Gới thiệu mạng di động chuẩn GSM pot

Gới thiệu mạng di động chuẩn GSM

MỤC LỤC
1 Cấu trúc và thành phần của mạng GSM...............................................................................................................2
1.1 Cấu trúc tổng thể............................................................................................................................................2
1.2 Các thành phần của mạng.............................................................................................................................3
1.2.1 Phân hệ chuyển mạch SS.........................................................................................................................4
1.2.2 Phân hệ trạm gốc BSS.............................................................................................................................6
1.2.3 Trạm di động MS....................................................................................................................................7
1.2.4 Phân hệ khai thác và bảo dưỡng OSS......................................................................................................7
1.3 Cấu trúc địa lý của mạng...............................................................................................................................9
2 Chia ơ phủ sóng.......................................................................................................................................................10
3 Tái sử dụng tần số...................................................................................................................................................13
4 Chỉ tiêu kỹ thuật và chất lượng mạng..................................................................................................................14
4.1 Nhiễu đồng kênh (Co-channel Interference)................................................................................................14
4.2 Nhiễu kề kênh C/A (Adjacent-channel interference)....................................................................................15
4.3 Truyền dẫn trong GSM................................................................................................................................16
4.3.1 Truyền dẫn thông tin từ đầu cuối này đến đầu cuối kia của mạng GSM..............................................16
4.3.2 Truyền dẫn bên trong GSM...................................................................................................................17
4.3.3 Cấu trúc của kênh vật lý........................................................................................................................21
4.3.4 Cấu trúc các kênh logic.........................................................................................................................24
4.4 Suy hao đường truyền và phadinh...............................................................................................................25
4.5 Các phương pháp phòng ngừa suy hao do pha đinh...................................................................................26
4.5.1 Phân tập (không gian) Anten.................................................................................................................26
4.5.2 Nhảy tần................................................................................................................................................26
4.5.3 Mã hoá kênh..........................................................................................................................................26
4.5.4 Ghép xen................................................................................................................................................27
4.6 Chất lượng mạng..........................................................................................................................................27
4.6.1 Cấp độ phục vụ GOS (Grade Of Service).............................................................................................27
4.6.2 Tỷ lệ lỗi TCH (TCH failure rate)..........................................................................................................28
4.6.3 Tỷ lệ rơi cuộc gọi (Dropped call rate)...................................................................................................28

Bài giảng TTDĐ

Nguyễn Thanh Xuân 1


Gới thiệu mạng di động chuẩn GSM

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN MẠNG GSM
1 Cấu trúc và thành phần của mạng GSM
Công nghệ GSM (Global System for Mobile communication) là công nghệ
thơng tin di động số tồn cầu do Viện tiêu chuẩn Viễn thông châu Âu
(ETSI) đưa ra năm 1991, hoạt động ở dải tần 900, 1800, 1900 MHz. Hiện
tại GSM đã được phát triển nhanh chóng và đã được tiêu chuẩn hố, áp
dụng cơng nghệ số đảm bảo chất lượng thoại và sử dụng hiệu qủa tài
nguyên hệ thống. Ngày nay, các mạng điện thoại di động sử dụng công
nghệ GSM đã có mặt tại khoảng 135 nước trên thế giới.
1.1 Cấu trúc tổng thể
Mạng thông tin di động số thực chất là mạng di động mặt đất công cộng
PLMN (Public Land Mobile Network). Một cách tổng quát thì PLMN hợp tác
với các mạng cố định để thiết lập cuộc gọi, qua các giao diện PLMN tiếp xúc
với bên ngoài, thế giới này bao gồm các mạng ngoài, nhà khai thác và người sử
dụng như hình vẽ dưới đây :

GSM

Bài giảng TTDĐ

Nguyễn Thanh Xuân 2

Gới thiệu mạng di động chuẩn GSM

Như vậy, một hệ thống GSM được chia thành nhiều hệ thống con như sau:
- Phân hệ chuyển mạch NSS (Network Switching Subsystem )
- Phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem)
- Phân hệ bảo dưỡng và khai thác OSS (Operation Subsystem)
- Trạm di động MS (Mobile Station)
1.2 Các thành phần của mạng
Sơ đồ mơ hình của hệ thống GSM được mơ tả như ở hình 2 dưới đây :

SS
AUC
ISDN
VLR

HLR

EIR

PSPDN
MSC
CSPDN
OSC

PSTN

BSS

BSC

BTS

PLMN
MS

--------

: Truyền báo hiệu
: Truyền lưu lượng

Hình 2 : Mơ hình mạng GSM

Các ký hiệu :
AUC
: Trung tâm nhận thực
VLR
: Bộ ghi định vị tạm trú
BTS
: Trạm thu phát gốc
Bài giảng TTDĐ

Nguyễn Thanh Xuân 3


Gới thiệu mạng di động chuẩn GSM

SS
ISDN
HLR
EIR

BSC
MS
BSS
OSS
PSPDN
PSTN
CSPDN
PLMN
MSC

: Hệ thống con chuyển mạch
: Mạng liên kết số đa dịch vụ
: Bộ ghi định vị thường trú
: Bộ ghi nhận dạng thiết bị
: Bộ điều khiển trạm gốc
: Trạm di động
: Hệ thống con trạm gốc
: Trung tâm khai thác và bảo dưỡng
: Mạng số liệu cơng cộng chuyển mạch gói
: Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng
: Mạng số liệu công cộng chuyển mạch theo mạch
: Mạng di động công cộng mặt đất
: Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động

1.2.1 Phân hệ chuyển mạch SS
Phân hệ chuyển mạch bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của
GSM cũng như các 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 thơng tin giữa những
người sử dụng mạng GSM với nhau và với mạng khác.
SS bao gồm các thiết bị :

* Tổng đài MSC
Trong 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 được gọi là MSC
cổng GMSC.
Để kết nối MSC với các mạng khác cần phải thích ứng các đặc điểm
truyền dẫn GSM với các mạng đó. Các thích ứng này được gọi là các chức năng
tương tác IWF ( Interworking funtions ). IWF bao gồm một thiết bị để thích ứng
giao thức và truyền dẫn. IWF cho phép kết nối với các mạng PSTN, ISDN,
PSPDN, CSPDN và có thể được thực hiện kết hợp trong cùng các chức năng
MSC hay trong thiết bị riêng.
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.
Bài giảng TTDĐ

Nguyễn Thanh Xuân 4


Gới thiệu mạng di động chuẩn GSM

Ví dụ, mạng báo hiệu kênh chung số 7(SS7) bảo đảm hợp tác, tương tác
giữa các thiết bị của SS trong một hay nhiều mạng GSM. MSC thường là một
tổng đài lớn điều khiển và quản lý một số bộ điều khiển trạm gốc BSC. Một
tổng đài MSC thích hợp cho một vùng đơ thị và ngoại ô dân cư vào khoảng một
triệu (với mật độ thuê bao trung bình).
* Bộ đăng ký định vị thường trú HLR
Ngồi MSC, SS cịn bao gồm các cơ sở dữ liệu. Bất kể vị trí của thuê bao,
mọi thông tin liên quan đến việc cung cấp các dịch vụ viễn thông đều được lưu

giữ trong HLR, kể cả vị trí hiện thời của MS. HLR thường là một máy tính
đứng riêng có khả năng quản lý hàng trăm ngàn th bao nhưng khơng có khả
năng chuyển mạch. Một chức năng nữa của HLR là nhận dạng thông tin nhận
thực AUC, mà nhiệm vụ của trung tâm này là quản lý số liệu bảo mật về tính
hợp pháp của thuê bao.
* Bộ đăng ký định vị tạm trú VLR
VLR là một cơ sở dữ liệu được nối với 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 vị trí của các th
bao nói trên ở mức độ chính xác hơn HLR.
Các chức năng VLR thường được liên kết với các chức năng MSC.
*Tổng đài cổng GMSC
SS có thể chứa nhiều MSC, VLR và HLR. Để thiết lập một cuộc gọi liên
quan đến GSM mà khơng cần biết đến vị trí hiện thời của thuê bao MS, trước
hết cuộc gọi phải được định tuyến đến một tổng đài cổng GMSC để lấy thơng
tin về vị trí của th bao và định tuyến cuộc gọi đến MSC nào hiện đang quản lý
thuê bao đó. Để thực hiện việc này, 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. GMSC
có giao diện với các mạng bên ngồi để kết nối mạng bên ngoài với mạng GSM.
Ngoài ra, tổng đài cổng GSM cịn có giao diện với mạng báo hiệu số 7 để có thể
tương tác với các phần tử khác của NSS. Do tính kinh tế cần thiết của mạng nên
không bao giờ tổng đài cổng GSM đứng riêng mà thường được kết hợp với
GSM.
*Mạng báo hiệu kênh chung số 7 (CCS7)
Nhà khai thác mạng GSM có thể có mạng báo hiệu CCS7 riêng hay
chung phụ thuộc vào quy định của từng nước. Nếu nhà khai thác có mạng báo
hiệu này riêng thì các điểm chuyển báo hiệu STP (Signalling Transfer Point) có
Bài giảng TTDĐ

Nguyễn Thanh Xuân 5

Gới thiệu mạng di động chuẩn GSM

thể là một bộ phận của NSS và có thể được thực hiện ở các điểm nút riêng hay
kết hợp trong cùng một MSC tuỳ thuộc vào điều kiện kinh tế. Nhà khai thác
GSM có thể dùng mạng riêng để định tuyến các cuộc gọi giữa GMSC và MSC
hay thậm chí định tuyến cuộc gọi ra đến điểm gần nhất trước khi sử dụng mạng
cố định. Lúc này các tổng đài quá giang TE (Transit Exchange) có thể sẽ là một
bộ phận của mạng GSM và có thể được thực hiện như một nút đứng riêng hay
kết hợp với MSC.
1.2.2 Phân hệ trạm gốc BSS
BSS giao diện trực tiếp với các trạm di động MS thơng qua giao diện vơ
tuyến nên nó bao gồm các thiết bị phát và thu đường vô tuyến và quản lý các
chức năng này. Mặt khác BSS thực hiện giao diện với các tổng đài NSS. Tóm
lại BSS thực hiện đấu nối các MS với tổng đài, tức là kết nối thuê bao di động
MS với những người sử dụng viễn thông khác. Do vậy, BSS phải phối ghép với
NSS bằng thiết bị BSC. Ngoài ra, do BSS cũng cần phải được điều khiển nên nó
được đấu nối với OSS. BSS gồm hai thiết bị : BTS giao diện với MS và BSC
giao diện với MSC.
* Đài vô tuyến gốc BTS
Một BTS bao gồm các thiết bị phát, thu, anten và khối xử lý tín hiệu đặc
thù cho giao diện vơ tuyến. Có thể coi BTS là các Modem vơ tuyến phức tạp có
thêm một số chức năng khác. Một bộ phận quan trọng của BTS là khối chuyển
đổi mã và thích ứng tốc độ TRAU (Transcode/Rate Adapter Unit). TRAU thực
hiện q trình mã hóa và giải mã tiếng đặc thù cho GSM. Đồng thời 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 được đặt xa BTS, chẳng hạn đặt giữa BSC và
MSC.
* Đài điều khiển trạm gốc BSC

BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả các giao diện vô tuyến thông qua các
lệnh điều khiển từ xa của BTS và MS. Các lệnh này chủ yếu là các lệnh ấn định,
giải phóng kênh vơ tuyến và quản lý chuyển giao. Một phía BSC được nối với
BTS cịn phía kia được nối với MSC của NSS. Trong thực tế, BSC là một tổng
đài nhỏ có khả năng tính tốn đáng kể. Vai trị chủ yếu của nó là quản lý các
kênh ở giao diện vơ tuyến và chuyển giao. Một BSC trung bình có thể quản lý
hàng chục BTS, tạo thành một trạm gốc. Tập hợp các trạm gốc trong mạng gọi

Bài giảng TTDĐ

Nguyễn Thanh Xuân 6


Gới thiệu mạng di động chuẩn GSM

là phân hệ trạm gốc. Giao diện quy định giữa BSC và MSC là giao diện A, còn
giao diện giữa BSC và BTS là giao diện Abis.
1.2.3 Trạm di động MS
MS là một thiết bị phức tạp,có khả năng như một máy tính nhỏ. Nó bao
gồm hai thiết bị : thiết bị di động ME và module nhận dạng thuê bao SIM. SIM
có dạng như một card thông minh hoặc được chia nhỏ hơn gắn trên giá, nó như
một loại khố, có thể tháo khỏi MS một cách dễ dàng. Khơng có SIM, trạm di
động không thể gọi được trừ trường hợp khẩn cấp được mạng cho phép. SIM
lưu giữ thông tin liên quan đến thuê bao và nó có thể được phân biệt qua chỉ số
nhận dạng IMSI.
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
đầu cuối khác như giao diện với máy tính cá nhân, Fax ...
Như vậy ta nhận thấy MS có 3 chức năng chính như sau :

- thiết bị đầu cuối : để thực hiện các dịch vụ người sử dụng (thoại, fax, số
liệu...)
- kết cuối di động : để thực hiện truyền dẫn ở giao diện vô tuyến vào
mạng.
- thích ứng đầu cuối : làm việc như một cửa nối thông thiết bị đầu cuối
với kết cuối di động.
1.2.4 Phân hệ khai thác và bảo dưỡng OSS
Hiện nay OSS được xây dựng theo nguyên lý của mạng quản lý viễn
thông TMN(Telecommunication Management Network). 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
được nối đến một máy tính chủ đóng vai trị giao tiếp người máy. OSS thực hiện
ba chức năng chính là : khai thác và bảo dưỡng mạng, quản lý thuê bao và tính
cước, quản lý thiết bị di động.
Dưới đây ta xét tổng quát các chức năng nói trên:
* Chức năng khai thác và bảo dưỡng mạng

Bài giảng TTDĐ

Nguyễn Thanh Xuân 7


Gới thiệu mạng di động chuẩn GSM

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 giữa hai
ô ... nhờ vậy nhà khai thác có thể giám sát được tồn 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, để chuẩn bị tăng lưu lượng trong tương lai, để tăng vùng phủ sóng. Việc
thay đổi mạng có thể được thay đổi “mềm” qua báo hiệu (chẳng hạn thay đổi
thông số handover để thay đổi biên giới tương đối giữa hai ơ) hoặc được thực
hiện “cứng” địi hỏi can thiệp tại hiện trường (chẳng hạn bổ sung thêm dung
lượng truyền dẫn hoặc lắp đặt thêm một trạm mới). ở các hệ thống viễn thông
hiện đại, việc 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 và hỏng
hóc. Nó có một số quan hệ với khai thác. Các thiết bị ở mạng viễn thơng hiện
đại có khả năng tự phát hiện một số sự cố hay dự báo sự cố thông qua sự 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 có thể được thực hiện tự
động, ngồi ra việc giảm nhẹ sự cố có thể được người khai thác thực hiện bằng
điều khiển từ xa. Bảo dưỡng cũng bao gồm cả các hoạt động tại hiện trường
nhằm thay thế thiết bị có sự cố.
* Chức năng quản lý thuê bao
Chức năng quản lý thuê bao được bắt đầu từ việc nhập và xoá thuê bao ra
khỏi mạng. Đăng ký thuê bao cũng có thể rất phức tạp, bao gồm nhiều dịch vụ
khác nhau và các chức năng bổ sung. Nhà khai thác phải có khả năng xâm nhập
vào các thơng số nói trên. Một nhiệm vụ quan trọng khác của khai thác là tính
cước cuộc gọi. Cước phí phải được tính và gửi đến thuê bao. 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.
* Chức năng quản lý thiết bị di động
Quản lý thiết bị di động được thực hiện bởi bộ đăng ký nhận dạng thiết bị
EIR (Equipment Identity Register). EIR lưu giữ tất cả các dữ liệu liên quan đến
trạm di động MS. EIR được nối đến MSC qua đường báo hiệu để kiểm tra tính
hợp lệ của thiết bị. ở GSM, EIR được coi là thuộc hệ thống con SS.

Bài giảng TTDĐ

Nguyễn Thanh Xuân 8


Gới thiệu mạng di động chuẩn GSM

Đối với mạng Vinaphone khơng có chức năng này.
1.3 Cấu trúc địa lý của mạng
Mọi mạng điện thoại cần một cấu trúc địa lý nhất định để định tuyến các
cuộc gọi vào đến tổng đài cần thiết và cuối cùng đến thuê bao bị gọi. Trong một
mạng di động, cấu trúc này rất quan trọng do tính lưu thơng của các th bao
trong mạng.
Với mạng GSM, cấu trúc địa lý được phân thành các vùng sau :
* Vùng mạng
Tất cả các cuộc gọi vào mạng sẽ được định tuyến đến một hay nhiều tổng
đài vô tuyến cổng (GMSC). GMSC làm việc như một tổng đài trung kế vào cho
mạng GSM. Đây là nơi thực hiện chức năng hỏi định tuyến cuộc gọi cho các
cuộc gọi kết cuối di động, nó cho phép hệ thống định tuyến đến một tổng đài vô
tuyến cổng.
* Vùng phục vụ MSC
Một mạng được chia thành một hay nhiều vùng phục vụ MSC. Vùng
phục vụ MSC là bộ phận của mạng được một MSC quản lý. Để định tuyến một
cuộc gọi đến một thuê bao di động, đường truyền qua mạng sẽ nối đến MSC ở
vùng phục vụ MSC nơi thuê bao đang ở. Có thể nói, vùng phục vụ như là một
bộ phận của mạng được định nghĩa là vùng liên lạc với MS do vị trí hiện thời
của MS đã được lưu lại trong VLR.
* Vùng định vị LA (Location Area)
Mỗi vùng phục vụ MSC được chia thành một số vùng định vị, vùng định
vị là một phần của vùng phục vụ MSC mà ở đó một trạm di động có thể chuyển

động tự do mà khơng cần cập nhật thơng tin về vị trí cho tổng đài MSC điều
khiển vùng định vị này. Khi có một cuộc gọi đến, hệ thống sẽ phát quảng bá
một thông báo tìm gọi trong vùng định vị để tìm thuê bao di động bị gọi. Vùng
định vị có thể có một số ô và tuỳ thuộc vào một hay vài BSC nhưng nó chỉ
thuộc MSC và nó được nhận dạng bằng chỉ số nhận dạng vùng định vị LAI
( Location Area Identity). Vùng định vị được hệ thống sử dụng để tìm một th
bao đang ở trạng thái hoạt động.
* Ơ (Cell)
Vùng định vị được chia thành một số ơ. Ơ là đơn vị nhỏ nhất của mạng,
là một vùng bao phủ vô tuyến được mạng nhận dạng bằng chỉ số nhận dạng ô

Bài giảng TTDĐ

Nguyễn Thanh Xuân 9


Gới thiệu mạng di động chuẩn GSM

toàn cầu CGI (Cell Global Identity). Trạm di động tự nhận dạng một ô bằng
cách sử dụng mã nhận dạng trạm gốc BSIC (Base Station Identity Code).
Quan hệ giữa các vùng địa lý của mạng GSM được minh họa như sau :

Vùng phục vụ GSM
(tất cả các nước thành viên)
Vùng phục vụ PLMN
(một hay nhiều vùng ở một nước)
Vùng phục vụ MSC
(vùng được điều khiển bởi
một MSC)
Vùng định vị

(vùng tìm gọi )
Ơ (cell)

Hình 4. Cấu trúc địa lý của mạng GSM

2 Chia ô phủ sóng
Do tính lưu động của MS trên một vùng khá rộng nên việc phân chia
vùng phủ sóng thành các ơ tế bào là cần thiết. Hình dạng của các ơ phụ thuộc
vào kiểu anten và công suất ra của từng trạm gốc. Hai dạng anten thường sử
dụng là anten vô hướng phát đẳng hướng và anten có hướng tập trung năng
lượng tại các rẻ quạt.
Việc bố trí các trạm và đài phát sao cho bao quát được toàn bộ vùng phục
vụ gọi là quy hoạch cell, vùng phục vụ của GSM là tập hợp các cell và còn được
gọi là mạng tổ ong.
Thông thường, quy hoạch cell được dựa trên cơ sở xem xét chất lượng
phục vụ GOS, lưu lượng thơng tin và dự kiến vị trí đặt đài trạm. Đồng thời, việc
quy hoạch phân bố cell phải tính đến nhiễu giao thoa và nhiễu đồng kênh khi tái
sử dụng tần số. Quy hoạch cell trong thực tế còn phải xét đến vấn đề truyền
sóng vơ tuyến rất phụ thuộc vào địa hình, các tính chất khơng đồng nhất của bề
Bài giảng TTDĐ

Nguyễn Thanh Xuân 10


Gới thiệu mạng di động chuẩn GSM

mặt mặt đất. Chính vì vậy, các hình lục giác là mơ hình hết sức đơn giản nhưng
hiệu quả của các hình mẫu phủ sóng vơ tuyến.
Ngun lý cơ sở khi thiết kế các hệ thống tổ ong là các mẫu được gọi là
các mẫu sử dụng lại tần số. Theo định nghĩa sử dụng lại tần số là sử dụng các

kênh vô tuyến ở cùng một tần số mang để phủ cho các vùng địa lý khác nhau.
Các vùng này phải được cách nhau ở cự ly đủ lớn để mọi nhiễu giao thoa đồng
kênh (có thể xảy ra) chấp nhận được.
Có ba kiểu mẫu sử dụng lại tần số : 3/9, 4/12 và 7/21.
- Mỗi đài đều có ba ơ (ba rẻ quạt). Các anten của ơ có góc phương vị
phân cách nhau 1200, và các ô được tổ chức với các anten hướng về phía một
trong các vị trí đài gần nhất, nhờ vậy tạo nên các ơ hình cờ ba lá.
- Mỗi ô sử dụng các anten phát 60 0 và hai anten thu phân tập 60 0 cho một
góc phương vị.
- Mỗi ơ được xấp xỉ hố bằng hình lục giác
Lưu lượng phân bố được coi là đồng nhất ở tất cả các ơ.
Bình thường, kích thước ơ được xác định như là khoảng cách giữa hai đài
trạm lân cận. Bán kính ơ R (bằng cạnh của lục giác) luôn luôn là một phần ba
khoảng cách giữa hai trạm. Tuỳ theo một số mẫu dưới đây, nhóm các ơ cạnh
nhau được gọi là cụm.
Sơ đồ 3/9 sử dụng các nhóm 9 tần số, trong một mẫu sử dụng lại tần số 3
đài.

A3

C1

B3

A1

C2

Bài giảng TTDĐ

A2
B1

B2

A3

A1

C3
B2

C1

C3
B2

C1

C3

B1

A3

B3

A2

B3

B1

A2

B1

C2
A1

C2

A3

C2

C3

C1

A3

C1

B2

C3

C1
C3

B1

A2

B3

A2

B3

B1

C2

A3

C1

A3

A1

B2

B3

C2
A1

B2

C3

B1

A3

C1
C3

C1

A2

A3

C3

B1

C2

C3

A2

A3

C2

A1

A3

C2

B3
A2

B1

C3

Nguyễn Thanh Xn 11
Hình 5. Mơ hình sử dụng lại tần số 3/9.


Gới thiệu mạng di động chuẩn GSM

Với một dải tần cho trước, số sóng mang có thể sử dụng trong cùng một
cell là tương đối lớn, tuy nhiên khoảng cách dải tần giữa các sóng mang là nhỏ
do đó mẫu 3/9 có xác suất xuất hiện nhiễu đồng kênh C/I và nhiễu kênh lân cận
C/A tương đối lớn. Mẫu này thường áp dụng cho những vùng có mật độ thuê
bao lớn, kích thước cell nhỏ nhưng vùng phủ sóng phải rõ ràng để tránh các
nhiễu pha đinh. Mơ hình này phù hợp phục vụ INDOOR cho các nhà cao
tầng.Khoảng cách giữa hai ô đồng kênh trong trường hợp này là : D = 5,2 R
Mẫu 4/12 sử dụng nhóm 12 tần số trong một mẫu sử dụng lại tần số 4 đài.
Với mơ hình này, số kênh trong một cell nhỏ hơn do đó, mơ hình này cho phép
mở rộng kích thước cell phù hợp với mật độ trung bình và ít nhà cao tầng, và có
thể phục vụ cho cả INDOOR và OUTDOOR. Ưu điểm chính của mơ hình này

là các vấn đề về nhiễu đồng kênh và nhiễu kề kênh là khơng đáng ngại.

A3

C1

B3

A1

C2

A3
B1

A1

D2

B1

C3
B2

C1

C3
B2

C1

C3

B1

A3

B3

A2

B3

B1

C2

D3

C2

A3

D1

B2

C2

C3

C1

A3

C1

B2

C3

A2
C3

B1

A2

B3

A2

B3

B1

C2

C1

D2

A3

A1

B2

B3

C2
A1

B2

C3

B1

A3

C1
C3

C1

A2

A3

C3

B1

C2

C3

A2

A3

C2
A1

A3
C2

B3
A2

B1

C3

Hình 6. Mơ hình mẫu sử dụng tần số 4/12

Bài giảng TTDĐ

Nguyễn Thanh Xuân 12

Gới thiệu mạng di động chuẩn GSM

Bên cạnh hai mô hình 3/9 và 4/12 đã trình bầy ở trên, cịn có mơ hình tái
sử dụng tần số 7/21, tức là sử dụng nhóm 21 tần số trong một mẫu sử dụng lại
D1

A2

A3

D3

E1

G3

C1

G1

B3

E3

B2

D3

E2

C1

G2

F1
F3

D2

G1

G3

G1

C2

D1

A2

D2

G3

C1

C3

E1

D3
E2

E3

A1

F2

E1

B2

A3

B1

D2

D3

G2

F3

C1

B3

F1

C2

C3

F2
B1

D2

G1

E2

E3

F3

F2

B1

B3

G2

B2

C3

Hình 7. Mơ hình sử dụng lại tần số 7/21

tần số 7 đài. Mơ hình này được thể hiện trong hình 7 dưới đây : iiVII
Với mơ hình này, số lượng kênh trong một cell là nhỏ do đó có thể phục vụ cho
các vùng mật độ thấp. Tuy nhiên, khoảng cách dải tần của các kênh lân cận và
các kênh cùng cell tương đối lớn (D=7,9R), các cell đồng kênh cách xa nhau do
đó khơng có hiện tượng nhiễu đồng kênh và nhiễu kênh lân cận nên chất lượng
cho các vùng khó phủ sóng được đảm bảo. Do vậy, mơ hình này được sử dụng
khi chia nhỏ các cell thích ứng với mật độ máy di động ngày càng tăng và
những vùng khó phủ sóng có kích thước cell tương đối nhỏ.
Trong thực tế đối với mạng Vinaphone, mạng Vinaphone được quyền sử
dụng các kênh tần số từ 1 đến kênh 40 trong tổng số 124 kênh tần số song công.
Do vậy, việc tái sử dụng tần số được xem xét kỹ lưỡng, dựa vào nhiều yếu tố
khác nhau để có sự khai thác triệt để các băng tần được sử dụng.

3 Tái sử dụng tần số
Tái sử dụng tần số là một trong những thế mạnh của các hệ thống thông
tin vô tuyến kiểu tế bào. Khi tổ chức thông tin theo từng ô nhỏ và mỗi vùng một
Bài giảng TTDĐ

Nguyễn Thanh Xuân 13


Gới thiệu mạng di động chuẩn GSM

trạm phát, ở các khoảng cách xa, các tín hiệu bị suy giảm đến mức nào đó mà
coi như khơng cịn tác dụng nữa, khi đó các tần số đã dùng có thể được sử dụng
lại như một mạng khác và vì thế, số thuê bao được phục vụ chắc chắn sẽ tăng

lên.
Trong quy hoạch ô, người ta gần đúng các ô bằng một hình lục giác và
vùng phục vụ được chia thành một mạng tổ ong. Trên một vị trí, người ta đặt
các anten thu phát cho ba hướng cách nhau 1200.
Đối với một mạng di động cụ thể, tuỳ theo dải tần số, địa hình,... mà
người ta chọn theo một trong ba mẫu tái sử dụng tần số đã trình bày ở trên. Mặt
khác, trong thực tế, các máy phát BTS và MS đều thực hiện tự động điều chỉnh
công suất phát để máy thu ln nhận được cơng suất tín hiệu cần thiết dù MS ở
bất kỳ vị trí nào trong cell. Nhờ vậy, nhiễu lẫn nhau do việc tái sử dụng tần số
được giữ ở mức tối thiểu.

4 Chỉ tiêu kỹ thuật và chất lượng mạng
4.1 Nhiễu đồng kênh (Co-channel Interference)
Nhiễu đồng kênh do hai bộ phận phát phát tín hiệu ở cùng một tần số
hoặc ở cùng một kênh. Do vậy, bên thu nhận được cả hai tín hiệu của bên phát
với mức độ mạnh yếu khác nhau tuỳ thuộc vào vị trí của máy thu với cả hai máy
phát.
Tỉ lệ sóng mang trên nhiễu C/I được biểu diễn bởi quan hệ giữa độ lớn
của sóng mong muốn và sóng khơng mong muốn :

P
C
= 10 lg c
I
Pi
trong đó :
Pe:Cơng suất tín hiệu của sóng phát mong muốn
Pi : Cơng suất tín hiệu của sóng phát gây nhiễu
Mối quan hệ giữa C/I và vị trí của trạm gốc và trạm gây nhiễu được biểu
diễn như trong hình 8 :

Bài giảng TTDĐ

Nguyễn Thanh Xuân 14


Gới thiệu mạng di động chuẩn GSM

Tx2

Tx1

Trạm gốc

Trạm gây nhiễu

C/I =0dB

Với giả thiết cả hai trạm gốc bức xạ cùng cơng suất và các đường lai
truyền sóng là tương đương nhau thì điểm giữa sẽ có C/Itrí các trạm phát tín
Hình8.Mối quan hệ giữa C/I và vị = 0 dB (khi đó,
hiệu và nhiễu là cân bằng nhau). Nếu di chuyển lại gần trạm gốc phục vụ hơn
thì tỉ lệ C/I > 0dB, ngược lại, C/I < 0 dB. Khi C/I thấp thì tỉ lệ lỗi bit BER là
khơng thể chấp nhận được và mã hố kênh sẽ khơng thể cung cấp kỹ thuật hiệu
chỉnh lỗi chính xác. Tỉ lệ C/I có quan hệ mật thiết đến việc quy hoạch và sử
dụng tần số. Nói chung, việc sử dụng lại tần số làm tăng dung lượng của hệ
thống nhưng làm giảm C/I.
Trong thông tin di động số GSM, tỉ lệ nhiễu đồng kênh được đánh giá
qua bảng giá trị sau :
C/Ic > 25 dB

Rất tốt
20 dB ≤ C/Ic ≤ 25 dB

Tốt

15 dB ≤ C/Ic ≤ 20 dB
C/Ic < 25 dB

Có hiệu quả
Không hiệu quả

4.2 Nhiễu kề kênh C/A (Adjacent-channel interference)
Nhiễu kề kênh xảy ra khi bên thu chịu ảnh hưởng nhiễu của các kênh liền
kề với nó ngồi tín hiệu thu mong muốn. Tỉ lệ giữa sóng mang trên nhiễu của
kênh liền kề được biểu diễn bằng công suất của kênh mong muốn trên công suất
của kênh liền kề :

P
C
= 10 lg c
A
Pa
với :
Pe: Công suất nhận được bởi kênh mong muốn
Pa: Công suất nhận được bởi kênh liền kề
Bài giảng TTDĐ

Nguyễn Thanh Xuân 15

Gới thiệu mạng di động chuẩn GSM

Như vậy, ảnh hưởng của nhiễu phụ thuộc phần lớn vào độ chọn lọc máy
thu và độ rộng phổ các băng bên ngoài băng của các sóng nhiễu. Tuy nhiên, các
kỹ thuật hiện đại ngày nay đã cho phép chế tạo các máy thu có độ chọn lọc
tương đối cao và giảm nhỏ các băng bên ở các đầu phát. Bởi vậy, nguyên nhân
sinh ra nhiễu thường do sự suy giảm độ nhạy máy thu hoặc tạp âm phát chứ
không phải do nhiễu kênh lân cận.
4.3

Truyền dẫn trong GSM

4.3.1 Truyền dẫn thông tin từ đầu cuối này đến đầu cuối kia của mạng
GSM
* Truyền dẫn tiếng (thoại)
Từ lâu, dịch vụ truyền thoại đã trở nên phổ biến bởi các mạng cơng cộng.
Q trình truyền thoại giữa một thuê bao di động và một thuê bao PSTN có thể
được mơ tả như sau :
Tín hiệu âm thanh phát ra từ miệng của thuê bao di động được biến đổi
thành tín hiệu điện thanh và tín hiệu điện thanh này được chuyển đổi thành dòng
số ở tốc độ 13kb/s. Dòng số này được điều chế thành tín hiệu tương tự cao tần
và phát vào khơng trung, được thu lại ở anten BTS và được xử lý để khơi phục
lại tín hiệu số ban đầu. Sau đó, nhờ bộ chuyển đổi mã tiếng, nó được biến đổi
sang tín hiệu số 64kb/s để phù hợp với tổng đài số, và được chuyển mạch đến
thuê bao PSTN, được biến đổi vào tín hiệu tương tự và cuối cùng được biến đổi
ngược lại thành âm thanh để đến tai người nghe.
Phương thức truyền dẫn ở tốc độ 13kb/s là nét đặc trưng của GSM. Biên
giới GSM và bên ngoài được xác định bằng hai điểm chuẩn :
- giữa miệng của thuê bao di động và micro
- giữa tổng đài MSC và tổng đài hay mạng truyền dẫn của mạng công

cộng cố định PSTN.
*Fax
Fax được coi là dịch vụ quan trọng cho việc Marketing GSM, tuy nhiên
đây cũng chính là nguyên nhân của nhiều trở ngại kỹ thuật. Một số trở ngại xuất
phát từ trễ truyền dẫn ở đường vô tuyến và vì thế khơng phù hợp với các giao
thức của nhóm Fax 3. Ngồi ra, do khơng có một tiêu chuẩn giao tiếp đầu cuối
nào khác ngoài tiêu chuẩn đấu nối hai dây tương tự vào mạng PSTN nên cần có
các chức năng thích ứng đặc biệt cả ở phía trạm di động và phía tương thích
Bài giảng TTDĐ

Nguyễn Thanh Xuân 16


Gới thiệu mạng di động chuẩn GSM

mạng IWF. ở phía trạm di động, ngồi chức năng thích ứng chung TAF (dành
cho khả năng mạng đồng bộ) cịn có một bộ thích ứng đặc biệt giữa Fax và
TAF. Giao diện giữa bộ thích ứng Fax và TAF là giao diện số giữa đầu cuối và
modem, hỗ trợ cho yêu cầu chọn số và trả lời tự động, và các tốc độ dữ liệu
khác nhau được sử dụng ở Fax3. Giao diện giữa bản thân thiết bị đầu cuối và bộ
thích ứng Fax là giao diện điện thoại tương tự hai dây cho phép đấu nối với các
máy Fax hiện có. Trong thông tin Fax cố định, giao thức được định nghĩa ở
khuyến nghị T.30 cho phép các đầu cuối Fax phối hợp với nhau để quản lý các
chức năng như : chọn lựa tốc độ điều chế, nhận dạng tương hỗ, phân định trang,
quản lý bán song công v.v... Giao thức nói trên được sao lại ở TAF và IWF để
tránh các vấn đề nảy sinh do trễ của truyền dẫn đường dài.
4.3.2 Truyền dẫn bên trong GSM
Truyền dẫn bên trong của GSM được giới hạn bởi TAF và IWF do phần
truyền dẫn bên trong của mạng truyền dẫn GSM nằm giữa một điểm nào đó bên
trong trạm di động và điểm tương tác giữa GSM với các mạng bên ngoài.

a/Truyền dẫn tiếng
Đường truyền dẫn tiếng bên trong GSM có thể được chia thành các đoạn
sau đây :
- 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)
Lưu ý là TRAU có thể được đặt ở các vị trí khác nhau.
*Mã hố tiếng ở trạm di động
Mục tiêu hàng đầu của việc thiết kế phương tiện truyền dẫn vô tuyến là
hiệu suất sử dụng phổ cao. Hiện nay mã hoá tiếng cho phép : truyền thoại ở tốc
độ 13kb/s (toàn tốc) và 6,5kb/s (bán tốc). Mã hoá bán tốc sẽ được sử dụng ở giai
đoạn hai của GSM. Trong phần này ta xét mã hố tồn tốc.
Sơ đồ mã hố tiếng GSM ở tốc độ 13 kb/s được gọi là kích thích xung
đều - tiền định thời gian dài RPE-LTP(Regular Pulse Excitation -Long Term
Prediction).
Mã hoá này cho phép nhận được chất lượng như mạng cố định nhưng địi
hỏi độ rộng phổ tần vơ tuyến hợp hơn.

Bài giảng TTDĐ

Nguyễn Thanh Xuân 17


Gới thiệu mạng di động chuẩn GSM

Tín hiệu tiếng ở MS được đưa qua bộ lọc thông thấp, qua bộ biến đổi AD
để được mã hoá PCM đồng đều với tần số lấy mẫu 8kHz và 13bit mã hoá cho
một mẫu sau đó tín hiệu này được đưa lên bộ biến đổi tương tự/số (A/D). Tại
LPF

1

A/D

Bộ mã hoá

BTS

Ký hiệu : LPF : Bộ lọc thông thấp ; A/D : Bộ biến đổi A/D ;
1 : Micro
Hình 9 . Quá trình mã hố tiếng nói ở GSM.
đầu ra của bộ A/D, ta được các khối 20ms mã hoá 260bit làm cho tốc độ của
luồng ra là 13kbit/s như hình 9.
Nếu tín hiệu đầu vào mạng GSM lấy từ mạng PSTN thì trước hết tín hiệu
8bit PCM luật A được biến đổi thành 13 bit PCM đồng đều rồi sau đó đưa lên
bộ mã hoá để biến đổi thành 13kb/s :
Tại đầu thu, quá trình được thực hiện theo hướng ngược lại :
Với ký hiệu :
1: ống nghe ; 2: Mã PCM 8bit/luật A,8000mẫu/bit ;

2
MS

8bit/luật A vào
13 bit đồng
đều

Bộ mã hoá

Ký hiệu : 2: Mã PCM 8bit/luật A,8000mẫu/bit
Hình 10. Quá trình mã hố tiếng nói từ mạng PSTN
LPF : bộ lọc thơng thấp ; D/A : Bộ biến đổi D/A ;
Sơ đồ khối của bộ mã hố được mơ tả trong hình 13 :

Bài giảng TTDĐ

Nguyễn Thanh Xuân 18


Gới thiệu mạng di động chuẩn GSM

Bộ giải mã

D/A

LPF

1

BTS

Hình 11. Q trình giải mã tiếng nói GSM ở MS.
Bộ giải mã

13bit đồng đều
vào 8bit/luật A

2

MS

Hình 12.Quá trình giải mã tiếng nói GSM từ mạng PSTN

S

Phân đoạn

Bộ
lọc
phân tích
LPC

Lọc thơng
thấp

Chọn
lưới
RPE

Ghép 13kb/s
kênh

Bộ lọc phân
tích LTP
Phân tích LPC

Hình 13. Sơ đồ khối bộ mã hố tiếng GSM
Tín hiệu mã hố PCM đồng đều 13bit/8000mẫu/s được nhấn mạnh trước
(Pre-emphasis) rồi được chia thành các đoạn 20ms/160 mẫu/13bit đưa vào đầu

vào của bộ mã hoá.
Nguyên lý chung của bộ mã hoá dựa trên cơ sở để tiết kiệm băng thông,
người ta sẽ chỉ gửi đi các thơng số cần thiết nhất để có thể khơi phục lại được
tiếng nói ở đầu thu : thơng số về cơ quan phát âm và xung kích thích bộ phận
này. Muốn vậy, người ta sử dụng hai kiểu mã hoá kết hợp là mã hoá kiểu phát
âm (Vocoder) và mã hố dạng sóng (PCM đồng đều). Để thực hiện mã hoá kiểu
phát âm, người ta cho các đoạn tiếng 20ms ở trên qua bộ lọc mã hố tiền định
tuyến tính LPC(Linear Prediction Coding) đảo so với cơ quan phát âm của con
người để nhận được các xung kích thích. Các thơng số của bộ lọc tuyến tính
LPC thay đổi từ khối này đến khối khác và được gửi đi ở khung tiếng. Mặt
khác, do các đoạn liên tiếp của tiếng nói là khá giống nhau nên thực tế chỉ cần
Bài giảng TTDĐ

Nguyễn Thanh Xuân 19


Gới thiệu mạng di động chuẩn GSM

gửi đi sự khác nhau giữa các đoạn liên tiếp này mà thôi. Do đó, chuỗi kích thích
được chia thành các khối 5ms/40 mẫu đưa qua bộ lọc LTP, bộ lọc này thực hiện
trừ đoạn tín hiệu hiện thời với đoạn được trễ Nr mẫu và được nhân với hệ số br.
Các giá trị của Nr và br được truyền trong khung tiếng cứ 5ms một lần. Để có
thể tương thích với tần số cơ bản của tiếng nói (do mỗi người nói khác nhau)
nên trễ Nr phải vào khoảng 40 đến 120 mẫu (5 đến 15ms). Phần dư được đưa
qua bộ lọc tần thấp và được lấy mẫu đều (RPE:Regular Pulse Excitation) với tần
số lấy mẫu là 8/3kHz để lấy ra chuỗi kích thích.
Vậy theo định luật lấy mẫu, chỉ có thơng tin của chuỗi kích thích có tần
số thấp hơn 1,3 kHz là được gửi đi. Tương ứng ta có 13 mẫu trong các khoảng
5ms. Pha của các mẫu 8/3kHz được gửi đi trong khung tiếng 5ms một lần. Các
mẫu được mã hố điều xung mã thích ứng APCM(Adaptive Pulse Code

Modulation).
Trong dạng mã hoá này, biên độ là cực đại và tỷ số giữa mẫu với biên độ
cực đại được mã hoá riêng biệt.
*Giải mã tiếng
Giải mã tiếng bao gồm các giai đoạn sau :
- Tạo lại các mẫu 8kHz bằng cách bổ sung 27 mẫu không vào 13 mẫu
tiếng trong các khối 5ms.
- Lọc LTP bao gồm các khối của mẫu 5ms hiện thời và ba khối trước đó.
- Lọc LPC theo các thông số được truyền.
- Khử nhấn mạnh (De-emphasis).
Sơ đồ mơ tả q trình giải mã tiếng như sau :
Chuỗi
kích thích Lọc LTP

Lọc LPC

De-emphasis

Tiếng

Hình 14. Sơ đồ khối giải mã tiếng
Trong hình 14 ở trên, các bộ lọc LTP và LCP đảo so với các bộ lọc tương
ứng ở phía phát.
*Truyền tiếng ở đoạn từ trạm di động MS đến trạm gốc BTS
Tín hiệu sau khi mã hố được đưa đến bộ mã hóa kênh để tạo ra các khối
456bit/20ms với tốc độ bit vào khoảng 22,8kbit/s, sau đó được ghép xen, mật
mã hoá 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.
Bài giảng TTDĐ

Nguyễn Thanh Xuân 20


Gới thiệu mạng di động chuẩn GSM

Tại đầu thu, quá trình được thực hiện ngược lại để nhận được tính hiệu
mã hoá như ở đầu phát trước khi đưa vào bộ giải điều chế.
*Truyền tiếng trên đoạn từ BTS đến TRAU
Trong đoạn này, nếu TRAU đặt ở xa (ví dụ như đặt tại BSC), báo hiệu sẽ
được bổ sung vào tiếng (báo hiệu trong băng) để truyền các thông tin điều khiển
TRAU từ bộ điều khiển chuyển đổi mã từ xa RTH(Remote Transcoder Handle)
đặt ở BTS đến TRAU đặt ở BSC. Đồng thời, có 60bit bổ sung vào 260bit tiếng
trong 20ms, nâng tổng số bit trong 20ms lên 320bit và tốc độ của luồng số cho
mỗi kênh sẽ đạt 16kb/s. Trong số 60bit bổ sung có 4bit để trống có tác dụng
phân cách giữa các khung 20ms, như vậy trong một khung 20ms chỉ có 316bit
mang thơng tin.
*Truyền dẫn trên đoạn TRAU đặt xa (ở BSC) đến MSC/IWF
ở đoạn này sử dụng các đường truyền dẫn 64kb/s luật A theo tiêu chuẩn
G.711.
b/Truyền dẫn số liệu
Đối với truyền dẫn số liệu bên trong mạng GSM có thể coi mạng này như
là một DTE phân bố, cịn mạng bên ngồi như là DCE. Các giao diện DTE/DCE
được thực hiện ở các TAF và TRAU và IWF. Để xây dựng các giao diện này,
GSM cải tiến khuyến nghị V.110 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 đến tiêu chuẩn V.110.
Tiêu chuẩn V.110 giải quyết các vấn đề như sau:
- Truyền tải các thông tin bổ sung
- Truyền tải số liệu dị bộ ở các đường truyền đồng bộ
- Truyền tải số liệu đồng bộ ở đường truyền đồng bộ sử dụng các đồng

hồ độc lập với nhau.
4.3.3 Cấu trúc của 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 của GSM. Như vậy, băng tần mà GSM sử dụng
là như sau :
- Đường lên (MS phát) : 890 - 915MHz
- Đường xuống (BTS phát) : 935 - 960 MHz.
Khoảng cách giữa các sóng mang là 200kHz. Để đảm bảo các quy định
về tần số, bên ngoài băng phải có một khoảng bảo vệ giữa các biên của băng có
Bài giảng TTDĐ

Nguyễn Thanh Xuân 21


Gới thiệu mạng di động chuẩn GSM

độ rộng là 200kHz. Vậy GSM 900 có 124 kênh tần số vơ tuyến bắt đầu từ tần số
890,2MHz.
Mỗi một kênh tần số vô tuyến được tổ chức thành các khung TDMA có 8
khe thời gian, thời gian của một khe là 577µs, tức là thời gian của một khung
TDMA là 4,62ms. Tại BTS, các khung TDMA ở các kênh tần số ở cả đường lên
và đường xuống đều được đồng bộ, tuy nhiên khung đường lên trễ 3 khe so với
khung đường xuống. Nhờ có trễ này mà có thể sử dụng một khe thời gian có
cùng số thứ tự ở cả đường lên lẫn đường xuống để truyền tin bán song công.
Về mặt thời gian, các kênh vật lý ở một kênh tần số được tổ chức theo
cấu trúc khung, đa khung, siêu đa khung, siêu siêu khung như hình vẽ:
Một siêu siêu khung=2048siêu khung=2715648khungTDMA(3h28’53”760ms)

0 1 2 3 4

2045 2046 2047 2048

1 siêu khung=1326khung=6,12s

0 1 2

TCH

0

49 50

BCCH

25

1đa khung=26khung=120ms

1 đa khung=51 khung=235ms

0 1

0 1

TCH

24 25

TCH

49 50

1 khung= 8 khe

0

1

2

3

4

5

6

7

1khe =156,25bit = 577µs

NB
FB
NB
AB
CB

Bài giảng TTDĐ

TB3 57bit mật mã
GP8,25

F 1 Chuỗi hướng dẫn 26bit

F1 57bit mật mã TB3

142bit cố định

TB3
TB3 39bit mật mã

Chuỗi đồng bộ 64 bit

TB3 Chuỗi đồng bộ 41bit
TB3 58bit hỗn hợp
GP8,25

36bit mật mã TB

Chuỗi hướng dẫn 26bit

TB3 GP8,25
39bit mật mã

TB3 GP8,25

GP8,25
58bit hỗn hợp TB3

Hình 15. Tổ chức khung và cụm
Nguyễn Thanh Xuân 22


Gới thiệu mạng di động chuẩn GSM

Một siêu khung có độ dài là 3giờ 28 phút 53giây 760ms. Các khung
TDMA được đánh số khung FN(Frame Number) trong một siêu siêu khung từ 0
đến 2715647. Một siêu siêu khung được chia thành 2048 siêu khung, mỗi siêu
khung có độ dài là 6,12giây. Mỗi siêu khung lại được chia thành các đa khung.
Có hai loại siêu khung :
- Siêu khung 26 đa khung (mỗi đa khung có 51 khung)
- Siêu khung 51 đa khung (mỗi đa khung có 26 khung)
Trong hình vẽ , TB3 là 3 bit đi có tác dụng phân biệt đầu cuối mẫu,
F1 : các bit chỉ thị cụm lấy lén ;
GP: khoảng bảo vệ là một khoảng trống
Người ta gọi khuôn mẫu tin tức ở một khe thời gian là một cụm (burst).
Có 4 loại cụm khác nhau :
- Cụm bình thường NB : mang các kênh thơng tin về lưu lượng và kiểm
tra. Đối với kênh logic lưu lượng TCH có 144bit tin và 2bit cờ lấy lén, 26bit
hướng dẫn và khoảng thời gian bảo vệ là 8,25 bit trong một cụm NB.
- Cụm hiệu chỉnh tần số FB : dùng để hiệu chỉnh tần số cho MS theo tiêu
chuẩn hệ thống. FB có 142 bit cố định bằng 0 để tạo ra dịch tần số 67,7kHz trên
tần số danh định. FB được sử dụng cho kênh hiệu chỉnh tần số FCCH.
- Cụm đồng bộ SB có nhiệm vụ đồng bộ thời gian cho MS, được dùng
cho kênh đồng bộ SCH. SB có 78bit về số khung FN của TDMA và BSIC,
chuỗi hướng dẫn kéo dài 64bit và khoảng bảo vệ 8,25bit.
- Cụm truy cập AB: phục vụ để MS truy cập hệ thống (ngẫu nhiên hoặc
chuyển giao). AB có 36 bit tin, 8bit đi đầu, 3bit đuôi cuối và khoảng bảo vệ
dài 68,25bit (tương ứng với 252às, s tr ngu nhiờn t 0 ữ 35km). AB dùng

cho kênh lưu lượng TCH và kênh truy cập ngẫu nhiên RACH. Sở dĩ cần có
khoảng bảo vệ dài vì khi MS truy nhập lần đầu hay sau khi chuyển giao, nó
khơng biết được trước thời gian, khoảng này dành cho khoảng cách 35km.
- Cụm giả DB : được phát đi từ BTS trong một số trường hợp. Cụm giả
không mang thơng tin nhưng có cấu trúc giống như NB nhưng các bit mật mã
được thay thế bằng các bit hỗn hợp.

Bài giảng TTDĐ

Nguyễn Thanh Xuân 23


Gới thiệu mạng di động chuẩn GSM

4.3.4 Cấu trúc các kênh logic
Các kênh logic được đặc trưng bởi thông tin truyền giữa BTS và MS và
được đặt vào kênh vật lý nói trên. Có thể chia các kênh logic thành hai loại tổng
quát : các kênh lưu lượng TCH và các kênh báo hiệu điều khiển.
Các kênh lưu lượng gồm hai loại được định nghĩa như sau :
- Bm hay TCH tồn tốc (TCH/F), kênh này mang thơng tin tiếng hoặc số
liệu ở tốc độ khoảng 22,8kb/s.
- Lm hay TCH bán tốc (TCH/H), kênh này mang thông tin tiếng hoặc số
liệu ở tốc độ khoảng 11,4kb/s.
Các kênh báo hiệu điều khiển được chia thành ba loại : kênh điều khiển
quảng bá, kênh điều khiển chung và kênh dành riêng. Đặc tính của các kênh
điều khiển được mơ tả dưới đây :
* Các kênh điều khiển quảng bá : bao gồm các kênh :
- Các kênh hiệu chỉnh tần số FCCH : mang thông tin hiệu chỉnh tần số
cho các trạm MS, các kênh này chỉ sử dụng ở đường xuống.
- Kênh đồng bộ SCH : mang thông tin để đồng bộ khung cho trạm di

động MS và nhận dạng BTS, kênh này cũng chỉ dùng ở đường xuống.
- Kênh điều khiển quảng bá BCCH : phát quảng bá các thông tin chung
về ô. Các bản tin này gọi là thông tin hệ thống. BCCH chỉ sử dụng cho đường
xuống.
* Các kênh điều khiển chung CCCH :
- Kênh tìm gọi (PCH) : kênh này được sử dụng cho đường xuống để tìm
gọi máy di động.
- Kênh thâm nhập ngẫu nhiên (RACH) : kênh này được MS dùng để yêu
cầu cung cấp một kênh dành riêng SDCCH.
- Kênh cho phép thâm nhập (AGCH): kênh này chỉ được sử dụng ở
đường xuống để chỉ định một kênh SDCCH cho MS.
* Các kênh điều khiển dành riêng (DCCH)
- Kênh điều khiển dành riêng đứng một mình (SDCCH) : kênh này chỉ
được sử dụng dành riêng cho báo hiệu với một MS. SDCCH được sử dụng cho
các thủ tục cập nhật và trong quá trình thiết lập cuộc gọi trước khi ấn định kênh
TCH. SDCCH sử dụng cho cả đường lên và đường xuống.
- Kênh điều khiển liên kết chậm (SACCH) : kênh này liên kết với một
TCH hay một SDCCH. Đây là một kênh số liệu liên tục để mang các thông tin
Bài giảng TTDĐ

Nguyễn Thanh Xuân 24


Gới thiệu mạng di động chuẩn GSM

liên tục như : các bản báo cáo đo lường, định trước thời gian và điều khiển công
suất. SACCH sử dụng cho cả đường lên lẫn đường xuống.
- Kênh điều khiển liên kết nhanh (FACCH) : kênh này liên kết với một
TCH. FACCH làm việc ở chế độ lấy lén bằng cách thay đổi lưu lượng tiếng hay
số liệu bằng báo hiệu.

* Kênh quảng bá (CBCH):
Kênh CBCH chỉ được dùng ở đường xuống để phát quảng bá các bản tin
ngắn (SMSCB) cho các tế bào CBCH sử dụng cùng kênh vật lý như kênh
SDCCH.
4.4 Suy hao đường truyền và phadinh
Suy hao đường truyền là quá trình mà chất lượng thu yếu dần giữa anten
phát (Tx) và anten thu trong trường hợp giữa chúng không có vật cản.
Trong khơng gian tự do, suy hao đường truyền tỷ lệ với bình phương của tần
số :
L = d 2 x f2
Như vậy, tần số càng cao thì suy hao càng lớn.
Do mặt đất là không lý tưởng, suy hao được tính theo cơng thức của Hata
theo khuyến nghị của CCIR năm 1982 :
L = 69,55 + 26,16logf(MHz) - 13,82logh1 - a(h2) + (44,9-6,55logh1) x logd(km)

Tuy nhiên, giữa trạm di động và trạm gốc có các chướng ngại vật (toà
nhà, cây cối,...) dẫn đến hiệu ứng che lấp gây ra pha đinh chuẩn log. Loại này có
dạng phân bố chuẩn xung quanh một giá trị trung bình nếu ta lấy logarith cường
độ tín hiệu. Do sự phản xạ sóng của các tồ nhà dẫn đến hiệu ứng nhiều tia gây
nên pha đinh Rayleigh. Pha đinh Rayleigh thay đổi nhanh hơn so với pha đinh
chuẩn. Có thể nói , pha đinh chính là sự thăng giáng của tín hiệu. Trong thực tế,
do máy phát BTS và MS thực hiện tự động điều chỉnh công suất phát để làm
giảm pha đinh nhưng pha đinh vẫn tồn tại. Cường độ tín hiệu có chỗ giảm mạnh
được gọi là chỗ trũng pha đinh. Ta đã biết, độ nhạy máy thu là giá trị cực tiểu
của tín hiệu đầu vào bảo đảm một mức tín hiệu ra quy định. Nếu muốn có
truyền dẫn khơng bị gián đoạn bởi pha đinh, thì việc thiết kế hệ thống di động
phải có dự trữ pha đinh, nghĩa là giá trị trung bình chung lớn hơn độ nhạy máy
thu một lượng bằng chỗ trũng pha đinh sâu nhất.

Bài giảng TTDĐ

Nguyễn Thanh Xuân 25