Thiết kế cải tiến hệ thống lái xe UAZ có cường hoá điện

Lời nói đầu
Thông tin di động ngày nay đã trở thành một loại hình dịch vụ, phơng tiện
thông tin phổ biến trong cuộc sống hiện đại. Một mặt ta thấy các hệ thống thông
tin di động hiện nay đang phát triển rất nhanh cả về quy mô, dung lợng và đặc
biệt là công nghệ và dịch vụ mới để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của ngời sử
dụng.
Đồ án này đợc hoàn thành dới sự hớng dẫn trực tiếp của thầy giáo : Phạm
Văn Tuân và các Thầy Cô giáo trong khoa Điện Tử Viễn Thông - Đại Học
Bách Khoa Hà Nội cùng với sự nghiên cứu của bản thân. Em đã hoàn thành đồ
án này
Đồ án này bao gồm ba phần :
Phần 1 : Tổng quan hệ thống thông tin di động GSM.
Phần 2 : Quy hoạch cell cho mạng GSM.
Phân 3 : Các giải pháp mở rộng mạng.
Đồ án nghiên cứu về mạng thông tin di động GSM ở mức tổng
quan nên không thể tránh đợc những thiếu sót. Rất mong nhận đợc sự
góp ý của các Thây Cô giáo để đồ án em đợc hoàn thiện hơn.
1
Phần 1
Tổng quan hệ thống thông tin di động GSM
Chơng 1
Giới thiệu mạng thông tin di động GSM
1.1. Lịch sử quá trình phát triển nghành thông tin di động GSM
Ngày nay công nghệ viễn thông đang có những bớc phát triển vô cùng to
lớn. Cùng với các nghành khoa học khác, công nghệ viễn thông đã đem đến cho
con ngời những ứng dụng quan trọng trong tất cả các nghành, các lĩnh vực của
đời sống nh : kinh tế, giáo dục, y học, quảng bá, xã hội ... và thoả mãn nhu cầu
ngày càng cao của con ngời.
Thông tin di động là một dịch vụ thông tin đặc biệt, nó cho phép ngời ta
trao đổi thông tin ngay cả khi đang di chuyển. Ngoài ra nó còn nhiều tiện ích
khác mà thông tin khác không có.Vì vậy nhu cầu về thông tin di động trở nên

cấp thiết hơn bao giờ hết. Nó chiếm số phần trăm lớn và không ngừng tăng trong
toàn bộ các thuê bao trên thế giới. Từ khi ra đời vào những năm 60 với hệ thống
thông tin tơng tự sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số (TDMA) và
đến những năm 80 đã xuất hiện hệ thống thông tin số với kỹ thuật đa truy nhập
phân chia theo thời gian ( TDMA ) tuy nhiên các hệ thống này không tơng thích
với nhau. Nên thông tin di động chỉ bó hẹp trong từng từng vùng, quốc gia. Đồng
thời việc nâng cấp gặp khó khăn.
Trớc tình hình đó tháng 9/1987 trong hội nghị Châu Âu về bu chính viễn
thông 17 quốc gia Châu Âu đã ký một biên bản ghi nhớ làm nền tảng cho mạng
thông tin di động số toàn Châu Âu. Năm 1988 viện tiêu chuẩn viễn thông Châu
Âu ( ETSI: Euroupe TeleCommunication Standard Intiute ). Đã thành lập nhóm
chuyên trách về dịch vụ thông tin di động GSM - Group Spesial Mobile hoặc
Golbal System for Mobile Telecommunication - Hệ thống thông tin di động toàn
cầu. Nhóm này đã đa ra các tiêu chuẩn thống nhất cho thông tin di động toàn
cầu. Nhóm này đa ra các tiêu chuẩn viễn thông khác trên thế giới.
2

Các hệ thống của thông tin di động :
- Thế hệ 1G ra đời trong những năm 1970 - Tế bào vô tuyến tơng tự
- Thế hệ 2G ra đời trong những năm 1980 - Tế bào số GSM-IS - 54
- Thế hệ 3G bắt đầu ở thế kỷ 21 với sự ra đời của tiêu chuẩn IMT 2000 tốc
độ cao nhất đạt 2M đáp ứng các nhu cầu đa phơng tiện .
- Thế hệ 4G và 5G dự định trong tơng lai với tốc độ cao truy nhập băng rộng
Hiện nay thông tin di động ở Việt Nam bắt đầu với thế hệ thứ 2G và hiện tại
đang sử dụng thế hệ 3G là CDMA2000, WCDMA trong đó WCDMA đợc phát
triển từ GSM(2G) còn CDMA đợc phát triển từ CDMA one (IS95).
1.2. Các đặc tính của thông tin di động GSM
Đa ra nhiều tiện ích và dịch vụ cho các thông tin thoại lẫn truyền số liệu
Có sự tơng thích của các mạng khác nh ISDN, PSDN... qua các giao diện
chung một hệ thống GSM quốc gia có thể cho nhập mạng và quản lý mọi máy

thuê bao di động tiêu chuẩn GSM.
Tự động định vị và cập nhật vị trí cho mọi thuê bao di động.
Sử dụng băng tần 900 MHz với hiệu quả cao bởi sự kết hợp giữa hai ph-
ơng tiện TDMA và FDMA.
Chuyển khả nhanh hơn hẳn hệ thống hữu tuyến.
Mạng có khả năng mở rộng dung lợng nhờ việc sử dụng lại tần số và kỹ
thuật phân chia Cell.
Thiết bị di động gọn nhẹ ...
1.3. Các dịch vụ của mạng thông tin di động GSM.
1.3.1.Dịch vụ thoại .
Là dịch vụ quan trọng nhất của GSM. Dịch vụ cho phép nối cuộc gọi
thoại hai hớng giữa thuê bao GSM bất kỳ với thuê bao thoại khác qua một mạng
chính với sự phát triển của mạng đa dịch vụ.
3
Các dịch vụ thoại :
Chuyển hớng cuộc gọi vô điều kiện.
Chuyển hớng cuộc gọi khi thuê bao di động bận.
Chuyển giao cuộc gọi.
Dịch vụ ba phía.
Thông báo cớc phí.
Nhận dạng số chủ gọi.
Voicemail
. . .
1.3.2.Các dịch vụ số liệu .
Chuyển dẫn số liệu.
Dịch vụ thông báo ngắn.
Phát quảng bá trong ô.
1.4. Sử dụng tần số .
Hệ thống vô tuyến GSM sử dụng băng tần cơ sở 90 MHz . Ngoài ra còn có
băng tần GSM mở rộng và băng tần DCS ( Digital Cellular System ).

Với GSM : Băng tần 890 - 960 MHz đợc chia làm hai phần :
Băng tần lên (UplinBk band ) : với giải tần từ 890 - 915 MHz cho các
kênh vô tuyến từ trạm di động đến hệ thống trạm gốc. Băng tần lên chọn giải tần
thấp thì suy hao ít hơn tần cao.Trong khi BTS có thể phát cao đợc nhng MS thì
khó khăn hơn do yêu cầu về kích thớc và năng lợng hạn chế.
Băng tần xuống ( Dowlink band ) : với giải tần từ 935 - 960 MHz cho
các kênh vô tuyến từ BTS đến MS.
Nh vậy hai băng tần này có độ rộng 25 MHz. Trong GSM 25 MHz này đợc
chia làm 124 sóng mang ( RF ), các sóng mang gần nhau cách nhau 200 KHz.
Mỗi kênh sử dụng hai tần số riêng biệt. Một đợc dùng cho tuyến lên và một đợc
dùng cho tuyến xuống. Các kênh này đợc gọi là kênh song công. Khoảng cách
giữa chúng là 45 MHz đợc gọi là khoảng cách song công. Kênh vô tuyến mang 8
4
khe thời gian TDMA mỗi khe là một kênh vât lý trao đổi thông tin di động giữa
mạng và trạm di động.
Hình 1.
Băng tần ở trên gọi là băng tần cơ sở. Ngoài ra còn có băng tần GSM mở
rộng và băng tần DCS (Digital Cellular System). Độ rộng băng tần lên, băng tần
xuống, dải tần số sóng mang đợc minh hoại nh hình dới đây.
Băng tần xuống (downlink band)
Hình 2: Dải tần số sóng mang xuống
Băng tần Lên (uplink band)
5
TX
RX
CU
45 MHz
TX : Máy phát
RX : Máy thu
CU : Khối điều khiển

1805 MHz
Băng tần GSM cơ bản
(2*25 MHz 124 sóng mang)
200 KHz
KHzKH
z
Băng GSM
mở rộng
Băng DSC
960 MHz 960 MHz
1880 MHz
935 MHz
927 MHz
Băng tần GSM cơ bản
(2*25 MHz 124 sóng mang)
200 KHz
Băng GSM
mở rộng
Băng DSC
915 MHz 915 MHz
1785 MHz
890 MHz
882 MHz
1710 MHz
Hình 3. Dải tần số sóng mang lên
Để sử dụng triệt để băng tần, GSM đa ra khái niệm sử dụng lại tần số. Băng
tần sẵn có đợc chia thành 124 tần số song công, các tần số này đợc chia thành
các nhóm tần số và đợc ấn định cho một vùng nào đó bao gồm nhiều trạm BTS.
Các mẫu tần số này có thể đem cho một vùng bên cạnh mà không gây ra hiện t-
ợng nhiễu giao thoa đồng kênh khi khoảng cách giữa hai hai BTS sử dụng cùng

chung một tần số đủ lớn, do vậy tuỳ thuộc vào anten vô hớng hay sector mà ta có
mẫu sử dụng lại tần số khác nhau. Nhờ việc sử dụng lại tần số mà với một dải tần
và số lợng kênh nhất định ta sẽ tăng dung lợng cho toàn mạng.
Chơng 2
Cấu trúc và các thành phần của mạng GSM
2.1. Cấu trúc mạng GSM.
6
Hình 4 : Mô hình hệ thống GSM
Các ký hiệu
NSS : Network Switching Subsystem : Hệ thống chuyển mạch
MSC : Mobile Service Switching Centre - Trung tâm chuyển mạch nghiệp vụ
di động
HLR : Home Location Register - Bộ ghi định vị thờng trú
VLR : Visitor Location Register - Bộ ghi định vị tạm trú
AUC : Authentication Centre - Trung tâm nhận thực
EIR : Equipment Identification Register - Thanh ghi nhận dạng thiết bị
BSS : Base Station System - Hệ thống trạm gốc
BSC : Base Station Controller - Đài điều khiển trạm gốc
BTS : Base Tranceiver Station - Trạm thu phát gốc
OSS : Operation & Support System - Hệ thống con khai thác và bảo dỡng
NMC : Network Management Centre - Trung tâm quản lý mạng
OMC : Operation & Maintenace Centre: Trung tâm vận hành và bảo dỡng
7
AUC
HLR
MSC
EIR
VLR
ISDN
PSPDN

CSPDN
PSTN
PLMN
OSS
BSC
BTS
MS
SS
BSS
Truyền dẫn tin tức
Kết nối cuội gọi
và truyền dẫn tin tức.
PSTN : Public Switched Telephone Network - Mạng điện thoại chuyển mạch
công cộng
PLMN : Public Land Mobile Network - Mạng di động mặt đất công cộng
MS : Mobile Station - Trạm di động
ISDN : Intergrated Service Digital Networt Mạng số đa dịch vụ
CSPDN : Circuit Switched Packet Data Networ - Mạng số liệu gói chuyển
mạch kênh
PSPDN : Packet Switched Public Data Network - Mạng số liệu công cộng
chuyển mạch gói
2.2. Các thành phần của mạng GSM
Một mạng GSM gồm 3 phân hệ chính :
Phân hệ vô tuyến BSS ( Base Station System ).
Phân hệ mạng NSS ( Network SubSystem ).
Phân hệ khai thác và bảo dỡng OSS (Opertation & Support System).
Mặc dù không thuộc thành phần cuả mạng GSM, song có liên quan chặt
chẽ với mạng đó là trạm di động MS thuộc ngời sử dụng.
2.2.1. Trạm di động MS ( Mobile Station )
Là một máy di động đầu cuối hay MobileFone. MS có thể đợc lắp trên ô tô

hoặc cầm tay. Ngoài chức năng vô tuyến MS còn cung cấp giao tiếp với ngời sử
dụng nh micro, loa, màn hiển thị, bàn phím ...
MS lệ thuộc vào một thẻ vi mạch cá nhân SIM đợc gắn trên máy di động. Sự
nhận thực đợc kiểm tra bởi mạng xét xem MS có hợp pháp khi sử dụng dịch vụ
của mạng không. Sau đó mới đợc vào hệ thống, mỗi mã nhận dạng cá nhân đợc
kèm theo SIM - PIM để chống sử dụng trái phép thẻ SIM.
Trạm di động có một số nhận dạng riêng là số nhận dạng thiết bị trạm di
động quốc tế IMEI. Bao gồm mã công nhận kiểu TAC theo tiêu chuẩn GSM, và
số thứ tự do nhà sản xuất đặt. Khi nhận thực mạng sẽ thăm dò IMEI so với IMEI
8
trong cơ sở dữ liệu mạng. Sẽ không chấp nhận thuê bao nếu thuê bao không tơng
ứng. Mã hoá và giải mã tiếng sẽ đợc thực hiện ngay tại MS. Tức là quá trình
truyền dẫn số nên chất lợng truyền đợc đảm bảo ngay cả khi đờng vô tuyến
không đợc tốt nhờ sử dụng các loại mã chống lỗi và bảo mật đờng truyền. Ngoài
ra trạm còn có các kỹ thuật để tiết kiệm công suất nhờ sử dụng chế độ nghỉ và
truyền dẫn không liên tục để kéo dài thời gian sử dụng nguồn cung cấp của MS.
MS đợc chia làm 5 loại công suất đỉnh danh định sau :
- Loại 1 : 20W Lắp trên xe và xách tay
- Loại 2 : 8W Lắp trên xe và xách tay
- Loại 3 : 5W Cầm tay
- Loại 4 : 2W Cầm tay
-Loại 5 : 0,8W Cầm tay
2.2.2. Phân hệ vô tuyến BSS
BSS thực hiện giám sát các đờng ghép nối vô tuyến liên kết kênh vô tuyến
với máy phát và quản lý cấu hình. Cấu hình các kênh này cụ thể là :
Điều khiển sự thay đổi tần số vô tuyến của đờng ghép nối và sự thay đổi
công suất phát vô tuyến.
Thực hiện việc mã hoá tín hiệu số và phối hợp tốc độ truyền thông tin.
Quản lý quá trình Handover.
Thực hiện việc bảo mật kênh vô tuyến.

Phân hệ BSS gồm hai phần :
Khối điều khiển vô tuyến số BSC
Các trạm thu phát gốc BTS
A. Thiết bị điều khiển trạm gốc BSC
Làm việc nh một thiết bị chuyển mạch cho phân hệ BSS. BSC bao gồm các
khối giao diện A với MSC. Các khỗi chức năng điều khiển BTS, khối giao diện
với OMC và khối chuyển mạch.

9
a.Chức năng của BSC
Quản lý mạng vô tuyến
Việc quản lý mạng vô tuyến là quản lý các ô và các kênh logic của chúng.
Các số liệu quản lý đều đợc đa về BSC để đo đạc, xử lý. Chẳng hạn nh lu lợng
thông tin ở một ô, môi trờng vô tuyến số lợng cuộc gọi bị mất, các lần chuyển
giao thành công và thất bại.
Với số thuê bao ngày càng tăng BSC phải thiết kế để dễ dàng tổ chức lại cấu
hình để có thể quản lý đợc số kênh vô tuyến ngày càng tăng, và tăng đợc hiệu
quả sử dụng của lu lợng vô tuyến cho phép.
Quản lý trạm thu phát gốc
Trớc khi vào khai thác BSC lập cấu hình của trạm BTS và tần số cho mỗi
trạm BTS. Nhờ việc quản lý này mà BSC có thể có một tập hợp các kênh sẵn có
giành cho điều khiển nối thông cuộc gọi.
Điều khiển nối thông máy di động
BSC chịu trách nhiệm thiết lập và giải phóng các đầu nối tới máy di động.
Trong quá trình gọi sự kết nối đợc BSC giám sát. Cờng độ tín hiệu và chất lợng
tiếng đợc đo ở MS và BTS gửi đến BSC nhờ một thuật toán BSC quyết định công
suất phát tốt cho máy di động TRX để giảm nhiễu của mạng và tăng cờng chất l-
ợng nối thông.
BSC cũng điều khiển quá trình chuyển giao nhờ kết quả đo để chuyển sang
ô khác có chất lợng tốt hơn. Nếu chuyển sang ô thuộc BSC khác quản lý MSC sẽ

tham gia vào quá trình chuyển giao. Đồng thời BSC có thể chuyển giao giữa các
kênh lu thông trong một ô khi chất lợng nối thông quá thấp nhng không chấp
nhận đợc chỉ thị nhờ các phép đo cho biết ô khác tốt hơn. Cũng có thể sử dụng
việc chuyển giao để cân bằng tải giữa các ô. Khi thiết lập một ô bị ứ nghẽn MS
có thể gíải quyết đến một ô khác có lu lợng thấp hơn nếu nhận đợc chất lợng cho
phép.
Quản lý mạng truyền dẫn
10
BSC quản lý các đờng truyền dẫn từ BSC đến MSC để đảm bảo các kênh
thông tin đúng và chính xác do đó BSC phải lập cấu hình để giám sát các luồng
thông tin đến MSC và BTS. Trong trờng hợp có sự cố ở kênh này BSC sẽ điều
khiển để chuyển tới đờng dự phòng.
B.Trạm thu phát gốc BTS
Là phần thu vô tuyến của hệ thống mà qua đó MS có thể liên lạc đợc
với hệ thống. Tại đây các tín hiệu vô tuyến đợc điều chế khuếch đại và phối hợp
thu phát.
a.Chức năng của BTS
Biến đổi truyền dẫn
Phát quảng bá các thông tin hệ thống trên BCCH dới sự điều khiển của
BSC
Phát các thông tin tìm gọi trên CCCH
Quản lý thu, phát tín hiệu thông tin trên các kênh vật lý
Mã hoá, giải mã và ghép kênh
Ngoài ra BSC còn có bộ chuyển đổi mã hoá và thích ứng với tốc độ có thể
đợc đặt tại BTS. Một BTS có thể điều khiển đợc nhiều thiết bị thu phát để phát
sóng cho một ô. Số sóng mang phát đi có thể từ 8 - 16
BTS đợc thiết kế để dễ dàng khai thác và bảo dỡng. Các modul sự cố đợc phát
hiện và các sự cố đợc báo cáo lại. Sự cố đợc xác định vị trí để chỉ ra phiếu cần
thay. BTS đợc coi là các kênh truyền vật lý.
b. Sơ đồ khối BTS

11
Master Frequency
Master Clock Unit
khối
thiết
bị giao
tiếp
trạm
gốc
( BIe )
KHốI
KHung
( fu)
khối
khung
( fu )
khối
nhảy
tần
(fqhU)
CU
CU
Coupling
UNIT
OMU
CONTROL BASEBAND
COUPLING
RADIO
Hinh 5 : Sơ đồ khối BTS
Khối vận hành và bảo dỡng OMU : Là đơn vị điều khiển cảnh báo,

kiểm tra và bảo dỡng tại chỗ của BTS
Khối tạo đồng hồ : Số thứ tự của khung và tín hiệu đồng hồ đợc sử dụng
trong BTS đợc lấy từ một đồng hồ tổng 13MHz bởi khối tần số chủ MFGE
(Master Frequency Clock Generator )
Khối nhảy tần FQHU ( Frequency Hopping Unit ) : Khối này thực hiện
chuyển mạch lu lợng thông tin giữa số khung FN đợc lấy từ MCLU (Master
Clock Unit ), khối đồng hồ chủ. Các khối CU mà mỗi CU làm việc ở một tần số
nhất định đợc cung cấp các cụm thông tin lu lợng từ các khối FU khác. Để tránh
lỗi trong nhẩy tần hoặc trong trờng hợp không nhảy tần khối FQHU có thể tự
động cấu hình lại. Khối FQHU có thể nối 8 FU với 8 CU. Các đờng truyền cũng
đợc nối nh vậy để truyền và nhận các khung.
Khối khung FU (Frame Unit ) : Khối khung FU cung cấp tất cả các
chức năng điều khiển và chức năng băng gốc cần thiết cho 8 kênh toàn tốc (hoặc
16 kênh bán tốc) logic hay lợng.
12
Chức năng băng gốc trong truyền trực tiếp nhằm đáp ứng tốc độ thoại, số
liệu, mã hoá kênh, ghép xen.
Chức năng băng gốc trong nhận trực tiếp là giải điều chế, cân bằng, giải ghép
xen, giải mã ...
Khối đơn vị sóng mang CU (Carrier Unit ) : Khối CU là phần vô tuyến
của BTS nó thực hiện chuyển dữ liệu số thành tín hiệu sóng vô tuyến (RF) để
phát và chuyển tín hiệu sóng vô tuyến thu đợc thành tín hiệu số.
Mỗi CU gồm một bộ phát sóng, chuyển dòng dữ liệu số thành tín hiệu sóng
vô tuyến GMSK trong dải tần 935 - 960 MHz. Tín hiệu sóng vô tuyến đợc
khuếch đại nhiều lần để có đợc công suất cần thiết.

Đơn vị đầu cuối Coupling Unit .
Đơn vị đầu cuối này cung cấp các bộ lọc, khuếch đại tạp âm thấp và tách
tín hiệu tới 8 máy thu không phân tập. Đơn vị đầu cuốc này cung cấp một đầu
vào cho RFTE ( Radio Frequency Test Equiment - Thiết bị kiểm tra tần số vô

tuyến ) từ đờng thu và phát.
Thiết bị giao diện trạm gốc BIE (Base Station Iterface Equiment)
Gửi các bản tin và tín hiệu về cấu hình thông qua một đờng truyền 2Mb/s để
kích hoạt FU.
2.2.3. Phân hệ chuyển mạch NSS
a. Chức năng của phân hệ chuyển mạch NSS
Là chuyển mạch chính của GSM cũng nh các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số
liệu thuê bao và quản lý thuê bao.
Quản lý thông tin giữa ngời sử dụng mạng GSM với mạng khác
b. Sơ đồ khối phân hệ chuyển mạch NSS
13
Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động MSC : MSC là trung
tâm chuyển mạch chính của NSS. Có nhiệm vụ định tuyến và kết nối các phần tử
mạng thuê bao di động với nhau hay với thuê bao của mạng khác. Từ khối này
các tin tức báo hiệu cần thiết sẽ đợc phát ra các giao diện ngoại vi của mạng
chuyển mạch. MSC có giao diện với tất cả các phần tử mạng và với mạng cố định
PSTN hay ISDN. MSC còn thực hiện cung cấp các dịch vụ của mạng cho thuê
bao chứa các dữ liệu và thực hiện quá trình Handover.
Bộ định vị thờng trú HLR : Là cơ sở dữ liệu trung tâm quan trọng nhất
của hệ thống GSM ở đó lu trữ dữ liệu về thuê bao trong mạng của nó và thực hiện
một số chức năng riêng của mạng di động. Trong cơ sở dữ liệu này lu trữ những
số liệu về trạng thái thuê bao, quyền thâm nhập của thuê bao, các dịch vụ mà
thuê bao đăng ký, số liệu động về vùng mà ở đó đang chứa thuê bao của nó.
Trong HLR còn thực hiện việc báo hiệu số 7 trên giao diện với MSC.
Bộ ghi định vị tạm thời VLR : Trong đó chứa các thông tin về tất cả các
thuê bao di động đang nằm trong vùng phủ sóng của MSC này, gán cho các thuê
bao từ vùng phục vụ MSC/VLR khác tới một số thuê bao tạm thời. VLR còn thực
hiện trao đổi thông tin về thuê bao Roaming giữa HLR nơi thuê bao đăng ký. Chỉ
có thể thiết lập đợc đờng ghép nối vô tuyến với MS với các trờng hợp thông tin.
Trung tâm nhận thực AUC : Trong hệ thống GSM có nhiều biện pháp an

toàn khác nhau đợc dùng để tránh sự sử dụng trái phép, cho phép bám và ghi
14
BSS
MSC
AUCHLR EIRVLR
PSTN,ISDN...
Hình 6 : Phân hệ chuyển mạch NSS
cuộc gọi. Đờng vô tuyến cũng đợc AUC cung cấp mã bảo mật chống sự nghe
trộm, mã này đợc thay đổi riêng biệt cho từng thuê bao. Cơ sở dữ liệu của AUC
còn ghi nhiều thông tin cần thiết về thuê bao và phải đợc bảo vệ chống mọi thâm
nhập trái phép.
Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR : Bảo vệ mạng PLMN khỏi sự thâm nhập
của những thuê bao trái phép bằng cách so sánh số IMEI của thuê bao này gửi tới
khi thiết lập thông tin với số IMEI ( International Mobile Equipement Identity -
Nhận dạng thiết bị trạm di động quốc tế ) lu trữ trong EIR, nếu không tơng ứng
thuê bao sẽ không thể truy nhập đợc.
2.2.4. Trung tâm vận hành và bảo dỡng OMC
OMC bao gồm cả phần vô tuyến và phần chuyển mạch, là một máy tính
cục bộ LAN, hệ thống này đợc nối với các phần tử của mạng nh MSC,
HLR/AUC, BTS ... Qua giao diện X25 nhằm giám sát điều hành bảo dỡng mạng,
quản lý thuê bao một cách tập chung. Hệ thống này là nơi cung cấp thông tin
quan trọng cho việc xây dựng và sử dụng mạng.
Các chức năng của OMC trong việc quản lý mạng :
Thống kê các sự kiện sảy ra trong việc quản lý mạng
Thu thập và lu dữ các số liệu xuất hiện trong quá trình khai thác của phần
tử mạng.
Truy nhập các phần tử mạng từ xa bằng lệnh Ngời - Máy.
Tiếp nhận và lu dữ các thông tin trạng thái gửi tới các phần tử của mạng
xử lý các thông tin nhận đợc từ trong mạng.
Quản lý sự cố trên các phần tử của mạng.

Kiểm soát hoạt động của tất cả các phần tử trên mạng.
Quản lý cấu hình mạng.
Quản lý thuê bao, bảo mật các số liệu thuê bao
15
ứng dụng của quản lý mạng trong hệ thống GSM
Quản lý lu lợng : bao gồm việc thống kê lu lợng kiểm soát tắc nghẽn, truy
nhập trong trờng hợp có tắc nghẽn hệ thống tự động có biện pháp nh : "Phớt lờ "
các cuộc gọi mới, phong toả bớt các dịch vụ không quan trọng ...
Quản lý cấu hình : Thực hiện các công việc sau :
Nạp phần mềm hệ thống hoặc nạp phần mềm dịch vụ.
Thay đổi các mức phát của BTS.
Khai báo các phần tử hay dịch vụ khi mở rộng mạng ...
Quản lý thuê bao : Bao gồm việc đa vào hay loại bỏ bớt thuê bao khỏi
mạng. Thay đổi số thuê bao hoặc phong toả bớt các dịch vụ đối với một thuê bao
nào đó. Quản lý, lu trữ số liệu cớc trên mạng.
Quản lý bảo mật : Là một nhiệm vụ quan trọng trong mạng GSM, bao
gồm việc quản lý số liệu thuê bao thông qua EIR. Quản lý số liệu mạng thông
qua SIM card, HLR/AUC ...
2.3. Cấu trúc địa lý của mạng GSM
Mọi mạng điện thoại cần một cấu trúc nhất định để định tuyến cuộc gọi vào
đến tổng đài cần thiết và cuối cùng đến thuê bao bị gọi. ở một mạng di động cấu
trúc này rất quan trọng do tính lu thông của các thuê bao trong mạng.
2.3.1. Vùng mạng : Tổng đài vô tuyến cổng ( Gate way MSC )
Các đờng truyền giữa mạng GSM/PLMN hay mạng PSTN/ISDN hay các
mạng PLMN khác sẽ ở mức tổng đài trung kế quốc gia hay quốc tế. Tất cả các
cuộc gọi vào cho mạng GSM/PLMN sẽ đợc định tuyến đến một hay nhiều tổng
đài đợc gọi là tổng đài vô tuyến cổng (GMSC). GMSC làm việc nh một tổng đài
trung kế vào cho GSM/PLMN. 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 các
cuộc gọi đến nơi nhận cuối cùng của chúng - các trạm di động bị gọi.

2.3.2. Vùng phục vụ MSC/VLR.
16
Vùng MSC là bộ phận của mạng đợc một MSC quản lý. Để định tuyến
một cuộc gọi đến một thuê bao di động, đờng truyền qua mạng sẽ nối đến MSC ở
vùng phục vụ MSC nơi thuê bao đang
Vùng phục vụ là bộ phận của mạng đợc định nghĩa nh một vùng mà ở đó có
thể đạt đến một trạm di động nhờ việc trạm MS này đợc ghi lại ở một bộ ghi định
vị thờng trú (VLR).
Một vùng mạng GSM/PLMN đợc chia thành một hay nhiều vùng phục vụ
MSC/VLR.
2.3.3. Vùng định vị ( LA )
Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR đợc chia thành một số vùng định vị. Vùng
định vị là một phần của vùng phục vụ MSC/VLR mà ở đó một MS có thể chuyển
động tự do mà không cần cập nhật thông tin về vị trí cho tổng đài MSC/VLR
điều khiển vùng định vị này. Vùng định vị này là vùng mà ở đó một thông báo
tìm gọi sẽ đợc phát quảng bá để tìm thuê bao di động bị gọi. Vùng định vị có thể
có một số ô và phụ thuộc vào 1 hay nhiều BSC nhng nó chỉ thuộc một
MSC/VLR.
2.3.4. Ô ( Cell )
Vùng định vị đợc chia thành một số ô. Ô là một vùng bao phủ vô
tuyến đợc mạng nhận dạng bằng số nhận dạng ô toàn cầu ( CGI -Cell Global
Identity ). Trạm di động tự nhận dạng một ô bằng cách sử dụng mã nhận mạng
trạm gốc ( BSIC - Base Station Identity Code ). Mỗi ô vô tuyến có bán kính từ
350m đến 35Km phụ thuộc vào cấu tạo địa hình và lu lợng thông tin ở mỗi ô. Ô
có cấu tạo nh sau :
17
R
D
Hình 7 : Cấu trúc cell.
Các cạnh của ô là những đờng có cờng độ bằng nhau (về mặt lý thuyết) nhiễu

không phụ thuộc vào khoảng cách tuyệt đối giữa các ô mà chỉ phụ thuộc vào tỷ
số giữa khoảng cách các ô và bán kính của ô D/K. Điều này cho phép co giãn ô
một cách linh hoạt mà vẫn đảm bảo nhiễu cho phép chỉ cần đảm bảo tỷ số D/K.
Chơng 3
Kỹ thuật vô tuyến số GSM
3.1. Suy hao đờng truyền
Là quá trình mà ở đó tín hiệu thu yếu dần do khoảng cách giữa MS và trạm
gốc ngày càng tăng. Không có vật cản giữa anten phát và anten thu cho trớc. Mật
độ công suất thu tỷ lệ nghịch với bình phơng khoảng cách d giữa anten phát và
anten thu - Ta có kết quả trong không gian tự do là :
Ls = d
2
. f
2
Theo [dB] Ls = 33,4 (dB) + 20 log ( f ) + 20 lg ( d )
Trong đó 33,4 là hằng số tỷ lệ
Trong điều kiện địa hình khác nhau thì suy hao cũng khác nhau
Mạng thông tin di động sử dụng các công thức nghiên cứu và thực nghiệm của
ELGI hay Okumura.

Công thức Okumura :
Trong điều kiện thành phố :
18
L
( thành phố )
= 69,55 + 26,16 log(f) - 13,82 log(h
1
) + (44,9 - 6,55log(h
1
)) logd

Trong đó :
- f : là tần số ( MHz )
- h
1
: Độ cao của anten trạm phát ( m )
- d : Khoảng cách giữa MS - BTS ( Km )
ở ngoại ô :
L
(ngoại ô)
= L
(thành phố)
- 2[2(log(f/28))
2
+ 5,4]
Trong điều kiện quang đãng, không cây cao, không nhà cao tầng, có thể
dùng công thức sau :
L
(bằng phẳng)
= L
(thành phố)
4,78 (log f)
2
+ 18,33 log f 40,94
3.2. Phân tán thời gian và giao thoa giữa các tín hiệu.
Phân tán thời gian là trờng hợp của lan truyền nhiều đờng dẫn do phản xạ.
Tín hiệu đến từ một vật ở xa anten thu (Rx). Hệ thống GSM đợc thiết kế có thể
hạn chế phân tán thời gian nhờ sử dụng một bộ phận cân bằng. Bộ cân bằng của
GSM có thể thực hiện cân bằng một số nhất định tín hiệu phản xạ nhng không
phải tất cả. Bộ cân bằng của GSM có thể đạt đợc sự cân bằng cho các tín hiệu
phản xạ chậm một khoảng 4 bit so với tín hiệu đến trực tiếp, tơng ứng với 15 às.

Tuy nhiên nếu tín hiệu phản xạ trễ hơn thế thì bộ cân bằng không thể đáp ứng đ-
ợc. Phần mà bộ cân bằng có thể đáp ứng gọi là cửa sổ thời gian. Trong cửa sổ đó
thì tín hiệu phản xạ sẽ tăng cờng độ của tín hiệu trực tiếp. Ngoài cửa sổ đó tín
hiệu phản xạ sẽ gây ảnh hởng xấu đến hệ thống. Tổng của tín hiệu phản xạ mà
trễ 15 às phải ít nhất nhỏ hơn 9 lần tổng các tín hiệu trong cửa sổ. Tỷ số này gọi
là tỷ số sóng mang trên tỷ lệ trên sóng phản xạ C/R. C/R đợc tính bằng tỷ bằng tỷ
số năng lợng trong cửa sổ thời gian và ngoài cửa sổ thời gian bộ cân bằng. C/R
càng nhỏ thì chất lợng càng kém. Vị trí đặt BTS rất gây ảnh hởng lớn đến tỷ số
này. Nếu đặt không hợp lý sẽ gây nên phân tán thời gian lớn. Các vùng địa hình
19
nh miền núi, thành phố nhiều nhà cao tầng, toà nhà kim loại cao, vùng hồ ao th-
ờng có tỷ số C/R nhỏ.
Thông thờng tín hiệu phản xạ khi phải đi qua quãng đờng lớn hơn 4,5 Km
so với tín hiệu trực tiếp. Tuy nhiên nếu tín hiệu phản xạ đó không mạnh, nghĩa là
tỷ số C/R lớn hơn một số cho phép thì không gây ảnh hởng đến vùng phủ sóng
phục vụ.
Ngợc lại nếu tín hiệu phản xạ quá mạnh, nhng trễ vẫn thuộc cửa sổ của bộ
cân bằng thì sẽ tăng độ mạnh của tín hiệu thẳng. Chỉ trong trờng hợp C/R nhỏ
phân tán thời gian lớn thì mới có yêu cầu thay đổi vị trí BTS, hoặc dùng phơng
pháp đặt BTS phụ trợ khi xét vấn đề này phải căn cứ các vị trí tơng đối của MS và
BTS bởi vì mỗi vị trí dù cách nhau không lớn thì có thể có C/R khác nhau rất lớn
Vậy GSM tốc độ là 270 kbit/s dẫn đến độ vít có độ lâu 0,0037 m/s . Vì thế 1
bit tơng ứng với độ trễ khoảng 1Km. Nên nếu có phản xạ từ một Km phía sau
trạm di động thì tín hiệu sau phản xạ phải đi một quãng đờng dài hơn tín hiệu
đến trực tiếp là 2 Km.
3.3. Fadinh đồng kênh
Các hiện tợng fadinh sảy ra trong trờng hợp tín hiệu thu đợc của tín hiệu
phát từ nhiều phía. Tín hiệu thu là tổng của nhiều tín hiệu giống nhau nhng khác
pha và biên độ. Để khắc phục hạn chế này anten phân tập đợc dùng đến. Đây là
một anten hoạt động theo nguyên tắc dùng 3 anten đơn thu tín hiệu theo hai hớng

rồi tổng hợp các tín hiệu đồng pha. Anten này không những giảm đợc fadinh mà
còn tăng đợc độ mạnh của tín hiệu thu từ 3 đến 4 dB. Khoảng cách giữa 2 anten
phải đủ lớn để tơng quan giữa các tín hiệu ở 2 anten nhỏ.
Nhiễu giao thoa đồng kênh là do nhiễu tín hiệu thu phát không mong
muốn, cùng tần số với tín hiệu thu mong muốn. Tỷ số giữa sóng mang mong
muốn và mức sóng mang không mong muốn là tỷ số giữa giao thoa đồng kênh
C/I. Tỷ số này phụ thuộc vào nhiều yếu tố nh :
20
Mẫu sử dụng lại tần số : khoảng cách giữa hai ô cùng tần số ảnh hởng đến
nhiễu đồng kênh với nhau.
Vị trí địa hình.
Các vùng tán xạ địa phơng .
Kiểu anten, tính định hớng, chiều cao anten.
Các sóng gây nhiễu xạ địa phơng cùng tần số với các kênh của mạng.
Tỷ số C/I gây ảnh hởng tới chất lợng tín hiệu dẫn đến sai tín hiệu, giải mã
sai gây nên rơi vào cuộc gọi thất bại trên đờng nối vô tuyến. Tiêu chuẩn GSM
cho phép C/I nhỏ nhất là 9 dB.
Ngoài ra trong thông tin vô tuyến còn bị ảnh hởng bởi các kênh lân cận, là
các kênh gần tần số với tín hiệu thu, dải tần chồng lên nhau ở mức lớn. Trờng
hợp này cũng gây nhiễu gọi là nhiễu giao thoa kênh lân cận và đợc
biểu diễn bằng tỷ số C/A. Giá trị cho phép trong GSM : C/A > -9dB. Tín hiệu
thu đợc khi đo đạc thờng gồm rất nhiều các loại tín hiệu nh đã nêu trên. Để khi
đo đạc và xác định đánh giá mức độ lỗi có thể phải nhờ đến các dụng cụ chuyên
dụng để xác định tỷ số C/I, C/R, C/A.
3.4. Các phơng pháp phòng ngừa suy hao đờng truyền và fadinh
Để làm giảm các hiệu ứng gây nên làm giảm chất lợng thu thông tin, cần
phải dùng các biện pháp kỹ thuật khác nhau. Trong thông tin di động ngời ta
dùng các phơng pháp sau :
3.4.1. Phân tập anten.
Phân tập anten là sử dụng hai kênh thu chịu ảnh hởng fadinh độc lập th-

ờng ít có nguy cơ để cả hai anten bị chỗ trũng fadinh xẩy ra cùng một lúc, điều
này dẫn đến hai anten thu độc lập với nhau cùng một tín hiệu và hạn chế chịu tác
động của đờng bao fadinh khác nhau.
Khi kết hợp tín hiệu từ hai anten có thể giảm mức độ fadinh, khoảng cách
giữa hai anten phải đủ lớn để tơng quan giữa các tín hiệu ở các anten nhỏ. ở
900 MHz có thể tăng 6 dB với cự ly giữa hai anten là 5 6 mét.
3.4.2. Nhẩy tần.
21
Do fadinh nhiều tia phụ thuộc vào tần số, tức là chỗ trũng fadinh sẽ xẩy ra
khác nhau đối với các tần số khác nhau. Lợi dụng hiện tợng này ta thay đổi tần
số sóng mang sang tần số khác khi đang tiến hành cuộc goị, vì thế gặp một chỗ
trũng fadinh sẽ chỉ mất một phần thông tin. Bằng cách xử lý sau này ta có thể
khôi phục lại đợc tín hiệu.
3.4.3. Mã hoá kênh
ở truyền dẫn số ngời ta thờng đo chất lợng của tín hiệu thu đợc bằng tỷ số
lỗi bít (BER). BER nói lên bao nhiêu bit trong tổng số bit thu đợc là mắc lỗi. Tỷ
số này càng nhỏ càng tốt. Tuy nhiên do đờng truyền luôn luôn thay đổi nên ta
không thể giảm hoàn toàn xuống không nghĩa là phải cho phép một lợng lỗi nhất
định và ngoài ra có khả năng khôi phục lại thông tin này hay ít nhất có thể phát
hiện các lỗi để không sử dụng thông tin này vì lầm là nó đúng. Điều này đặc biệt
quan trọng khi phát đi số liệu đối với lời có thể chấp nhận chất lợng thấp hơn.
Để có thể cải thiện tốt tỷ số lỗi bit BER ta dùng các phơng pháp mã hoá kênh.
Thông thờng mã hoá kênh có thể phát hiện lỗi và chừng mực nào đó sửa đợc lỗi.
Mã hoá kênh phải trả giá là thêm số bit, tức là làm tăng tốc độ truyền dẫn
Trong thông tin di động sử dụng hai phơng pháp mã hoá là : Mã hoá xoắn và
mã hoá khối .
ở mã hoá khối ngời ta bổ xung một số bit kiểm tra vào một số bit thông
tin nhất định, nguyên tắc này đợc mô tả bởi sơ đồ sau đây
Do các mã khối từ, các bit kiển tra trong mã chỉ phụ thuộc vào các khối
thông tin ở khối bản tin.

22
Bộ mã hoá
khối
Thông tin
Thông tin Kiểm tra
Khối bản tin
Khối mã
Hình 8 : Mã hóa khối
ở mã hoá xoắn, bộ mã hoá tạo ra khối các bit không chỉ phụ thuộc vào các
bit của khối bản tin hiện thời đợc dịch vào bộ giải mã. Nó còn phụ thuộc vào các
bit của các khối trớc. Nguyên lý này đợc minh họa bởi sơ đồ sau đây

Các mã hóa khối thờng đợc sử dụng khi có báo hiệu định hớng theo khối,
chẳng hạn ở vô tuyến di động mặt đất tơng tự khi số liệu đợc phát đi theo khối nó
cũng thờng đợc sử dụng để phát hiện lỗi khi thực hiện ARQ (yêu cầu tự động
phát lại) khi phát hiện lỗi ta yêu cầu phát lại. Mã hóa xoắn liên quan nhiều hơn
đến sửa sai lỗi chẳng hạn khi có phơng tiện ARQ. Khi số hóa tiếng và phát nó ta
không thể phát lại vì điều này dẫn đến sự chậm trễ quá lớn.
Cả hai phơng pháp đều đợc sử dụng ở GSM trớc hết một số bit thông tin đợc
mã hóa khối để tạo nên một khối thông tin cho các bit chẵn lẻ (kiểm tra). Sau đó
tất cả các bit này đợc mã hoá xoắn để tạo nên các bit đợc mã hóa. Cả hai bớc trên
đều đợc áp dụng cho cả tiếng và số liệu mặc dù các sơ đồ mã hóa chúng hơi khác
nhau lý do sử dụng mã hóa kép vì ta muốn sửa lỗi có thể (mã hóa xoắn) và sau
đó có thể nhận biết đợc (mã hóa khối) xem liệu thông tin có bị hỏng nên mức
không dùng đợc hay không.
Tiếng đợc cắt thành những đoạn 20 ms, các đoạn 20 ms này đợc số hoá và
sau đó đợc mã hoá. Bộ mã hoá tiếng đợc cung cấp 260 bit cho 20 ms tiếng, các
bít này đợc chia thành :
50 bit rất quan trọng
132 bit quan trọng và 4 bit đuôi đợc mã hoá xoắn

78 bit không quan trọng lắm
23
Bộ mã hoá
khối
Thông tin
Thông tin được
mã hoá
Khối bản tin
Luồng thông tin
được mã hoá
Hình 9 : Mã hóa xoắn
Thông tin
Ba bit chẵn lẻ đợc bổ xung vào 50 bit trên (mã hoá khối ). 53 bit này cùng
132 bit quan trọng và 4 bit đuôi đợc mã hoá xoắn để tạo thành 378 bit (tỷ lệ 1:2)
các bít còn lại không đợc bảo vệ. Quá trình này đợc minh hoạ nh hình vẽ sau :
Hình 10 : Mã hoá kênh cho tiếng thoại đã số hoá ở GSM
3.4.4. Ghép xen (Interleaving ) :
Ngời ta nhận thấy thực tế các lỗi bit thờng ra thành từng cụm. Đó là vì các
chỗ trũng fadinh lâu làm ảnh hởng đến nhiễu bit liên tiếp. Do đó mã hoá kênh chỉ
là cải thiện chất lợng khi lỗi là đơn và các bit sai không quá dài. Nh vậy phải sử
dụng biện pháp ghép xen. Nguyên tắc của ghép xen là tìm cách tách riêng các bit
liên tiếp của một bản tin sao cho các bit đợc gửi đi theo cách không liên tiếp.
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 4 4 4 4

24
50
132
78
50 + 3

132 + 4
78
Các bit được mã hoá
Các bit không
được mã hoá
Các khối bản tin
Ghép xen
Khối bản tin
đợc ghép xen
Hình 11 : Ghép xen
Giả thiết khối bản tin gồm 4 bit. Ta lấy khối đầu tiên của 4 khối liên tiếp và
đặt các bit số 1 này vào một khối 4 bit mới ta gọi là một khung. Cũng làm nh vậy
với các bit 2, 3, 4 của 4 khối bản tin sau đó phát các khung của các bit 1, các bit
2, ...
Trong khi truyền dẫn 2 khung có thể bị mất. Khi không ghép xen toàn bộ
khối bản tin sẽ mất nhng ở trờng hợp này ghép xen đảm bảo chỉ có bit thứ 2 ở
từng khối bị mắc lỗi. Nhờ mã hoá kênh có thể khôi phục lại thông tin của tất cả
các khối. ở GSM bộ mã hoá kênh cung cấp 456 bit cho từng 20 ms tiếng. Các bit
này đợc ghép xen để tạo các khối 57 bit.
3.4.5. Đồng bộ thời gian.
Việc sử dụng TDMA ở trạm vô tuyến đòi hỏi trạm di động chỉ phát ở khe
thời gian dành cho nó và im lặng ở thời gian còn lại. Nếu không trạm di động sẽ
nhiễu với các cuộc gọi từ trạm di động khác sử dụng các khe thời gian khác nhau
ở cùng một tần số. Trong quá trình cuộc gọi tram di động rời xa các trạm gốc nên
thông tin từ trạm di động gửi đi sẽ đến ngày càng muộn hơn và trả lời từ trạm di
động đến trạm gốc cũng ngày càng muộn hơn. Nếu không có biện pháp gì đến
một lúc nào đó trễ quá lớn đến nỗi thông tin do trạm di động phát ở khe thời gian
TSi sẽ trùng với tín hiệu mà trạm gốc thu đợc ở TSi +1 của cuộc gọi khác. Vì thế
trong quá trình cuộc gọi thời gian đến trạm gốc đợc kiểm tra và các lệnh đợc gửi
đến trạm di động để định trớc thời gian phát đi khi trạm di động di chuyển ra xa,

quá trình này gọi là định trớc thời gian phát.
25