Nghiên cứu mạng thông tin di động 3G – WCDMA

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

MỤC LỤC
Mục lục........................................................................................................................................i
DANH MỤC HÌNH VẼ...........................................................................................................iii
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT.......................................................................................................iv
LỜI NÓI ĐẦU...........................................................................................................................1
CHƯƠNG I: SỰ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG.............................2
1.1 Sự phát triển từ GSM lên UMTS WCDMA................................................................2
1.1.1 GSM........................................................................................................................2
1.1.2 GPRS.......................................................................................................................2
1.1.3 EDGE......................................................................................................................4
1.1.4 WCDMA hay UMTS/FDD......................................................................................5
1.2 Kết luận Chương I.........................................................................................................9
CHƯƠNG II: MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM/GPRS.............................................10
2.1 Giới thiệu......................................................................................................................10
2.2 Cấu trúc của hệ thống GSM.......................................................................................10
2.2.1 Hệ thống trạm gốc BSS.........................................................................................10
2.2.2 Hệ thống chuyển mạch SS.....................................................................................11
2.2.3 Trạm di động MS...................................................................................................11
2.2.4 Hệ thống khai thác và bảo dưỡng mạng (OMC)...................................................12
2.3 Cấu trúc địa lý của mạng............................................................................................12
2.4 Quá trình xử lý các tín hiệu số và biến đổi vào sóng vô tuyến.................................12
2.5 Giao diện vô tuyến (Um)..............................................................................................13
2.5.1 Tổ chức các kênh vô tuyến....................................................................................13
2.5.2 Các loại kênh logic (Dữ liệu và điều khiển)..........................................................14
2.5.3 Mã hóa kênh và điều chế.......................................................................................15
2.5.4 Tổ chức khung trong GSM....................................................................................16
2.5.5 Truyền các kênh logic trên các kênh vật lý............................................................16

2.6 Mô tả quá trình thiết lập một cuộc gọi trong mạng GSM........................................16
2.6.1 Trạm di động (MS) thực hiện cuộc gọi:.................................................................16
2.6.2 MS nhận cuộc gọi..................................................................................................17
2.7 Dịch vụ số liệu trong GSM..........................................................................................19
2.8 Bảo mật trong GSM.....................................................................................................19
2.8.1 Đánh số nhận thực thuê bao và các vùng mạng.....................................................19
2.8.2 Nhận thưc thue bao................................................................................................19
2.9 Dịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS)...........................................................................20
2.9.1 Cấu trúc mạng GPRS.............................................................................................21
2.9.2 Giao diện và giao thức trong mạng GPRS.............................................................24
2.9.3 Cấu trúc đa khung của giao diện vô tuyến GPRS..................................................25
VIENGNAKHONE

i

HVCNBCVT


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

2.9.4 Các kênh logic trong GPRS...................................................................................25
2.9.5 Các kịch bản lưu lượng GPRS...............................................................................26
2.9.6 Thiết lập PDP Context (phiên số liệu gói).............................................................30
2.10 Kết luận chương II....................................................................................................31
CHƯƠNG III: MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG W-CDMA (3G)......................................32
3.1 Mở đầu..........................................................................................................................32
3.2 Mô hình tham khảo mạng W-CDMA.........................................................................32
3.2.1 Cấu trúc mạng cơ sỏ W-CDMA trong 3 GPP 1999................................................32

3.2.2 Kiến trúc mạng phân bố của 3GPP phát hành 4.....................................................34
3.2.3 Kiến trúc mạng đa phương tiện IP và 3GPP...........................................................35
3.2.4 Kiến trúc mạng di động toàn IP phát hành 2000....................................................36
3.3 Các kỹ thuật xử lý số và truyền dẫn vô tuyến số ở hệ thống thông tin di động thế
hệ ba.....................................................................................................................................37
3.3.1 Sơ đồ khối của một thiết bị thu phát vô tuyến số trong hệ thống thông tin di động
thế hệ ba ...........................................................................................................................37
3.3.2 Mã hóa kiểm soát lỗi và đan xen............................................................................38
3.3.3 Đa truy nhập phân chia theo mã trải phổ chuỗi trực tiếp (DS-CDMA)..................39
3.3.4 Điều khiển công suất và chuyển giao.....................................................................41
3.4 Lớp vật lý của W-CDMA............................................................................................42
3.4.1 Mở đầu....................................................................................................................42
3.4.2 Trải phổ và ngẫu nhiên hoá ở các kênh vật lý........................................................43
3.4.3 Các mã định kênh...................................................................................................44
3.4.4 Các kênh vật lý đường lên và đường xuống...........................................................45
3.5 Hoạt động của các kênh vật lý....................................................................................51
3.6 Cấu trúc mạng W-CDMA UMTS...............................................................................53
3.6.1 Cấu trúc tổng quát...................................................................................................53
3.6.2 Các phần tử cơ bản của mạng W-CDMA UMTS và các giao diện........................53
3.6.3 Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS, UTRAN...............................................55
3.7 Giao diện vô tuyến (Uu)...............................................................................................57
3.8 Thiết lập một cuộc gọi trong W-CDMA UMTS........................................................57
3.9 Các phiên số liệu của W-CDMA UMTS.....................................................................60
3.10 Kết luận chương III...................................................................................................60
KẾT LUẬN..............................................................................................................................61
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................................62

VIENGNAKHONE

ii

HVCNBCVT


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Tóm tắt quá trình phát triển lên WCDMA...................................................................2
Hình 1.2 kiến trúc GSM..............................................................................................................2
Hình 1.3 Triển khai GPRS trên nền mạng GSM.........................................................................3
Hình 1.4 kiến trúc 2.5G GPRS/EDGE........................................................................................4
Hình 1.5 Triển khai EDGE..........................................................................................................5
Hình 1.6 Triển khai WCDMA....................................................................................................6
Hình 1.7 Kiến trúc 3G-WCDMA R3 (R99)................................................................................7
Hình 1.8 Kiên trúc 3G-WCDMA R4..........................................................................................7
Hình 1.9 Kiến trúc 3G-WCDMA R5..........................................................................................8
Hình 1.10 Sự phát triển của mạng 3GPP....................................................................................8
Hình 2.1. Cấu trúc tổng quát của hệ thống GSM......................................................................10
Hình 2.2 Cấu trúc địa lý của mạng...........................................................................................12
Hình 2.3 Xử lý tín hiệu số và biến đổi vào sóng vô tuyến ở MS..............................................12
Hình 2.4 Cấu trúc các kênh logic ở giao diện vô tuyến............................................................14
Hình 2.5 Tổ chức khung trong GSM........................................................................................16
Hình 2.6 Cấu trúc mạng GPRS.................................................................................................21
Hình 2.7 Nhập mạng GPRS......................................................................................................28
Hình 2.8 Nhập mạng GSM/GPRS kết hợp...............................................................................30
Hình 3.1. Kiến trúc mạng trong 3GPP phát hành 1999............................................................33
Hình 3.2. Kiến trúc mạng phân bố của 3GPP phát hành 4.......................................................34
Hình 3.3 Kiến trúc mạng đa phương tiện IP của 3GPP............................................................35

Hình 3.4. Kiến trúc mạng di động toàn IP phát hành 2000.......................................................36
Hình 3.5. Sơ đồ khối máy phát vô tuyến (a) và máy thu vô tuyến (b)......................................38
Hình 3.6. Mô hình hệ thống DS-CDMA...................................................................................40
Hình 3.7. Điều khiển công suất ở CDMA.................................................................................41
Hình 3.8. Chuyển giao mềm.....................................................................................................42
Hình 3.9. Chuyển giao mềm hơn..............................................................................................42
Hình 3.10. Quan hệ giữa trải phổ và ngẫu nhiên hoá...............................................................43
Hình 3.11. Cấu trúc cây của mã định kênh...............................................................................44
Hình 3.12. Sơ đồ tổng quát trải phổ và ghép kênh vật lý..........................................................47
Hình 3.13. Phần bản tin của kênh vật lý PRACH.....................................................................47
Hình 3.14. Sơ đồ kênh PCPCH cho phần bản tin.....................................................................48
Hình 3.15. Điều chế đường lên.................................................................................................48
Hình 3.16. Sơ đồ khối tổng quát trải phổ kênh vật lý đường xuống trừ kênh SCH..................48
Hình 3.17. Sơ đồ khối ghép kênh vật lý đường xuống.............................................................49
Hình 3.18. Sơ đồ điều chế QPSK cho đường xuống................................................................50
Hình 3.19. Sắp xếp các kênh truyền tải lên các kênh vật lý.....................................................50
Hình 3.20. Giao diện giữa các lớp cao hơn và lớp vật lý..........................................................51
Hình 3.21. Cấu trúc tổng quát hệ thống W-CDMA trong 3GPP 1999......................................53
Hình 3.22. Các phần tử cơ bản của mạng W-CDMA UMTS...................................................53
Hình 3.23. Cấu trúc UTRAN....................................................................................................55
Hình 3.24. Các chức năng logic của RNC đối với một kết nối UTRAN..................................56
Hình 3.25. Thủ tục thiết lập cuộc gọi ở W-CDMA UMTS.......................................................58

VIENGNAKHONE

iii

HVCNBCVT

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
A/D

Analog/Digital

AGC
AGCH
AICH
ATM
AUC
BCH
BSC
BSIC
BTS
CD/CA-ICH

Automatic Gian Control
Access Grant Channel
Acquisition Indication Channel
Asynchronous Transfer Mode
Authentication Center
Broadcast Channel
Base Station Controller
Basic station Indentity Code
Base Transceiver Station
Collision Detection/Channel

Assignment Indicator Channel
Code Division Multiple Access
Core Network
Common Physical Channel
Common Pilot Channel
Cyclic Redundancy Check
Circuit Switch
Call state Controll Function

CDMA
CN
CPCH
CPICH
CRC
CS
CSCF
CSICH
CSPDN
D/A

CPCH Status Indicator Channel
Circuit Switch Public Data
Network
Digital/Analog

DCCH
DPCCH

Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự
thành số

Tư điều khuếch
Kênh cho phép truy nhập
Kênh chỉ thị bắt
Chế độ truyền không đồng bộ
Trung tâm nhận thực
Kênh quảng bá
Bộ điều khiển trạm gốc
Mã nhận dạng trạm gốc
Trạm thu phát gốc
Kênh chỉ thị ấn định kênh/Phát
hiện xung đột
Đa truy nhập phân chia theo mã
Mạng lõi
Kênh vật lý chung
Kênh hoa tiêu chung
Mã dịch vòng
Chuyển mạch kênh
Chức năng điều khiển trạng thái
cuộc gọi
Kênh chỉ thị trạng thái CPCH
Mạng số liệu công cộng chuyển
mạch kênh
Bộ chuyển đổi tín hiệu số thành
Tương tự
Kênh điều khiển riêng
Kênh điều khiển vật lý riêng

Dedicated Control Channel
Dedicatde Physical Control
Channel

DPCH
Dedicate Physical Channel
Kênh vật lý riêng
DPCH
Downlink Physical Channel
Kênh vật lý đường xuống
DPDCH
Dedicated Physical Data Channel Kênh vật lý số liệu riêng
DRNC
Drift Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến trôi
DS SS
Direct Sequence Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp
DS-CDMA Direct Sequence-Code Division Đa truy nhập phân chia theo mã
Multiple Access
trai phổ chuỗi trực tiếp
DSCH
Downlink Shared Channel
Kênh chia sẻ đường xuống
EDGE
Enhanced Data Rates for GSM Tốc độ số liệu tăng cường để phát
Evolution
triển GSM
EIR
Equipment Identity Register
Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị
ETSI
European Telecommunication
Viện tiêu chuẩn viễn thông
Standard Institute
Châu Âu

FACCH
Fast Assocrated Control Channel Kênh điều khiển liên kết nhanh
FACH
Forward Access Channel
Kênh truy nhập đường xuống
GGSN
Gateway GPRS Support Node
Nút hỗ trợ GPRS cổng
GMSC
Gateway Mobile Service
Trung tâm chuyển mạch các dịch
VIENGNAKHONE

iv

HVCNBCVT


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GPRS
GSM
GTP
HLR
HSCSD
HSS
IF
IMSI
IP
ISDN

IWF
LAI
MAC
MCC
ME
MGCF
MGW
MNC
MRF
MS
MSC
MSIN
MSRN
MT
OMC
PACCH
PAGCH
PCCCH
P-CCPCH
PCH
PCPCH
PCU
PDN

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Switching Center
General Packet Radio Service
Global System for Mobile
Communication

GPRS Tunneling Protocol
Home Location Register
High Speed Circuit Switched
Data
Home Subscriber Server
Intermediate Frequency
Internation Mobile Station
Identity
Internet Protocol
Integrated Service Digital
Network
Interworking Function
Location Area Identity
Medium Access Control
Mobile Country Code
Mobile Equipment
Media Gateway Control
Function
Media Gateway
Mobile Network Code
Multimedia Resuorce Function

vụ di động cổng
Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp
Hệ thống thông tin di động toàn
cầu
Giao thức xuyên đường hầm
GPRS
Bộ ghi định vị thường trú
Số liệu chuyển mạch kênh số liệu

cao
Dịch vụ thuê bao thường trú
(Đăng ký thường trú)
Trung tần
Nhận dạng trạm di động quốc tế
Giao thức Internet
Mạng số liên kết đa dịch vụ

Chức năng tương tác mạng
Nhận dạng vùng định vị
Điều khiển truy nhập trung gian
Mã nước
Thiêt bị di động
Chức năng điều khiển cổng các
phương tiện
Cổng các phương tiện
Mã mạng
Chức năng tài nguyên đa phương
Tiện
Mobile Station
Trạm di động
Mobile Service Switching Center Trung tâm chuyển mạch các dịch
Vụ di đông
Mobile Station Identity Number Số nhận dạng trạm di động
Mobile Station Random Number Số lưu động của trạm di động
Mobile Terminal
Máy di động
Operation and Management
Hệ thống khai thác và bảo dưỡng
Center

mạng
Packet Associated Control
Kênh điều khiển liên kết gói
Channel
Packet Access Grant Channel
Kênh cho phép truy nhập gói
Packet Common Control
Kênh điều khiển chung gói
Channel
Primary Common Control
Kênh vật lý điều khiển chung sơ
Physical Channel
cấp
Paging Channel
Kênh tìm gọi
Physical Common packet
Kênh vật lý gói chung
Channel
Packet Control Unit
Khối điều khiển dữ liệu gói
Packet Data Network
Mạng dữ liệu gói

VIENGNAKHONE

v

HVCNBCVT

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

PDSCH

Physical Downlink Shared
Channel
PDTCH
Packet Data Traffic Channel
PICH
Paging Indicator Channel
PLMN
Public Land Mobile Network
PN
Pseudo Noise
PRACH
Physical Random Access
Channel
PRACH
Packet Random Access Channel
PS
Packet Switch
PSK
Phase Shift Keying
PSPDN
Packet Switch Public Data
Network
PSTN
Public Switch Telephone

Network
QPSK
Quadrature Phase Shift Keying
RAB
Radio Access Bearer
RACH
Random Access Channel
RAN
Radio Access Network
RANAP
Radio Access Network
Application Part
RF
Radio Frequency
RNC
Radio Network Controller
RSC
Recursive Systematic
Convoltional
R-SGW
Roaming Signaling Gateway
S-CCPCH Secondary Common Control
Physical Channel
SCH
Synchronous Channel
SF
Spreading Factor
SGSN
Serving GPRS Support Note
SMS-GMSC Short Message Service

Gateway Mobile Switching
Center
SMS-IWMSC Short Message Service
Interworking mobile
Switching Center
SRNC
Serving Radio Network
Controller
TCP
Tranmission Control Protocol
TE
Terminal Equipment
TMSI
Tempoary Mobile Station
Identity
TRAU
Transcoder Rate Adaptor Unit
T-SGW
UE
UMTS

Transport Signaling Gateway
User Equipment
Univesal Mobile

VIENGNAKHONE

vi

Kênh vật lý chia sẻ đường xuống

Các kênh lưu lượng số liệu gói
Kênh chỉ thị tim gọi
Mạng di động công cộng mặt đắt
Giả tạp âm
Kênh truy nhập vật lý ngẫu nhiên
Kênh truy nhập ngẫu nhiên gói
Chuyển mạch gói
Khóa dịch pha
Mạng số liệu công cộng chuyển
mạch gói
Mạng điện thoại chuyển mạch
công cộng
Khóa dịch pha vuông góc
Vật mạng truy nhập vô tuyến
Kênh truy nhập ngẫu nhiên
Mạng truy nhập vô tuyến
Phần ứng dụng mạng truy nhập
vô tuyến
Tần số vô tuyến (cao tần)
Bộ điều khiển mạng vô tuyến
Bộ mã hóa xoắn hệ thống hồi quy
Cổng báo hiệu chuyển mạng
Kênh vật lý điều khiển chung thứ
cấp
Kênh đồng bộ
Hệ số trải phổ
Điểm hỗ trợ GPRS phục vụ
Tổng đài di động có cổng cho
dịch vụ bản tin ngắn
Tổng đài di động liên mạng cho

dịch vụ bản tin ngắn
Bộ điều khiển mạng vô tuyến
dịch vụ
Giao thức điều khiển truyền dẫn
Thiết bị đầu cuối
Số nhận dạng thuê bao di động
tạm thời
Khối thích ứng tốc độ chuyển đổi
mã
Cổng báo hiệu truyền tải
Thiết bị của người sử dung
Hệ thống viễn thông di động toàn
HVCNBCVT


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

UPCH
USIM
UTRAN
VLR
VoIP
W-CDMA

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Telecommunication System
Uplink Physical Channel
UMTS Subscriber Identity
Module

UMTS Terrestrial Radio Access
Network
Visitor Location Register
Voice Over IP
Wideband Code Divition
Multiple Access

VIENGNAKHONE

vii

cầu
Kênh vật lý đường lên
Mô-đun nhận dạng thuê bao
Mạng truy nhập vô tuyến mặt đắt
UMTS
Bộ ghi định tạm trú
Tiếng trên nền IP
Đa truy nhập vô tuyến phân chia
theo mã băng rộng

HVCNBCVT


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI NÓI ĐẦU

LỜI NÓI ĐẦU
Công nghệ viễn thông đang có những bước phát triển tuyệt vời, nó đã và đang

mang đến cho con người những ứng dụng trong tất cả các lĩnh vực kinh tế, giáo dục,
văn hóa, y học, thông tin quảng ba,… Nhiều năm gần đây, nền công nghệ viễn thông
đã trăn trở vế vấn đề phát triển công nghệ căn bản nào và dùng mạng gì để hỗ trợ các
nhà khai thác trong bối cảnh nhu cầu dich vụ ngày càng cao và cạnh tranh ngày càng
gia tăng mạnh mẽ. Khái niệm mạng thế hệ mới 3G – WCDMA ra đời cùng với việc tái
kiến trúc mạng, tận dụng tất cả các ưu thế về công nghệ tiên tiến nhằm đưa ra nhiều
dịch vụ mới, góp phần giảm chi phí khai thác và đầu tư ban đầu cho các nhà kinh
doanh.
Với mong muốn tìm hiểu kỹ hơn về 3G – WCDMA trong di động nên em đã
chọn đề tài đồ án tốt nghiệp: “ Nghiên cứu mạng thông tin di động 3G – WCDMA”
Nội dung các đồ án bao gồm các nội dung:
- Nghiên cứu xu hướng phát triển của mạng thông tin di động
- Mạng thông tin di động GSM/GPRS
- Mạng thông tin di động 3G – WCDMA
Qua đây, em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, hướng dẫn tận tình của thầy
giao TS. Nguyễn Quý Sỹ trong quá trình em hoàn thành đồ án tốt nghiệp của minh.
Do hạn chế về trình độ và thời gian, đồ án của em không khỏi tránh được nhiều
khiếm khuyết, hy vọng sau khi ra trường, bằng kiến thức thực tế em sẽ có điều kiện
tìm hiểu sâu sắc hơn.

Hà Nội, Ngày 14 tháng 11 năm 2008

VIENGNAKHONE

1

HVCNBCVT


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI NÓI ĐẦU

CHƯƠNG I
SỰ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
1.1 Sự phát triển từ GSM lên UMTS WCDMA
WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) là một tiêu chuẩn thông
tin di động thế hệ 3 của IMT-2000 được phát triển chủ yếu bởi Châu Âu. Mục đích của
WCDMA là cho phép các mạng cung cấp khả năng chuyển vùng toàn cầu và để hỗ trợ
một dải rộng các dịch vụ thoại, số liệu và dịch vụ đa phương tiện. Các mạng WCDMA
mới được xây dựng trên sự thành công của GSM và tận dụng cơ sở hạ tầng sẵn có của
những nhà khai thác GSM. Quá trình phát triển về dịch vụ và mạng là từ mạng GSM
hiện này,qua giai đoạn phát triển GPRS và cuối cùng tiến lên mạng WCDMA. Quá
trình này có thể tóm tắt bằng sơ đồ sau:

Hình 1.1 Tóm tắt quá trình phát triển lên WCDMA
1.1.1 GSM

Hình 1.2 kiến trúc GSM
Giai đoạn đầu của quá trình phát triển GSM là phải đảm bảo dịch vụ số liệu tốt
hơn. Tồn tại hai cơ chế dịch vụ số liệu : chuyển mạch kênh (CS : Circuit Switched) và
chuyển mạch gói (PS : Packet Switched).
Để thực hiện kết nối vào mạng IP, ở giai đoạn này có thể sử dụng giao thức ứng
dụng vô tuyến (WAP : Wireless Application Protocol).
1.1.2 GPRS
GPRS (General Packet Radio Service) là một hệ thống vô tuyến thuộc thế hệ
2,5G, nhưng vẫn là một hệ thống 3G nếu xét về mạng lõi. Mạng này tăng cường đáng
kể các dịch vụ số liệu GSM bằng cách cung cấp các kết nối số liệu chuyển mạch gói
“từ đầu cuối tới đầu cuối” xác thực với tốc độ truyền lên tới 171,2kbps (tốc độ số liệu
đỉnh) và hỗ trợ các giao thức Internet TCP/IP và X.25.

Tích hợp GPRS vào mạng GSM đang tồn tại là một quá trình khá đơn giản.
Một phần các khe thời gian trên giao diện vô tuyến được dành cho GPRS, cho phép
ghép kênh số liệu gói được lập lịch trình trước đối với một số trạm di động. Phân hệ
trạm gốc chỉ cần nâng cấp một phần nhỏ liên quan đến khối điều khiển gói (PCUPacket Control Unit) để cung cấp khả năng định tuyến gói giữa các đầu cuối di động
VIENGNAKHONE

2

HVCNBCVT


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI NÓI ĐẦU

và các nút cổng (Gateway). Một nâng cấp nhỏ về phần mềm cũng cần thiết để hỗ trơ
các hệ thống mã hóa kênh khác nhâu.
Mạng lõi GSM được tạo thành từ các kết nối chuyển mạch kênh được mở rộng
bằng cách thêm vào các nút chuyển mạch số liệu và nút cổng mới, được gọi là GGSN
(Gateway GPRS Support Node) và SGSN (Serving GPRS support Node). Tuy nhiên,
kết quả đạt được bảo đảm việc chuyển thẳng tới 3G, vì mạng lõi chuyển mạch kênh
tốc độ cao được cung cấp bởi GPRS và EGDE có thể được UMTS sử dụng gần như
hoàn toàn, và vì thế, thể hiện sự an toàn về đầu tư cho nhà khai thác. GPRS là một
công nghệ đã “trưởng thành” và là một giải pháp đã được chuẩn hóa hoàn toàn với các
giao diện mở.
Điều kiện đặt ra là nha khai thác đã phải có là một mạng GSM rộng khắp. Nhu
cầu dịch vụ dữ liệu của thuê bao chủ yếu là các dịch vụ dữ liệu tốc độ trung bình (tới
115kbps). Hạ tầng mạng đã triển khai là rất lớn. Nhà khai thác muốn tận dụng tối đa hạ
tầng hiện có cho dịch vụ dư liệu.
Về kỹ thuật, hệ thống mạng truy nhập của GSM được giữ nguyên và chỉ cần

nâng cấp phần mềm. Cụ thể BTS, BSC phải được nâng cấp phần mềm, MS phải có
chức năng GPRS. Phân hệ mạng lõi được bổ xung thêm phần chuyển mạch gói với hai
nút chính: nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN) và nút hỗ trợ cồng GPRS (GGSN). Bằng
cách này, với nâng cấp không đáng kể, hệ thông có thể cung cấp dịch vụ số liệu gói
cho thuê bao di động rất thích hợp với các dịch vụ số liệu không đối xứng. Với nhà
khai thác GSM khi họ triển khai GPRS cần thực hiện:
Triển khai
Thực hiện
Mạng lõi chuyển mạch gói(SGSN, GGSN)
Giao diện mới Gb giữa BSC-SGSN

Mới

Điều chỉnh Phần cứng và phần mềm BSC, tính cước…

Dùng lại

Phổ tần đang sử dụng.
Mạng lõi chuyển mạch kênh (MSC/HLR/AuC)
Giao diện vô tuyến (MS-BTS)
Giao diện (BSC-MSC)

Hình 1.3 Triển khai GPRS trên nền mạng GSM
VIENGNAKHONE

3

HVCNBCVT

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI NÓI ĐẦU

1.1.3 EDGE
EDGE (Enhanced Data rates for Global Evolution) là một kỹ thuật truyền dẫn
3G đã và GSM. EDGE tái sử dụng băng tần sóng mang và cấu trúc khe thời gian của
GSM, và được thiết kế nhằm tăng tốc độ số liệu của người sử dụng trong mạng GPRS
hoặc HSCSD bằng cách sử dụng các hệ thống điều chế cao cấp và các công nghệ tiên
tiến khác. Vì vậy, cơ sở hạ tầng và thiết bị đầu cuối phù hợp với EDGE hoàn toàn
tương thích với GSM và GPRS.
Nhờ vào các hệ thống mã hóa và điều chế tương thích, tốc độ bit tối ưu có thể
đạt được cho mọi yêu cầu chất lượng kênh. Tốc độ số liệu cực đại của người sử dụng
có thể đạt được khe thời gian là 473,6kbps.
Để tiếp tục tối ưu hóa hệ thông GSM của mình, nhà khai thác có thể sử dụng
công nghệ EDGE. EDGE là một bước phát triển cao hơn của GPRS nhằm tiếp cận gần
hơn với yêu cầu của 3G, nó có thể triển khai trên phổ tần sẵn có của nhà khai thác
TDMA và GSM. So với GPRS, EDGE tập trung vào các cải thiện phần truy nhập vô
tuyến bằng cách sử dụng các phương thức điều chế mức cao và một số kỹ thuật mã
hóa tiên tiến khác. Nhờ vậy tốc độ dữ liệu tối đa của người sử dụng trên một sóng
mang 200 kHz có thể đạt được là 473,6 kbps.
Việc quy hoạch mạng vô tuyến sẽ ít bị ảnh hưởng khi triển khai công nghệ
EDGE. Cụ thể, các BTS được tiếp tục sử dụng, các nút chuyển mạch gói GPRS cũng
không bị ảnh hưởng do chức năng độc lập với tốc độ bit của thuê bao. Toàn bộ thay
đổi đối với các nút chuyển mạch của mạng chỉ là việc nâng cấp phần mềm. Thiết kế
cũng cho phép đầu cuối EDGE nhỏ gọn và giá cạnh tranh được.
Các kênh truyền dẫn trong EDGE cũng thích hợp cho các dịch vụ GSM và
không có sự phân biệt của dịch vụ EDGE, GPRS hay GSM. Xét trên quan điểm nhà
khai thác thì các dịch vụ EDGE nên triển khai trước tiên cho các khu vục nóng sau đó
mở rộng dần theo nhu cầu cụ thể. Việc nâng cấp phần cứng BSS theo công nghệ

EDGE có thể quan niệm nhu nâng cấp và mở rộng mạng để đáp ứng phát triển thuê
bao thông thường. Khả năng 3G băng rộng có thể thực hiện bằng cách triển khai dần
giao diện vô tuyến mới 3G trên mạng lõi GSM hiện tại. Điều này bảo đảm an toàn đầu
tư và chính sách khách hàng cho nhà khai thác.

Hình 1.4 kiến trúc 2.5G GPRS/EDGE.
VIENGNAKHONE

4

HVCNBCVT


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI NÓI ĐẦU

Đối với các nhà khai thác có giấy phép cho băng tần mới 2 GHz thì có thể triển
khai IMT-2000 cho các khu vực phủ sóng sớm có nhu cầu lớn nhất về các dịch vụ 3G.
Đầu cuối hai chế độ EDGE/IMT-2000 sẽ cho phép thuê bao thực hiện chuyển vùng và
chuyển giao giữa các hệ thống. So với phương án xây dựng mạng 3G hoàn toàn mới
thì việc phát triển dần trên mạng GSM sẽ nhanh chóng và rẻ tiền hơn. Các bước trung
gian GPRS và EDGE cũng có thuận lơi phát triển tiếp lên 3G dễ dàng.
Thực tế, việc tăng tốc độ dữ liệu trên giao diện vô tuyến đòi hỏi thiết kế lại các
phương thức truyền dẫn vật lý, khuôn dạng khung, giao thức báo hiệu tại các giao diện
mạng khác nhau. Do vậy, tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể về tốc độ dữ liệu để lựa chọn
phương án nâng cấp hệ thống nhằm tăng tốc độ dữ liệu trên các giao diện A-bis.
Với các nhà khai thác GSM /GPRS khi triển khai EDGE thực hiện:
Triển khai

Thực hiện

Mới

Điều chế, mã hóa, máy thu phát vô tuyến

Điều chỉnh

Phần cứng và phần mềm, nâng cấp mạng lõi gói,

Dùng lại

Độ rộng bằng sóng mang, quy hoạch mạng vô tuyến

Hình 1.5 Triển khai EDGE
1.1.4 WCDMA hay UMTS/FDD
WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) là một công nghệ truy
nhập vô tuyến được phát triển mạnh ở Châu Âu. Hệ thống này hoạt động ở chế độ
FDD và dựa trên kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS-Direct Sequence Spread
Spectrum) sử dụng tốc độ chip 3,84 Mcps bên trong băng tần 5MHz. Băng tần rộng
hơn và tốc độ trải phổ cao làm tăng độ lơi xử lý và một giải pháp thu đa đường tốt hơn,
đó là đặc điểm quyết định để chuẩn bị băng tần cho IMT-2000.
WCDMA hỗ trợ trọn vẹn cả các dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói
tốc độ cao và đảm bảo sự hoạt động đồng thời của các dịch vụ hỗn hợp với chế độ gói
hoạt động ở mức hiệu quả nhất. Hơn thế, WCDMA hỗ trợ các tốc độ số liệu của người
VIENGNAKHONE

5

HVCNBCVT

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI NÓI ĐẦU

sử dụng có tính thay đổi cao, dựa trên thủ tục điều chỉnh tốc độ, trong đó tỷ lệ dung
lượng số liệu giữa những người sử dụng có thể thay đổi từ khung này qua khung khác.
Chuẩn WCDMA hiện thời sử dụng phương pháp điều chế QPSK, một phương
pháp điều chế tốt hơn 8-PSK nhiều, cung cấp tốc độ số liệu đỉnh là 2Mbps với chất
lượng truyền tốt trong vùng phủ rộng.
WCDMA là công nghệ truyền dẫn vô tuyến mới với mạng truy nhập vô tuyến
mới, được gọi là UTRAN, bao gồm các phần tử mạng mới như RNC (Radio Network
Controller) và NodeB ( tên gọi trạm gốc mới trong UMTS).
Nhưng cần chú ý rằng mạng lõi GPRS/EDGE có thể được sử dụng lại và các
thiết bị đầu cuối hoạt động ở nhiều chế độ có khả năng hỗ trợ GSM/GPRS/EDGE và
WCDMA đã được cụ thể hóa, và quá trình chuyển giao cũng như chọn lại cell cũng đã
được thiết lập giữa các hệ thống này.
Với nhà khai thác GPRS hoặc EDGE khi triển khai WCDMA cần thực hiện
( theo R99)
Triển khai
Mới

Điều chỉnh
Dùng lại

Thực hiện
Giao diện vô tuyến WCDMA ( UE Node B)
Giao diện mạng truy nhập vô tuyến RAN (Iub (Node B-RNC)
và Iur(RNC-RNC))

Giao diện mạng lõi: Iu (MSC-RNC và SGSN-RNC)
MSC và SGSN cho giao diện Iu.
Nâng cấp mạng lõi
Mạng lõi chuyển mạch kênh (HLR-AuC)
Mạng lõi chuyển mạch gói (GGSN)

Hình 1.6 Triển khai WCDMA
3GPP R3 (R99):
Phương án chuyển đổi nhằm tận dụng tối đa hạ tầng GSM và GPRS hiện có.
Mạng lõi của 3G có cả phần chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh. Mạng truy
nhập vô tuyến của 3G có thể nối cả với phần chuyển mạch kênh của GSM sau khi đã
VIENGNAKHONE

6

HVCNBCVT


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI NÓI ĐẦU

có phần bổ sung cho 3G. Phần mạng lõi với 2 nút mạng SGSN và GGSN của GPRS
trước đây được sử dụng lại hoàn toàn.
Như vậy phương án này phù hợp cho thị trường có cả dịch vụ yêu cầu chuyển
mạch kênh (thoại, hình) và dịch vụ gói.

Hình 1.7 Kiến trúc 3G-WCDMA R3 (R99)
3GPP R4:
Phần gói với GGSN và SGSN vẫn giữ nguyên. Trung tâm chuyển mạch di động

MSC của hệ thống được tách thành hai phần: phần điều khiển có thể quản lý được rất
nhiều cổng chuyển mạch đa phương tiện.

Hình 1.8 Kiên trúc 3G-WCDMA R4

VIENGNAKHONE

7

HVCNBCVT


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI NÓI ĐẦU

3GPP R5 (IMS):

Hình 1.9 Kiến trúc 3G-WCDMA R5
Đây là giải pháp sử dụng mạng lõi toàn IP. Có thể được truyền trên ATM. Như
vậy vai trò của mạng truy nhập vô tuyên chỉ là thành giao điện vô tuyến của 3G, Mạng
lõi IP có thể tương thích với bất kỳ công nghệ truy nhập vô tuyến nào: WCDMA,
cdma 2000, EDGE…
Hệ thống hoàn toàn không còn phần chuyển mạch kênh, Thoại cũng được
truyền trên IP, Như vậy công nghệ này sẽ còn phụ thuộc rất nhiều vào sự phát triển của
VoIP.
3GPP R6:

Hình 1.10 Sự phát triển của mạng 3GPP
VIENGNAKHONE

8

HVCNBCVT


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI NÓI ĐẦU

Đang được tiếp tục nghiên cứu để khắc phục những nhược điểm của 3GPP R5
Như vậy ta đã có cái nhìn tổng quát về sự phát triển của mạng thông tin di
động. Ta có thể thấy NGN được sử dụng như thế nào trong các mạng di động:
-Theo hướng WCDMA:
Đến UMTS R4:
 NGN trong vùng CS với sự phân chia của các lớp điều khiển và lớp ứng dụng.
 Trung tâm chuyển mạch tách thành 2 khối chức năng: Server và Media
Gateway
 Hình thức vận chuyển ATM và IP thay vì TDM
1.2 Kết luận Chương I
Trong chương I đã trình bày tóm tắt quá trình phát triển từ GSM lên WCDMA,
trình bày về sự phát triển của các phiên bản trong hệ thống thông tin di động và các
kiến trúc của các phiên bản 3GPPR99, 3GPPR4, 3GPPR5 và 3GPPR6 được trình bày
chi tiết nhằm sang tỏ xu hướng hội tụ của các công nghệ 3G.Một số giải pháp của các
nhà cung cấp thiết bị di động chính trên thế giới được giới thiệu các ứng dụng thực
tiễn đã và đang được triển khai trên hệ thống mạng di động toàn cầu.

VIENGNAKHONE

9

HVCNBCVT


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG II

CHƯƠNG II
MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM/GPRS
2.1 Giới thiệu
GSM ( Global System for Mobile Communication) – Hệ thống thông tin di
động toàn cầu. GSM là tiêu chuẩn điện thoại số toàn Châu Âu do ETSI (European
Telecommunication Standard Institute – Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu) quy
định. Giao tiếp vô tuyến của GMS dựa trên công nghệ TDMA (Đa truy nhập phân chia
theo thời gian) kết hợp với FDMA (Đa truy nhập phân chia theo tần số). Ở Châu Âu hệ
thống GSM hoạt động ở tần số 900MHz cũng như tần số 1800MHz. ở Bắc Mỹ, GSM
Sử dụng tần số 1900MHz. Mạng GSM hỗ trợ truyền thoại với tốc độ bit là 13 kbit/s và
truyền số liệu với tốc độ 9,6 kbit/s.
2.2 Cấu trúc của hệ thống GSM
Hệ thốn GSM có thể chia thành nhiều hệ thống con:
Hệ thống con chuyển mạch SS (Switching Subsystem), hệ thống con trạm gốc
BSS (Base Station Subsystem), hệ thống khai thác và bảo dưỡng mạng (OMC –
Operations & Maintenance Center).

Hình 2.1. Cấu trúc tổng quát của hệ thống GSM.
2.2.1 Hệ thống trạm gốc BSS
Hệ thống BSS được chia thành hai khối chức năng chính: Trạm thu phát gốc
BTS (Base Transceiver Station) và bộ điều khiển trạm gốc BSC (Base Station
Controller), ngoài ra còn có khối thích ứng tốc độ chuyển đổi mã TRAU (Transcoder

Rate Adaptor Unit).
Các BTS thực hiện chức năng thu phát vô tuyến trực tiếp đến các thuê bao di
động MS thông qua giao diện vô tuyến Um. BTS gồm các thiết bị thu, phát, anten, các
khối xử lý tín hiệu. BTS được coi là một modem vô tuyến phức tạp.
BSC là đài điều khiển trạm gốc, BSC quản lý giao diện vô tuyến giữa BTS với
MS thông qua các lênh điều khiển. Đó là các lênh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến
và quản lý chuyển giao. Vai trò của BSC là quản lý kênh và quản ly chuyển giao. BSC
VIENGNAKHONE

10

HVCNBCVT


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG II

ấn định kênh vô tuyến trong toàn bộ thời gian thiết lập cuộc gọi và giải phóng kênh khi
kết thúc cuộc gọi. BSC thực hiện các quá trình chuyển giao (Handover) giữa các BTS.
Một BSC có thể quản lý hàng chục BTS.
TRAU có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu thoại thành luồng số tốc độ 64 kbit/s để
truyền từ BSC đến MSC, TRAU tiếp nhận các khung số liệu 16 kbit/s từ giao diện
Abis giữa BTS và BSC, và nó định dạng lại thông tin của mỗi luồng số liệu thành dạng
A-TRAU để truyền đi trên giao diện A giữa BSC và MSC. TRAU thường được đặt
cùng vị trí với BSC.
2.2.2 Hệ thống chuyển mạch SS
Tổng đài di động MSC (Mobile Switching Center) thực hiện chức năng chuyển
mạch cho các thuê bao di động thông qua trường chuyển mạch của nó. MSC quản lý
việc thiết lập cuộc gọi, điều khiển cập nhật vị trí và thủ tục chuyển giao giữa các MSC.

Việc cập nhật vị trí của thuê bao cho phép tổng đài di động MSC nhận biết được vị trí
của các thuê bao di động trong qúa trình tìm gọi trạm di động MS. MSC có tất cả các
chức năng của một tổng đài cố định như tìm đường, định tuyến, báo hiệu,… Điều khác
biệt giữa tổng đài của mạng cố định (PSTN, ISDN, …) và MSC là MSC thực hiện xử
lý cho các thuê bao di động, thực hiện chuyển vùng giữa các Cell.
Chức năng của tổng đài MSC ngoài việc kết nối với các phần tử của mạng di
động nó còn kết nối với các phần tử của mạng khác như mạng điện thoại cố định
PSTN, mạng ISDN, mạng truyền số liệu PSPDN, CSPDN và mạng di động mặt đất
công cộng PLMN khác. MSC thưc hiện chức năng trên gọi là MSC cổng (GMSC).
Các GMSC làm thêm nhiệm vụ chuyển đổi giao thức để phù hợp với từng loại mạng.
Tổng đài cổng cung cấp các dịch vụ kết nối từ mạng di động đến các mạng khác
(di động hoặc cố định), GMSC phục vụ cuộc thộng tin từ mạng khác vào mạng GSM
và từ mạng GSM ra mạng khác, trước hết các cuộc gọi được định tuyến đến GMSC
bất kể MS đang ở đâu, sau đó GMSC hỏi HLR thông tin về MS.
HLR (Home Location Register) – Bộ đăng ký thường trú: chứa đẩy đủ các
thông tin liên quan đến việc đăng ký dịch vụ và vị trí của các thuê bao. HLR có thể
tích hợp ngay trong MSC hoặc đứng độc lập.
VLR (Visitor Location Register) – Bộ đăng ký tạm trú. Là bộ đăng ký dữ liệu
khách, nó chứa các thông tin về vị trí hiện thời của thuê bao di động trong vùng phục
vụ của nó. Thông thường cơ sở dữ liệu của VLR được tích hợp ngay trong MSC.
Ngoai ra trong SS còn có khối đăng ký nhận dạng thiết bị EIR được sử dụng để
quản lý các máy di động. Mục đích là ngăn không cho các máy di động lạ được sử
dụng mạng, chống việc truy nhập trái phép (lấy cắp, nghe lén thông tin) của các thiết
bi khác. EIR quản lý số nhận dạng thiết bị di động quốc tế IMEI (Số nhận dạng trạm di
động theo phần cứng) của từng máy di động. Số nhận dạng phần cứng của mỗi thuê
bao sẽ được nhận thực nhờ EIR.
2.2.3 Trạm di động MS
Trạm di động MS thực hiện hai chức năng:
- Thiết bị vật lý để giao tiếp giữa thuê bao di động với mạng qua đường vô tuyến.
- Đăng ký thuê bao: Mỗi thuê bao phải có một thẻ gọi là Simcad để truy nhập vào

mạng.
Về cấu trúc MS gồm hai phần chính là: Mobile Equiment (ME) và Subscriber
Identity Module (SIM). SIM là bộ phận để nhận dạng thuê bao trong quá trình MS
VIENGNAKHONE

11

HVCNBCVT


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG II

hoạt động trong mạng. Còn ME là bộ phận để xử lý các công việc chung như thu, phát,
báo hiệu….
2.2.4 Hệ thống khai thác và bảo dưỡng mạng (OMC)
Một hệ thống GSM thường bao gồm rất nhiều trung tâm chuyển mạch MSC, bộ
điều khiển trạm gốc BSC và trạm thu phát gốc BTS được lắp đặt tại rất nhiều vi trí
khác nhau trên một vùng diện tích lớn. OMC là hệ thống có nhiệm vụ giám sát toàn bộ
mạng GSM nhằm phục vụ cộng tác khai thác và bảo dưỡng mạng.
2.3 Cấu trúc địa lý của mạng

Hình 2.2 Cấu trúc địa lý của mạng.
Vùng GSM gồm một hoặc nhiều các quốc gia có các mạng di động theo tiêu
chuẩn GSM.
Vùng GMSC: Bao gồm một quốc gia hoặc một vùng địa lý rộng. Các mạng
trong vùng này có thể phủ chồng lấn lên nhau, liên kết với nhau qua các cửa cổng
(GMSC). Một mạng GSM được chia ra nhiều vùng phục vụ mỗi vùng do một hoặc
một vài MSC quản lý. Các thuê bao di chuyển trong vùng không cần cập nhật lại ví trí

đến các HLR mà chỉ thay đổi vị trí ở VLR ( khi MS chuyển từ vùng định vị này sang
vùng định vị khác trong vùng phục vụ).
Một vùng phục vụ thì được thành nhiều vùng định vị mỗi vùng định vị thường
được quản lý bởi một BSC.
Khi có tín hiệu tìm gọi một thuê bao thì nó được phát trong một vùng định vị.
Khi một thuê bao dịch chuyển từ vùng định vị này sang vùng định vị khác thì phải cập
nhật lại vị trí tại VLR.
Một vùng định vị thì bao gồm nhiều cell (ô) mỗi ô được phủ sóng bởi một BTS.
Khi một thuê bao dịch chuyển từ một ô này sang một ô khác trong một vùng định vị
thì không cần cập nhật lại vị trí trong thanh ghi VLR, nhưng phải thực hiện điều khiển
chuyển giao.
Như vậy cấu trúc địa lý của hệ thông GSM là cấu trúc phân lớp nó tiện lợi cho
việc quản lý, định tuyến cuộc gọi.
2.4 Quá trình xử lý các tín hiệu số và biến đổi vào sóng vô tuyến

Hình 2.3 Xử lý tín hiệu số và biến đổi vào sóng vô tuyến ở MS.

VIENGNAKHONE

12

HVCNBCVT


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG II

Ở máy phát, tiếng từ micro qua bộ lọc thông dải 0,3 ÷ 3,4 kHz đưa vào bộ
A/D. Tại A/D tiến hành lấy mẫu (8000 mẫu/s), sử dụng 13 bit để mã hóa tương ứng

tốc độ 8000 × 13 = 104 kbit/s.
Tín hiệu 13 bit, 8000 mẫu/s được chia ra các khoảng 160 mẫu/20ms (chia
8000 mẫu/s thành 50 đoạn) đưa vào mã hóa tiếng.
Sau mã hóa tiếng dòng số ra là 260bit/20ms (tốc độ 13kbit/s), 260 bit này
được phân cấp theo tầm quan trong và được mã hóa kênh, sau mã hóa kênh, tín hiệu
được ghép xen, mật mã hóa, lập khuôn cụm và sau đó tín hiệu được điều chế vào
sóng mang trong dải tần GSM.
Ở máy thu tiến hành giải điều chế, cân bằng Viterbi. Bộ cân bằng này có khả
năng xây dựng mô hình kênh truyền sóng ở mọi thời điểm để giảm tỉ lệ lỗi bit do
ảnh hưởng pha đinh nhiều tia của đường truyền vô tuyến. Bộ cân bằng này cũng
đưa thông tin đến cho bộ giải mã kênh để hiệu chỉnh lõi. Sau đó tín hiệu được giải
mật mã, giải ghép xen, giải mã hóa kênh, giải mã tiếng, qua bộ D/A và tới loa.
2.5 Giao diện vô tuyến (Um)
Trong hệ thống GSM giao diện vô tuyến là giao diện phức tạp và quan trọng
nhất. Giao điện vô tuyến GSM 900 bao gồm hai băng tần sóng công 25MHz cho cả
đường lên và đường xuống (Uplink và Downlink) dải băng tần là 890-915MHz cho
hướng lên và 935-960MHz cho hướng xuống. Trong hệ thống GSM, công nghệ đa
truy nhập phân chia theo tần số FDMA được ứng dụng cho mỗi sóng mang có độ
rộng băng tần 200kHz. Trong băng tần 25kHz chia làm 124 dải thông tần, tương ứng
124 cặp kênh. Bắt đầu từ 890,2MHz với mỗi dải thông tần của kênh vật lý là
200KHz (25MHz/125 kênh) dải tần bảo vệ biên là 200KHz, tách biệt sóng công 45
MHz giữa tần số lên và tần số xuống. Kênh số 0 trong 125 kênh được dùng làm dải
phòng vệ. Khi băng 900 hết thì dùng băng 900 mở rộng: lên (882 ÷ 915)MHz, xuống
(927 ÷ 960)MHz. Băng 1800: lên (1710 ÷ 1785)MHz, xuống (1805 ÷ 1880)MHz. Ms
được chế tạo để có thẻ làm việc trong 1224 tần số và tần số mở rộng.
Về mặt thời gian mỗi sóng mang được ghép vào 8 khe thời gian với thời gian
577µs cho mỗi khe thời gian tuân theo công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời
gian TDMA. Mỗi khe thời gian là một kênh vật lý. Một chu kỳ nhắc lại của mỗi khe
thời gian được gọi là một khung TDMA. Một khung có độ lâu là 8 × 577 =
4,616ms. Để thời gian thu, phát của một ms không đồng thời thì các kênh đường

lên và đường xuống đặt lệnh nhau 3 khe thơi gian. Nhờ vậy giảm ảnh hưởng của
máy phát đến máy thu và việc chuyển thu, chuyển phát đơn giản hơn, có thời gian
xử lý các tin hiệu điều khiển (của MS).
Thông tin về báo hiệu và số liệu của người sử dụng được bảo vệ và chống lỗi
trên giao diện vô tuyến Um thực hiện bằng cách sử dụng mã xoắn và chèn chéo. Sử
dụng điều chế khóa dịch pha tối thiếu Gauss (Gaussian Minmum Shift Keying) trên
giao diện vô tuyến.
2.5.1 Tổ chức các kênh vô tuyến
- Kênh vật lý: Dây xoắn, cáp đồng trục, mỗi khe thời gian. Đây là các kênh
thực có thể đo kiểm, quản lý bằng các tham số cụ thể như là băng thông, độ suy
hao...
Trong GSM, mỗi khe thời gian được coi là một kênh vật lý. Tổng số kênh vật
lý trong hệ thống GSM 124 kênh một kênh có 8 khe thời gian, vậy được 124 × 8 =
992 kênh vật lý.
- Kênh logic: là các kênh ảo, mỗi kênh logic truyền tin tức phục vụ một chức
năng nhất định. Các kênh logic này được đạt vào các kênh vật lý để truyền đi, một
VIENGNAKHONE

13

HVCNBCVT


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG II

hoặc nhiều kênh logic được truyền trên một kênh vật lý. Trong mạng GSM có rất
nhiều các kênh logic, kênh truyền đồng bộ, tìm gọi, báo hiệu là các kênh ảo, chỉ khi
truyền thì mới sử dụng một kênh vật lý để truyền.

2.5.2 Các loại kênh logic (Dữ liệu và điều khiển)

Hình 2.4 Cấu trúc các kênh logic ở giao diện vô tuyến.
Kênh dữ liệu: TCH (Traffic Channel) toàn tốc 22,8kbit/s, TCH bán tốc
11,4kbit/s, gọi là kênh lưu thông (lưu lượng).
Các kênh điều khiển: Các kênh báo hiệu và điều khiển được chia thành ba
loại: các kênh điều khiển quảng bá, chung và dành riêng.
Kênh quảng bá BCH.
- Kênh hiệu chỉnh tần số (FCCH: Frequency Correction Channel) các kênh
này mang thông tin hiệu tận số cho các trạm MS. Đó là kênh đường xuống từ một
điểm đến đa điểm.
- Kênh điều khiển đồng bộ SCH (Synchironization Channel) kênh này mang
thông tin để đồng bộ bít, đồng bộ khe thời gian, khung thơi gian cho MS và giúp
MS nhận dạng ô đang quản lý mình (BTS) bằng mã nhận dạng ô. Đó là kênh đường
xuống, từ một điểm đến đa điểm.
- Kênh điều khiển quảng bá (BCCH: Broad Casting Control Channel) kênh
này phát quảng bá các thông tin chung về ô. Đây là kênh đường xuống từ một điểm
đến đa điểm. Kênh điều khiển chung (CCCH: Commom Control Channel).
- Kênh tìm gọi PCH (Paging Channel): Kênh này là kênh đường xuống từ
điểm đến điểm, dùng để tìm gọi trạm di động. Trong thời gian không có tín hiệu tìm
gọi thì nó phát các cụm giả (tin hiệu giả).
- Kênh truy nhập ngẫu nhiên (RACH: Random Access Channel) sử dụng để
MS yêu cầu được dành một kênh điều khiển chuyên dụng độc lập SDCCH (Stand
Alone Dedicarted Control Channel) khi MS nhận được PCH đây là loại kênh đường
lên từ điểm đến điểm.
VIENGNAKHONE

14

HVCNBCVT

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG II

- Kênh cho phép truy nhập ( AGCH: Access Grant Channel): sử dụng để BTS
trả lời cho kênh RACH của MS khi nó đồng ý cho thuê ban truy nhập mạng sau đó
là chuẩn bị cấp phát một kênh điều khiển riêng (SDCCH) để làm thủ tục truy nhập.
Kênh điều khiển dành riêng (DCCH: Đeicated Control Channel)
-Kênh điều khiển riêng một mình SDCCH: Dùng để MS làm các thủ tục truy
nhập mạng với BTS. Kênh này chỉ được sử dùng dành riêng cho báo hiệu với một
MS. SDCCH được sử dụng cho các thủ tục cập nhật và trong quá trình thiết lập
cuộc gọi trước khi ấn định kênh TCH. SDCCH được sử dụng cho cả đường xuống
lẫn đường lên.
- Kênh điều khiển liên kết chem. SACCH (Slow Assoctaed Control
Channel): Sử dụng để thực hiện các quá trình điều khiển trong thời gian cuộc gọi
như điều khiển công suất, điều khiển đồng bộ…. đó là các kênh đường lên, đường
xuống và từ điểm đến điểm.
- Kênh điều khiển liên kết nhanh (FACCH: Fast Assocrated Control
Channel): Trong những trường hợp đặc biệt người ta sử dụng một kênh lưu thông
để truyền tín hiệu báo hiệu. điều khiển (nhận biết nhanh những cuộc gọi khẩn cấp:
115, 114….) khi đó kênh lưu thông có thêm các cờ lấy cắp (lấy khe thời gian của
kênh lưu thông để truyền).
2.5.3 Mã hóa kênh và điều chế
Do nhiễu điện từ trường trong môi trường tự nhiên và do con người gây ra,
việc mã hóa tiếng nói, số liệu trên giao diện vô tuyến Um cần phải được bảo vệ
chống lỗi. Hệ thống GSM sử dụng mã hóa xoắn và chèn chéo cho mục đích bảo vệ
này. Thuật toán được sử dụng không giống nhau cho thoại và các tốc độ truyền số
liệu khác nhau. Phương pháp sử dụng cho mã hóa khối như sau.

Hệ thông GSM sử dụng mã hóa tiếng nói (Vocoder) với một khối 260bit cho
chu kỳ 20ms mẫu thoại. Thông qua việc kiểm tra thực tế các đối tượng. người ta chỉ
ra rằng trong khối 260bit đó có một số bit quan trọng hơn một số bit khác trong
việc đánh giá chất lượng tiếng nói. Các bit được chia thành 3 lớp:
Lớp Ia gồm 50bit – nhạy cảm với các bit lỗi.
Lớp Ib gồm 132bit – nhạy cảm ở mức độ thấp hơn đối với các bit lỗi.
Lớp II gồm có 78 bit còn lại – ít nhạy cảm nhất với các bit lỗi.
Ở lớp Ia có 3 bit được chèn vào theo chu kỳ để phát hiện lỗi. Nếu có một lỗi
nào được phát hiện, khung này được coi là bị lỗi và bị bỏ qua và được thay thế
bằng một phiên bản suy giảm của khung thu được chính xác trước đó. 53bit của lớp
Ia này cùng với 132bit của lớp Ib và 4bit đầu tiếp theo (tổng công là 189bit) được
đưa vào bộ mã hóa xoắn tốc độ 1/2 và độ dài bắt buộc là 4. Mỗi một bit được mã
hóa thành 2bit ra dựa trên sự kết hợp của 4bit vào trước đó. Bộ mã hóa xoắn có lỗi
ra là 378bit và thêm vào 78bit lớp II đã được bảo vệ. Như vậy các mẫu 20ms tiếng
nói được mã hóa thành 45bit có tốc độ 22,8kbit/s.
Để bảo vệ chống lại nhiễu vô tuyến của các nhóm, mỗi mẫu ở trên được chèn
chéo. Lối ra 456bit sau bộ mã hóa xoắn được chia thành 8 khe khối, mỗi khối là
57bit, các khối này được truyền trên 8 nhóm khe thời gian liên tiếp. Mỗi khe thời
gian liên tiếp có thể truyền 2 khối 57bit (một cụm), mỗi nhóm truyền tải lưu lượng
từ 2 mẫu tiếng nói khác nhau (ghép xen) mỗi khe thời gian truyền thông tin của một
cụm có chiều dài là 156,25bit được truyền trong 0,577ms. Tín hiệu số này được
VIENGNAKHONE

15

HVCNBCVT


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG II

điều chế bởi tần số sóng mang tương tự sử dụng khóa điều chế GAUSS tối thiểu
GMSK.
2.5.4 Tổ chức khung trong GSM
Để một MS có thể đồng bộ được khung tại các thời điểm truy nhập ngẫu
nhiên thi mỗi khung phải có trường chỉ số thứ tự của mình. Để tiết kiệm bit của
trường chỉ số thứ tự người ta tổ chức khung thành các đa khung, các siêu khung và
siêu siêu khung.

Hình 2.5 Tổ chức khung trong GSM
Kênh TCH đa F = 26F, Kênh điều khiển đa F = 51F
2.5.5 Truyền các kênh logic trên các kênh vật lý
Ứng với một tần số sóng mang có 8 khe thời gian, người ta sử dụng 2 khe
thời gian đầu tiên TS 0, TS1 của sóng mang để truyền các kênh logic điều khiển. Các
kênh vật lý (khe thời gian) còn lại sử dụng cho các kênh lưu thông. Khi số sóng
mang được phân trên ô là lớn thì tùy theo sự trợ giúp của các kênh điều khiển với
các kênh lưu thông người ta phân thêm các khe để truyền kênh logic điều khiển.
2.6 Mô tả quá trình thiết lập một cuộc gọi trong mạng GSM
2.6.1 Trạm di động (MS) thực hiện cuộc gọi:
MS yêu cầu ấn định kênh:
Sau khi thực hiện việc quay số, MS yêu cầu được ấn định kênh trên kênh
truy nhập ngẫu nhiên RACH. Nhận được yêu cầu này trạm thu phát gốc BTS sẽ giải
mã bản tin. Phần mềm của trạm gốc BBS ấn định kênh SDCCH với bản tin ấn định
kênh tức thời gửi trên kênh cho phép truy nhập AGCH
MS trả lời:
MS trả lời bản tin ấn định kênh tức thời và chuyển tới ấn định kênh SDCCH.
Trên kênh SDCCH, MS sẽ truyền đi các bản tin SABM (Set Asynchronous Balance
Mode – kiểu cân bằng không đồng bộ tổ hợp). Bên trong bản tin SABM bao gồm
các chỉ thị yêu cầu các dịch vụ khác nhau như bản tin yêu cầu thực hiện cuộc gọi

hay cập nhật vị trí. Các bản tin này sẽ được xử lý tại trạm gốc BSS và được chuyển
tới trung tâm chuyển mạch MSC thông qua giao diện A.
Yêu cầu nhận thực:
Sau khi nhận được các yêu cầu về dịch vụ, trung tâm chuyển mạch MSC sẽ
gửi đi một một yêu cầu nhận thực đối với trạm di động MS. Các yêu cầu nhận thực
sẽ được gửi tới trạm gốc BSS thông qua đường báo hiệu. Trạm thu phát gốc BTS sẽ
VIENGNAKHONE

16

HVCNBCVT


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG II

làm nhiệm vụ truyền các yêu cầu này tới MS trên kênh điều khiển chuyên dụng độc
lập SDCCH.
MS trả lời nhận thực:
Trạm di động MS trả lời yêu cầu nhận thực bằng một đáp ứng nhận thực.
Đáp ứng trả lời nhận thực của MS sẽ được trạm thu phát gốc BTS chuyển tới trung
tâm chuyển mạch BSC trên đường báo hiệu vô tuyến.
Yêu cầu mã hóa:
Sau quá trình nhận thực được hoàn thành (quá trình nhận thực được thực
hiện với các thuật toán và khóa bảo mật dùng trong GSM là A 3, A4, A8 và ki), MSC
sẽ gửi đến BSC một lệnh yêu cầu mã hóa quá trình trao đổi thông tin giữa MS và
MSC (Ciphering Mode: Chế độ mã hóa). Quá trình này được thiết lập hay không là
phụ thuộc vào BSC và MSC thiết lập chế độ mã hóa là ON hay OFF. Nếu chế độ
mã hóa là ON thì thuật toán A5.2 và k i được sử dụng.

Hoàn thành quá trình mã hóa:
MS trả lời hoàn thành quá trình mã hóa bằng cách gửi bản tin thực hiện xong
qua trình mã hóa (Ciphering Mode Complete).
MS thiết lập cuộc gọi:
Trạm di động MS gửi bản tin thiết lập cuộc gọi trên kênh điểu khiển chuyên
dụng độc lập SDCCH, nó gửi tới tổng đài di động MSC dịch vụ yêu cầu thiết lập
cuộc gọi.
Yêu cầu ấn định kênh lưu lượng:
Sau khi tổng đài MSC nhận được bản tin yêu cầu thiết lập cuộc gọi, MSC sẽ
gửi lại hệ thống BSS bản tin ấn định kênh lưu lượng. Bản tin này chỉ thị loại kênh
lưu lượng sẽ được yêu cầu là kênh bán tốc (Half Rate) hay toàn tốc (Full Rate) hoặc
truyền số liệu (Data). Trạm thu phát gốc BTS sẽ chỉ định và ấn định cho MS một
kệnh lưu lượng TCH bằng cách gửi một lệnh ấn định trên kênh SDCCH.
MS hoàn thành việc ấn định kênh lưu lượng TCH:
Để đáp ứng lệnh ấn định kênh, MS chiếm lấy kênh TCH và đồng thời gửi
bản tin hoàn thành việc ấn định kênh trên kênh điều khiển liên kết nhanh FACCH.
Bản tin đổ chuông:
Tổng đài di động MSC gửi bản tin đổ chuông tới máy di động MS. Bản tin
này thông báo cho MS hoàn thành việc gọi và có tín hiệu hồi âm chuông được nghe
thấy từ MS. Bản tin này là trong suất đối với hệ thống trạm gốc BSS.
Bản tin kết nối:
Khi bên bị gọi nhấc máy trả lời thì một bản tin kết nối được gửi đến trạm di
động MS. Tín hiệu này là trong suất đối với trạm gốc BSS. Bản tin kết nối được
truyền thông qua kênh điều khiển liên kết nhanh FACCH. Để trả lời tín hiệu kết
nối, MS mở một đường tiếng và truyên đi thông qua kênh FACCH, bản tin đã kết
nối tới tổng đài di động MSC và cuộc gọi được thực hiện.
2.6.2 MS nhận cuộc gọi
Nhắn tin tìm gọi:
Khi thuê bao được tìm gọi thì tổng đài di động MSC sẽ gửi tới một bản tin
“yêu cầu nhắn tin” (Paging Request) đến hệ thống điều khiển trạm gốc BSC, BSC

sẽ xử lý bản tin này và truyền chúng trên kênh nhắn tin PCH.
Thuê bao trả lời:
Sau khi thu được bản tin Paging Request, trạm di động MS trả lời bằng cách
gửi bản tin yêu cầu kênh trên kênh truy nhập ngẫu nhiên RACH. Ấn định kênh điều
khiển chuyên dụng độc lập SDCCH:
VIENGNAKHONE

17

HVCNBCVT


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG II

Nhận được bản tin ấn định kênh, BSS sẽ xử lý bản tin và ngay lập tức ấn
định một kênh SDCCH. Việc ấn định này sẽ được mã hóa và truyền trên cho phép
truy nhập GACH. Trạm di động MS được ấn định một kênh SDCCH và truyền một
bản tin kiều cân bằng không đồng bộ tổ hợp SABM trả lời nhắn tin. Sau khi được
xử lý tại phần BSS, bản tin trả lời tìm gọi được gửi tới MSC.
Yêu cầu nhận thực:
Sau khi nhận được bản tin trả lời tìm gọi, tổng đài di động MSC sẽ gửi đi
một yêu cầu nhận thực đối với trạm di động MS. Yêu cầu nhận thực được gửi tới
trạm gốc BSS thông qua đường báo hiệu. Trạm thu phát gốc BTS sẽ làm nhiệm vụ
truyền các yêu cầu này tới trạm di động MS trên kênh điều khiển chuyên dụng độc
lập SDCCH.
MS trả lời nhận thực:
MS trả lời yêu cầu nhận thực bằng một đáp ứng nhận thực. Đáp ứng trả lời
nhận thực của MS sẽ được BTS chuyển tới BSC trên đường báo hiệu vô tuyến.

Yêu cầu mã hóa:
Quá trình nhận thực được hoàn thành (được thưc hiện với các thuật toán và
mã hóa dùng trong GSM là A 3, A4, A8 và ki), MS sẽ gủi đến BSC một lệnh yêu cầu
mã hóa quá trình trao đổi thông tin giữa MS và MSC.
Hoàn thành quá trình mã hóa:
MS trả lời hoàn thành quá trình mã hóa bằng cách gửi bản tin “Hoàn thành
chế độ mã hóa” (Ciphering Mode Complete).
Bản tin thiết lập:
MSC gửi bản tin thiết lập tới MS yêu cầu các dịch vụ, BSS gửi bản tin thiết
lập trên kênh điều khiển chuyên dụng độc lập SDCCH.
MS xác nhận cuộc gọi:
Khi nhận được thông tin về việc thiết lập cuộc gọi, trạm di động MS gửi đi
một bản tin xác nhận cuộc gọi. Bản tin này thông báo rằng trạm di động MS đã
nhận được bản tin thiết lập cuộc gọi và cho biết MS có thể nhận cuộc gọi.
Ấn định kênh:
Khi nhận được bản tin xác nhận, tổng đài di độn MSC gửi một bản tin ấn
định kênh. Hệ thống trạm gốc BSS nhận được bản tin này ấn định kênh lưu lượng
TCH và gửi bản tin ấn định kênh tới trạm di động MS trên kênh điều khiển chuyên
dụng độc lập SDCCH.
Hoàn thành ấn định kênh:
Trạm di động MS chiếm lấy kênh TCH và gửi bản tin hoàn thành việc ấn
định kênh trên kênh điều khiển liên kết nhanh FACCH (đây là một kênh logic trên
TCH) hệ thống trạm gốc nhận bản tin này và gửi nó đến tổng đài di động MSC.
Bản tin đổ chuông:
MS gửi bản tin đổ chuông tới tổng đài di động MSC trên kênh điều khiển
liên kết nhanh FACCH. Bản tin này thông báo tổng đài di động MSC đã tìm gọi
được trạm di động MS và MS đang đổ chuông. Tổng đài di động MSC gửi hồi âm
chuông này cho máy chủ gọi.
MS thực hiện kết nối:
Khi trạm di động MS trả lời, MS gửi bản tin kết nối trên kênh điều khiển liên kết

nhanh FACCH và thiết lập một đường thoại đến người sử dụng. Bản tin kết nối được
truyền qua BSS tơi tổng đài di động MSC trên đường báo hiệu. Bản tin xác nhận kết nối
được gửi trả lại tổng đài di động MSC để đi đến tổng đài của máy chủ gọi.
VIENGNAKHONE

18

HVCNBCVT