MẠNG GSM

LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay trong cuộc sống hàng ngày,thông tin liên lạc đóng vai trò rất
quan trọng không thể thiếu được ,nó quyết định nhiều mặt hoạt động của xã hội,
giúp con người nắm bắt nhanh chóng các giá trị văn hoá, kinh tế, khoa học kỹ
thuật rất đa dạng và phong phú. Bằng những bước phát triển thần kỳ,các thành
tựu công nghệ của Điện tử -Viễn thông làm thay đổi cuộc sống con người từng
giờ từng phút ,nó tạo ra một trào lưu trong mọi lĩnh vực ở thế kỷ XXI.
Lĩnh vực thông tin di động cũng không nằm ngoài trào lưu đó. Cùng với
nhiều công nghệ khác nhau thông tin di động đang không ngừng phát triển đáp
ứng nhu cầu thông tin ngày càng tăng cả về số lượng và chất lượng, tạo nhiều
thuận lợi về thời gian cũng như không gian. Chắc chắn trong tương lai không
xa, thông tin di dộng sẽ có nhiều thành tựu nổi bật , hoàn thiện hơn nữa để thoả
mãn nhu cầu thông tin tự nhiên của con người.
1
CHƯƠNG 1. CẤU HÌNH MẠNG GSM
1.1 Giới thiệu chung về mạng thông tin di động GSM
1.1.1. Vài nét lịch sử về mạng GSM
Hệ thống thông tin di động từ lâu đã là một ước mơ lớn của con
người, và ước mơ này đã trở thành hiện thực ngay khi kỹ thuật cho phép. Sự
thực hiện đầu tiên bằng sóng vô tuyến được thực hiện từ cuối thế kỷ 19. Tuy
nhiên, việc đưa hệ thống thông tin di động vào phục vụ chỉ được thực hiện sau
chiến tranh thế giới lần thứ 2, khi mà công nghệ điện tử cho phép. Đó là một
dịch vụ thông tin đặc biệt, nó cho phép nối thông các cuộc gọi không cần dây
dẫn. Ngay đó ngay cả khi di chuyển, các thuê bao di động vẫn trao đổi thông tin
được với nhau. Do sự phát triển ngày càng cao của công nghệ điện tử và thông
tin, mạng thông tin ngày càng phổ biến, giá cả ngày một hạ và độ tin cậy ngày
càng tăng lên. Quá trình phát triển của mạng thông tin đã trải qua các giai đoạn
sau:
- Giai đoạn thứ nhất: Sau 1946, khả năng phục vụ nhỏ, chất lượng không cao,
giá cả đắt.
- Giai đoạn thứ hai: Từ 1970 – 1979, cùng với sự phát triển của các thiết bị

điện tử tổ hợp cỡ lớn và các bộ vi xử lý, ta có thể thực hiện được một hệ thống
phức tạp hơn. Bởi vì vùng phủ sóng của anten phát của các máy di động bị hạn
chế nên hệ thống được chia thành một vài trạm nhận cho một trạm phát.
- Giai đoạn thứ ba: Từ 1979 -1990, là mạng tổ ong tương tự. Các trạm thu
phát được đặt theo các ô tổ ong. Mạng này cho phép sử dụng lại tần số và cho
phép chuyển giao giữa các ô trong cuộc gọi.
Các mạng điển hình là:
+ AMPS (Advanced Mobile Phone Service): được đưa vào hoạt động tại Mỹ
năm 1979.
+NMT ( Nordic Mobile Telephone): là hệ thống của các nước Bắc Âu và
được đưa vào sử dụng vào tháng 12/1981.
2
+TACS ( Total Access Communication System): được đưa vào phục vụ tại
Vương quốc Anh năm 1985.
Tất cả các mạng trên dựa trên mạng truyền điện thoại tương tự bằng điều chế
tần số. Chúng sử dụng tần số 450 hoặc 900Mhz. Vùng phủ sóng của nó chỉ ở
mức quốc gia và phục vụ được vài trăm thuê bao. Hệ thống lớn nhất ở Anh là
TACS đạt hơn một triệu thuê bao vào năm 1990.
- Giai đoạn thứ tư: Từ đầu những năm 1980, sau khi các hệ thống NMT đã
hoạt động thành công thì nó cũng biểu hiện một số hạn chế. Một là do yêu cầu
cho dịch vụ di động quá lớn vượt qua con số mong đợi của các nhà thiết kế nên
hệ thống này không thể đáp ứng được .Hai là các hệ thống đang hoạt động
không thể phục vụ cho tất cả các thuê bao ở châu Âu ,nghĩa là thiết bị của mạng
này không thể truy nhập vào mạng khác .Ba là nếu thiết kế một mạng lớn phục
vụ cho cả châu Âu thì không một nước nào có thể đáp ứng được vì vốn đầu tư
quá lớn. Tất cả những hạn chế trên dẫn đến một nhu cầu là phải thiết kế một hệ
thống loại mới được làm theo kiểu chung để có thể dùng cho nhiều nước.Năm
1988, viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu– ETSI(Europe Telecommunication
Standard Institute) đã thành lập– GSM(Groupe Special Mobile).GSM còn có
nghĩa là hệ thống thông tin di động toàn cầu (Global System for Mobile

Communication). GSM là tiêu chuẩn điện thoại di động số toàn châu Âu sử
dụng dải tần số 900MHz.
Hiện nay, để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về các dịch vụ viễn thông mới,
các hệ thống thông tin di động đã tiến tới thế hệ thứ ba. Ở thế hệ thứ ba này,các
hệ thống thông tin di động có xu thế hoà nhập thành một tiêu chuẩn duy nhất và
có khả năng phục vụ ở tốc độ lên đến 2Mbps. Ở Việt Nam, hệ thống thông tin di
động số GSM được đưa vào từ năm 1993,và đã được hai công ty VMS và GPC
khai thác rất hiệu quả ,công ty Vietel đã cung cấp dịch vụ này từ năm 2004.
1.1.2 Các chỉ tiêu kỹ thuật của mạng GSM
Hệ thống thông tin di động GSM cho phép chuyển vùng tự do của các thuê
bao trong châu Âu, có nghĩa là một thuê bao có thể thâm nhập sang mạng của
nước khác khi di chuyển qua biên giới. Trạm di động GSM –MS (GSM Mobile
3
Station) phải có khả năng trao đổi thông tin tại bất cứ nơi nào trong vùng phủ
sóng quốc tế.
+ Về khả năng phục vụ :
Hệ thống được thiết kế sao cho MS có thể dùng được trong tất cả các nước có
mạng.Cùng với phục vụ thoại, hệ thống phải cho phép sự linh hoạt lớn nhất cho
các loại dịch vụ khác liên quan tới mạng số liên kết đa dịch vụ (ISDN). Tạo một
hệ thống có thể phục vụ cho các MS trên các tầu viễn dương như một mạng mở
rộng cho các dịch vụ di động mặt đất.
+ Về chất lượng phục vụ và an toàn bảo mật:
Chất lượng của thoại trong GSM phải ít nhất có chất lượng như các hệ thống
di động tương tự trước đó trong điều kiện vận hành thực tế.
Hệ thống có khả năng mật mã hoá thông tin người dùng mà không ảnh hưởng
gì đến hệ thống cũng như không ảnh hưởng đến các thuê bao khác không dùng
đến khả năng này.
+ Về sử dụng tần số :
Hệ thống cho phép mức độ cao về hiệu quả của dải tần mà có thể phục vụ ở
vùng thành thị và nông thôn cũng như các dịch vụ mới phát triển. – Dải tần số

hoạt động là 890-915 và 935-960 Mhz. Hệ thống GSM 900Mhz phải có thể
cùng tồn tại với các hệ thống dung 900Mhz trước đây.
1.2. Cấu trúc hệ thống GSM
Một hệ thống GSM có thể được chia thành nhiều phân hệ sau đây:
- Phân hệ chuyển mạch (SS: Switching Subsystem)
- Phân hệ trạm gốc (BSS: Base Station Subsystem)
- Phân hệ khai thác (OSS: Operation Subsystem)
- Trạm di động (MS: Mobile Station)
4
1.2.1. Phân hệ chuyển mạch SS
Hệ thống con 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 thông tin giữa những
người sử dụng mạng GSM với nhau và với mạng khác.
Hệ thống con chuyển mạch SS bao gồm các khối chức năng sau:
- Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động (MSC: Mobile Services
Switching Center).
- Bộ ghi định vị tạm trú (VLR: Visitor Location Register)
- Bộ ghi định vị thường trú (HLR: Home Location Register)
- Trung tâm nhận thực (AUC: Authentication Center)
- Bộ nhận dạng thiết bị (EIR: Equipment Identity Register)
- Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động cổng (GMSC: Gateway Mobile
Services Switching Center)
BSS
MS
AUC
HLR
MSC
VLR
EIR

SS
BSC
BTS
OSS
ISDN
PSPDN

CSPDN
PSTN
PLMN
Hình 1. Mô hình hệ thống GSM
5
1.2.1.1. Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động cổng MSC
Ở SS, chức năng chuyển mạch chính được MSC thực hiện. Nhiệm vụ
chính của MSC là điều phối việc thiết lập cuộc gọi đến những người sử dụng
mạng GSM. Một mặt MSC giao tiếp với phân hệ BSS, mặt khác nó giao tiếp với
mạng ngoài. MSC làm nhiệm vụ giao tiếp với mạng ngoài được gọi là MSC
cổng. Việc giao tiếp với mạng ngoài để đảm bảo thông tin cho người sử dụng
mạng GSM đòi hỏi cổng thích ứng (các chức năng tương tác IWF: Interworking
Function). SS cũng cần giao tiếp với mạng ngoài để sử dụng các khả năng
truyền tải của các mạng này cho việc truyền tải số liệu của người sử dụng hoặc
báo hiệu giữa các phần tử của mạng GSM. MSC thường là một tổng đài lớn điều
khiển và quản lý một số các bộ điều khiển trạm gốc .
Để kết nối MSC với một số mạng khác, cần phải thích ứng các đặc điểm
truyền dẫn của GSM với các mạng này. Các thích ứng này được gọi là các chức
năng tương tác IWF (Interworking Function) bao gồm một thiết bị để thích ứng
giao thức và truyền dẫn. Nó cho phép kết nối với các mạng: PSPDN (Packet
Switched Public Data Network: mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói), hay
CSPDN (Circuit Switched Public Data Network: mạng số liệu công cộng
chuyển mạch kênh), nó cũng tồn tại khi các mạng khác chỉ đơn thuần là PSTN

hay ISDN. IWF có thể được thực hiện trong cùng chức năng MSC hay có thể ở
thiết bị riêng, ở trường hợp hai thì giao tiếp giữa MSC và IWF được để mở.
Để thiết lập một cuộc gọi đến người sử dụng GSM, trước hết cuộc gọi phải
được định tuyến đến một tổng đài cổng GMSC mà không cần biết đến hiện thời
thuê bao đang ở đâu. Các tổng đài cổng có nhiệm vụ lấy thông tin về vị trí của
thuê bao và định tuyến cuộc gọi đến tổng đài đang quản lý thuê bao ở thời điểm
hiện thời (MSC tạm trú). Để vậy trước hêt các tổng đài cổng phải dựa trên số
thoại danh bạ của thuê bao để tìm đúng HLR cần thiết và hỏi HLR này. Tổng
đài cổng có một giao diện với các mạng bên ngoài với mạng GSM. Về phương
diện kinh tế, không phải bao giờ tổng đài cổng cũng đứng riêng mà thường được
kết hợp với MSC.
6
1.2.1.2. Bộ ghi định vị thường trú HLR
Là cơ sở dữ liệu quan trọng nhất của mạng GSM, lưu trữ các số liệu và
địa chỉ nhận dạng cũng như các thông số nhận thực của thuê bao trong mạng.
Các thông tin lưu trữ trong HLR gồm: nhận dạng thuê bao IMSI, MSISDN,
VLR hiện thời, trạng thái thuê bao, khoá nhận thực và chức năng nhận thực, số
lưu động trạm di động MSRN.
HLR chứa những cơ sở dữ liệu bậc cao của tất cả các thuê bao trong
GSM. Những dữ liệu này được truy nhập từ xa bởi các MSC và VLR của mạng.
1.2.1.3. Bộ ghi định vị tạm trú VLR
VLR là cơ sở dữ liệu thứ hai trong mạng GSM. Nó 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 thuê bao nói trên ở mức độ chính xác hơn HLR. Các chức
năng VLR thường được liên kết với các chức năng MSC.
1.2.1.4. Trung tâm nhận thực AUC
AUC quản lý các thông tin nhận thực và mật mã liên quan đến từng cá
nhân thuê bao dựa trên một khoá nhận dạng bí mật Ki để đảm bảo toàn số liệu
cho các thuê bao được phép. Khoá này cũng được lưu giữ vĩnh cửu và bí mật

trong bộ nhớ ở MS. Bộ nhớ này có dang Simcard có thể rút ra và cắm lại được.
AUC có thể được đặt trong HLR hoặc MSC hoặc độc lập với cả hai.
Khi đăng ký thuê bao, khoá nhận thực Ki được ghi nhớ vào Simcard của
thuê bao cùng với IMSI của nó. Đồng thời khoá nhận thực Ki cũng được lưu giữ
ở trung tâm nhận thực AUC để tạo ra bộ ba thông số cần thiết cho quá trình
nhận thực và mật mã hoá:
- Số ngẫu nhiên RAND
- Mật khẩu SRES được tạo ra từ Ki và số ngẫu nhiên RAND bằng thuật toán
A3.
- Khoá mật mã Kc được tạo ra từ Ki và số ngẫu nhiên RAND bằng thuật toán
A8
7
1.2.1.5. Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR
Quản lý thiết bị di động được thực hiện bởi bộ đăng ký nhận dạng thiết bị
EIR. EIR lưu giữ tất cả các dữ liệu liên quan đến phần thiết bị di động ME của
trạm di động MS. EIR được nối với MSC thông qua đường báo hiệu để kiểm tra
sự được phép của thiết bị bằng cách so sánh tham số nhận dạng thiết bị di động
quốc tế IMEI (International Mobile Equipment Identity) của thuê bao gửi tới khi
thiết lập thông tin với số IMEI lưu giữ trong EIR phòng trường hợp đây là
những thiết bị đầu cuối bị đánh cắp, nếu so sánh không đúng thì thiết bị không
thể truy nhập vào mạng được.
1.2.2. Phân hệ trạm gốc BSS
BSS thực hiện nhiệm vụ giám sát các đường ghép nối vô tuyến, liên kết
kênh vô tuyến với máy phát và quản lý cấu hình của các kênh này. Đó là:
- Điều khiển sự thay đổi tần số vô tuyến của đường ghép nối (Frequency
Hopping) và sự thay đổi công suất phát vô tuyến.
- Thực hiện mã hoá kênh và tín hiệu thoại số, phối hợp tốc độ truyền
thông tin.
- Quản lý quá trình Handover.
- Thực hiện bảo mật kênh vô tuyến.

Phân hệ BSS gồm hai khối chức năng: bộ điều khiển trạm gốc (BSC:
Base Station Controller) và các trạm thu phát gốc (BTS: Base Transceiver
Station). Nếu khoảng cách giữa BSC và BTS nhỏ hơn 10m thì các kênh thông
tin có thể được kết nối trực tiếp (chế độ Combine), ngược lại thì phải qua một
giao diện A-bis (chế độ Remote). Một BSC có thể quản lý nhiều BTS theo cấu
hình hỗn hợp của 2 loại trên.
1.2.2.1. Trạm thu phát gốc BTS
Một BTS bao gồm các thiết bị phát thu, anten và xử lý tín hiệu đặc thù
cho giao diện vô tuyến. Có thể coi BTS là các Modem vô tuyến phức tạp có
thêm một số các chức năng khác. Một bộ phận quan trọng của BTS là TRAU
(Transcoder and Rate Adapter Unit: khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ).
TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình mã hoá và giải mã tiếng đặc thù riêng cho
8
GSM được tiến hành, ở đây cũng thực hiện thích ứng tốc độ trong trường hợp
truyền số liệu. TRAU là một bộ phận của BTS, nhưng cũng có thể đặt cách xa
BTS và thậm chí trong nhiều trường hợp được đặt giữa BSC và MSC.
BTS có các chức năng sau:
- Quản lý lớp vật lý truyền dẫn vô tuyến
- Quản lý giao thức cho liên kết số liệu giữa MS và BSC
- Vận hành và bảo dưỡng trạm BTS
- Cung cấp các thiết bị truyền dẫn và ghép kênh nối trên giao tiếp A-bis
1.2.2.2. Bộ điều khiển trạm gốc BSC
BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến qua các lệnh điều
khiển từ xa BTS và MS. Các lệnh này chủ yếu là các lệnh ấn định, giải phóng
kênh vô tuyến và quản lý chuyển giao (Handover). Một phía BSC được nối với
BTS còn phía kia nối với MSC của SS. Trong thực tế, BSC là một tổng đài nhỏ
có khả năng tính toán đáng kể. Một BSC có thể quản lý vài chục BTS tuỳ theo
lưu lượng các BTS này. Giao diện giữa BSC và MSC là giao diện A, còn giao
diện giữa nó với BTS là giao diện A-bis.
Nhân viên khai thác có thể từ trung tâm khai thác và bảo dưỡng OMC nạp

phần mềm mới và dữ liệu xuống BSC, thực hiện một số chức năng khai thác và
bảo dưỡng, hiển thị cấu hình của BSC. BSC có thể thu thập số liệu đo từ BTS và
BIE (Base Station Interface Equipment: Thiết bị giao diện trạm gốc), lưu trữ
chúng trong bộ nhớ và cung cấp chúng cho OMC theo yêu cầu.
1.2.2.3. Bộ chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ TRAU
Trong GSM, tín hiệu thoại trên giao diện vô tuyến được mã hoá ở tốc độ
13Kbps sử dụng mã hoá tiền định tuyến LPC. Để thích ứng tốc độ này các tốc
độ mạng hội thoại cố định PSTN cần có bộ chuyển đổi mã TRAU để chuyển đổi
giữa 13Kbps PCM giữa MS và MSC. TRAU có thể được đặt tại BTS, BSC hoặc
tại MSC. Để giảm thiểu chi phí truyền dẫn, thường TRAU đặt ở MSC. Khi đó
cần thêm báo hiệu bổ xung vào tiếng thoại 13Kbps để truyền thông tin điều
khiển từ bộ chuyển đổi mã từ xa đặt ở BTS đến TRAU.
9
1.2.3. Trạm di động MS
Trạm di động là thiết bị duy nhất mà người sử dụng có thể thường xuyên nhìn
thấy của hệ thống. MS có thể là: máy cầm tay, máy xách tay hay máy đặt trên ô
tô. 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 micrô, loa,
màn hiển thị, bàn phím để quản lý cuộc gọi) hoặc giao diện với môt số các thiết
bị khác (như giao diện với máy tính cá nhân, Fax…). Hiện nay, người ta đang cố
gắng sản xuất các thiết bị đầu cuối gọn nhẹ để đấu nối với trạm di động. Ba
chức năng chính của MS:
- Thiết bị đầu cuối thực hiện các chức năng không liên quan đến mạng GSM.
- Kết cuối trạm di động thực hiện các chức năng liên quan đến truyền dẫn ở
giao diện vô tuyến.
- Bộ thích ứng đầu cuối làm việc như một cửa nối thông thiêt bị đầu cuối với
kết cuối di động. Cần sử dụng bộ thích ứng đầu cuối khi giao diện ngoài trạm di
động tuân theo tiêu chuẩn ISDN để đấu nối đầu cuối, còn thiết bị đầu cuối lại có
thể giao diện đầu cuối – modem.
- Máy di động MS gồm hai phần: Module nhận dạng thuê bao

SIM( Subscriber Identity Module) và thiết bị di động ME (Mobile Equipment).
Để đăng ký và quản lý thuê bao, mỗi thuê bao phải có một bộ phận gọi là
SIM. SIM là một module riêng được tiêu chuẩn hoá trong GSM. Tất cả các bộ
phận thu, phát, báo hiệu tạo thành thiết bị ME. ME không chứa các tham số liên
quan đến khách hàng, mà tất cả các thông tin này được lưu trữ trong SIM. SIM
thường được chế tạo bằng một vi mạch chuyên dụng gắn trên thẻ gọi là
Simcard. Simcard có thể rút ra hoặc cắm vào MS.
Sim đảm nhiệm các chức năng sau:
- Lưu giữ khoá nhận thực thuê bao Ki cùng với số nhận dạng trạm di động
quốc tế IMSI nhằm thực hiện các thủ tục nhận thực và mật mã hoá thông tin.
- Khai thác và quản lý số nhận dạng cá nhân PIN(Personal IdentityNumber)
để bảo vệ quyền sử dụng của người sở hữu hợp pháp. PIN là một số gồm từ 4
đến 8 chữ số, được nạp bởi nhà khai thác khi đăng ký lần đầu.
10
1.2.4. Phân hệ khai thác OSS
Phân hệ khai thác OSS thực hiện ba chức năng chính sau:
• Khai thác và bảo dưỡng mạng:
Khai thác là các hoạt động cho phép nhà khai thác mạng theo dõi hành vi của
mạng như: tải của hệ thống, mức độ chặn, số lượng chuyển giao giữa hai ô…,
nhờ vậy nhà khai thác có thể giám sát được toàn bộ chất lượng của dịch vụ mà
họ cung cấp cho khách hàng và kịp thời xử lý các sự cố. Khai thác cũng bao
gồm việc thay đổi cấu hình để giảm những vấn đề xuất hiện ở thời điểm hiện
tại, để chuẩn bị lưu lượng cho tương lai, để tăng vùng phủ. Ở hệ thống viễn
thông hiện đại, khai thác được thực hiện bằng máy tính và được tập trung ở một
trạm.
Bảo dưỡng có nhiệm vụ phát hiện, định vị và sửa chữa các sự cố hỏng hóc.
Nó có một số quan hệ với khai thác. Bảo dưỡng cũng bao gồm cả các hoạt động
tại hiện trường nhằm thay thế thiết bị có sự cố.
Hệ thống khai thác và bảo dưỡng có thể được xây dựng trên nguyên lý TMN
(Telecommunication Management Network: Mạng quản lý viễn thông). Lúc

này, một mặt hệ thống khai thác và bảo dưỡng được nối đến các phần tử của
mạng viễn thông ( các MSC, BSC, HLR và các phần tử mạng khác trừ BTS, vì
thâm nhập đến BTS được thực hiện qua BSC). Mặt khác, hệ thống khai thác và
bảo dưỡng lại được nối đến một máy tính chủ đóng vai trò giao tiếp người máy.
Theo tiêu chuẩn GSM, hệ thống được gọi là OMC (Operation and Maintenance
Center: Trung tâm khai thác và bảo dưỡng).
• Quản lý thuê bao:
Bao gồm các hoạt động quản lý đăng ký thuê bao. Nhiệm vụ đầu tiên là nhập
và xóa thuê bao khỏi mạng. Đăng ký thuê bao cũng có thể rất phức tạp, bao gồm
nhiều dịch vụ và các tính năng bổ sung. Nhà khai thác phải có thể thâm nhập
được tất cả các thông số nói trên. Một nhiệm vụ quan trọng khác của khai thác là
tính cước các cuộc gọi. Cước phí phải được tính và gửi đến thuê bao. Quản lý
thuê bao ở 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
11
với thuê bao. Simcard cũng đóng vai trò như một bộ phận của hệ thống quản lý
thuê bao.
• Quản lý thiết bị di động:
Quản lý thiết bị di động được bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR thực hiện.
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 sự được phép của thiết bị. Một thiết bị
không được phép sẽ bị cấm. Trong hệ thống GSM, EIR được coi là hệ thống con
SS.
12
CHƯƠNG 2. VÔ TUYẾN SỐ – GIAO TIẾP VÔ TUYẾN SỐ
2.1. Vô tuyến số tổng quát
Ở phần này đề cập đến việc sử dụng thiết bị vô tuyến để truyền thông tin giữa
trạm di động và mạng PLMN GSM thay vì dùng dây. Một số vấn đề quan trọng
khi quy hoạch tần số là sự hạn chế bởi đại lượng nhiễu của hệ thống tổ ong.
2.1.1. Suy hao đường truyền và pha đinh

Suy hao đường truyền là quá trình mà ở đó tín hiệu thu yếu dần do khoảng
cách giữa trạm di động và trạm gốc tăng mà không có mặt vật cản giữa anten
phát và thu. Suy hao trong không gian tự do:
Ls ≈ d
2
.f
2
Ls (dB) = 33,4 (dB) + 20logF(MHz) + 20logd(km)
d: là khoảng cách giữa anten phát Tx và thu Rx.
f: tần số phát
(Công thức trên chỉ đúng với các hệ thống vô tuyến di động gần BS.)
Môi trường sử dụng của MS thường có chướng ngại vật gây hiệu ứng che tối
làm giảm cường độ tín hiệu thu. Khi di động cùng với đài di động cường độ tín
hiệu giảm và tăng dù giữa Tx và Rx có hay không có chướng ngại. Hiệu ứng
này gọi là pha đinh chuẩn log. Thời gian giữa 2 chỗ trũng pha đinh khoảng vài
giây khi máy di động MS là loại lắp trên xe và chuyển động.
Trong trường hợp môi trường thông tin có mật độ thuê bao dày và nhiều
chướng ngại ta có pha đinh nhiều tia hay raile, xảy ra khi tín hiệu truyền nhiều
đường từ anten Tx đến Rx.
Ở hiện tượng pha đinh raile, tín hiệu thu được là tổng các tín hiệu phản xạ
khác pha, khác biên độ. Những tín hiệu này khi cộng lại như các véctơ tạo nên
một véctơ tổng gần bằng không có nghiã là cường độ tín hiệu bằng 0. Đây là
chỗ trũng pha đinh nghiêm trọng. Khoảng thời gian giữa hai chỗ trũng pha đinh
phụ thuộc vào tốc độ chuyển động và tần số phát.
13

Hình 2 :Pha đinh Raile
Ở một khoảng cách nhất định (x mét) so với anten phát Tx, tín hiệu thu được
minh hoạ như sau:

Độ nhạy máy thu là mức tín hiệu vào yếu nhất cần thiết cho một tín hiệu ra
qui định. Khi quy hoạch hệ thống, để chống lại pha đinh thì giá trị trung bình
chung được lấy lớn hơn độ nhạy máy thu lượng Y(dB) bằng chỗ trũng pha
phađinh mạnh nhất, Y(dB) được gọi là dự trữ pha đinh.
2.1.2. Phân tán thời gian
Hiện tượng này có nguồn gốc từ phản xạ từ một vật ở xa anten thu Rx vài km.
Nó dần đến giao thoa giữa các ký hiệu ISI tức là giao thoa giữa các ký hiệu lân
cận với nhau dẫn đến phía thu khó quyết định nhận được ký hiệu nào.
Ở GMS tốc độ bit là 270kb/s, mỗi bit tương ứng với 3,7µs và tương ứng với
khoảng cách là 1,1km. Khi có phản xạ từ 1km phía sau trạm di động thì tín hiệu
phản xạ phải qua quãng đường dài hơn tín hiệu đi thẳng là 2km. Tín hiệu phản
xạ sẽ trộn tín hiệu mong muốn với tín hiệu trễ 2bit.
MS
Độ nhạy máy thu
m
X + 15X + 10X
Dự
trữ
padinh
Giá trị trung bình cục bộ
Chỗ trũng padinh
Giá trị trung bình chung
Cường độ tín hiệu thu (Rx), Fc = 900MHz
14
Hệ thống GSM được thiết kế có thể hạn chế phân tán thời gian nhờ sử dụng
một bộ cân bằng mà có thể thực hiện cân bằng một số nhất định tín hiệu phản xạ
nhưng không phải là tất cả. Bộ cân bằng của GSM có thể đạt được sự cân bằng
cho các tín hiệu phản xạ chậm khoảng 4 bít so vơí tín hiệu đến trực tiếp, tương
ứng với 15 µs. Tuy nhiên nếu tín hiệu phản xạ mà đến trễ hơn thế thì bộ cân
bằng không thể đáp ứng được. Giai đoạn mà bộ cân bằng có thể đáp ứng được

gọi là cửa số thời gian. Trong cửa sổ thời gian đó sẽ tăng cường độ tín hiệu đến
trực tiếp. Tổng các tín hiệu phản xạ có thể nhỏ hơn 15µs phải ít nhất nhỏ hơn 9
lần tổng các tín hiệu trong cửa sổ. Tỉ số này gọi là tỉ số sóng mang trên sóng
phản xạ (C/R). C/R được tính bằng tỉ số giữa năng lượng trong cửa sổ C và năng
lượng ngoài cửa sổ R của bộ cân bằng. C/R càng nhỏ thì chất lượng càng kém.
Vị trí đặt BTS ảnh hưởng rất lớn đến tỉ số này nên đặt không hợp lí sẽ gây nên
phân tán thời gian lớn. Các vùng có địa hình như miền núi, thành phố nhiều nhà
cao tầng, vùng hồ xây dựng nhiều thềm, bậc thường có tỉ số C/R nhỏ.
Thông thường tín hiệu phản xạ phải đi qua quãng đường lớn hơn 4,5 Km so
với tín hiệu trực tiếp thì mới có trễ hơn 15µs tuy nhiên nếu tín hiệu phản xạ đó
không mạnh tức là tỉ số C/R lớn hơn 1 số cho phép thì không ảnh hưởng đến
vùng sóng phục vụ.
Ngược lại nếu tín hiệu phản xạ mạnh nhưng trễ vẫn thuộc cửa sổ thì sẽ tăng
độ mạnh của tín hiệu đi thẳng. Chỉ khi C/R nhỏ phân tán thời gian lớn thì mới có
yêu cầu thay đổi vi trí BTS, hoặc dùng phương pháp đặt thêm BTS phụ trợ.
* Nhiễu đồng kênh:
Nhiễu giao thoa đồng kênh là nhiễu do tín hiệu thu không mong muốn có
cùng tần số với tín hiệu thu mong muốn. Tỉ số giữa mức sóng mang mong muốn
và không mong muốn là tỉ số nhiễu giao thoa đồng kênh (C/I). Tỉ số này phụ
thuộc vào những yếu tố như:
+ Mẫu sử dụng lại tần số: khoảng cách giữa hai Cell cùng tần số ảnh hưởng
lẫn nhau.
+ Vị trí địa hình.
+ Các vùng phản xạ địa phương.
15
+ Kiểu Angten, tính định hướng, chiều cao Angten.
+ Các sóng gây nhiễu địa phương có cùng tần số.
Tỉ số này gây ảnh hưởng rất mạnh đến chất lượng tín hiệu, dẫn đến sai tín
hiệu, giải mã sai gây nên sót cuộc gọi hoặc thất bại trên đường nối vô tuyến.
Tiêu chuẩn GSM cho phép C/I nhỏ nhất là 10. Ngoài ra trong thông tin vô tuyến

tín hiệu còn bị ảnh hưởng các kênh lân cận là các kênh gần tần số với tín hiệu
thu, dải tần của chúng trùng lên nhau ở mức lớn. Trong trường hợp này cũng
gây nhiễu gọi là nhiễu giao thoa kênh lân cận (C/A) trong thực tế các tần số của
các BTS cùng vị trí thường gây ảnh hưởng cho nhau.
Tín hiệu thu được khi đo đạc thường gồm rất nhiều loại tín hiệu và nhiễu như
đã kể trên.
2.1.3. Các phương pháp phòng ngừa suy hao truyền dẫn do pha đinh
Để cải thiện máy thu và chất lượng của tín hiệu thu, có 4 phương án để thực
hiện như sau:
Phân tập anten (phân tập không gian):
Do 2 anten thu ít có nguy cơ bị chỗ trũng phađinh sâu cùng một lúc, nên ta sử
dụng 2 anten Rx độc lập thu cùng tín hiệu rồi kết hợp các tín hiệu này lại ta sẽ
có một tín hiệu ra khỏi bộ kết hợp ít bị phađinh hơn. Khoảng cách giữa hai anten
phải đủ lớn để tương quan giữa các tín hiệu ở hai anten nhỏ.
BTS
0
0
1
1
Hình 3. Phân tán thời gian
16
Nhảy tần:
Với pha đinh raile, mẫu phađinh phụ thuộc vào tần số nghĩa là chỗ trũng
phađinh xảy ra ở các vị trí khác nhau đối với các tần số khác nhau. Như vậy ta
có thể thay đổi tần số sóng mang trong một số tần số khi cuộc gọi đang tiến
hành, khi gặp chỗ trũng phađinh chỉ một phần thông tin bị mất.
Mã hoá kênh:
Ở truyền dẫn số người ta đo chất lượng của tín hiệu được chủ yếu bằng số
lượng các bit thu được chính xác, dẫn đến biểu diễn tỷ số bit lỗi BER. BER
không thể bằng không do đường truyền dẫn luôn luôn thay đổi. Nghĩa là ta phải

cho phép một lượng lỗi nhất định và có khả năng khôi phục thông tin này hoặc
có thể phát hiện tránh sử dụng thông tin lỗi. BER quan trọng với phát số liệu
hơn Voice.
Ở phương pháp mã hoá kênh ta phải phát đi một lượng thông tin có số bit lớn
hơn nhưng sẽ đạt độ an toàn chống lỗi cao hơn. Mã hoá kênh có thể phát hiện và
sửa lỗi ở từng bit thu.
Ví dụ: Khi muốn gửi một bit “0” hay “1” để được bảo vệ ta bổ xung thêm ba
bit như sau:
Thông tin
0
1
Bổ xung
000
111
Gửi đi
0000
1111
Khối mã 0000 sẽ đúng với 0 và 1111 sẽ đúng với 1. Tỷ lệ là 1:4, bảo vệ sẽ
xảy ra như sau:
Thu được : 0000 0010 0110 0111 1110
Quyết định: 0 0 x 1 1
17
21
Tín hiệu 1 Tín hiệu 2
CĐTH
SS
Anten