Đo đạc và kiểm tra ở hệ thống thông tin di động

Website: Email : Tel : 0918.775.368

Đồ án tốt nghiệp

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN
DI ĐỘNG
I.1 - Lịch sử phát triển.
Dịch vụ điện thoại di động bắt đầu xuất hiện ở các dạng sử dụng được
vào đầu những năm 1960, khi đó nó chỉ là các sửa đổi thích ứng của các hệ
thống điều vận. Các hệ thống điện thoại di động đầu tiên này ít tiện lợi và
dung lượng thấp.
Năm 1980 hệ thống điện thoại tổ ong điều tần sử dụng kỹ thuật đa
thâm nhập phân chia theo tần số xuất hiện. Nhưng các hệ thống tổ ong tương
tự không thể đáp ứng được nhu cầu ngày càng tăng do có quá nhiều hạn chế :
 Phân bổ tần số rất hạn chế.
 Dung lượng thấp.
 Tiếng ồn khó chịu và nhiễu hệ thống xảy ra khi máy di động dịch chuyển
trong môi trường phading đa tia .
 Không đáp ứng được các dịch vụ mới hấp dẫn đối với khách hàng.
 Không cho phép giảm đáng kể giá thành của thiết bị di động và cơ sở hạ
tầng
 Không đảm bảo tính bí mật của các cuộc gọi.
 Không tương thích giữa các hệ thống khác nhau.
Do đó cần chuyển sang sử dụng kỹ thuật thông tin số cho thông tin di động
cùng với các thông tin di động cùng với các kỹ thuật đa thâm nhập mới .

Ngô Đức Lam

1

Website: Email : Tel : 0918.775.368

Đồ án tốt nghiệp
Năm 1982 hệ thống thông tin di đông số sử dung kỹ thuật đa thâm nhập phân
chia theo thời gian(TDMA) ra đời ở Châu Âu có tên là GSM (Global System
for Mobile Communication).
Tháng 5/1986 giải pháp TDMA băng hẹp được lựa chọn cho dịch vụ
viễn thông chung Châu Âu ở băng tần 900 Mhz.
Năm 1985 công nghệ CDMA bắt đầu phát triển và phiên bản đầu tiên
là CDMA IS_95A. Các mạng CDMA được đưa vào khai thác ở Hàn Quốc,
HongKong, Argentina, Brasil,Chile...Để tăng dung lượng của hệ thống thông
tin di động, tần số các hệ thống này đang được chuyển từ vùng 800-900 Mhz
vào vùng 1,8-1,9 GHz.

I.2 -

Tổng quan về hệ thống điện thoại di động tổ ong.

Toàn bộ vùng phục vụ của hệ thống điện thoại di động tổ ong được
chia thành nhiều vùng nhỏ , gọi là các ô , mỗi ô có một trạm gốc phụ trách và
được điều khiển bởi tổng đài sao cho thuê bao vẫn có thể duy trì cuộc gọi
một cách liên tục khi di chuyển giữa các ô.
Trong hệ thống điện thoại di động tổ ong thì tần số các máy di động là
không cố định ở một kênh nào đó mà kênh đàm thoại được xác định nhờ
kênh báo hiệu và máy di động được đồng bộ về tần số một cách tự động . Vì
vậy các ô kề nhau nên sử dụng tần số khác nhau còn nếu cách xa hơn thì có
thể tái sử dụng tần số đó . Để cho phép các máy di động có thể duy trì cuộc
gọi liên tục trong khi di chuyển giưã các ô thì tổng đài sẽ điều khiển các kênh

báo hiệu hoăc kênh lưu lượng theo sử dụng của máy di động để chuyển đổi
tần số của máy di động đó thành một tần số thích hợp một cách tự động.

Ngô Đức Lam

F
7
F
6

F
2
F
1
F
5

F
7
F
3
F
F2 6
4

F
2
F
1
F

5

F
3
F
4


Website: Email : Tel : 0918.775.368

Đồ án tốt nghiệp

Hiệu quả sử dụng tần số của hệ thống điện thoại di động tăng lên vì các kênh
RF giữa các BS kề nhau có thể được định vị một cách hiệu quả nhờ việc tái sử
dụng tần số và do đó dung lượng thuê bao được phục vụ sẽ tăng lên.

I.3 - Các đặc tính cơ bản của hệ thống thông tin di động .
1. Sử dụng băng tần được cấp phát hiệu quả để đạt được dung lượng cao do
sự hạn chế của dải tần vô tuyến sử dụng cho thông tin di động .
2. Đảm bảo được chât lượng truyền dẫn yêu cầu: Hệ thống phải có khả năng
hạn chế tối đa ảnh hưởng của nhiễu và pha đinh cùng với các CODEC
đặc biệt có chất lượng truyền dẫn cao .
3. Đảm bảo an toàn thông tin tốt nhất. Để chống nghe trộm cần mật mã hoá
thông tin của người sử dụng có một khoá nhận dạng bí mật riêng CARD
được lưu giữ ở bộ nhớ an toàn. ở hệ thống GSM SIM-CARD được sử
dụng. Người thuê bao cắm thẻ này vào máy di động và chỉ có người này
mới có thể sử dụng nó.
4. Giảm tối đa rớt cuộc gọi khi thuê bao di động chuyển từ vùng phủ này
sang vùng phủ khác.
5. Cho phép phát triển các dịch vụ mới nhất là các dịch vụ phi thoại.

6. Mang tính toàn cầu, cho phép chuyển mạng quốc tế ( International
Roaming ) .
Ngô Đức Lam

3


Website: Email : Tel : 0918.775.368

Đồ án tốt nghiệp
7. Các thiết bị cầm tay phải gọn nhẹ và tiêu tốn ít năng lượng.

I.4 - Cấu trúc mô hình hệ thống thông tin di động.
OS

O X

MS
TE1

AUC

MT0

Sm

Trạm gốc

MT1

BTS

A

Abis

BSC

MT2

Pi
Ai
Di

MSC

C

TAP

B

Mi

PSPD
N
PSTN

HLR

D

VLR

EIR

AUC

Các bộ quản lý di động

G
Các VLR khác

HÌNH 1. Mô hình tham khảo hệ thống thông tin di động.
Các phần tử cơ bản của mô hình:
MS ( Mobile Station ): trạm di động.
BTS ( Base station transceiver station ): trạm thu phát gốc.
Ngô Đức Lam

S

4

TE2

R TE2

Các mạng ngoài

H

Rx

W DCE

TA
Â

I

TE2

ISDN

I
DMI

Rx

PLMN

F

MSC

TE2 Rm

L

E

Um
TE2 Rm

IWF


Website: Email : Tel : 0918.775.368

Đồ án tốt nghiệp
BSC ( Base station controller ): bộ điều khiển trạm gốc.
MSC ( Mobile service switching center ): trung tâm chuyển mạch các
dịch vụ di động.
HLR ( Home localtion register ): bộ ghi định vị thường trú.
VLR ( Visitor localtion register ): bộ ghi định vị tạm trú.
GMSC: MSC cổng.
AUC ( Authetication center ): quản lý thuê bao và trung tâm nhận thực.
EIR ( Equipment identity register ): quản lý thiết bị di động.
OS ( Operation system ): khai thác và bảo dưỡng mạng.
Switched public data network :mạng số liệu công cộng chuyển mạch theo
mạng.


Trạm di động MS : MS là thiết bị mà người sử dụng có thể thường xuyên
nhìn thấy của hệ thống. MS có thể là thiết bị đặt trong ôtô hay thiết bị xách
tay hoặc thiết bị cầm tay. Ngoài việc chứa các chức năng vô tuyến chung và
xử lý cho giao diện vô tuyến , MS còn cung cấp giao diện với người sử dụng
( loa, micro, màn hiển thị ,bàn phím để quản lý cuộc gọi ) hoặc giao diện với
các thiết bị khác ( như giao diện máy tính cá nhân ,fax...).
Chức năng các thiết bị trong MS:

 Thiết bị đầu cuối ( TE ) thực hiện các chức năng không liên quan đến mạng
di động : fax,máy tính....
 Kết cuối trạm di động ( MT ) : Thực hiện các chức năng liên quan đến
truyền dẫn ở giao diện vô tuyến .
 Bộ thích ứng đầu cuối ( TAF ) : Làm việc như một cửa nối thông thiết bị
đầu cuối với kết cuối di động . Cần sử dụng bộ thích ứng đầu cuối khi giao
diện trạm di động tuân theo tiêu chuẩn ISDN để đấu nối đầu cuối còn thiết bị
đầu cuối lại có giao diện đầu cuối -modem.

Ngô Đức Lam

5


Website: Email : Tel : 0918.775.368

Đồ án tốt nghiệp
 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 số bộ phận quan trọng của BTS là TRAU ( Transcoder/adapter rate unit:
khối chuyển đổi mã và tốc độ ) . TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình giải mã
và mã hoá tiếng đặc thù riêng cho hệ thống di động được tiến hành ,ở đây
cũng thực hiện thích ứng tốc độ trong trường hợp truyền số liệu. Tuy là một
bộ phận của BTS nhưng cũng có thể đặt nó cách xa BTS và thậm chí trong
nhiều trường hợp nó được đặt giữa BSC và MSC.
 Bộ 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 vô tuyến và quản lý

chuyển giao (handover). Một phía BSC được nối với BTS còn phía kia được
nối với MSC. Trong thực tế BSC là một tổng đài có khả năng tính toán đáng
kể .Vai trò chủ của yếu nó là quản lý các kênh ở giao diện vô tuyến và
chuyển giao .
Một BSC trung bình có thể quản lý tới hành chục BTS ( phụ thuộc vào
lưu lượng của các BTS này ). BTS cũng có thể kết hợp chung với BSC vào
một trạm gốc.
 Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động (MSC) : Ở hệ thống thông tin
di động , chức năng chuyển mạch chính được thực hiện bởi MSC. Nhiệm vụ
của MSC là điều phối việc thiết lập cuộc gọi đến các người sử dụng mạng
thông tin di động . Một mặt MSC giao diện với BSC , mặt khác nó giao diện
với mạng ngoài .MSC giao diện với mạng ngoài gọi là MSC cổng.Việc giao
diện với mạng ngoài để đảm bảo thông tin cho người sử dụng mang thông tin
di động đòi hỏi cổng thích ứng ( các chức năng tương tác , IWF :

Ngô Đức Lam

6


Website: Email : Tel : 0918.775.368

Đồ án tốt nghiệp
Interworking function ) . Mạng thông tin di động cũng cần giao diện 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 MSC thường là một tổng đài lớn điềukhiển và quản lý một số các bộ
điều khiển trạm gốc ( BSC ).
 Để kết nối MSC với một số mạng khác cần phải thích ứng các đặc điểm
truyền dẫn của mạng thông tin di động với các mạng này.

 IWF bao gồm 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 ), nó cũng tồn tại
khi các mạng khác chỉ đơn thuần là PSTN ( Public switched telephone
network: mạng điện thoại chuyển mạch công cộng ) hay ISDN ( Intergrater
services digital network : mạng số đa dịch vụ liên kết ) . IWF có thể thực
hiện trong cùng chức năng MSC hay có thể ở thiết bị riêng ( ở trường hợp 2
giao tiếp giữa MSC và IWF được để mở .
 Bộ ghi định vị thường trú HLR: Ngoài mạng MSC mạng thông tin di động
bao gồm cả các cơ sở dữ liệu . Các thông tin liên quan đến việc cung cấp các
dịch vụ viễn thông được lưu giữ ở HLR( không phụ thuộc vào vị trí hiện thời
của thuê bao ). HLR còn chứa thông tin liên quan đến vị trí hiện thời của thuê
bao. Thường HLR là một máy tính đứng riêng không có khả năng chuyển
mạch và có khả năng quản lý hàng trămthuê bao .Một chức năng nhỏ của
HLR là nhận dạng trung tâm nhận thực AUC, nhiêmh vụ của trung tâm này
là quản lý an toàn số liệu ccủa các thuê bao được phép .
 Bộ ghi định vị tạm trú VLR : VLR là cơ sở dữ liệu thứ 2 trong mạng thông
tin di động được nối với một hay nhiều MSC và có nhiệm vụ lưu giữ tạm
thời số liệu thuê bao . Các thuê bao đang nằm trong vùng phục vụ của MSC

Ngô Đức Lam

7


Website: Email : Tel : 0918.775.368

Đồ án tốt nghiệp
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.
 MSC cổng (GMSC): Mạng thông tin di động có thể chứa nhiều MSC
VLR , HLR. Để thiết lập một cuộc gọi đến người sử dụng thông tin di động
trước hết cuộc gọi phải được định tuyến đến một tổng đài được gọi là GMSC
mà không cần biết thuê bao hiện thời 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 tại ( MSC tạm trú ). Để vậy trước hết tổng
đài phải dựa trên số thoại danh bạ của thuê bao để tìm đúng HLR cần thiết
và hỏi HLR . Tổng dài cổng có 1 giao tiếp với các mạng bên ngoài , thông
qua giao tiếp nàynó làm nhiệm vụ cổng để kết nối các mạng bên ngoài với
mạng di động . Ngoài ra tổng đài nầy cũng có giao diện số 7 (CCSNo7) để có
thể tương tác với các phần tử của mạng thông tin di động. Về phương diện
kinh tế không phải bao giờ tổng đài cũng đứng riêng mà nó thường được kết
hợp với MSC.
 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 2 ô.
Nhờ vậy mà nhà khai thác có thể giám sát toàn bộ chất lượng 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 .Việc thay
đổi có thể thực hiện “mềm “ qua báo hiệu , hoặc thực hiện cứng đòi hỏi sự
can thiệp tại hiện trường .ở hệ thống viễn thông hiện đại khai thác được thực
hiện bằng máy tính và được tập trung ở 1 trạm.

Ngô Đức Lam

8

Website: Email : Tel : 0918.775.368

Đồ án tốt nghiệp
 Bảo dưỡng là nhiệm vụ phát hiện ,định vị và sửa chữa các sự cốhỏng hóc.
Nó có 1 số quan hệ với khai thác .Các thiết bị ở hệ thống viễn thông hiện đại
có khả năng tự phát hiện 1 số sự cố hay dự báo sự cố thông qua tự kiểm tra
Trong trường hợp người ta dự phòng cho thiết bị để thiết bị sự cố có thể thay
thế bằng thiết bị dự phòng . Sự thay thế này có thể thực hiện tự động. Ngoài
ra việc giảm nhẹ sự cố có thể được thực hiện bởi người khai thác bằng điều
khiển từ xa . Bảo dưỡng cũng có thể bao gồm các hoạt động tại hiện trường
nhằm thay thế thiết bị sự cố.
Hệ thống khai thác và bảo dưỡng có thể được xây dựng trên nguyên lý
TMN ( Telecominications Management Network :

mạng quản lý viễn

thông ). Khi này 1 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 của
mạng khác trừ BTS vì thâm nhập BTS được thực hiện qua BSC ). Mặt khác
hệ thống khai thác và bảo dưỡng lại được nối đến một máy tính chủ động vai
trò giao tiếp người máy .Hệ thống này được gọi là OMC ( Operation and
Mainternance).
 Quản lý thuê bao và trung tâm nhận thực (AUC).
Quản lý thuê bao, bao gồm các hoạt động quản lý đăng ký thuê bao .
Nhiệm vụ đầu tiên là nhập và xoá thuê bao khỏi mạng .Đăng ký thuê bao
cũng có thể là rất phức tạp ,bao gồm nhiều dịch vụ và tính năng bổ xung. Nhà
khai thác phải có thể thâm nhập được tất cả các hệ thống số nói trên Một
nhiệm vụ quan trọng của khai thác là tính cước cuộc gọi . Cước phí phải
được tính và được gửi đến thuê bao . Quản lý thuê bao ở mạng thông tin di
động chỉ liên quan HLR và một số thiết bị OS riêng , chẳng hạn nối HLR với

các thiết bị giao tiếp người máy qua các trung tâm giao dịch với thuê bao
.Việc quản lý thuê bao được thực hiện thông qua một khoá nhận dang bí mật

Ngô Đức Lam

9


Website: Email : Tel : 0918.775.368

Đồ án tốt nghiệp
duy nhất cho từng thuê bao . AUC quản lý các thông tin nhận thực và mật mã
liên quan đến từng cá nhân thuê bao dựa trên khoá bí mật này . AUC có thể
được đặt trong HLR hay MSC hay độc lập với cả hai. Khoá này cũng được
lưu giữ vĩnh cửu và bí mật trong bộ nhớ MS . ở GMS bộ nhớ này có dạng
SIMCARD có thể rút ra và cắm lại được .
 Quản lý thiết bị di động 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 trạm di động MS .EIR được
nối đến MSC thông qua đường báo hiệu để kiểm tra sự được phép của thiết
bị .Một thiết bị không được phép sẽ bị cấm .
 Bộ xử lý bản tin số liệu DMH ( Data Message Handler ).
Được sử dụng để thu nhập các dữ liệu tính cước .
 Các mạng ngoài.
Các mạng thông tin này bao gồm mạng điện thoại chuyển mạch công cộng
( PSTN ), mạng số liên kết đa dịch vụ ( ISDN ) , mạng di động công cộng
mặt đất ( PLMN ) và mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói ( PSPDN ).
 Các giao diện.
 Giao diện A là giao diện giữa trạm gốc và MSC để đảm bảo báo hiệu và lưu
lượng ( cả số liệu lẫn tiếng ).

 Giao diện Abis là giao diện giữa BTS và BSC ,nó chỉ có khi trạm gốc được
chia thành BTS và BSC .
 Giao diện Ai là giao diện tương tự sử dụng hoặc báo hiệu đa tần hai tông
( DTMF ) hay báo hiệu đa tần (MF) . Đây là giao diện giữa MSC và PSTN.
 Giao diện B là giao diện giữa MSC và VLR.
 Giao diện C là giao diện giữa MS và HLR .

Ngô Đức Lam

10


Website: Email : Tel : 0918.775.368

Đồ án tốt nghiệp
 Giao diện D là giao diện giữa HLR và VLR .Đây là giao diện báo hiệu được
xây dựng trên cơ sở báo hiệu số 7.
 Giao diện Di là giao diện số giữa MSC và ISDN .
 Giao diện E là giao diện lưu lượng và báo hiệu giữa các tổng đài của mạng
di động . ( Giữa MSC với MSC ).
 Giao diện F là giao diện giữa MSC và EIR.
 Giao diện G là giao diện được sử dụng khi cần thông tin giữa các VLR.
 Giao diện H là giao diện giữa HLR với AUC.
 Giao diện I là giao diện giữa bộ xử lý bản tin DMH với MSC.
 Giao diện Mi là giao diện với mạng thông tin di động khác ( PLMN ).
 Giao diện O là giao diệnvới hệ thống khác ( MSC với OS ).
 Giao diện Pi là giao diện giữa MSC và mạng chuyển mạch gói (PSPDN).
 Giao diện S là giao diện giữa ISDN và TE.
 Giao diện Um là giao diện vô tuyến giữa BS và MS.
 Giao diện W là giao diện giữa PSTN với DCE.

 Giao diện X là giao diện giữa MSC và AUX, giao diện này phụ thuộc vào
thiết bị bổ xung kết nối với MSC.
 Giao diện R là giao diện bộ thích ứng đầu cuối TA ( Terminal Adapter )
với thiết bị đầu cuối TE ( Terminal Equipment ).

I.5 -

Một số hệ thống đa truy nhập cơ bản trong thông tin
di động.

Một nguyên tắc quan trọng khi thiết kế các hệ thống vô tuyến di động là
vấn đề lựa chọn các hệ thống đa truy nập để có thể sử dụng phổ vô tuyến
chung. Đa truy nhập được phân chia làm các phương pháp sau:
 Đa truy nhập phân chia theo tần số ( FDMA ).
Ngô Đức Lam

11


Website: Email : Tel : 0918.775.368

Đồ án tốt nghiệp
 Đa truy nhập phân chia theo thời gian ( TDMA ).
 Đa truy nhập phân chia theo mã ( CDMA ).
Ở hệ thống đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA), các trạm
di động sử dụng chung một kênh tần số nhưng chỉ được thâm nhập đến trạm
gốc trong các khoảng thời gian khác nhau .Trong hệ thống TDMA một khe
thời gian được dành riêng cho người sử dụng trong suốt thời gian đàm thoại.
Ở hệ thống đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA ,mỗi trạm di
động sử dụng chung một kênh với một cặp tần số để thâm nhập đến trạm gốc

(BTS).Trong hệ thống FDMA một khe tần số được dành riêng cho người sử
dụng trong suốt thời gian đàm thoại.
Ở hệ thống đa truy nhập phân chia theo mã CDMA, các trạm di động
sử dụng chung một băng tần nhưng sử dụng các mã khác nhau để thâm nhập
đến trạm gốc.Trong hệ thống CDMA tất cả các người sử dụng sử dụng cùng
một lúc trên một băng tần. Tín hiệu truyền đi chiếm toàn bộ băng tần của hệ
thống . Các chuỗi mã được dùng để tách rời kênh truyền giữa các người
sửdụng.

CHƯƠNG II

HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GMS
II.1-

Mở đầu.

Hệ thống TTDĐ số sử dụng kỹ thuật đa thâm nhập phân chia theo thời
gian (TDMA) đầu tiên trên thé giới ra đời ở Châu Âu và có tên gọi là GSM.
Ngô Đức Lam

12


Website: Email : Tel : 0918.775.368

Đồ án tốt nghiệp
GSM được phát triển từ năm 1982 khi các nước Bắc Âu gửi đề nghị đến
CEPT để quy định 1 dịch vụ viễn thông chung ở Châu Âu ở băng tần 900MHz.
- 1982 - 1985: Bàn luận về dòng hệ thống số hay tương tự.
- 1985: Hệ thống số đựơc quyết định.

- 5/1986: Phương thức TDMA băng hẹp được chọn lựa ở Việt Nam hệ
thống TTDĐ số đựơc đưa vào từ năm 1993, hiện nay 2 công ty VMS và
GPC đang khai thác rất hiệu quả.
- Hệ thống TTDĐ GMS sử dụng kết hợp phương pháp đa thâm nhập phân
chia theo thời gian ( TDMA ) và phân chia theo tần số ( PDMA ) trong đó
mỗi trạm di động để thâm nhập vào mạng được cấp phát 1 cặp tần số và 1
khe thời gian.

II.2 - Suy hao đường truyền và pha đinh.
II.2.1- Suy hao đường truyền.
- Ở thông tin vô tuyến điểm đến điểm do anten đặt cao nên suy hao đường
truyền tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách R cách giữa ăngten thu
và phát (R2).
- Ở TTDĐ ăngten MS đặt gần mặt đất (khoảng 1,5m) nên suy hao tỷ lệ với
luỹ thừa n khoảng cách r giữa anten phát và thu (R'') trong đó n > 2.
- Tổn hao truyền sóng giữa BS và MS ở ngoài trời.
P (R) = N(R, δ) + nlg(R/Ro).

II.2.2 - Pha đinh.
Các MS thường hoạt động ở môi trường có nhiên vật chắn giữa nó và BTS
dẫn đến giảm cường độ điện trường thu làm cho cường độ tín hiệu lúc tăng lúc
giảm.

Ngô Đức Lam

13


Website: Email : Tel : 0918.775.368

Đồ án tốt nghiệp

HÌNH 2. Mô hình pha đinh nhiều tia.
Cường độ tín
hiệu tại anten thu

Thay đổi do pha đinh Ray legh

Giảm dần do suy hao

Thay đổi do che tối

Khoảng cách

HÌNH 3. Sự thuộc tín hiệu thu được vào khoảng cách.

II.2.3 - Biện pháp chống pha đinh.
+ Mã hoá kênh chống lõi kết hợp với đan xen tín hiệu.
+ Sử dụng nhiều sóng mang ( Multi carrier ).
+ Phân tập.
+ Cân bằng thích ứng.
+ Mã phát hiện lỗi: Mã khối tuyến tính.
+ Mã sửa lỗi: mã xoắn hoặc mã turla.
Kỹ thuật phân tập thường được sử dụng trong các hệ thống truyền dẫn:


Phân tập không gian.

Ngô Đức Lam

14


Website: Email : Tel : 0918.775.368

Đồ án tốt nghiệp
 Phân tập tần số.


II.3-

Phân tập thời gian.

Giao diện vô tuyến và truyền dẫn.

II.3.1- Quá trình xử lý các tín hiệu số và biến đổi vào sóng vô tuyến.

A/D
A/D

Phân
Phân
đoạn
đoạn

Mã hoá
Mã
hoá
tiếng
tiếng

Mã hoá
Mã
hoá
kênh
kênh

Ghép
Ghép
xen
xen

Mật
Mật
mã hoá
mã hoá

Lập khuôn
Lập
khuôn
cụm
cụm

Điều
Điều
chế
chế

160 mẫu

3khz
KHz

13 bit

D/A
D/A

Giải mã
Giải
tiếngmã
tiếng

260bit/20ms
bit/20ms

Giải mã
Giải
mã
viterbi
viterbi

460 bit/20ms
22.8 kbit/s

Giải
Giải
ghép xen
ghép xen

Giải mật
Giải
mã mật
mã

270 kbit/s
ở khe TS

Cân bằng
Cân bằng
Veterbi
Veterbi

Máy thu/
Máy
giảithu/
điều chế
giải điều chế

HÌNH 4. Xử lý tín hiệu số và biến đổi vào sóng vô tuyến ở MS.

II.3.2. Các kênh tần số được sử dụng ở GSM.
Phân bổ tần số ở GSM được quy định nằm trong dải tần 890-960 MHz với
các kênh tần số như sau:
fl = 890 MHz + ( 0,2 MHz ) n ,

n = 0,1 ,2,3,....124.

fu = fl + 45 MHz.
Các kênh tần số được sử dụng ở GSM gồm 125 kênh , đánh số từ 0 đến 124 ,

kênh 0 dành cho khoảng bảo vệ , nên không đựoc sử dụng, trong đó:

Ngô Đức Lam

15

là tần


Website: Email : Tel : 0918.775.368

Đồ án tốt nghiệp
số ở bán băng tần thấp dành cho đường lên ( từ trạm di động đến trạm BTS ) ,
là tần số ở bán băng tần cao dành cho đường xuống (từ BTS đến trạm di động).
Hệ thống GSM mở rộng ( E-GSM ) có băng tần rộng thêm 10 MHz ở cả 2 phía
nhờ vậy số kênh sẽ tăng thêm 50 kênh. Phân bố tần số trong trường hợp hệ
thống GSM mở rộng :
fl = 890 MHz + ( 0,2 MHz ) n,

0 < n < 124

fl = 890 MHz + ( 0,2 MHz ).( n-1024 ),

974 < n < 1023.

fu = fl + 45 MHz.
Các kênh bổ xung được đánh số từ 974 đến 1023 và kênh thấp nhất 974 để lẫn
khoảng bảo vệ nên không sử dụng.
Đối với hệ thống DCS- 1800 băng tần làm việc 1710- 1880 MHz, tần số phân
bổ cho các kênh như sau :

fl = 1710 MHz + ( 0,2 MHz ) ( n - 511 )

512 < n < 885

fu = fl + 95 MHz.
Gồm 374 kênh đánh số từ 512 đến 885 . Để đảm bảo cho các kênh lân cận
không lây nhiễu cho nhau mỗi BTS phủ một tế bào của mạng phải sử dụng các
tần số cách xa nhau và các ô sử dụng các tần số giống nhau cũng phải xa nhau.

II.3.3. Các kênh vật lý.
Các kênh vật lý là một khe thời gian ở đầu tần số vô tuyến dành để truyền
tải thông tin ở đường vô tuyến của GSM.
GSM sử dụng băng tần: 890 - 915 MHz cho đường lên ( MS phát ).
935 - 960 MHz cho xuống ( BTS phát ).

Ngô Đức Lam

16


Website: Email : Tel : 0918.775.368

Đồ án tốt nghiệp
- Khoảng cách giữa các sóng mang là 200 Khz.
- Trong tương lai khi mở rộng đến hệ thống DCS 1800 băng tần được sử
dụng : 1710 - 1785 MHz cho đường lên.
1805 - 1880 MHz cho đường xuống.
- Để đảm bảo đảm các quy định về tần số bên ngoài băng phải có một
khoảng bảo vệ giữa các biên của băng ( 200 KHz ).
Vì thế ở - GSM 900 có 124 kênh tần số vô tuyến bắt đầu.

- GSM 900 có 124 kênh tần số vô tuyến từ 890,2 Mhz.
- DCS 1800 ta có 374 kênh tần số vô tuyến bắt đầu từ 17192.
- Mỗi kênh tần số vô tuyến được tổ chức thành các khung TDMA. Một khe
thời gian có độ dài 15 ms ≈ 577 Ms
26
8 khe thời gian của một khung TDMA có độ dài gần bằng 4,62 ms.
- Ở BTS các khung TDMA ở tất cả các kênh tần số trên đường lên và
đường xuống cũng được đồng bộ. Tuy nhiên khởi đầu của khung TDMA
đường lên trễ một khoảng thời gian cố định 3 khe. Lý do trễ để cho phép
MS sử dụng cùng 1 khe thời gian ở cả đường lên lẫn đường xuống mà
không phải thu phát đồng thời.

Đường xuống KTS

Khung TDMA

Khung TDMA

Khung TDMA

Đường xuống KTS

Khung TDMA

Khung TDMA

Khung TDMA

Đường lên KTS

Khung TDMA

Khung TDMA

Khung TDMA

Đường lên KTS

Khung TDMA

Khung TDMA

Khung TDMA

17

Ngô Đức Lam
KTS Kênh tần số

3TS


Website: Email : Tel : 0918.775.368

Đồ án tốt nghiệp

HÌNH 5. Các khung TDMA.


Cấu trúc các cụm.

Khe thời gian 15/26 ms tương ứng với độ dài của 156,25 bit là nội dung

của một cụm.
Có bốn dạng cụm khác nhau trong hệ thống. Chức năng các cụm như sau:
+ Cụm bình thường ( NB: Normal Burst ): được sử dụng để mang các
thông tin về các kênh lưu lượng và các kênh kiểm tra. Đối với kênh
lưu lượng TCH cụm này chứa 114 bit được mật mã, ba bit đuôi ( 0,0,0)
đầu và cuối, 2 bit cờ lấy cắp ( chỉ cho TCH ), 26 bit hướng dẫn và
khoảng thời gian bảo vệ có độ rộng là 8,25 bit. NB được sử dụng cho
TCH và các kênh điều khiển trừ RACH, SCH và FCCH.
+ Cụm hiệu chỉnh tần số ( FB: Frequency Correction Burst ): cụm này
được sử dụng để đồng bộ tần số cho trạm di động. Cụm chứa 142 bit
cố định bằng 0 để tạo ra dịch tần số + 67,7 KHz trên tần số danh định,
ba bit đuôi ( 0,0,0 ) đầu và cuối, khoảng bảo vệ 8,25bit. FB được sử
dụng cho FCCH.
+ Cụm đồng bộ ( SB: Synchronizaation Burst ): được sử dụng để đồng
bộ thời gian cho trạm di động. SB chứa 78 bit được mật mã hoá để
mang thông tin về FN của TDMA và BSIC ( Base Station Identity
Code : Mã nhận dạng trạm gốc ), Ba bit đuôi đầu cuối, chuỗi hướng
dẫn kéo dài 64 bit và khoảng bảo vệ 8,25 bit. SB được sử dụng cho
SCH.

Ngô Đức Lam

18


Website: Email : Tel : 0918.775.368

Đồ án tốt nghiệp

+ Cụm thâm nhập ( AB: Access Burst ): được sử dụng để thâm nhập
ngẫu nhiên và thâm nhập chuyển giao ( Handover ). AB chứa 36 bit
thông tin, 41 bit đồng bộ ( bit hướng dẫn , 8 bit đầu đuôi , 3 bit đuôi
và khoảng bảo vệ 68,25bit . Cần có khoảng bảo vệ dài vì khi MS thâm
nhập lần đầu ( hay sau chuyển giao ), nó không biết định trước thời
gian, khoảng này dành cho khoảng cách 35km. AB được sử dụng cho
RACH và TCH.
+ Cụm giả ( DB: Dummy Burst ) được phát đi từ BTS trong một số
trường hợp cụm không mang thông tin. Cụm không mang thông tin.
Cụm có cấu trúc như NB nhưng các bit mật mã được thay thế bằng các
bit hỗn hợp.

II.3.4- Nhảy tần
Khả năng nhảy tần đựơc người khai thác mạng sử dụng trên toàn bộ mạng,
hoặc 1 phần mạng. Mục đích là đảm bảo sự phân tâp ở đường truyền dẫn (đặc
biệt tăng hiệu quả của mã hoá kênh vì ghép xen đôi với MS chuyển đông chậm)
và trung bình hoá tỷ số tín hiệu trên nhiễu ( C/I ) để đảm bảo tỷ số này lớn hơn
mức ngưỡng.
- Nguyên lý nhảy tần như sau: Ở một khe thời gian trạm di động phát ở
một tần số, sau đó nó chuyển sang các khe thời gian với tốc độ 217 lần trong 1
giây. Các tần số phát và thu luôn luôn song công (cách nhau 45 MHz), nghĩa là
các đường lên và xuống sử dụng cùng 1 chiều nhảy tần. Chuỗi nhảy tần trong
cùng 1 ô hoàn toàn trực giao nghĩa là không xẩy ra va chạm giữa các thông tin.
Các chuỗi này cũng được không lập với các ô đồng kênh (sử dụng cùng tập tần
số). Chuỗi nhảy tần được MS tính toán trên các thông số nhận được từ BTS mỗi
khi thay đổi kênh (ấn định ban đầu và Hardover) như sau:
Ngô Đức Lam

19

Website: Email : Tel : 0918.775.368

Đồ án tốt nghiệp
+ Ấn định ô (CA: Cell Allocation) danh sách các kênh vô tuyến rỗi trong ô.
+ Ấn định di động (MA: Mobile Allocation) danh sách các kênh dành cho
MS để nhảy tần, đây là 1 tập con của CA (cực đại 64), trường hợp không nhảy
tần danh sách chỉ có 1 tần số.
+ Dịch chỉ số ấn định di động ( MAIO: Mobile allocation Index Offset ).
+ Số chuỗi nhẩy tần ( HSN: Hopping Sequence Number )
Chuẩn của luật nhảy tần trong ô.
Để tránh chuỗi nhảy tần MS phải tính chỉ số ấn định di động MAI ( Mobile
Allocation Index ) đặc tính cho 1 tần số ở một khung cho trước.
MS tính MAI như sau:
+ Nhảy tần tuần hoàn:
HNS = o
MAI = (FN + MAIO) mod N
Trong đó: FN số khung ( Frame Number )
+ Nhẩy tần ngẫu nhiên
M = T2 + RNI ABLE (HSN × or T1R + T3)
M' = M mod (2'' NBIN)
T' = T3 mod (2'' NBIN)
S = M' nếu M' S = (M' + T') nếu M' > N
Trong đó:
N: Số các tần số ở MA
NBIN: số các bit biểu thị N
T1R = T1 mod 64
T1, T2, T3 số khung rút gọn RFN ( Reduce Frame Number ).
Thường thì các kênh của cùng 1 ô có cùng HS N nhưng MAIO khác nhau.

Ngô Đức Lam

20


Website: Email : Tel : 0918.775.368

Đồ án tốt nghiệp
Kênh vật lý chứa BCCH không nhẩy và các khe khác nhau nhảy khác
nhau.
Đường xuống (ô đang phục vụ )
Rx
C0

0 1 2 3 4 5 6 7

C1

Rx

C2

0 1 2 3 4 5 6 7

0 1 2 3

Đường lên ( ô đang phục vụ )
Tx
C0'

0 1 2 3 4 5 6 7

C1'

Tx

C2'

0 1 2 3 4 5 6 7

Đường xuống ( các ô lân cận )
D0
Đo
E0
Đo

HÌNH 6. Nhẩy tần ( nhìn từ MS ).

II.4.

Cấu trúc phân lớp và báo hiệu.

II.4.1- Khái niệm:
Mạng báo hiệu là một hệ thống được sử dụng để truyền dẫn các thông tin
báo hiệu của các loại nguồn sử dụng khác nhau như: điện thoại, số hiệu, khai
thác và bảo dưỡng... Một mạng báo hiệu bao gồm các điểm báo hiệu SP
(Sigralling Point) và các đoạn nối báo dẫn bao gồm một số các tổng đài (điểm
nút) thông tin với nhau qua kênh báo hiệu.

Ngô Đức Lam

21


Website: Email : Tel : 0918.775.368

Đồ án tốt nghiệp
Mạng báo hiệu

Kết nối tiếng
Đoạn nối báo hiệu

Tổng đài B
STP

Tập các đoạn nối báo
hiệu
S
P

S
P
Tổng đài A

Tổng đài C
Ký hiệu :
SP: Signalling point
=điểmbáohiệu
STPHÌNH

: Signalling
Transfer
=
7. Mạng
báopoint
hiệu.
điểm truyền báo hiệu

HÌNH 7. Mạng báo hiệu.


Các phần tử của mạng báo hiệu.
+ Các đoạn nối báo hiệu ( SL: Singalling Link )

Các đoạn nối báo hiệu là các phần tử cơ bản trong một mạng báo hiệu
dùng để nối 2 điểm báo hiệu với nhau SL đảm bảo truyền các bản tin.
+ Các điểm báo hiệu SP( SingallingPoint ).
Các điểm báo hiệu đảm bảo các chức năng của mạng báo hiệu và có thể
phát thu tín hiệu tới các người sử dụng khác nhau.

II.4.2 - Mô hình phân lớp và các giao diện ở mạng báo hiệu GSM.
GSM sử dụng báo hiệu kênh chung số 7 ( CCS N7: Common Channel
Signalling Mumber 7) giữa các tổng đài và báo hiệu thuê bao số của ISDN
(PSS1: Digital Subscriba Sigralling 1) cải tiến cho mạng thâm nhập thuê bao vô

Ngô Đức Lam

22

Website: Email : Tel : 0918.775.368

Đồ án tốt nghiệp
tuyến. CCSN7 và DSS1 được thiết kế để có thể sắp đặt trên mô hình 7 lớp của
OSI.
MSC/ VLR, HLR, GMSC,
MS

BTS

BSC

MSC

PSTN

CM

MT
CM

I
S

MM

MM

BSSAP

TCAP

U
P
/
I

SCCP

SCCP

P

MAP

RR

RR
RR

LAPD

LAPDm

Báo hiệu
Lớp 1

Báo hiệu lớp 1

Radio

BTSM

BTSM

LAPD

SCCP

LAPD
Báo hiệu
lớp 1

Báo hiệu
Lớp 1

MTP lớp 1

A-bis

MTP lớp 3

MTP lớp 3

MTP lớp 2

MTP lớp 2

MTP lớp 1

MTP lớp 1

A

HÌNH 8: Mô hình báo hiệu ở GSM được sắp xếp theo OSI 7 lớp.
Ký hiệu:
CM : Connection management - Quản lý nối thông.
MM: Mobility management - Quản lý di động.
RR: Radio resource management - Quản lý tài nguyên vô tuyến.
LAPD: link access procedures on D-channel - Các thủ tục thâm nhập đường
truyền ở kênh D.
BTSM: BTS management- Quản lý trạm gốc.
BSSAP.:Base station system application part- Phần ứng dụng hệ thống trạm
gốc.
SCCP: Signalling connection control part - Phần điều khiển nối thông báo hiệu.
MTP: Message transfer part - Phần truyền bản tin.
Ngô Đức Lam

23


Website: Email : Tel : 0918.775.368

Đồ án tốt nghiệp
MAP: Mobile application part - Phần ứng dụng di động.
TCAP: Transaction capabilities application part - Phần ứng dụng cá khả năng
trao đổi.
ISUP: ISDN user part - Phần người sử dụng ISDN.
TUP: Telephone user part - Phần người sử dụng điện thoại.
Các giao diện được ký hiệu bằng các chữ cái từ A đến G. Riêng giao diện giữa

BSC và BTS được ký hiệu bằng Abis và giữa BTS và MS được ký hiệu là Um.
Các giao thức liên quan đến di động là MAP còn các giao thức liên quan đến
kết nối mạch là TUP họăc ISUP ( nếu tổng đài là ISDN ).
Trên hình 9 ở phía bên phải của đường thẳng đứng không liên tục là các giao
thức cho báo hiệu kênh chung số 7 giữa MSC với VLR, HLR, GMSC và
PSTN: gồm có (MAP , TCAP) lớp7, SCCP lớp 3, MTP lớp 1,2,3. ISUP/TUP
lớp 4-7.

CCSN7
ISUP/TU
P

CCSN7
ISUP/TU
P

PST
N

Um

m

CCSN7
MAP/TC
AP

HLR

EIR

G

VLR

MSC

VLR

F

BSS

E

MSC

A

BTS
A-bis

BSC

Ngô Đức Lam

24
Chú ý :Giao thức giữa các MSC có thể MAP (chuyển giao) hoặc ISUP
(khi kết nối cuộc gọi.

Website: Email : Tel : 0918.775.368

Đồ án tốt nghiệp

HÌNH 9:

Tổng quan các giao thức và giao diện giữa các phần tử của
mạngGSM.

II.4.3. Báo hiệu kênh chung số 7 (CCSN7 ) ở GSM.
Báo hiêu kênh chung số 7 - CCSN7 đường báo hiệu tách riêng so với đường
tiếng. Mạng này không nhất thiết phải có một kênh báo hiệu trên mọi đoạn nối.
CCSSN7 có nhiều ưu điểm:
+ Dung lượng truyền báo hiệu cao, một kênh báo hiệucó thể đảm bảo báo
hiệu cho 5000 mạch tiếng .
+ Cho phép sử dụng nhiều dịch vụ mới .
+ Cho phép giảm kích thước của thiết bị vì không cần thiết phải ấn định
thiết bị báo hiệu riêng cho từng mạch tiếng .
+ Độ tin cậy cao ( nhờ có mạch dự phòng ) .
_ Nếu bản tin báo hiệu được phát đi ở cùng một luồng PCM với kênh tiếng thì
nó được gọi là báo hiệu liên kết ( Associated Signalling ) .
_ Nếu các bản tin và tiếng được truyền ở các đường PCM khác nhau thì báo
hiệu được gọi là tựa liên kết ( Quasi Associated ). Để tránh sự cố và ứ nghẽn
đoạn nối báo hiệu có thể chọn các phương pháp trên.

Tựa liên kết
Liên kết

Ngô Đức Lam

25

Tiếng
Báo hiệu