vụ mới và khả năng
cùng hoạt động với các mạng hiện hành.
Cho đến năm 1992 thì toàn Châu Âu đã có 6 mạng tế bào khác nhau tại 16
nước phục vụ cho 1,2 triệu thuê bao. Lúc đó thì các thuê bao di động của các mạng
không tương thích nhau, dẫn đến giá thành thiết bị và giá sử dụng dịch vụ rất cao
dẫn đến số lượng thuê bao rất ít.
Hệ thống GSM cho phép các trạm di động (MS) trong mạng không những
liên lạc được với nhau mà còn liên lạc được với bất kỳ thuê bao nào nối tới các
mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PSTN (Public Switched Telephone
Network), các mạng số liên kết đa dịch vụ ISDN (Intergrated Services Digital
Network) Các dịch vụ chủ yếu khi mạng GSM ra đời là: Truyền thoại, truyền số
liệu, truyền fax, truyền các bản tin ngắn SMS….

1.1.2. Đặc điểm truyền sóng trong mạng GSM.
Đặc tính truyền sóng trong thông tin vô tuyến di động là tín hiệu thu được ở
máy thu bị thay đổi so với tín hiệu đã phát ở máy phát về tần số, biên độ, pha và
thời gian giữ chậm. Các thay đổi này có tính chất rất phức tạp và sự tác động của
chúng ảnh hưởng tới chất lượng liên lạc hay truyền dữ liệu. Nó phụ thuộc vào hàng
loạt các yếu tố như: Địa hình, khoảng cách liên lạc, dải tần, khí quyển, mật độ thuê
bao…Tuy vậy ta có thể cơ bản chia ảnh hưởng của chúng thành: Ảnh hưởng của
hiệu ứng Dopler, tổn hao đường truyền, hiệu ứng pha-đinh và hiện tượng trải trễ.
Tổn hao đường truyền: Là lượng suy giảm của mức điện thu so với mức điện
đã phát đi. Mức điện trung bình của tín hiệu thu giảm dần theo khoảng cách, do
công suất của tín hiệu trên một diện tích của mặt cầu sóng tới giảm dần theo khoảng
cách giữa anten phát và anten thu, hấp thụ của môi trường truyền sóng…Tổn hao
đường truyền phụ thuộc vào: Tần số bức xạ, địa hình, mật độ thuê bao, mức độ di
động của chướng ngại vật, loại anten được sử dụng…Trong mạng tế bào thì tổn hao
này tăng tỷ lệ với lũy thừa của khoảng cách, tuân theo luật mũ 4.
5
Tổn hao đường truyền hạn chế kích thước của tế bào và cự ly thông tin, do
đó ta có thể lợi dụng nó để phân chia hiệu quả các tế bào, cho phép tái sử dụng tần
số một cách hiện hữu, làm tăng hiệu quả sử dụng tần số.
Ảnh hưởng của hiệu ứng Dopler: Là sự thay đổi của tần số tín hiệu thu so
với tần số tín hiệu được phát gây bởi chuyển động tương đối giữa máy thu và phát
trong quá trình truyền sóng. Giả sử tần số thu được tại máy thu là:
f = f
c
+ f
m
*cosα
i
→ f = f
c

*(1+(v/c) * cosα
i
) (1.1)
Trong đó:
f là tần số tín hiệu thu được ở đầu vào máy thu.
f
c
là tần số sóng mang phát không bị điều chế.
f
m
là lượng dịch tần Dopler.
α
i
góc của tia sóng tới thứ i so với hướng chuyển động của máy thu.
c là vận tốc ánh sáng mà f
m
= v *f
c
/c.
Khi máy thu đứng yên so với máy phát (v = 0) hoặc máy thu chuyển động
vuông góc với góc tới của tín hiệu phát (α
i
= 90
0
) thì tần số của tín hiệu thu mới
không bị thay đổi. Ngược lại thì bị thay đổi và hiệu ứng xảy ra mạnh nhất khi máy
thu chuyển động theo phương của tia sóng tới (α
i
= 0
0

; 180
0
) như: Anten phát bố trí
dọc theo quốc lộ còn máy thu đặt trên xe chuyển động trên xa lộ đó…
Hiện tượng pha-đinh: Ở một khoảng cách ngắn nào đó thì mức tín hiệu thu
trung bình không đổi, khi mức điện tức thời của tín hiệu thu tại anten có thể thay
đổi nhanh hoặc chậm (pha-đinh nhanh hoặc pha-đinh chậm), nhưng khi khoảng
cách giữa MS và BTS tăng thì mức điện thu trung bình giảm.
Nguyên nhân gây ra pha đinh là: Sự truyền lan theo nhiều tia của sóng vô
tuyến trong môi trường di động như: Nhiễu xạ, tán xạ và phản xạ từ các chướng
ngại vật hay người ta còn gọi là pha đinh đa đường. Pha đinh gọi là phẳng nếu mức
tín hiệu thu trung bình xảy ra như nhau với mọi tần số làm việc của kênh trong suốt
dải tần. Pha đinh tần số là pha đinh xảy ra đối với tất cả các tần số trong suốt dải
tần. Khi pha-đinh rất sâu xảy ra thì tín hiệu thu được có thể giảm tới không, tỷ số tín
hiệu/tạp âm nhỏ hơn không (S/N<0) thì đầu ra của máy thu hoàn toàn phụ thuộc vào
nhiễu của kênh.
Hiện tượng trải trễ: Đối với thông tin di động số thì việc truyền dẫn tín hiệu
theo nhiều tia sóng trong môi trường di động dẫn đến sự trải trễ và độ trải trễ có thể
xem như độ dài của xung khi xung cực hẹp được phát đi.
6
Hiện tượng trải trễ làm hạn chế tốc độ truyền tin và khi lưu lượng trải trễ
càng lớn thì tốc độ truyền tin càng nhỏ. Đối với hệ thống thông tin di động trong
nhà thì tốc độ tối đa có thể đạt được khoảng 2 Mb/s mà không cần bộ san bằng
kênh. Còn đối với thông tin di động tế bào lớn muốn truyền tin với tốc độ cao thì
nhất thiết phải có bộ san bằng kênh hoặc là chia nhỏ kích thước của tế bào (thực
chất của bộ san bằng kênh là mạch lọc). Do đó kích thước của tế bào có ảnh hưởng
rất lớn đến đặc điểm truyền sóng trong thông tin di động.
1.2. CẤU TRÚC MẠNG VÀ CHỨC NĂNG CỦA CÁC THÀNH PHẦN
CHÍNH TRONG MẠNG GSM.
1.2.1. Sơ đồ cấu trúc cơ bản mạng GSM.

MT TE
MS
MS
TEMT
BTS
BTS
BTS
BSC
TRAU
BSS
BSS
TRAU
BSC
BTS
BTS
BTS
MT TE
MS
MS
TEMT
NSS
OMC/
ADC/NMC
MSC/VLR
HLR/
AuC/EIR
GMSC
ISDN
PSTN
PSPDN

CSPDN
PLMN
Um Air
Interface
A-bis
Interface
A Interface
Hình 1.1. Cấu trúc mạng GSM.
Chú thích:
Chữ
viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt
PLMN Groupe Speciale Mobile Nhóm chuyên môn di động
GSM
Global System for Mobile
Communication
Hệ thống toàn cầu cho thông tin di
động GSM
MT Mobile Terminal Đầu cuối di động
TE Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối
MS Mobile Station Trạm di động
Um Um Air Interfacee Giao diện vô tuyến giữa MS và BTS
BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc
BSS Base Station System Hệ thống trạm gốc
7
BSC Base Station Controller Trạm điều khiển gốc
MSC Mobile Switching Centre Trung tâm chuyển mạch di động
VLR Visitor Location Register Bộ ghi định vị tạm trú
HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú
EIR Equipment Identity Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị
AuC Authentication Centre Trung tâm nhận thực thuê bao

GMSC Gateway Mobile Switching Centre Cổng trung tâm chuyển mạch di động
NMC Network Management Centre Trung tâm quản lý mạng
OMC Operations and Maintenance Centre Trung tâm khai thác và bảo dưỡng
ADC Administration Centre Trung tâm quản trị điều phối
A-bis A-bis Interface Giao diện A-bis giữa BTS và BSC
A A Interface Giao diện A giữa BSS và MSC
ISDN Intergrated Services Digital Network Mạng số liên kết đa dịch vụ
PSTN Public Switched Telephone Network
Mạng điện thoại chuyển mạch công
cộng
CSPDN
Circuit Switched Packet Data
Network Mạng dữ liệu gói chuyển mạch kênh
PSPDN
Packet Switched Packet Data
Network Mạng dữ liệu gói chuyển mạch gói
PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng
TRAU Transcoder Rate Adapter Unit Khối thích ứng tốc độ chuyển đổi mã
1.2.2. Chức năng của các thành phần chính trong mạng GSM.
Trạm di động MS: Là một thuê bao dùng để truy nhập các dịch vụ của hệ
thống. MS gồm có một đầu cuối di động MT và một thiết bị đầu cuối TE. Trong đầu
cuối di động có một Modul thông minh dùng để xác nhận thuê bao SIM (Subscriber
Identity Module) mà thiếu SIM thì thiết bị di động không thể truy nhập mạng GSM
được ngoại trừ các số khẩn cấp như: Cảnh sát, cứu thương… Thực tế MS có rất
nhiều hình dáng, kích thước và chức năng khác nhau, điều này tuỳ thuộc vào các
nhà sản xuất hay các dịch vụ của mạng GSM. MS có 2 chức năng chính là: Chức
năng truyền dữ liệu và chức năng liên quan đến truyền dẫn ở giao diện vô tuyến.
Trạm thu phát gốc BTS: Thực hiện các chức năng thu phát vô tuyến trực tiếp
đến các thuê bao di động MS trong tế bào BTS đó quản lý thông qua giao diện vô
tuyến Um như: Phát quảng bá các thông tin của hệ thống, thực hiện thu phát một

cuộc gọi…BTS được kết nối với BSC thông qua giao diện A-bis (sử dụng đường
truyền vi ba hoặc cáp quang với tốc độ truyền dẫn trên dưới 100 Mb/s). Ngoài ra
BTS còn có chức năng mã hoá và giải mã tiếng nói (kênh), sửa lỗi, điều khiển công
suất phát…
Trạm điển khiển gốc BSC : Thực hiện các chức năng chuyển mạch và điều
khiển các kênh vô tuyến của hệ thống BSS, BSC thực hiện việc quản lý các kênh vô
8
tuyến và truyền các bản tin đến và đi từ thuê bao di động MS. BSC ấn định kênh vô
tuyến trong toàn bộ thời gian thiết lập cuộc gọi và giải phóng liên kết khi kết thúc
cuộc gọi. Ngoài ra BSC còn có nhiệm vụ quản lý các trạm BTS thuộc phạm vi của
mình…
Trung tâm chuyển mạch di động MSC: Lập tuyến gọi và điều khiển cuộc gọi;
các thủ tục cần thiết để làm việc với các mạng khác như: Mạng điện thoại chuyển
mạch công cộng PSTN, mạng số liên kết đa dịch vụ ISDN, mạng chuyển mạch số
công cộng theo mạch CSPSN, mạng dữ liệu gói chuyển mạch theo gói PSPDN ;
các thủ tục cần thiết để tiến hành chuyển điều khiển (HO); các thủ tục liên quan tới
quản lý quá trình di động của các trạm di động như: Nhắn tin để thiết lập cuộc gọi,
báo mới vị trí trong quá trình lưu động và nhận thực nhằm chống các cuộc truy
nhập trái phép.
Bộ ghi định vị thường trú HLR: Là một đơn vị cơ sở dữ liệu dùng để quản lý
các thuê bao di động. HLR chứa một phần thông tin được VLR chuyển tới báo mới
thường xuyên vị trí hiện thời của MS đang nằm trong MSC nào. Ngoài ra nó còn
chứa các thông tin về thuê bao như: Các dịch vụ phụ mà MS có quyền sử dụng
trong mạng hay các thông số nhận thực liên quan tới quá trình nhận thực thuê bao
(số nhận diện thuê bao di động quốc tế).
Trung tâm nhận thực thuê bao AuC: Là một đơn vị cơ sở dữ liệu trong mạng,
cung cấp các tham số mã mật và nhận thực cần thiết để đảm bảo tính riêng tư (mật)
của từng cuộc gọi, nhận thực quyền truy nhập của thuê bao đang tiến hành truy
nhập mạng và AuC được đặt trong khối HLR.
Bộ ghi số nhận diện thiết bị EIR: Cũng là một cơ sở dữ liệu của mạng, chứa

các thông tin về thiết bị như con số nhận diện phần cứng của thiết bị di động. Nó
cho phép MSC nhận diện được các MS bị hỏng, bị lấy cắp hay đang gọi trộm và
được đặt trong khối HLR.
Bộ ghi định vị tạm trú VLR: Là một khối chức năng theo dõi mọi MS hiện có
trong vùng MSC của nó, kể cả các MS đang hoạt động ngoài vùng phủ sóng HLR
và nó được bố trí trong cùng một thiết bị với MSC.
OMC, NMC và ADC: Là các bộ phận chức năng mà thông qua chúng có thể
giám sát quá trình hoạt động của các trạm, điều khiển các yêu cầu cần thiết, quản lý
và bảo trì toàn bộ hệ thống.
Ngoài ra còn có khối thích ứng tốc độ chuyển đổi mã TRAU: TRAU có
nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu thoại của mạng GSM thành dạng mã dùng trong điện
thoại cố định. TRAU có thể được bố trí trong BSC hoặc trong MSC.
9
Để truyền các gói tin đến và đi nhanh chóng, chính xác tới địa điểm thu thì
trong mạng GSM sử dụng mạng báo hiệu kênh chung số 7 (CCSN7) và cải tiến của
nó. Đây là một vấn đề không kém phần quan trọng làm tăng tốc độ truyền dẫn sử
dụng trong mạng GSM. Ta sẽ đi sâu về mạng báo hiệu CCSN7 ở phần dưới đây.
1.2.3. Mạng báo hiệu kênh chung số 7 CCSN7 (Common Channel
Signalling Number Seven).
Báo hiệu kênh chung số 7.
Trong hệ thống thông tin di động thì đường báo hiệu CCSN7 tách riêng so
với đường tiếng. Trong mạng CCSN7 thì không nhất thiết phải có phải có một kênh
báo hiệu trên mọi đường nối. Có nghĩa là các bản tin báo hiệu có thể có các đường
truyền khác nhau so với đường tiếng để đến được điểm thu. Điều này giúp cho hệ
thống tránh được sự cố và tắc nghẽn. Để tránh nhầm lẫn với các bản tin khác thì
người ta gán nhãn cho các bản tin báo hiệu. Kênh báo hiệu có thể chiếm một khe
thời gian bất kỳ trên đường truyền dẫn 2 Mb/s (trừ khe TS0) và được sử dụng để
truyền tất cả các báo hiệu của các kênh thoại ở đường nối tương ứng. Nếu bản tin
báo hiệu và kênh thoại được phát đi ở cùng một đường truyền PCM thì được gọi là
báo hiệu liên kết, còn ngược lại là tự liên kết.

Mạng báo hiệu kênh chung số 7 (CCSN7).
Trong mạng GSM sử dụng mạng báo hiệu CCSN7 và cải tiến của nó. Sự cải
tiến đó là CCSN7 được thiết kế để có thể sắp đặt trên mô hình 7 lớp của OSI. Sự
tương ứng giữa CCSN7 và mô hình OSI được cho bởi hình sau:
A
A-bisRadio
Lí p 7
Lí p 4-6
Lí p 3
Lí p 2
Lí p 1
OSI
MSC/VLR
HLR/GMSC
MSC
BSC
BTS
MS
Lí p 3
Lí p 2
RR
MM
CM
LAPDm
B¸o hiÖu
lí p 1
RR
LAPD
B¸o hiÖu
lí p 1

B¸o hiÖu
lí p 1
LAPDm
BTSM
RR
BTSM
LAPD
BSSAP
SCCP
MTP lí p 3
MTP lí p 2
MTP lí p 1
MTP lí p 1
MTP lí p 1
MTP lí p 2
MTP lí p 3
SCCP
BSSAP
MM
CM
MTP lí p 2
MTP lí p 3
SCCP
TCAP
MAP
ISUP
TUP
B¸o hiÖu
lí p 1
Lí p 1

10
Hình 1.2. Mô tả sự tương ứng giữa CCSN7 và mô hình OSI.
Chú thích:
Chữ
viết tắt Tiếng Anh Tiếng việt
CM Connection Management Quản lý nối thông
MM Mobility Management Quản lý di động
RR Radio Resource Management Quản lý tiềm năng vô tuyến
LAPDm
Link Access Produres on Dm
Channel
Các thủ tục thâm nhập đường truyền
ở kênh Dm
BSSAP
Base Station System Application
Part Phần ứng dụng hệ thống trạm gốc
BTSM BTS Management Quản lý trạm thu phát gốc
SCCP Signalling Connection Control Part Phần điều khiển nối thông báo hiệu
MTP Message Transfer Part Phần chuyển thông báo
MAP Mobile Application Part Phần ứng dụng di động
TCAP
Transaction Capabilities
Application Part Phần ứng dụng khả năng trao đổi
ISUP ISDN User Part Phần người sử dụng ISDN
LAPD
Link Access Procedures on D-
Channel
Các thủ tục truy nhập đường truyền
trên kênh D
TUP Telephone User Part Phần người sử dụng điện thoại

Báo hiệu giữa MSC với các phần tử khác trong hệ thống con chuyển mạch NSS:
Dựa vào hình vẽ ta thấy ở phía bên phải cùng là các giao thức cho báo hiệu
kênh chung số 7 giữa MSC với VRL, HLR, GMSC và PSTN. Tương ứng với các
giao thức đó là sự phân lớp theo mô hình OSI.
Trong đó phần truyền bản tin MTP được sử dụng như là môi trường truyền
dẫn và để định tuyến cũng như đánh địa chỉ. Phần điều khiển và nối thông báo hiệu
SCCP được bổ sung cho báo hiệu số 7 để đảm bảo mô hình của CCITT phù hợp với
mô hình OSI. SCCP được bổ sung các chức năng để thiết lập các đấu nối logic và
để mở rộng thêm cho việc đánh địa chỉ và định tuyến. MTP và SCCP tạo nên phần
phục vụ mạng và tương ứng với các lớp 1,2 và 3 của OSI 7 lớp.
Phần ứng dụng di động MAP và phần ứng dụng khả năng trao đổi TCAP đều
là các giao thức lớp 7. TCAP đảm bảo chức năng thông tin với đầu xa của đường
báo hiệu và thiết lập các hội thoại nhiều người sử dụng, còn MAP thì dành riêng
cho GSM và nó được sử dụng ở hệ thống con chuyển mạch NSS của PLMN.
11
Các giao thức ISUP và TUP tương ứng với các lớp từ 4-7 trong mô hình OSI
và là các giao thức lớp 7 giữa PSTN và MSC để thiết lập và giám sát cuộc gọi.
Giao diện A:
Đây là giao diện giữa MSC và BSC của hệ thống trạm gốc BSS và nó được
sử dụng để truyền các bản tin giữa MSC với BSC và MS. Các bản tin giữa MSC và
MS sử dụng các giao thức sau:
- Giao thức quản lý nối thông CM: Giao thức này được sử dụng để điều
khiển thiết lập, giám sát và giải phóng các cuộc gọi. Đồng thời quản lý các dịch vụ
bổ sung và các dịch vụ bản tin ngắn.
- Giao thức quản lý di động MM: Được sử dụng để quản lý vị trí cũng như
tính bảo mật của trạm di động.
Giao thức CM và MM thuộc lớp 3 và được đặt bên trong MSC. Thay cho
việc sử dụng các bản tin ISDN-UP và MAP thì nó được biến đổi và truyền đi các
bản tin CM và MM. Các bản tin điều khiển cuộc gọi như đăng ký các dịch vụ bổ
sung cũng được sắp xếp ở bản tin MAP trong MSC.

Phần ứng dụng hệ thống trạm gốc BSSAP là giao thức được sử dụng để
truyền các bản tin CM và MM, để điều khiển trực tiếp BSS như khi MSC yêu cầu
BSC ấn định kênh. BSSAP sử dụng các giao thức MTP và SCCP để truyền các bản
tin sau: Các bản tin liên quan đến MS giữa BSC và MSC, các bản tin tới/từ MS ở
chế độ định hướng theo nối thông và các bản tin phân phối dùng để phân loại giữa
các bản tin BSSAP và DTAP.
Giao diện A-bis:
Đây là giao diện giữa BSC và BTS, các bản tin được trao đổi ở giao diện này
có nhiều nguồn gốc và nơi nhận khác nhau như: Các bản tin điều khiển BTS, các
bản tin đi từ MS và các bản tin tới MS từ nhiều nguồn khác nhau của mạng. Các
bản tin lớp 3 từ MS được truyền trong suốt (không bị xử lý) qua BTS và giao diện
A-bis tới BSC. Giao thức quản lý tiềm năng vô tuyến RR nằm trong BSC dùng để
thiết lập, duy trì và giải phóng nối thông các tiềm năng vô tuyến ở các kênh điều
khiển dành riêng. Hầu hết các bản tin ở giao thức RR được truyền đi trong suốt,
nhưng cũng có một số bản tin liên quan mật thiết với BTS thì sẽ được xử lý tại BTS
bởi giao thức quản lý BTS (BTSM) như: Bản tin mật mã thì khóa mật mã chỉ gửi
đến BTS mà không gửi đến MS.
Giao thức được sử dụng ở lớp 2 trên giao diện A-bis là các thủ tục thâm nhập
đường truyền ở kênh D (LAPD). Kênh D là kênh báo hiệu dùng để phân biệt với
12
kênh B là kênh lưu lượng. Giao thức này có chức năng phát hiện lỗi, sửa lỗi và định
hạn khung bằng cách đưa vào các cờ ở đầu khung và cuối khung.
Giao diện vô tuyến Um:
Đây là giao diện rất quan trọng của hệ thống liên quan chặt chẽ tới tốc độ
đường truyền và chất lượng mạng, là giao diện giữa BTS và MS.
Lớp báo hiệu 1: Đây là lớp vật lý trình bày các chức năng cần thiết để truyền
các luồng bit trên các kênh vật lý ở môi trường vô tuyến. Ở giao diện này các bản
tin được gửi đi liên quan đến ấn định kênh vật lý và các thông tin hệ thống của lớp
vật lý bao gồm:
- Sắp xếp các kênh logic trên các kênh vật lý.

- Mã hóa kênh để sửa lỗi trước FEC.
- Mã hóa kênh để phát hiện lỗi CRC.
- Mật mã hóa.
- Chọn ô ở chế độ rỗi.
- Thiết lập các kênh vật lý dành riêng.
- Đo cường độ trường của các kênh dành riêng và cường độ trường của
trạm gốc xung quanh.
- Thiết lập định trước thời gian và công suất theo sự điều khiển của mạng.
Các cổng mà qua đó lớp này cung cấp dịch vụ cho lớp 2 được gọi là các
điểm thâm nhập dịch vụ SAP. Các cổng này tồn tại dưới dạng khác nhau cho các
bản tin ngắn và cho các bản tin của lớp đường truyền.
Lớp báo hiệu 2: Lớp này sẽ ứng dụng các dịch vụ của lớp báo hiệu 1, với
mục đích là cung cấp đường truyền tin cậy thuê bao và mạng. Giao thức của lớp này
là LAPDm, được xây dựng trên cơ sở giao thức LAPD của ISDN. Tuy nhiên
LAPDm có một vài thay đổi so với giao thức LAPD để phù hợp với môi trường
truyền dẫn vô tuyến và đạt được hiệu suất lớn hơn trong việc tiết kiệm phổ tần như:
Trong lớp 2 không sử dụng phần kiểm tra tổng, vì mã hóa kênh ở lớp 1 đã thực hiện
chức năng này rồi. Trong lớp 2 thì lại có một số khung điều khiển mang thông tin
về lớp 3 như: SABM và UA. Do đó tiết kiệm được thời gian truyền dẫn và phổ của
tín hiệu.
Lớp báo hiệu 3: Đây là lớp cao nhất của MS đảm bảo các thủ tục báo hiệu
giữa MS và mạng và được chia thành 3 lớp con: Quản lý tiềm năng vô tuyến RR,
quản lý di động MM và quản lý nối thông CM.
- Quản lý tiềm năng vô tuyến RR: Các bản tin của lớp này được đặt bên
trong BSC và được truyền trong suốt qua BTS. Bao gồm các chức năng cần thiết để
13
thiết lập, duy trì và giải phóng đấu nối các tiềm năng trên các kênh điều khiển dành
riêng:
+ Thiết lập chế độ mật mã.
+ Thay đổi kênh dành riêng khi vẫn ở ô như cũ.

+ Chuyển giao từ một ô này đến một ô khác.
+ Định nghĩa lại tần số sử dụng cho nhảy tần.
- Quản lý di động MM: Lớp con này chứa các chức năng liên quan đến tính
di động của một thuê bao như: Nhận thực, ấn định lại IMSI và nhận dạng trạm di
động bằng cách yêu cầu IMSI hay IMEI.
- Quản lý nối thông CM: Lớp này gồm có 3 phần tử sau: Điều khiển cuộc
gọi CC, đảm bảo các dịch vụ bổ sung SS và đảm bảo các dịch vụ bản tin ngắn.
+ Điều khiển cuộc gọi CC (Call Control): Cung cấp các chức năng và
các thủ tục để điều khiển cuộc gọi ISDN, các chức năng và các thủ tục này đã được
cải tiến để phù hợp với môi trường truyền dẫn vô tuyến. Việc thiết lập lại cuộc gọi
hay thay đổi trong quá trình gọi các dịch vụ mạng như: Thay đổi từ tiếng tới số liệu
và ngược lại là hai thủ tục đặc biệt mới trong CC, hay báo hiệu giữa các thuê bao.
+ Phần tử đảm bảo các dịch vụ bổ sung SS (Suppliment Service): Xử lý
các dịch vụ bổ sung không liên quan đến cuộc gọi như: Chuyển hướng cuộc gọi khi
không có trả lời, đợi gọi…
+ Phần tử đảm bảo dịch vụ bản tin ngắn SMS (Short Message Service):
Cung cấp các giao thức lớp để truyền tải các bản tin ngắn giữa mạng và thuê bao.
1.3. CÁC KỸ THUẬT CHÍNH SỬ DỤNG TRONG MẠNG GSM.
1.3.1. Mã hoá tiếng nói.
Đây là một vấn đề sống còn liên quan đến việc ấn định tốc độ bit; liên quan
chặt chẽ tới phổ tần của tín hiệu, mức độ tiêu thụ nguồn. Với các hệ thống tế bào
nhỏ thì việc này không quan trọng lắm có thể dùng các biện pháp mã hoá tiếng nói
đơn giản như: Điều chế Delta, điều chế xung mã Logarit Log-PCM (Pulse Coded
Modulation) hay EDM (Embedded Delta Modulation) nhằm đạt được độ giữ chậm
xử lý thấp, đơn giản về thiết bị và mức tiêu thụ nguồn thấp với chất lượng yêu cầu.
Đối với các mạng tế bào lớn thì mã hóa tiếng nói phức tạp hơn rất nhiều, tiêu
tốn nguồn hơn. Tuy nhiên thời gian giữ chậm xử lý đáng kể và dựa trên các đặc tính
cơ bản của âm thanh và quá trình phát âm cho phép nén thông tin cao nhằm đạt
được tốc độ bit thấp với chất lượng tiếng nói theo yêu cầu. Để gửi tiếng nói của
chúng ta qua một mạng vô tuyến thì ta phải chuyển tiếng nói thành tín hiệu số.

Trong mạng GSM người ta áp dụng mã hoá tiếng nói thông dụng là mã hóa dự đoán
14
tuyến tính – giải pháp kích thích xung đều RPE-LPC (Regular Pulse Excitation –
Linear Pridictive Coding), để chuyển tiếng nói ở dạng tín hiệu tương tự sang tín
hiệu số nén. Giải pháp kích thích xung đều RPE là các xung kích thích phân bố đều
và biên độ của chúng tính toán được. Nó cho phép đạt tốc độ trên dưới 10 kb/s và
có thể xuống thấp tận 4,8 kb/s, hoặc sử dụng phương pháp mã hóa dự đoán tuyến
tính kích thích mã CELP (Code Excited Linear Prediction) cho phép tốc độ sau mã
hóa thấp xuống 2,4 kb/s. Mã hoá tiếng nói sử dụng trong mạng GSM là RPE-LPC
cho phép truyền tiếng nói với tốc độ 13,4 kb/s cho chất lượng âm thanh gần chuông.
1.3.2. Mã hóa kênh và ghép xen (mã hóa chống nhiễu và tráo thứ tự
truyền).
Mã hoá kênh: Kênh vô tuyến thường gây ra các lỗi cụm trong quá trình
truyền tín hiệu số. Để chống lại lỗi cụm thì phải mã hoá chống nhiễu kết hợp với
tráo thứ tự truyền một cách thích hợp. Các mã chống nhiễu dùng để mã hoá trong
mạng GSM là sử dụng mã khối và mã xoắn kết hợp. Trong đó mã khối là mã kiểm
tra bit chẵn nhằm phát hiện lỗi còn sót sau khi đã sửa bằng mã xoắn (mã xoắn sử
dụng trước mã khối). Để tốc độ bit truyền đi không quá lớn thì ta chỉ mã hoá các bit
quan trọng trong tín hiệu truyền đi. Nếu tốc độ bit lớn thì dẫn đến chiếm phổ tần lớn
làm giảm hiệu quả sử dụng phổ tần.
Trong mạng GSM thì mã khối với 3 bits kiểm tra được sử dụng để mã hoá 50
bits tiếng nói quan trọng nhất, sau đó 53 bits này được ghép với 132 bits tiếng nói
quan trọng, cộng với 4 bits đuôi tạo thành cụm 189 bits. Sau đó lại được mã hoá
tiếp bằng mã xoắn với tốc độ 1/2 (độ dài ép buộc k = 5) tạo nên độ dài mã là 378
bits (189×2), ghép với 78 bits không quan trọng không được mã hoá tạo thành khối
456 bits (là tổng số bit có trong một cụm để phát lên kênh truyền). Tốc độ truyền tín
hiệu thoại trong GSM là (189+78)bit/20ms = 13,4 kb/s. Sau đây là sơ đồ mã hóa
thoại trong mạng GSM.
15
Interleaver

Vocoder
456
78
378
189
189
4
132
3
50
Type II
Type Ib
Type Ia

Error
Detection
ADD
Convolutional encoder
K= 5 r=
1
2


MPX
Hình 1.3. Sơ đồ mã hóa thoại trong mạng GSM.
Ta có thể giải thích tại sao mã hóa kênh trong mạng GSM có được tốc độ
truyền dữ liệu là 9,6 kb/s, dựa vào sơ đồ điều chế sau: Dữ liệu được đưa vào bộ mã
hóa là khối 191 bits có độ dài là 20 ms, cộng với 3 bits cờ trạng thái đường lên USF
và cộng với 40 bits chuỗi kiểm tra khối BCS, ta được 237 bits. Sau đó khối sử dụng
3 bits mã hóa lại cờ trạng thái đường lên USF và cộng với 4 bits đuôi thêm vào ta

được 244 bits. Tiếp tới ta cho qua bộ mã hóa xoắn với tốc độ r=1/2 và độ dài k=5, ta
có tổng số bit của khối sau mã hóa xoắn là 488 bits. Nhưng khối vô tuyến GSM có
cỡ là 456 bits nên ta phải nén số bit xuống bằng cách cho qua khối Puncturing loại
bỏ đi 32 bits. Cuối cùng ta được khối 456 bits, với phương pháp này cho ta tốc độ
truyền dữ liệu là 191bit/20ms = 9,6 kb/s.
B C S
40bits
U SF P recoding
3bits
A dd U SF
6 bits
A dd tail bit
4 bits
C onvolution C oding
r=
1
2
k=5
Puncturing
32 bits
D ata in
D ata out
191bits
197bits
237bits
240bits
244bits
488bits
456bits
16

Hình 1.4. Sơ đồ mã hóa dữ liệu trong mạng GSM.
Trong mạng GSM sử dụng mã hóa kênh toàn tốc cho tốc độ truyền đi là 22,8
kb/s, dữ liệu được truyền đi trên kênh truyền là 9,6 kb/s. Tốc độ bit tiếng nói được
truyền đi trong kênh lưu lượng là 13,4 kb/s.
Ghép xen (tráo thứ tự truyền): Là biện pháp nhằm giảm tương quan lỗi, giảm
nhẹ nhiệm vụ cho giải mã kênh ở phía thu. Bản chất của ghép xen là thay vì truyền
các ma trận đi theo hàng thì các ma trận số liệu được truyền đi theo cột. Ở phía thu
thì các tín hiệu số liệu sau giải điều chế được sắp xếp lại theo thứ tự ban đầu, lỗi
cụm sẽ được rải ra. Nhờ đó bộ giải mã chống nhiễu sẽ phát hiện và sửa được dễ
dàng hơn. Trong mạng GSM thì tráo thứ thự truyền được thực hiện 2 lần nhằm giải
tương quan lỗi một cách triệt để.
1.3.3. Điều chế.
Để đạt được hiệu quả phổ tần cao thì trong mạng GSM người ta sử dụng
phương pháp điều chế khóa dịch pha cực tiểu Gau-xơ GMSK (Gaussian Minimum
Shift Keying), có đường bao không đổi BT=0.3 (Bandwidth bitinterval). Tức là tín
hiệu sau khi điều chế MSK có dạng xung chữ nhật (tín hiệu NRZ) cho qua bộ lọc
Gaussian có dạng hình chuông thì tín hiệu sau bộ lọc có dạng gần như hình sin. Với
BT = 0,3 tức là bộ lọc được thiết kế với hình chuông cân. Phương pháp này cho
phép điều chế số liệu với tốc độ truyền tối đa là 9,6 kb/s và độ rộng phổ tín hiệu đầu
ra là 50kHz. Ngoài ra nó còn cho phép truyền thoại với tốc độ là 13,4 kb/s. Đặc
điểm của loại điều chế này là phản ứng xung đầu ra trải lấn sang các dấu lân cận tạo
nên ISI (InterSymbol Interference). Nhờ đó làm suy giảm giữa 2 sóng mạng lân cận
là 18 dB và hơn 50 dB đối với các kênh xa hơn. Đây là phương pháp điều chế băng
hẹp dựa trên kỹ thuật điều chế dịch pha.
90
Sin(c(t))
Sin( w (t))
C os(c(t))
T?ch ph©n
t?ng phÇn

Bé läc
Gaussian
L PF
T?n hiÖu sau
®i?u ch? M SK
a(t)
b(t)
c(t)
C
o
s
(
w
(
t
)
)
Q (t)
I(t)
C os(w(t) + o)
Tí i bé khu?ch ®¹i
T?n hiÖu t?
bé dao ®éng
Hình 1.5. Sơ đồ điều chế GMSK.
17
Sau đây là thiết bị thực tế điều chế 0,3 GMSK được sử dụng trong mạng
Vinaphone của hãng Agilent HP (Agilent HP 8657A).
1.3.4. San bằng.
Do đặc điểm truyền sóng trong thông tin di động ảnh hưởng tới sóng mang
lên ở phía thu bộ giải điều chế không dễ dàng gì loại bỏ được xuyên nhiễu giữa các

dấu ISI. Đây là nhiễu do tại phía thu các Symbol được truyền kế tiếp nhau sẽ chồng
lấn lên nhau về mặt thời gian và gây nhiễu lẫn nhau. Do đó để loại bỏ ISI một cách
hiệu quả thì trong mạng GSM người ta sử dụng mạch san bằng với thuật toán
Viterbi sử dụng với cửa sổ ước lượng kênh. Nhờ thuật toán này mà tính phân tập
theo tia sóng được lợi dụng, làm giảm ảnh hưởng của kênh biến đổi theo thời gian
(thực chất mạch san bằng là mạch lọc).
Để phục vụ san bằng thì chuỗi san bằng kênh được phát kèm với tín hiệu
phát. Trong mạng GSM thì chuỗi dò kênh gồm 26 bits được truyền vào giữa khung
của tín hiệu TDMA. Căn cứ vào chuỗi dò kênh thì mạch san bằng ở máy thu sẽ
đánh giá được ước lượng kênh một cách liên tục theo thời gian nhằm đưa ra các
quyết định chính xác về tính cực tính của các bit số liệu.
1.3.5. Nhảy tần.
Trong mỗi tế bào thì có rất nhiều tần số được sử dụng và MS có thể thay đổi
các tần số đó ngay trong mỗi khung TDMA được gọi là nhảy tần. Tốc độ nhảy tần
trong mạng GSM là 217lần/s.
Do các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông mạng GSM trong mỗi quốc gia cùng
chia sẻ một băng tần chung lên vấn đề nhiễu ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng dịch
vụ, nhất là các vùng đô thị nơi tập trung mật độ thuê bao di động lớn. Do đó các nhà
khai thác mạng GSM đã áp dụng kỹ thuật nhảy tần nhằm giảm ảnh hưởng của
18
phađing đa đường, của nhiễu lên chất lượng thoại được cải thiện đáng kể. Làm cho
quá trình sử dụng lại tần số chặt chẽ và hiệu quả hơn. Vì kỹ thuật nhảy tần có 2 ưu
điểm lớn là độ lợi phân tập tần số và độ lợi trung bình hoá nhiễu.
Độ lợi phân tập tần số có ý nghĩa trong việc cải thiện vùng phủ sóng, vì các
tần số khác nhau thì có độ dự trữ pha đinh khác nhau; làm giảm ảnh hưởng của
phađing đa đường đối với MS đặc biệt là đường xuống, do đường xuống không có
phân tập về anten. Độ lợi trung bình hóa nhiễu có ý nghĩa trong việc cải thiện chất
lượng, vì MS chỉ bị nhiễu ở một số tần số nhất định trong chuỗi tần số nhảy tần.
Một tần số bị nhiễu thì được trung bình hoá với các tần số không bị nhiễu khác và
nếu càng nhiều tần số nhảy tần thì sẽ cho ta kết qủa độ lợi lớn hơn. Hiện nay mạng

GSM sử dụng hai kỹ thuật nhảy tần chính là: Kỹ thuật nhảy tần băng gốc (Base
Band Hopping) và kỹ thuật nhảy tần tổng hợp (Synthersizer Hopping).
1.3.6. Điều khiển công suất.
Kiểm soát công suất trong mạng GSM là rất cần thiết, dùng để giảm nhiễu
giữa các tế bào nằm gần nhau làm việc trên cùng một băng tần số. Điều này làm
tăng hiệu quả tái sử dụng tần số và điều khiển công suất còn cho phép tiết kiệm pin
của máy di động MS. Đồng thời nhờ vào công suất ta tính được độ lớn của một tế
bào sử dụng. Không gây nhiễu, ảnh hưởng đến các mạng khác hoạt động trong cùng
dải tần số. Đối với hệ thống thông tin di động CDMA thì điều khiển công suất rất là
vấn đề sống còn.
1.4. CẤU TRÚC KÊNH VÀ CẤU TRÚC KHUNG TIN TRONG MẠNG
GSM.
1.4.1. Cấu trúc kênh cơ bản.
Hệ thống GSM gồm có rất nhiều sóng mang, sử dụng phương thức đa truy
nhập phân chia theo thời gian TDMA (Time Division Multi Access) và phương
thức song công phân chia theo tần số FDD (Frequency Division Duplex). Sau đây là
bảng dải tần số sử dụng trong mạng GSM.
Dải tần GSM Dải tần sử dụng Nơi áp dụng
400MHz 450.4-457.6 MHz + 460.4-467.6 MHz Châu Âu
19
800MHz 824-849 MHz + 869-894 MHz Mỹ
900MHz 890-915 MHz + 935-960 MHz Châu Âu, Châu Á
1800MHz 1710-1785 MHz + 1805-1880 MHz Châu Âu, Châu Á
1900MHz 1850-1910 MHz + 1930-1990 MHz Mỹ
Bảng 1.1. Các dải tần số sử dụng trong mạng GSM
Để bảo đảm các quy định về tần số bên ngoài băng thì phải có khoảng bảo vệ
giữa các băng. Do đó người ta ấn định trong mạng GSM khoảng cách giữa 2 sóng
mang lân cận nhau là 200 kHz. Dải tần số sử dụng chung cho mạng GSM toàn cầu
là dải 900 MHz, Việt Nam cũng sử dụng dải này.
1.4.1.1. Kênh vô tuyến.

Mỗi sóng mang GSM hình thành lên một kênh vô tuyến. Như vậy xét trong
dải 900 MHz và dải 1800 MHz ta có tương ứng 124 cặp và 374 cặp sóng mang, ứng
với 124 kênh (bắt đầu từ kênh 890.2 MHz) và 374 kênh (bắt đầu từ 1710.2 MHz)
tần số vô tuyến dùng trong mạng GSM. Hai sóng mang liên tiếp nhau trong mạng
GSM cách nhau một khoảng cách là 200 kHz. Thực tế, thông thường ở một tế bào
thì người ta sử dụng 2 sóng mang và cho phép tối đa 14 cuộc đàm thoại hoạt động
cùng một lúc. Ở những nơi có mật độ thuê bao cao thì người ta sử dụng đến 3 sóng
mang cho phép 22 cuộc đàm thoại hoạt động ở một thời điểm.
1.4.1.2. Kênh Vật Lý.
Mỗi tần số vô tuyến được phân chia theo thời gian và mỗi khung TDMA có
độ dài là 4,615 ms. Trong mỗi khung TDMA lại phân nhỏ thành 8 khe thời gian có
độ dài là 0,577 ms và mang theo 156,25 bits. Mỗi một khe thời gian ở một tần số là
một kênh vật lý, dành để truyền tải thông tin trên đường truyền vô tuyến giữa MS
và BTS. Do mỗi sóng mang có thể có 8 MS cùng hoạt động ở một thời điểm lên các
khe đó được đánh số từ TS
0
→TS
7
. Tổng số kênh có thể có của hệ thống GSM phụ
thuộc vào dải tần như: Ở dải 900 MHz và 1800 MHz có 124 và 374 kênh vô tuyến
ứng với 992 và 2992 kênh vật lý. Do hệ thống sử dụng cấu trúc khung lên trên mỗi
kênh vật lý ta có thể ghép một số kênh logic, mỗi một loại kênh logic thì phục vụ
một mục đích nhất định như: Truyền thoại, số liệu, tìm gọi, truy nhập, báo hiệu tạo
cuộc gọi, truyền tín hiệu đo lường, điều khiển…
1.1.4.3. Các kênh logic.
Các bit thực hiện cùng chức năng hình thành lên kênh logic. Trong hệ thống
GSM gồm có 11 loại kênh logic, trong đó có 2 kênh được sử dụng để truyền thông
tin thoại hoặc số liệu gọi là kênh lưu lượng và 9 kênh còn lại dùng cho báo hiệu và
điều khiển.
20

Hình 1.6. Mô tả cấu trúc kênh logic trong mạng GSM.
Chú thích:
Chữ viết
tắt
Tiếng Anh Tiếng Việt
TCH/F Traffic Channel/Full Rate Kênh lưu lượng toàn tốc
TCH/H Traffic Channel/Half Rate Kênh lưu lượng bán tốc
FCCH Frequency Correction Channel Kênh hiệu chỉnh tần số
SCH Synchronization Channel Kênh đồng bộ
BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển phát quảng bá
PCH Paging Channel Kênh tìm gọi
RACH Radom Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên
AGCH Access Grant Channel Kênh trao quyền truy nhập
SDCCH Standalone Dedicated Control
Channel
Kênh điều khiển dành riêng đứng
riêng một mình
SACCH Slow Associated Control
Channel
Kênh điều khiển liên kết chậm
FACCH
Fast Associated Control
Channel Kênh điều khiển liên kết nhanh
Các kênh lưu lượng TCH (Traffic Channel):
Kênh toàn tốc TCH/F (Full Rate Channel): Dùng cho truyền thoại với tốc độ
mã hóa là 13 kb/s hoặc truyền số liệu với tốc độ 9,6; 4,8 hoặc 2,4 kb/s. Kênh toàn
tốc sử dụng phương pháp điều chế pha cực tiểu Gaussian, tương tác sóng mang, tốc
21
độ bit tăng lên tức thời từ 0→22,8 kb/s. Nếu một kênh toàn tốc sử dụng phương
pháp điều chế 8-PSK thì tốc độ bit tức thời tăng từ 0→96,6 kb/s.

Kênh bán tốc TCH/H (Half Rate Channel): Dùng cho truyền thoại với tốc độ
mã hóa là 7 kb/s và truyền số liệu với tốc độ là 4,8 và 2,4 kb/s. Kênh bán tốc phân
bổ tài nguyên vô tuyến tương ứng cho nhiều người sử dụng trên một nửa kênh vật lý
và tốc độ mã hóa của kênh bán tốc bằng 1/2 kênh toàn tốc.
Các kênh điều khiển và báo hiệu:
Lại được chia làm 3 loại là: Các kênh điều khiển phát thanh, các kênh điều
khiển dùng chung và các kênh điều khiển dành riêng.
Các kênh phát thanh BCH (Broadcast Channels): Gồm có 3 loại kênh là: Kênh hiệu
chỉnh tần số FCCH, kênh đồng bộ SCH và kênh điều khiển phát thanh BCCH.
Kênh hiệu chỉnh tần số FCCH (Frequency Correction Channel): Là kênh
đường xuống truyền từ BTS tới MS mang thông tin hiệu chỉnh tần số cho các MS
và thông báo tần số phát kênh BCCH cho cell hiện thời.
Kênh đồng bộ SCH (Synchronization Channel): Là kênh đường xuống truyền
từ BTS tới MS mang thông tin về hệ thống cho các MS đang hiện diện trong tế bào
mà BTS phục vụ để đồng bộ. Ngoài ra kênh này còn truyền cả số khung TDMA và
mã nhận diện trạm gốc BSIC ( Base Station Identity Code- gồm có mã quốc tế và
mã quốc gia) của BTS đã chọn.
Kênh điều khiển phát thanh BCCH (Broadcast Control Channel): Đây là
kênh đường xuống, dùng để thông báo cho MS các thông tin riêng về tế bào và
mạng (cho biết tần số nào đang dùng, số nhận diện vùng định vị LAI, tế bào nào bị
cấm, mô tả các tế bào lân cận, mã mạng, mã nước…).
Các kênh điều khiển chung CCCH (Common Control Channels): Cũng gồm có 3
kênh là: Kênh tìm gọi PCH, kênh truy nhập ngẫu nhiên RACH và kênh trao quyền
truy nhập AGCH.
Kênh tìm gọi PCH (Paging Channel): Là kênh đường xuống, dùng để nhắn
gọi MS. Khi có một cuộc gọi tới một MS nào đó đang đăng ký vị trí trong một vùng
LA nào đó, thì tất cả các BTS trong vùng LA sẽ phát tín hiệu gọi MS gồm có số
IMSI hoặc TMSI trên kênh Paging.
Kênh truy nhập ngẫu nhiên RACH (Random Access Channel): Đây là kênh
đường lên truyền từ MS tới BTS yêu cầu mạng đặt một kênh điều khiển dành riêng

đứng riêng SDCCH, hoặc để đáp lại tín hiệu nhắn tìm gọi của mạng, hoặc MS dùng
để truy nhập nhằm tạo một cuộc gọi hay đăng ký.
22
Kênh trao quyền truy nhập AGCH (Access Grant Channel): Đây là kênh
đường xuống được mạng sử dụng để ấn định một kênh điều khiển dành riêng đứng
riêng SDCCH cho một MS.
Các kênh điều khiển dành riêng DCCH (Dedicated Control Channels): Cũng gồm
có 3 loại kênh là: Kênh điều khiển dành riêng đứng riêng một mình SDCCH, kênh
điều khiển liên kết chậm SACCH và kênh điều khiển liên kết nhanh FACCH.
Kênh điều khiển dành riêng đứng riêng một mình SDCCH (Standalone
Dedicated Control Channel): Kênh này chỉ được dành riêng để truyền báo hiệu
giữa mạng và một MS, để thực hiện các thủ tục cập nhật, đăng ký vị trí và thiết lập
một cuộc gọi trước khi MS được ấn định một kênh lưu lượng TCH. SDCCH được
phát ở cả đường lên lẫn đường xuống.
Kênh điều khiển liên kết chậm SACCH (Slow Associated Control Channel):
Đây là kênh đường lên – xuống, kênh này được kết hợp với một kênh lưu lượng
TCH hoặc một kênh SDCCH. Trên đường lên thì MS báo cáo kết quả đo lường về
cường độ và chất lượng tín hiệu của cell hiện thời và 6 cell lân cận tới BTS phục vụ
quá trình HO. Trên đường xuống từ BTS tới MS thì kênh này mang lệnh điều khiển
công suất, phát định trước về thời gian phát cho MS.
Kênh điều khiển liên kết nhanh FACCH (Fast Associated Control Channel):
Đây là kênh đường lên - xuống, kênh này được kết hợp với một kênh TCH sử dụng
để báo hiệu chuyển vùng, khi MS đang liên lạc chuyển từ cell này tới cell khác. Để
thời gian giãn đoạn liên lạc trong khi chuyển vùng không quá lớn thì kênh FACCH
được tổ chức bằng cách lấy trộm các bit của kênh TCH để truyền tín hiệu điều
khiển.
1.4.2. Cấu trúc khung tin.
Cơ cấu mã và giải mã mật trong mạng GSM sử dụng số khung TDMA như
một thông số, do đó trạm BTS nhất thiết phải đánh thứ thự số các khung TDMA
theo một mẫu tuần hoàn, không thể đánh chúng vô hạn được vì cuộc đàm thoại dễ

bị nghe trộm. Chu kỳ của khung tín hiệu là 2715648 khung, mà mỗi khung có độ
dài là 4.615 ms lên độ dài của một chu kỳ là 2715648x4.615= 3 giờ 28 phút 53 s và
760 ms. Về mặt thời gian các kênh vật lý ở một kênh tần số được tổ chức theo cấu
trúc khung, đa khung, siêu khung hoặc siêu siêu khung.
Chu kỳ lớn nhất khung TDMA là 2715648 khung được gọi là một siêu siêu
khung. Một siêu siêu khung được chia thành 2715648/1326 = 2048 siêu khung và
23
được đánh số từ 0→2047, có độ dài là 6,12 s. Mỗi siêu khung được chia thành các
đa khung và có hai loại đa khung là:
- Đa khung 26 khung được đánh số từ 0→25, có độ dài là 26x4,615ms = 120
ms các đa khung này được sử dụng để tải các kênh lưu lượng TCH, SACCH và
FACCH và cứ 51 đa khung 26 sẽ tạo nên một siêu khung có độ dài là 51x120 =
6,12 s.
- Đa khung 51 khung được đánh số từ 0→50, có độ dài là 51x4,615ms = 235
ms (vì mỗi khung TDMA có độ dài là 4,615 ms) và đa khung này sử dụng cho các
kênh điều khiển phát thanh BCCH, SDCCH và SACCH và cứ 26 đa khung 51 sẽ
tạo nên một siêu khung có độ dài là 25x235ms = 6,12 s.
Trong một khe thời gian có 156,25 bits mà khoảng các các bit là 3,69 µs nên
một khe thời gian có độ dài là 156,25x3,69µs = 0,577 ms. Tám cụm thường của 8
người sử dụng là xếp chéo nhau được ghép kênh trên một sóng mang vô tuyến cho
ta độ dài của một khung TDMA là 8x0,577ms = 4,615ms. Do đó một đa khung
TDMA 26 có độ dài là 120 ms còn một đa khung TDMA 51 có độ dài là 235 ms.
24
1 siªu siªu khung = 2048 siªu khung = 2715648 khung TDMA (3h 28m 53s 760ms)
2047
2046
0 1 2
3
4
2045

25
0
1 2 3
2423
500 1 2
3
4948
1 siªu khung=26x51 khung TDMA(6,12s)
50
0
1 2 3 494825
0
1 2 3 2423
1 ®a khung=51khung TDMA(235ms)
1®a khung=26khung TDMA(120ms)
1khung TDMA=8khe thêi gian(4,615ms)
32
1
0
4
5
6
7
CP
TB
F
C¸c bit ®uî c m·
Dß ®uêng
C¸c bit ®uî c m· TB
3

Côm thuêng
1khe thêi gian = 156,25bits = 0,577ms (tèc ®é 271Kbps)
57
261
57
3
8,25
TB
C¸c bit cè ®?nh
TB
CP
TB
C¸c bit ®uî c m·
D·y bit ®ång bé
C¸c bit ®uî c m·
TB
CP
Côm sña tÇn sè
Côm ®ång bé
Côm truy nhËp
CP
TB
D·y ®ång bé
TB
3
8,25
3
142
3
39

3
8,25
39
64
3
C¸c bit ®uî c m·
68,25
341
36
Hình 1.7. Cấu trúc siêu siêu khung, siêu khung, khung TDMA và cụm Burst trong
GSM
25