trạm di động ms trong cấu trúc của hệ thống gms

Tiểu luận môn: Chuyên đề vô tuyến Chuyên đề: Trạm di động
MS
MỤC LỤC
II. Trạm di động MS trong cấu trúc của hệ thống GMS 1
II.1. Các chức năng 2
II.2. Các bước xử lý tín hiệu khi thực hiện một cuộc đàm thoại 3
II.2.1. Phân tích theo chiều phát từ máy di động (MS) đến trạm gốc BTS: 3
II.2.2. Phân tích theo chiều thu từ trạm gốc BTS đến máy di động (MS): 4
II.3. Sơ đồ kết cấu của máy di động MS 5
I.
II. Trạm di động MS trong cấu trúc của hệ thống GMS.
Trạm

di

động

là

thiế
t
b
ị
duy

nhấ
t
mà

ngườ
i

sử

dụng

có

thể

thường

xuyên
Hướng dẫn: Thầy Nguyễn Viết Minh Nhóm 30 - Lớp H08VT2
1
Tiểu luận môn: Chuyên đề vô tuyến Chuyên đề: Trạm di động
MS
nhìn

thấy

của

hệ

thống.

MS

có

thể

là:

máy

cầm

tay,

máy

xách

tay

hay

máy

đặ
t
trên
ô

tô…

Ngoài

việc

chứa

các

chức

năng

vô

tuyến

chung

và

xử

lý

cho

giao

diện
vô tuyến,

MS

còn

phả
i
cung

cấp

các

giao

diện

vớ
i
ngườ
i
sử

dụng

(như

micrô,

loa,
màn
hiển

th

ị
,

bàn

phím

để

quản

lý

cuộc

gọi)

hoặc

giao

diện

vớ
i mộ
t

số

các

thiế
t
b
ị
khác (như

giao

diện

vớ
i
máy

tính

cá

nhân,

Fax…).

Hiện

nay,

ngườ
i
ta

đang

cố
gắng

sản xuấ
t
các

thiế
t
b
ị
đầu

cuố
i
gọn

nhẹ

để

đấu

nố
i
vớ
i

trạm

di

động.
II.1. Các chức năng.
Trạm di động MS có ba

chức

năng chính
:
- Thiế
t
b
ị
đầu

cuố
i
thực

hiện

các

chức

năng

không

liên

quan

đến

mạng
GSM.
- Kế
t
cuố
i
trạm

di

động

thực

hiện

các

chức

năng

liên

quan

đến

truyền

dẫn

ở
giao

diện

vô

tuyến.
- Bộ

thích

ứng

đầu

cuố
i
làm

việc

như

mộ
t
cửa

nố
i
thông

thiết

b
ị
đầu

cuố
i
vớ
i
kế
t
cuố
i
di

động.

Cần

sử

dụng

bộ

thích

ứng

đầu

cuố
i
khi

giao

diện

ngoài

trạm di
động

tuân

theo

tiêu

chuẩn

ISDN

để

đấu

nố
i
đầu

cuố
i
,

còn

thiế
t
b
ị
đầu

cuố
i l
ạ

i
có thể
giao

diện

đầu

cuố
i
–

modem.
Máy

di

động

MS

gồm

hai

phần:

Module

nhận

dạng

thuê

bao

SIM
(

Subscriber

Identity

Module)

và

thiế
t
b
ị
di

động

ME

(Mobile

Equipment).
Để

đăng

ký

và

quản

lý

thuê

bao,

mỗ
i
thuê

bao

phả
i
có

mộ
t
bộ

phận

gọ
i
là SIM.

SIM

là

mộ
t
module

riêng

được

tiêu

chuẩn

hoá

trong

GSM.

Tấ

t
cả
các

bộ phận

thu,

phát,

báo

hiệu
t
ạo

thành

thiế
t
b
ị
ME.

ME

không

chứa

các
tham

số

liên quan

đến

khách

hàng,

mà
t
ấ
t
cả

các

thông

tin

này

được
l
ưu

trữ
trong

SIM.

SIM thường

được

chế
t
ạo

bằng

mộ
t
v
i
mạch

chuyên

dụng

gắn

trên
thẻ

gọ
i
là

S
i
mcard. S
i
mcard

có

thể

rút

ra

hoặc

cắm

vào

MS.
S
i
m

đảm

nhiệm

các

chức

năng

sau:
-

Lưu

giữ

khoá

nhận

thực

thuê

bao

Ki

cùng

vớ
i
số

nhận

dạng

trạm

di

động
quốc
t
ế

IMSI

nhằm

thực

hiện

các

thủ
t

ục

nhận

thực

và

mậ
t
mã

hoá

thông

tin.
-

Khai

thác

và

quản

lý

số

nhận

dạng

cá

nhân

PIN(Personal

Identity
Number)

để
bảo

vệ

quyền

sử

dụng

của

ngườ
i
sở

hữu

hợp

pháp.

PIN

là

mộ
t
số

gồm
t
ừ

4

đến

8

chữ
số,

được

nạp

bở
i
nhà

khai

thác

khi

đăng

ký
l
ần

đầu.
Hướng dẫn: Thầy Nguyễn Viết Minh Nhóm 30 - Lớp H08VT2
2
Tiểu luận môn: Chuyên đề vô tuyến Chuyên đề: Trạm di động
MS
II.2. Các bước xử lý tín hiệu khi thực hiện một cuộc đàm thoại.
Đổi
tần
lên
Trung
tần
Đ/C

GMSK
Mã
hoá
kênh
Mã
hoá
nguồn
D/A
Duplex
270
kb/s
13
kb/s
128
kb/s
Đổi
tần
xuống
Trung
tần
G/D
GMSK
Giải
mã
kênh
Giải
mã
nguồn
D/A
TDMA

Timer
Control MMI
Đồng bộ
Hệ thống điều
khiển
Giao diện
người/ máy
Hình 1: Sơ đồ khối đơn giản của máy di động cầm tay GSM.
II.2.1. Phân tích theo chiều phát từ máy di động (MS) đến trạm gốc BTS:
- Tín hiệu thoại trong dải tần từ 300 đến 3400Hz được số hóa qua bộ biến đổi
A/D. Tín hiệu được mã hóa theo thuật toán FPE-LPT (kích thích xung đều - dự
đoán trường kỳ). Bước mã hóa này gọi là “mã hóa nguồn”. Kết quả chuỗi xung đưa
ra có tốc độ 13kbit/s.
- Trong bước “mã hóa nguồn” theo thuật toán RPE-LPT thì cứ 20ms của âm
thoại ta phải truyền được 260bit nên tốc độ của mỗi kênh là 260bit:20 x 10
-3
=
13kbit/s.
- Tiếp theo bộ mã hóa kênh thực hiện bảo mật các dữ liệu, thêm các bit dưới
và bit bảo vệ để lập thành các cụm (burst) còn gọi là khe thời gian. Tốc độ của cụm
là 270,8kbit/s.
Dãy xung đã được mã hóa trên đưa vào điều chế dao động trung gian (thường
là 70 đến 400MHz). Tại đây thực hiện "điều chế di pha cực tiểu Gauss" GMSK
(Gaussian Minimmum Shift Keying). Về bản chất MSK là điều tần mã nhị phân với
2 tần số phù hợp với tín hiệu được chọn trong mỗi khoảng nhịp của tần số đó có
dịch pha 180
o
. So với điều chế di pha 2PSK thì phổ của MPSK hẹp hơn.
Tín hiệu trung tần IF đã được điều chế lại thực hiện việc trộn với dao động
VCD để nâng tần số mang lên tới 890 đến 915MHz. Tín hiệu này được khuếch đại

qua bộ ghép (duplexer) và đưa ra anten. Ta cũng cần biết thêm về kênh vô tuyến
của hệ thống GSM.
Theo quan điểm truyền dẫn, kênh vật lý là một khe thời gian tại một sóng mang vô
tuyến được chỉ định. Theo quan điểm tin tức, kênh logic mang nội dung tin được
đặt vào các kênh vật lý. Cách tổ chức kênh vật lý của GSM như sau:
- Dải tần 890-915MHz dùng cho đường lên (từ MS đến BTS)
- Dải tần 935-960MHx dùng cho đường xuống (từ BTS đến MS).
Hướng dẫn: Thầy Nguyễn Viết Minh Nhóm 30 - Lớp H08VT2
3
Tiểu luận môn: Chuyên đề vô tuyến Chuyên đề: Trạm di động
MS
II.2.2. Phân tích theo chiều thu từ trạm gốc BTS đến máy di động (MS):
Tín hiệu tần số 935-960MHz từ anten qua bộ lọc phân chia (duplexer), sau khi
được khuếch đại thực hiện đổi tần lần thứ nhất. Tín hiệu thu cùng trộn với dao động
nội 962-995MHz. Tại đầu ra của bộ đổi tần là tần số trung tần IF thứ nhất. Tín hiệu
trung tần này được khuếch đại và qua bộ lọc và tiếp tục tiến hành đổi tần lần thứ
hai. Tín hiệu trung tần 2 qua bộ lọc và hạn chế biên độ được tiến hành giải điều chế
GMSK và khôi phục lại cụm tín hiệu 270kbit/s. Tiếp theo tín hiệu được giải mã
kênh để khôi phục lại xung 13kbit/s của tín hiệu thoại. Sau khi qua bộ biến đổi
digital-analog (D/A) tín hiệu thoại được khôi phục và đưa tới ống nghe.
Về cơ bản, cấu trúc các khối chức năng trên lộ trình truyền tín hiệu thoại theo cấu
trúc của máy phát và máy thu vô tuyến điện, nhưng cấu trúc của máy cầm tay GSM
rất phức tạp và ở mức trình độ công nghệ cao như công nghệ chế tạo vi mạch
khuếch đại siêu cao tần tạp âm nhỏ, công nghệ vi xử lý với tốc độ rất cao. Mặt khác
việc xử lý tín hiệu phải đồng bộ một cách chính xác dưới sự điều khiển của trạm
gốc BTS để 8 thuê bao cùng sử dụng 1 kênh cao tần. Trong các máy MS hiện nay
các khối chức năng chính được đặt gọn trong các vi mạch có độ tích hợp cao VLSI,
thích hợp với ghép kênh theo thời gian TDMA của GSM. Chẳng hạn như khối phát
và khối thu có thể tích hợp trong một vi mạch RF, việc phát và thu trong một máy
MS thực hiện trong các "khe thời gian" khác nhau nên giữa thu và phát không

xuyên nhiễu lẫn nhau. Ta chỉ dùng một vi mạch để tổng hợp tạo ra tần số VCO cho
thu và cho phát. Sự tổng hợp tần số diễn ra rất nhanh dưới sự điều khiển của trạm
gốc BTS.
Như trên, chúng ta quan tâm nhiều đến quá trình biến đổi của tín hiệu thoại
trên kênh vật lý. Kênh logic cũng có liên quan chặt chẽ với kênh vật lý. Trong một
cuộc gọi bên cạnh các tin tức về thoại, kênh vật lý cũng chuyển tải các dữ liệu điều
khiển sự hoạt động của cả hệ thống. Chính kênh vật lý cũng phải chuyển tải một số
kênh logic. Ta có thể chia ra 2 loại kênh.
a- Kênh lưu lượng TCH, chuyển các thông tin của thuê bao (điện thoại hoặc
số liệu). Kênh TCH có thể làm việc với tốc độ 22,8kbit/s gọi là toàn tốc độ hoặc với
tốc độ 11,4 kbit/s gọi là nửa tốc độ.
b- Kênh báo hiệu SCH, mang các thông tin báo hiệu cần thiết để hoạt động
bình thường. Kênh báo hiệu lại có thể phân ra 3 loại:
+ Kênh điều khiển quảng bá BCCH
+ Kênh điều khiển chung CCCH
+ Kênh điều khiển dành riêng DCCH
Kênh BCCH là kênh quảng bá các thông tin "hệ thống" liên quan tới cell mà thuê
bao MS đang cư trú. Kênh này lại chia ra:
Hướng dẫn: Thầy Nguyễn Viết Minh Nhóm 30 - Lớp H08VT2
4
Tiểu luận môn: Chuyên đề vô tuyến Chuyên đề: Trạm di động
MS
+ FCCH, kênh hiệu chỉnh tần số, truyền cho máy MS để nó hiệu chỉnh đúng với tần
số của BTS.
+ SCH, kênh đồng bộ khung cho MS.
Kênh điều khiển chung CCCH là kênh thiết lập sự truyền thông giữa BTS và MS và
nó gồm có:
+ RACH, kênh truy nhập ngẫu nhiên. Máy thuê bao MS truyền tới BTS kênh
RACH để yêu cầu về di động.
+ Kênh tìm gọi PCH. Trạm BTS truyền xuống để gọi MS.

+ Kênh cho phép truy nhập AGCH, chỉ được dùng ở đường xuống để thực hiện một
kênh lưu lượng TCH và kênh DCCH cho thuê bao.
Kênh điều khiển dành riêng DCCH gồm có:
+ Kênh điều khiển dành riêng đứng một mình dùng để cập nhật và thiết lập cuộc gọi
+ Kênh điều khiển liên kết chậm SACCH, là một kênh hoạt động liên tục trong suốt
cuộc liên lạc để truyền các số liệu đo lường và kiểm soát công suất.
+ Kênh điều khiển liên kết nhanh FACCH, nó liên kết với một kênh TCH và hoạt
động bằng cách lấy lên một khung FACCH được dùng để chuyển giao cell.
Sau khi tìm hiểu các kênh logic trên ta thấy: các kênh vô tuyến được chỉ định
cho thuê bao khi xuất hiện có nhu cầu. Các kênh logic theo hướng trên có:
+ Các kênh truyền xuống gồm có BCCH, FCCH, SCH, PCH, ACCH.
+ Các kênh truyền lên có: RACH
II.3. Sơ đồ kết cấu của máy di động MS.
Hình 3: Sơ đồ kết cấu của máy di động MS.
Hướng dẫn: Thầy Nguyễn Viết Minh Nhóm 30 - Lớp H08VT2
5
APC
ALARM
AGC
AFC
CHDECO D/A
DSP
INTERFACE
A/D
RAM
Sim
dislpay
keyboard
CPU TDMA
TIME

SYNC MONT
OR
SYSTEM
CONTROL
CHDECO
ROM
Tổng hợp
tần số RF
GM
SK
GM
SK
VCO
IF
Tiểu luận môn: Chuyên đề vô tuyến Chuyên đề: Trạm di động
MS
Trong sơ đồ kết cấu của máy di động MS thì các khối vi xử lý, điều khiển,
giao diện người/máy cũng rất quan trọng. Sơ đồ khối (hình 3) cho ta một quan niệm
đầy đủ hơn về máy MS hiện có trên thị trường. Máy MS thực hiện thu phát sóng
phụ thuộc rất chặt chẽ vào sự điều khiển của trạm gốc BTS. Chức năng này được
truyền trên kênh logic và các vi mạch logic thực hiện các lệnh. Bản thân máy có các
bộ nhớ RAM, ROM hoặc EEPROM và bộ xử lý trung tâm CPU.
Từ bộ giải điều chế kênh, bên cạnh bộ mã của tín hiệu thoại ta còn lấy ra các
dữ liệu của kênh điều chỉnh tần số FCCH, kênh đồng bộ SCH, kênh điều chỉnh công
suất phát PCH, kênh liên kết chậm. Các tín hiệu này được đưa vào mạch logic để
giải mã và thực hiện các nhiệm vụ:
- Khống chế công suất máy phát,
- Đo cường độ tín hiệu thu
- Điều chỉnh tần số dao động nội VCO
- Hiển thị các số liệu.

Theo chiều từ máy thuê bao MS, ta thấy trước khi thực hiện cuộc gọi, người sử
dụng phải ấn các nút trên bàn phím để phát xung tín hiệu gọi DTMF, tín hiệu điều
khiển liên kết SAC. Các tín hiệu logic này cùng ghép vào đường thoại đưa vào
mạch điều chế DTMF.
Hướng dẫn: Thầy Nguyễn Viết Minh Nhóm 30 - Lớp H08VT2
6
Tiểu luận môn: Chuyên đề vô tuyến Chuyên đề: Trạm di động
MS
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, Thông tin di động GSM, Trung tâm thông
tin Bưu điện, Nhà xuất bản Bưu điện, 1999.
Hướng dẫn: Thầy Nguyễn Viết Minh Nhóm 30 - Lớp H08VT2
7