cấu trúc mạng vinaphone và các thiết bị mạng

Luận văn tốt nghiệp
Ecrisson với bề dày kinhCHƯƠNG
nghiệm trong
1 việc thiết kế và sản xuất hệ
thông
tổ
CÁC
KỸ
THUẬT
Cơ
SỞ
VÀ
CÁC
BỘ
PHẬN
CHÍNH
TRONG
ong. Hệ thông CME20 cho GSM được thiết kê trên cơ sở chuyển mạch sô"
AXE10.
Ở
HỆ THỐNG THÔNG TIN DI số
nước ta có hai hệ thông điện thoại di động là Vinaphone, VMS.
về chất lượng
Chức năng đầu tiên của CME20 là cung cấp một dịch vụ điện thoại
I. CẤC BỘ PHẬN CHÍNH TRONG HỆ THÔNG THÔNG TIN
di
động
DI ĐỘNG SÔ
tin cậy và chất lượng tô"t. Các thế hệ máy di động khác nhau cũng sử dụng
nhiều
loại

1. Giới thiệu
dịch vụMạng
sô liệuviễn
mớithông
khôngtổcần
một
riêng.
ong
là modem
một trong
các ứng dụng kỹ thuật viễn
Ớ
GSM
việc
đăng
ký
thuê
bao
được
ghi
ở modem nhận dạng thuê
thông
có
bao
SIM
nhu cầu lớn nhất và phát triển nhanh nhất.
(Subscribe
cardmobile
thuê bao
có một kích -thước

như thông
một tấm
GSMIdentity
(GlobalModule)
System for
communication
hệ thống
tin
tín
phiếu.
di
động
Bạn
có
thể
cắm
card
thuê
bao
của
mình
vào
loại
máy
GSM
và
chỉ
mình
sử
toàn cầu) với tiêu chuẩn thông số toàn Châu Âu mới, sẽ giải quyết sự hạn

dụng
nó.
chế
dung
Hệ thông
là đăng
ký thuê
bao sẽ
đúng
card
bị lấy
lượng
hiệnkiểm
nay. tra
Thực
chất dung
lượng
tăngvà2-3
lầnkhông
nhờ việc
sử cắp.
dụngQuá
tần
trình
này
sô"
tốt
được
tự
động

thực
hiện
bằng
một
thủ
tục
nhận
thực
thông
qua
một
trung
hơn và kỹ thuật ô nhỏ, do vậy sô" thuê bao phục vụ sẽ tăng lên.
tâm Lưu động là hoàn toàn tự động, bạn có thể đem máy di độngnhận
của
thực.
mình
khi
đi
du lịch và sử dụng ở một nước khác. Hệ thông sẽ tự động cập nhật thông tin
về
vị
trí
của bạn cho hệ thông tại nhà bạn. Bạn cũng có thể gọi đi và nhận cuộc gọi
đến
mà
người gọi không cần biết vị trí của bạn. Ngoài tính lưu động quốc tê", tiêu
chuẩn
GSM còn cung câ"p một sô" tính năng như thông tin tốc độ cao, íaxcimile
và

dịch
vụ
thông báo ngắn. Các máy điện thoại di động sẽ ngày càng nhỏ hơn và tiêu
thụ
ít
công suất hơn các thê" hệ trước chúng.

21


Luận văn tốt nghiệp
NSS: Mạng và hệ thông con chuyển
mạch
BSS: Hệ thông con trạm gốc
OSS: Hệ thông con khai thác
MS: Trạm di động
Hình 1.1: cấu trúc chung của GSM

1.1.

Hệ thông con chuyển mạch (SS)

Hệ thông con chuyển mạch bao gồm các chức năng chuyển mạch
chính
của
GSM cũng như cơ sở dữ liệu cần thiết cho sô" 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.
MSC
Ớ ss chức năng chuyển mạch chính được MSC thực hiện, nhiệm vụ
chính
của
MSC là điều phôi việc thiết lập cuộc gọi đến những người sử dụng mạng
GSM.
Một
mặt MSC giao tiếp với hệ thông con BSS, mặt khác giao tiếp với mạng
ngoài.
MSC
làm nhiệm vụ giao tiếp với mạng ngoài gọi là MSC cổng. Việc giao tiếp với
mạng
ngoài để đảm bảo thông tin cho những người sử dụng mạng GSM đòi hỏi
cổng
thích
ứng (các chức năng tương tác - ỈWF: intervvorking 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 sô" liệu của người sử dụng hoặc báo hiệu giữa các phần tử của
1.1.1.

3


Luận văn tốt nghiệp
1.1.2.

HLR

Ngoài MSC, ss bao gồm các cơ sở dữ liệu. Các thông tin liên quan
đến

việc

cung câp các dịch vụ viễn thông được lưu giữ ở HLR không phụ thuộc vào
vị

trí

hiện

thời của thuê bao. HLR cũng chứa các 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

nhưng có khả năng quản lý hàng trăm ngàn thuê bao. Một chức năng con
của

HLR

là nhận dạng trung tâm nhận thực AUC mà nhiệm vụ của trung tâm này

quản

lý

an

toàn số liệu của các thuê bao được phép.
1.1.3.

VLR

VLR là cơ sở dữ liệu thứ hai trong mạng GSM. Nó được nốì 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 đổng thời lưu giữ sô" 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.
1.1.4.

GMSC

ss có thể chứa nhiều MSC, VLR, HLR. Để thiết lập một cuộc gọi đến
người
sử dụng GSM, trước hết cuộc gọi phải được định tuyến đến một tổng đài
4


Luận văn tốt nghiệp

Hệ thống con BSS
Có thể nói BSS là một hệ thông các thiết bị đặc thù riêng cho các tính

1.2.

chất

tổ

ong vô tuyến của GSM. BSS giao diện trực tiếp với các trạm di động (MS)
thông
qua giao diện vô tuyến, vì thế 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

khiển

Luồng

điều

Luồng

lưu

oss

NSS: Mạng và hệ thông con chuyển
mạch
BSS: Hệ thông con trạm gốc
OSS: Hệ thông con khai thác
MS: Trạm di động Hình 1.2: Các giao diện ngoài BSS
BSS bao gồm hai loại thiết bị: BTS giao diện với MS và BSC giao
diện với
MSC.
Cấu trúc bên trong BSS được cho ở hình 1.3.
5


Luận văn tốt nghiệp

Hình 1.3: Các phần tử của BSS

1.2.1.

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

sô"

các chức năng khác. Một bộ phận quan trọng của BTS là TRAU

6


Luận văn tốt nghiệp
phận của BTS, nhưng cũng có thể đặt nó cách xa BTS và thậm chí trong
nhiều
trường hợp được đặt giữa các BSC và MSC.
1.2.2.

BSC

BSC có nhiệm vụ quả lý tất cả giao diện vô tuyến thông 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 nôi với MSC của ss. Trong thực tế BSC là một tổng đài nhỏ có khả
năng
tính toán đáng kể. Vai trò chủ yếu của nó là quản lý các kênh ở giao diện vô
tuyến
và chuyển giao (handover). Một BSC trung bình có thể quản lý tđi vài chục
BTS

phụ

thuộc vào lưu lượng của các BTS này. Giao diện giữa BSC với MSC được
gọi

là

giao

diện A, còn giao diện giữa nó với BTS được gọi là giao diện Abis.
1.3.

Trạm di động MS

Trạm di động là thiết bị duy nhât mà người sử dụng có thể thường
xuyên

nhìn

thấy của hệ thông. MS có thể là thiết bị đặt trong ô tô, thiết bị xách tay hoặc
thiết

bị

cầm tay. Loại thiết bị cầm tay sẽ là thiết bị trạm di động phổ biến nhất.
Ngoài

việc

7


Luận văn tốt nghiệp
động tuân theo tiêu chuẩn ISDN để đấu nôi đầu cuối, còn thiết bị đầu cuô"i
lại

có

thể

giao diện đầu cuối modem. cấu trúc chức năng của trạm di động cho ở hình

Hình 1.4: cấu trúc chức năng một trạm di động
1.4.

Hệ thông con khai thác oss

oss thực hiện ba chức năng chính sau:
Khai thác và bảo dưỡng
mạng
Quản lý thuê bao và tính
cước

Quản lý thiết bị di động
1.4.1.

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 (handover)
giữa

2

ô..., nhờ vậy nhà khai thác có thể giám sát được toàn bộ chất lượng của
8


Luận văn tốt nghiệp
giới tương đôi giữa 2 ô), hoặc thực hiện cứng đòi hỏi sự can thiệp tại hiện
trường
(chẳng hạn bổ sung thêm dung lượng truyền dẫn hay lắp đặt một trạm mới).
Ớ

hệ

thông 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. Các thiết bị ở mạng viễn thông hiện
đại

có

khả

năng tự phát hiện một sô" sự cô" hay dự báo sự cô" thông qua tự kiểm tra.
Trong

nhiều

trường hợp người ta dự phòng cho thiết bị để khi có sự cô" có thể thay thê"
bằng

thiết

bị dự phòng. Sự thay thê" này chỉ có thể thực hiện tự động, ngoài ra việc
giảm

nhẹ

sự

cô" có thể được người khác thực hiện bằng điều khiển từ xa. Bảo dưỡng
cũng

bao

gồm các hoạt động tại hiện trường nhằm thay thê" thiết bị có sự cô".
Hệ thông 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 thông khai thác và bảo dưỡng được nôi 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 thông khai thác và bảo dưỡng lại
nôi

đến
9

một


Luận văn tốt nghiệp
Quản lý thiết bị di động được bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR
(Equipment
Idnetity Register) thực hiện. EIR lưu giữ tất cả các giữ liệu liên quan đến
trạm

di

động MS. EIR được nôi đến MSC qua đường báo hiệu để kiểm tra sự được
phép

của

thiết bị. Một thiết bị không được phép sẽ bị cấm.
Lưu ý: Khác với thiết bị, sự được phép của thuê bao được AUC xác nhận.

hiệu
AUC:

Trung

tâm

nhận

thực HLR: Bộ ghi định vị

VLR: Bộ ghi định vị trí tạm trú thường

trú

MSC: Trung tâm chuyển mạch các EIR: Bộ ghi nhận dạng
dịch

vụ thiết

di động
BTS:

bị

BSC: Bộ điều khiển trạm
Trạm

thu

phát

gốc gốc

SS: Hệ thông con chuyển mạch MS: Trạm di động

ISND: Mạng liên kết số đa dịch vụ OMC: Trung tâm khai thác và bảo
CSPDN: Mạng sô liệu công cộng dưỡng
10


Luận văn tốt nghiệp
mạch theo mạch

PSTN: Mạng điện thoại chuyển

mạch công
PLMN: mạng di động công cộng mặt đất cộng
Hình 1.5: Mô hình của hệ thông GSM

II. CÁC KỸ THUẬT Cơ SỞ TRONG HỆ THốNG THÔNG TIN DI
ĐỘNG sô
Giao diện vô tuyến và truyền dẫn

1.

1.1.

Giao diện vô tuyên

Trong GSM, giao diện radio sử dụng tổng hợp cả hai phương thức
phân

kênh

theo tần sô" và thời gian: FDMA (Frequency Division Multiple Access) cà

TDMA
(Time Division Multiple Access). Trong FDMA, GSM sử dụng các băng
tần

tại

900

Mhz (gọi là GSM 900) và 1800 Mhz (gọi là GSM 1800). Để đơn giản hóa
chỉ

đề

cập

đến GSM 900. Mỗi kênh được đặc trưng bở một tần sô" (sóng mang) gọi là
kênh

tần

sô" RFCH (Radio chanel) cho mỗi hướng thu phát, các tần sô" này cách
nhau

200

MHz. Trong GSM 900, MS sử dụng 124 RFCH trong dãy tần 25Mhz (từ
890

đến

915

MHz) và BTS sử dụng 124 RFCH trong dãy tần từ 935 đến 960 Mhz để
phát

(tất

nhiên MS phát thì BTS thu và ngược lại). Tại mỗi tần sô" TDMA lại chia
thành

8
11

khe


Luận văn tốt nghiệp
Mạng GSM đảm bảo truyền dẫn đa dịch vụ. Nhiều thông tin khác
nhau

được

truyền dẫn trong mạng này như: thông tin thoại, các dạng thông tin sô" liệu
khác

(văn

bản, hình ảnh fax, các file máy tính, bản tin và các bản tin báo hiệu bên
trong

mạng.

Đổ lập mô hình truyền dẫn ta có thể sử dụng câu trúc phân lớp như hình
1.6.
Mức thấp

----- ----------Nút cuối

Nút trung gian

Nút cuối

Hình 1.6: Câu trúc phân lớp
Trục đứng của hình vẽ thể hiện các lớp khác nhau của mô hình. Lớp
thấp

nhất

tương ứng với thông tin thô, còn lớp cao nhất tương ứng với thông tin đã
được

tinh

chế cho người sử dụng. Trục ngang tương ứng với đường truyền dẫn. Các
thiết

bị

khác có thể được sử dụng trên đường truyền dẫn này. Các thiết bị này
không

nhất

thiết phải biết đầy đủ thông tin mà nó truyền. Chẳng hạn các nút trung gian
không
cần thiết đầy đủ ngữ nghĩa thông tin của lớp cao nhất. Nhờ vậy có thể đơn
giản

hóa

các tiêu chuẩn ở các giao diện bằng cách chỉ xét ở các thuộc tính liên quan
đến

việc

tryền tải thông tin.
12


Luận văn tốt nghiệp
Truyền dẫn tiếng giữa một thuê bao GSM và một thuê bao PSTN. Có
thể

được

trình bày theo cấu trúc nhiều mặt phẳng truyền dẫn với mỗi mặt phẳng thể
hiện

một

Hình 1.7: Trình bày tiếng
Từ hình ta thấy tín hiệu phát ra từ miệng của thuê bao di động ở dạng
âm
thanh được biến đổi vào tín hiệu sô" 13 kbiưs sau các quá trình biến đổi sô"
khác

nhau

nó điều chê" sóng mang được phát vào không trung được thu lại ở anten
BTS,

được

xử lý để khôi phục lại tín hiệu sô" ban đầu, được bộ đổi mã tiêng biên đổi
vào

tín

hiệu 64 kbiưs cho phù hợp với tổng đài sô" được chuyển mạch đến thuê bao
PSTN
được biến đổi vào tín hiệu tương tự và cuô"i cùng được biến đổi ngược trở
lại

thành
13


Luận văn tốt nghiệp
này được xử lý ở các thiết bị đầu cuối (các thiết bị này có thể rất phức tạp,
chẳng

hạn server videotex hay hệ thông xử lý bản tin). Các chức năng xử lý của
các

thiết

bị đầu cuối như sau:
Mã hóa nguồn: biến đổi văn bản, hình ảnh, âm thanh thành các chữ sô
cơ

hai

và ngược lại.
Giao thức giữa 2 đầu cuối cho thông tin: tổ chức trang phiên và ngôn
ngữ.
Thể hiện thông tin cho người sử dụng bằng hiển thị tạo âm, in ấn...
Các

thiết

bị đầu cuô"i có thể là máy fax, máy tính cá nhân, đầu cuối máy tính,
videotex..v.v..
Ta xét khả năng mang giữa các thiết bị đầu cuối. Biên giới giữa GSM
trong
trường hợp này có thể là: PSTN (mạng điện thoại chuyển mạch công cộng),
ISDN
(mạng sô liên kết đa dịch vụ), PSPDN (mạng sô liệu công cộng chuyển
mạch

gói),

CSPDN (mạng sử dụng truyền dẫn bằng mạch) và thiết bị đầu cuối. Để kết
nối

GSM

với thế giới bên ngoài ta sử dụng 2 chức năng:
Chức năng tương tác mạng IWF để kết nôi GSM với mạng khác.
Chức năng thích ứng đầu cuôi TAF để thích ứng thiết bị đầu cuối với
phần
truyền dẫn vô tuyến chung.
Các thiết bị giữa TAF và IWF không liên quan đến dịch vụ giữa các
đầu

cuối

và được gọi là khả năng mang. Trừ fax, các chức năng thích ứng phục thuộc
vào

14

các


Luận văn tốt nghiệp
số liệu cơ bản với ISDN. Tuy nhiên các trường hợp khác chẳng hạn fax
chức

năng

này rất phát triển. IWF là một chức năng nằm ở một nơi nào đc) giữa

MSC

và

mạng

bên ngoài. IWF có thể là một bộ phận nằm trong MSC hoặc nằm riêng.
Bây giờ ta hãy xét trạm di động. Tồn tại nhiều cấu hình khác nhau của

Giao diên đầu cuối với modem
Đầu cuối

Thiết
bị
đầu

di
động
Giao diện ISDN “S”
Hình 1.8: Các cấu hình của trạm di động

MTO là cấu hình đơn giản nhất, ở đây tất cả các chức năng chung, thiết bị
đầu
Hiện nay cấu
h ứng đưc'
chung \
Cuổ c chứ
LPF ------------- A/D —---------- Bô mã hóa
hìnhyêu
nàycho

chủtiêng. Các trạm di động tổ hợp như thê này cho cỊc dịch vụ số
DTC ọ
,
9.
IM
hắng hạn cho 1'ax) sẽ xuất hiện trong tương lai Ơ.MT2, TAF
diện với ư>'Af hi ơầii rnr(i / tnnHpm Vinh riiển được kết hợp với các
chức năng chung
Tốc đô di bô ban đầu
*
,
„
ME
_,3_
I ( Hông bộ ’ đê đấu nôi trưc tiếp
đấu trong Chang
hạn: 300 hay 9600 biưs
cuối ISDN. t>e co tne aau noi aau CUOI su aụng giao diện đầu cuối


Luận văn tốt nghiệp
a) Truyền dơn tiếng
Có thể chia đường truyền dẫn tiếng bên trong GSM thành các đoạn
sau:
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)
^ Trạm di động
Mã hóa tiếng ở trạm di động có thể thực hiện ở tốc độ 13 kbiưs. Sơ đồ

mã

hóa

tiếng GSM ở tốc độ 13kbit/s. Mã hóa này cho phép nhận được chất lượng
như

mạng

cố định nhưng đòi hỏi độ rộng phổ tần vô tuyến hẹp hơn.
Tín hiệu tiếng ở MS được đưa qua bộ lọc thông thấp, qua bộ biến đổi
A/D

để

được mã hóa PCM (điều xung mã) đồng đều với tần số lấy mẫu 8Khz và

Hình 1.9: Quá trình mã hóa tiếng ở GSM (ở MS)
'ộ* Truyền tiếng ở đoạn từ trạm di động MS đến trạm gốc BTS.
Tín hiệu sau khi mã hóa được đưa đến bộ mã hóa kênh để tạo ra các
khôi

456

bit/20ms với tốc dộ khoảng 22,8 kbit/s sau đó được ghép xen, mật mã hóa
và

tạo

thành các cụm để có thể đặt vào khe thời gian dành cho kênh và sau cùng

được

điều

chê" rồi phát vào không trung ở dải sóng 900MHz. Ớ đầu thu thực hiện quá
trinh
ngược lại để nhận tín hiệu tiêng mã hóa như ở đầu phát trưđc khi đưa vào
bộ

giải
16


Luận văn tốt nghiệp
(Remote trancoder handler) đặt ở BTS đến TRAU ở BSC. Sẽ có 60 bit bổ
sung

vào

260 bit tiếng trong 20 ms nâng tổng số bit trong 20 ms lên 320 bit và tốc độ
của
luồng sô" cho mỗi kênh sẽ đạt 16 kbit/s. Trong sô" 60 bit bổ sung sẽ có 4
bit

để

trông

để phân giữa các khung 20ms. Như vậy trong một khung 20ms chỉ có 316
bit

mang

thông tin.
'Y* Truyền dẫn trên đoạn TRAU đặt xa (ở BSC) đến MSC/IWF
Ớ đoạn này sử dụng các đường truyền dẫn 64 kbit/s luật A theo tiêu
chuẩn
G.711.
h) Truyền dơn sỗ' liệu
Đôi với truyền dẫn sô" liệu bên trong GSM có thể coi mạng này như
là

một

DTE phân bô, còn mạng bên ngoài như là DCE. Các giao diện DTE/DCE
được

thực

hiện ở các TAF, TRAU và IWF. Đổ xây dựng các giao diện này GSM cải
tiến
khuyên nghị VI10 dành cho giao diện DTE/DCE trong trường hợp DCE là
mạng
ISDN. Vì vậy để hiểu được truyền dẫn sô" liệu trong mạng GSM trước hết
ta

xét
Tô"c
độ
dị Đồng bộ

bộ
Chẳng hạn: 300 hay 9600

tiêu
ban

Đệm

đầu


Đầu
cuô"i
đến
Tô"c độ lấy mẫu trung
Modem đến đầu cuô"i
modem
bình
1,25 ms hay 2,5 ms
Trạng thái mạch 108
Trạng thái mạch 107
(Data terminal
Luận văn(Data
tốt nghiệp
ready)
set
ready)
2,5 ms hay 5 ms
Trạng
thái

mạch 109
Trạng thái mạch 105
(Data
khoảng thời gian 5 hay 10 ms. Bảng 1.12 dưới đây đưa ra các tín
(Request to send) đi trong các
carrier
2,5 ms hay 5 ms
Trạng thái detect)
mạch 108
hiệu
(Clear to send)
Bảngnói
1.12:
tải
tín
hiệu
điều
modem ở VI10.
Hình
1.10:
Thích
ứngkhiển
tốc độ
khác nhau
trênTruyền
và tốc
độcác
lấy
mẫu
chúng.

Chú thích
Thông tin được truyền
Tên bit
S1,S3,S6,
S8
(hay SA)
S4, S9

X

E1,E2, E3
E4,
E6

ISDN
Trạng thái mạch
108 (Data terminal
ready)
hay 107 (DattaChuyển
set ready)
đổiphụ
sô" thuộc
liệu dị bộ vào đồng bộ.
vào
Trạng thái mạchChức
105 (Requsetto
sendthực hiện ở RAO. Luồng sô" liệu dị bộ là một
năng này được
chuỗi hay
các

109 (Data carrier detect) phụ thuộc
ký tự thường được khở đầu bằng 1 bit “start” và kết thúc bằng 1 bit “stop”.
Từ
hình 1.10
ta thấy
RAO
thực hiện
biến 1.12
đổi luồng sô" liệu không
hướng
Ý
nghĩa
tín hiệu
điều
ở bảng
TrạngỚthái 106
(Clearcủa
to các
send)
Gửikhiển
2 lần
trong như sau:
luồng
đổng Data terminal ready: Thôngmột
vào
báobộcho modem rằng bộ điều khiển ở đầu
khung
luồng
ra của bộ này ta được các luồng đồng bộ RAI thực hiện
cuối đồng bộ, ở đầu T Ạ

4ị . *
Bỏ một tín hiệu
dừng
Tô"c độ bit thực Luông đông Biểu
thức tô"c độ------------—
bộ
thích
sấn sàng thông tin.
bit
giữa
hai các
đầu cuô"i
ứng tốcData
độ lần
nhất.Chỉ
Ớ đây
ghép
sungthiết
với luồng
cơ sởnôi
để
setthứ
ready:
thị nó
rằng
modembit
sẩnbổsàng
lập đường

thành

mạng độc lập (được sử dụng
Các mã
E5, Đồng hồtạo
thông
tin này làm
và
luồng
sô"đồng
có tốc
kbit/s của
(cho
luồng
cơ chậm
sở có tốc độ < 4800 kbit/s) và
trong cáccác
trường
bộđộ
để8điều
nhanh
hay
truyền
sốhợp
liệu
với
bộ
điều
khiển
đầu
cuối.
đổng

16 hồ Request
kbit/s
khiển đồng
từ xa khitocác
modem
hồcho
bằng cách rằng
bỏ
send:
Thông1.11:
báo
Hình
Chứcmođem
năng RAO bộ điều khiển sẩn sàng
không
qua
được (cho
đồngluồng
bộ ở mạng
truyền tải
hay chèn bit
gửi cơ
sô"sở có tô"c độ 9600 bit/s). Đôi với các luồng sô" có tô"c độ nhỏ
hơn
4800
liệu. Điều khiển đồng hồ từ xa
kbiưs các
bitcarrier
được phát lặpChỉ
lại thị

để đạt
được tô"cđã
độ danhhiện
địnhra4800
Data
rằng
sóng kbit/s.
mang
Tốc
độ truyềndetect:
dẫn trong mạng
sô"modem
chẳng hạn phát
ISDN được
điều
khiển
Các Bảng
khung
ở
liệu.
bởi sô" 1.13: Các bit thông tin bổ sung ở VI10
đồng
RAI có độ lâu 5 ms cho 9600 kbiưs và 10 ms cho 4800 kbiơs. Ớ các khung
hồ của mạng. Trường hợp một đầu cuô"i được đâu qua mạng PSTN thì tô"c
này
các
độ
giữa
hai
bit thông tin cơ sở, các bit bổ sung và các bit đồng bộ được ghép chung để

đầu cuô"i có thể khác nhau. Trong trường hợp này khôi thích ứng tô"c độ
đạt
được
phải
gửi
đi
tô"c độ 16 và 8 kbit/s. Từ bảng 1.12 ta thây có 15 bit thông tin bổ sung và 17
thông tin để hiệu chỉnh tô"c độ cho đầu kia các thông tin này có thể được
gửi

đi

ở

bit E4, E5, E6, trong luồng sô"ra của RAI.
Các tín hiệu bổ sung
20
19
18

các


Luận văn tốt nghiệp
Đấu nôi T: Sơ đồ thích ứng tốc độ cho đấu nôi T được cho hình 1.14
Tốc độ sô" liệu
trung gian

Tốc độ dị bộ ban đầu
trung

Tốc

độ

u
Hình 1.14: Thích ứng tốc độ ở GSM

RAO có nhiệm vụ biên đổi luồng sô dị bộ vào đồng bộ. RAI ghép
luồng

sô

cơ

sở với các tín hiệu bổ sung để tạo thành các luồng sô" 12 kbiơs (cho tô"c
độ

luồng

cơ

sở 9600 kbit/s), 6 kbit/s (cho tô"c độ luồng cơ sở 4800 kbit/s) được phát
lặp

các

bít

thông tin để đạt được tô"c độ định danh là 2400 bit/s và 1,2 kbit/s bổ sung

sẽ

được

đưa

thêm vào để được tốc độ 3,6 kbiưs. Luồng 12 kbit/s được chia thành các
khung

có

độ

lâu là 5 ms, mỗi khung chứa 60 bit trong đó có 48 bit từ luồng cơ sở và 12
bit

bổ

sung. Các bit bổ sung bao gồm các bit thông tin bổ sung cho cho ở bảng
1.13

trừ

các

bit El, E2, E3 mang thông tin về tô"c độ vì mức độ thông tin này được
truyền

riêng

theo đường báo hiệu để thiết lập đường truyền. Luồng 6 kbit/s được chia
21


Luận văn tốt nghiệp
RAI có nhiệm vụ biến đổi các luồng tốc độ trung gian 3,6 kbit/s, 6
kbit/s,

12

kbit/s vào hai luồng tốc độ trung gian 8 hoặc 16 kbit/s, việc biến đổi này
được

thực

hiện bằng cách chèn thêm các bít đồng bộ vào các khung RAI thường được
đặt

ở

BTS.
1.5.

Nguyên lý đa thâm nhập

Tồn tại ba phương pháp đa thâm nhập: đa thâm nhập phân chia theo
tần

số,

đa

thâm nhập phân chia theo thời gian, đa thâm nhập phân chia theo mã.
Nguyên

lý

đa

thâm nhập này được cho ở hình 1.15. Ớ phương pháp đa thâm nhập phân
chia

theo

tần số (FDMA) mỗi trạm di động dành riêng một kênh với một cặp tần số

22


Tần sô"
(PDMA
200 Khz

7

0

Luận
Luậnvăn
văntốt

tốtnghiệp
nghiệp
3
4
5
7
1 2
6
0
1 2
1.5.1. Các kênh tần sô" được sử dụng ở GSM
Các kênh tần sô"được sử dụng ở GSM nằm trong dãy tần sô"quy định
900Mhz
xác định theo công thức sau:
FL =890,2 + 0,2. (nl)Mhz
F u = FL (n) + 45 Mhz
1 <11 < 124
Từ công thức trên FL là tần sô" ở nửa băng thấp, Fulà tần sô" ở nửa
băng

cao,

0,2Mhz là khoảng cách giữa các kênh lân cận, 45Mhz là khoảng cách thu
phát,

n

sô"

kênh tần vô tuyến.

Ta thây tổng sô" kênh tần sô" có thể tổ chức cho mạng GSM là 124
kênh.

Để

cho các kênh lân cận không gây nhiễu cho nhau mỗi BTS phủ một ô của
mạng

phải

sử dụng các tần sô" cách xa nhau và các ô sử dụng các tần sô" giông nhau
hoặc

gần

giông nhau cũng phải xa nhau.

Hình 1.15: Nguyên lý đa thâm nhập
a)

Đathâm nhập phânchiatheo tần

số Thời

Cụm khe thời
eian 15/26 s
b) Đathâm nhập phânchiatheo thời
gian
Hình 1.16: Đa thâm nhập kết hợp FDMA và TDMA
(TDMA)

(FDMA)

24
23


Đường
KTS

xuông

Đường xuông
KTS
Đường lên KTS
Đường lên KTS
Tín hiệu sô"
Chuỗi mật mã
Tín hiệu đã mã
hóa

Khun
Khun
Khun
g
g
g
TDM
TDM
TDM
Khun

Khun
Khun
g
g
gTDM
Luận
Luận văn
văn
tốt
tốt nghiệp
nghiệp
TDM
TDM
A Khu AKhu
AKhu
ng
ng
ng bằng 4,62 ms. Ớ BTS các khung TDMA ở tất cả các
TDMA có độ lâu gần
TD
TD
Khu
Khutrình TD
Khu
1.1. Quá
xử lý các tín hiệu sô" và biến đổi vào sóng vô tuyếntần
kênh
ng
ng
ng

TDQuá1.5.4.
TD
TD
trìnhMật
này mã
đượchóa
trình bày ở lớp vật lý 1 trong các khuyến nghị của
MAtrên đường
MA
MAđường đồng bộ.
sô"
010010111001
... xuông
4 bộ cũng được áp dụng như vậy
cz Đồng
J/
Một trong các ưu điểm lớn của hệ thông
dẫn sô" là dễ dàng\bảo
rví Ã/ntruyền
I ẩ Phân
001011001110...
với
GhéD I É Mât mã,
ẩ Mã hóa ỉ đường
ẩ Mã
vệt ì ' I õ ĩ S T i I ỵ I s
tín
hóa I ẩ~
011001110111
... khởi đầu của khung TDMA đường lên trễ một khoảng thời

lên.
Tuy
nhiên,
hiệu này khỏi sự can thiệp của người thứ ba không được phép bằng cách
gian
cô"
mật
mã
hóa
định
3 khe.
trễ để
cho phép
dụng
một
khethuộc
thời vào
giandạng
ở cả
tín hiệu
sô".Lý
Ớ do
GSM
phương
phápMS
mậtsửmã
hóacùng
không
phụ
sô"

liệu
được phát, nhưng chỉ áp dụng cho các cụm bình thường.
Mật mã hóa tín hiệu đạt được bằng thao tác hoặc loại trừ (XOR) giữa
một
Hình 1.17: Xử lý tín hiệu sô" và biên đổi vào sóng vô tuyến ở MS.
Các kênh vật lý 3TS
Chuỗi
đượckhe
tạothời
ra từgian
sô" ởkhung
và khóa
mật
mã Kc
theo
Các
kênhngẫu
vật nhiên
lý là một
một tần
sô" vô
tuyến
dành
để
Hình
1.18:
Các
khung
TDMA
thuật

truyền
tải
toán A5 (hình 1.20). Khóa Kt. giông nhau giữa thu và phát, sô" khung thay
thông tin ở đường vô tuyến GSM. Như ở phần trên đã nói GSM sử dụng
đổi
từ
cụm
1.5.2. Các kênh logic
băng
tần
này đến cụm khác, vậy mỗi cụm của một cuộc thông tin trong một hướng
sau:
MS.
sẽ Các kênh logic được đặc trưng
sửbởi thông tin truyền giữa BTS vàdụng
1.5.1.

chuỗi890
mật-915
mã khác
toánphát)
A5 như nhau cho mạng GSM toànkênh
cầu
Các
Mhz nhau.
đườngThuật
lên (MS
logic 935
này -được
960 Mhz

đặt vào
đường
các kênh
xuôngvật
(BTS
lý nói
phát)
trên.
Khoảng
Có thể cách
chia các
giữakênh
các sóng
logic mang
thànhlà2 loại
200 tổng
KHz.quát: các kênh lưu lượng
và

Trong tương lai khi mở rộng đến hệ thông DCS 1800 băng tần đượccác
sử

dụng
kênh sẽ
báo hiệu điều khiển. Các kênh lưu lượng gồm 2 loại được định nghĩa
là:
như sau:
1710Bm hay
1785
TCH

Mhztoàn
đường
tô"clên
(TCH/F), kênh này mang thông tin tiếng hoặc
sô" 1805 - 1880 Mhz đường

liệu

ở

tốc độxuống
khoảng 22,8 kbiưs.
Để
Lmđảm
haybảo
TCHcác
báoquy
tô"cđịnh
(TCH/H)
về tầnkênh
sô" này
bên mang
ngoài thông
băng tin
phảiở tô"c
có một
độ
khoảng
vào

khoảng
bảo

vệ
1 1,4
giữakbit/s.
các biên
Các của
kênhbăng
báo (200
hiệu KHz).
điều khiển
Vì thê"
chiaở làm
GSM
3 loại:
900 tacác
cókênh
124 kênh
điều
26
27
25


SÔ Kc (64
SÔ Kc (64
Đưòng xuống ỊTỊTT JJ7 "1ì
I
ỉ7i

"Fh
2
~Ị Ạ
J' ®0 2| ! r ' ■ © : '
(T)
□
45 MHz ^
Luận
văn
tốt nghiệp
nghiệp
Luận văn(Itốt
ị ___________J
pr
'ĩ'
Đường
lên
7 I TTTP
0
---------------------_LL NêunMS không đồng bộ vđi ô Imà nó muôn nhận dạng. Thì nó không
k
h
n
n
ơ
khnnơ
TTT ~ s 1
T F “ —rrr 1 T F T
m
1

r
tìm
được
c FS 1 r S 1
X--FS A
T
TSO mang BCCH. Vì thế nó phải đo ở khoảng thời gian ít nhất là 8 khe
~ A T
r ỉ ĩ
i 1 1 1 1
X 'X
TT 1 1
thời
gian
để
r
T
r
L__
1
7
1T ị T 1 | __
{ 1 YCác
khung TDMA
m 1 rr 1 A ' 1 T 'ị
— r-+ ị1 r 11 1T 1 1 r %41 A Ạ * M
li24 M--------25-----4—Đe
trống—►
7
T

u
ị
L
L
1
-ỉ t h
1 - 1 1
l1
1
í1h
— u - Ề
X r
1
ri I' T, 1 lĩi H 17, IỊ t,

◄ 24----M-----25----*>--4—Đê’
trống—►
Các khung TDMA
Hình 1.20: Nguyên lý mật mã và giải mật mã
TCH
Ạ Đo và nhảy tần
1.5.5.
c) Đo
Trong quá trình của một cuộc gọi trạm di động liên tục báo cáo cường
độ

+ụẻ 1 1 1 1 í 1 1 1 1 1 r I í l 1 1 í ỉ 1 1 1 1tín
^’U+HT+H+-H-H—R+
hiệu của các PBTS
lân cận cho hệ thông. Đo cường độ tín hiệu của các BTS

ị ^ - a q ^ l l - LI lỉi lỊh--ffr- rfr Ị-fr- ỊỈI I ỉ-|
lân
cận
■
được trạm di động thực hiện khi nó không bận làm các công việc IBS
khác,
nghĩa
Ị |ti r |ĨI I ITI-I iTÍ-P I ri 11 fi ỉ Ị Ti P-IĨỈ11ỈI lịi-i htd+ là
trong khoảng thời gian giữa phát và thu11ở ỉil*i
kheiilthời
gian
dành cho nó (hình
ii j)lp
|Ĩ!I|ĩil|ỉiP=jTiIỊỈIỉ|TÌ
ITĨỊIÌP iri I |ỈIỈ|ỈI h ịtlỉ |ti I ịĩiPi ri I |M|ỈI h-4t
1.21).
1326
11Ịtcủa
r-Iỉ BTS
1 ỉ phục
ỉ 111
ÍT di động được đo khi thu
I ĩ II17
Cường
độ tín|Thiệu
vụ trạm
ở khe
khung
ỊH-M-4
ỉ

I
ỉ
1
n
ỉ
Ị
Ị
j
1111í
1
r+:
AT
thời= 6,12
gian
111 H-H I
ịf
i t sóng
i i ị ĩ mang
i i p mBCCH nào qua
dành cho MS. MS được thông
báo phải đo các
H
ít -1 ĩri 1 111 I ỉ
thông
tin
717
Aị
- T4+H ít
hệ thông SACCH.
cần thiết, MS phải xác định

A TĐể đảmnbảo đo đúng BTS
4+
+fH+! ít
4+
■ịf
được
nhận
*
cp
dạng của BTS này. Nhận dạng của BTS
ị i được cho bởi giá trị BSĨC được
IA
ít
phát
trên
4+
illiịraiỉiliĩi
—4+i+ịr^tỈH—4+-

28


Luận văn tốt nghiệp

Hình 1.22 : Các đa khung trượt
MS chỉ đọc TSO chưa đủ, nó phải tìm được SCH ở khe này. Ta nhớ
lại

rằng

đa

khung chứa SCH được tổ chức sao cho cứ 10 khung thì có 1 SCH, vì vậy
xác

suất

MS

thu được khung đúng chứa BSIC chỉ là 10%. Đổ giải quyết vấn đề này các
đa

khung

TCH trượt so với các đa khung TCH chứa 26 khung IDLE sẽ trượt lên tất
cả

các

kênh điều khiển ở TSO và cuối cùng nó sẽ gặp được SCH.
Hình 1.22 cho thấy quá trình được gọi là đa khung trượt. Hai mũi tên
ở

sơ

đồ

đánh dấu hai trường hợp khung ĨDLE ở đa khung TCH gặp SCH ở đa
khung

điều

khiển. Lưu ý rằng ở cuối đa khung điều khiển SCH không xuất hiện 10
khung

một

lần vì ở đây mội khung IDLE được đưa vào, vì vậy trong trường hợp xấu
nhất

việc

xác định BSỈC rất trễ.
MS phải có khả năng giải quyết mã BSIC cho 6 ô mạnh nhất trong 10
giây
thậm chí trong trường hợp xấu nhất đôi vđi 6 ô lân cận MS vẫn phải mã tất
cả

6
H I

BSIC trong 10 giây.

H4

d) Nhảy tần
bộ

T : ít
Khả năng nhảy tần được người khai Ịt

thác mạng sử dụng hoặc trên
toàn
ĨỀ Tt t
- |Ỉ111 f++
1 , T,
■ít 7 T
Sí®- I Ĩ I Í I Ỉ l | ỉ l
1111 m 30 l ỉ-il 4+
,T, H ,t;I,7,I,T
iL


Luận văn tốt nghiệp
tần sô"). Chuỗi nhảy tần được MS tính toán trên các thông sô" nhận được từ
BTS

mỗi

khi thay đổi kênh (â"n định ban đầu và handover) như sau:
Ân định ô (CA: Cell Allocation): danh sách các kênh vô tuyến rỗi
trong ô.
An định di động (MA: Mobile Allocation): danh sách các kênh dành
cho

MS

để nhảy tần, đây là một tập con của CA (cực đại 64), trường hợp không
nhảy

tần

danh sách chỉ có một tần sô".
Dịch chỉ sô" â"n định di động (MAIO: Mobile Allocation Index
Offset):

6

bit

sô"

liệu đặc trưng cho nhảy tần đôi với MS.
Sô" chuỗi nhảy tần (HSN: Hopping Sequence Number): chuẩn của
lần

nhảy

tần trong ô.
Đổ tính chuỗi nhảy tần MS phải tính chỉ sô ân định di động MAI
(Mobile
Allocation Index); đặc tính cho một tần sô" ở một khung cho trước.
MS tính MAI như sau:
•

Nhảy tần tuần hoàn:
HSN = 0
MAI = (FN + MAIO) mod N
Trong đó FN sô" khung (Frame Number)

•

Nhảy tần ngẫu nhiên:
M = T2 +RNTABLE (HSN XOR T1R + T3)
M'=M mod (2A NBIN)
T'=T3
s=
S=(M’+T’)

mod

(2A

M'
nếu

NBIN)

nếu
31

M'

M'>

N


Luận văn tốt nghiệp
Lưu ý rằng kênh vật lý chứa BCCH không nhảy và các khe khác nhau

nhảy
khác nhau. Quá trình nhảy tần minh họa hình 1.23.
0

Hình 1.23. Nhảy tần (nhìn từ MS).

Điều chế
GSM sử dụng phương pháp điều chế khóa chuyển pha cực tiểu

1.5.6.

Gauss

GMSK

(Gaussian Minimum Shiít Keying). Đây là phương pháp điều chế băng hẹp
dựa

trên

kỹ thuật điều chế dịch pha. Đổ giải thích GMSK trước hết ta xét MSK bằng
cách

so

sánh nó với PSK. Ta có thể trình bày sóng mang đã được điều chế đôi vđi
PSK

và

MSK như sau:
s (t) = A cos (coot + %+ (po)
A: biên độ không thay đổi
C0o= 27ĩf (rad/s) là tần sô" góc của sóng mang
'Ptlà góc pha phụ thuộcvào luồng sô" đưa lên điều chê"
32