Bài giảng Thông tin di động: Phần 2 – ThS. Hà Duy Hưng

4. Kỹ thuật phân tập và Kết hợp 
•  Phân tập:

gốc

 Kết hợp:

­  Phân tập không gian 

­   Selective combining

­  Phân tập tần số

­   Switched combining

­  Phân tập phân cực, 

­   Maximal ratio 
combining

­  Phân tập thời gian

­   Equal gain combining

­  Phân tập đa đường

­   Base band combining

1

•  Phân tập không gian (dùng 2 anten thu đặt cách xa nhau)
Khoảng cách để tương quan biên độ giảm ½ là:
∆d c

9λ
16π

0.18λ

Δd ≥ 0.5

Với hệ thống di động thì thường đánh giá độ tương quan thông 
qua hệ số

η=

antenna height
h
=
antenna separation d

Để độ tương quan nhỏ hơn 0.7 thì η = 11

2


•   Selective combining

Rx

•   Switched combining

Rx

Measure
SNR

Compare
Receiver

Threshold

Measure
Receiver

3

Level


•   Maximal Ratio combining
Rx

•   Equal Gain Combining

Rx
Rx

Rx

Φ
Detect
Phase

Φ
Detect
Phase

Measure 
r/N

Measure 
r/N

Receiver
Receiver

4


5.  Hệ thống GSM 
•  Một số kỹ thuật sử dụng trong hệ thống di động số:
­  Kỹ thuật mã hoá tiếng (speech coding – mã hoá nguồn)
+    Tối ưu mã (it bit ma lượng tin vẫn đảm bảo)
­  Mã hoá kênh – mã sửa sai (error correction, channel coding)
­  Kỹ thuật ghép xen (interleaving)  sữa lỗi cụm
­  Kỹ thuật điều chế số (digital modulation) (SV tu đọc về 
PSK, GMSK)
+   Phổ hẹp
+   Có tỷ lệ bit lỗi (BER – Bit Error Rate) nhỏ

+   Sự thay đổi biên độ tín hiệu bé

5


•   Năm 1982 CEPT (Conference of Europe Posts and Telegraphs) hình 
thành nhóm nhiên cứu GSM (Group Spécial Mobile) để phát triển 
mạng di động tế bào mặt đất và đạt được các tiểu chuẩn:
­   Hiệu quả sử dụng phổ cao
­   Chất lượng mã hoá tiếng cao
­   Đầu cuối và giá dịch vụ giảm
­   Đầu cuối đa dạng
­   Hổ trợ roaming quốc tế
­   Hổ trợ nhiều dịch vụ mới
­   Tương thích với ISDN và các hệ thống khác
Hệ thống GSM – Global System for Mobile communication
6


•   Cấu trúc của hệ thống GSM

•  SS ­ Switching Subsystem
•  BSS ­ Base Station Subsystem
•  OSS ­ Operation and Support Subsystem

AuC

Authentication Center

VLR

Visitor Location Register

HLR

Home Location Register

EIR

Equipment 
Register

MSC

Mobile services Switching 
Center  

GMSC

Gateway MSC

BTS

Base Transceiver Station

BSC

Base Station Controller

MS

Mobile Station

OMC

Operation and 
Maintenance Center   

NMC

Network 
Center

7

Identity 

Management 


•   BSS ­ Hệ thống con trạm gốc: tạo vùng phủ sóng phục vụ cho 
thuê bao di động và truyền dẫn tín hiệu
­ MS (Mobile Station)
+ ME (Mobile Equipment) IMEI
+ SIM (Subscriber Identity Module)
#  IMSI (International Mobile Subscriber Identity)
#  TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity)
#   LAI  (Location Area Identity)
#   Khoá Ki  
­  BTS (Base Transceiver Station) tạo vùng phủ sóng – cell

­  BSC ( Base Station Controller) điều khiển nhi
8 ều BTS (tài 


9


•   SS ­ Hệ thống con chuyển mạch: xử lý cuộc gọi và quản lý 
thuê bao di động 
­   MSC  là trung tâm chuyển mạch và tham gia quản lý cước
­   GMSC là gateway giao tiếp với mạng bên ngoài
­   HLR  là nơi lưu trữ data của thuê bao (IMSI, Ki, VLR hiện 
tại, các dịch vụ, MSRN – Mobile Subscriber Roaming Number )
­   VLR  là nơi lưu trữ data của thuê bao (trạng thái thuê bao, 
số LAI hiện tại, TMSI – Temporary Mobile Subscriber Identity, 
MSRN ­ ,..thông tin nhận thực)
­   EIR  là nơi lưu trữ data nhận dạng thiết bị MS
­   AuC  kết hợp với HLR cung cấp thông tin cho VLR biết 
thuê bao có được quyền truy cập hay không,…
10


•   OSS ­ điều hành, bảo dưỡng mạng di động và quản lý
­  OMC điều hành và bảo dưỡng
+  Quản lý cấu hình mạng
+  Quản lý quá trình làm việc của mạng
+  Quản lý bảo mật
­   NMC  quản lý và giám sát các OMC
+   Giám sát các sự cố, cảnh báo
+   Xử lý một số sự cố

11


•   GSM dưới cấu trúc lớp và các giao thức
CM
MM
RR
Tx
MS
BTS
BSC
MSC
­  Tx (Transmission layer) truyền data và báo hiệu qua kênh vô tuyến
­  RR (Radio Resource management) thiết lập, hủy kết nối MS và MSC
­  MM (Mobility Management) quản lý vi trí, đăng nhập và bảo mật
12

­  CM (Communication Management) thiết lập, duy trì và hủy kết nối


•  Dải tần trong hệ thống GSM
Hệ thống GSM sử dụng hai dải tần 900 MHz và 1800MHz được gọi 
là GSM900 và DCS1800. Mỗi dải tần được chia thành nhiều kênh tần 
số (RFC – Radio Frequency Channel), mỗi kênh tần số gồm một tần 
số hướng lên và một tần số hướng xuống với độ rông kênh là 
200kHz.
­ GSM900 làm việc trong dải tần 890 – 960MHz và được phân bố 
như sau
890 MHz

915 MHz

Hướng 
lên

935 MHz

960 MHz

Hướng 
xuống

25 MHz

25 MHz

45 MHz

GSM900 có 124 kênh tần số13


­ DCS1800 làm việc trong dải tần 1710 – 1880MHz và được phân 
bố như sau
1710MHz

1785MHz

Hướng 
lên

1805MHz

1880MHz

Hướng 
xuống

75 MHz

75 MHz

95 MHz

DCS1800 có 374 kênh tần số
890

898.3

906.7

915

Vinafone

1710

1735

935

943.3

Viettel

1760

1785

951.7

960

Mobifone

1805

1830

14
1855

1880


•  Kênh vật lý (Physical Channel)
Mỗi kênh tần số được cấp phát cho các MS sử dụng chung theo 
phương pháp phân chia theo thời gian tạo thành các khung TDMA với 
8 khe thời gian. Mỗi khung TDMA có chiều dài 4615µs  mỗi khe 
thời gian có chiều dài 577µs. Mỗi khe thời gian này được gọi là kênh 

vật lý
Khung TDMA (4615µs)

TS0 TS1 TS2 TS3 TS4 TS5 TS6 TS7

Khe thời gian 577µs (một kênh vật 
lý)
15
Một kênh t
ần số có 8 kênh vật lý


•  Kênh logic: tùy theo nội dung được truyền trên kênh vật lý mà ta 
có các kênh logic khác nhau
­   Kênh lưu lượng
    +  Kênh lưu lượng toàn tốc TCH/F (Traffic Channel/Full rate) 22.8kbps 
(TCH/FS, TCH/F9.6, TCH/F4.8, TCH/F2.4)
    +  Kênh lưu lượng bán tốc TCH/H (Traffic Channel/Half rate) 11.4kbps 
(TCH/HS, TCH/H4.8, TCH/H2.4)
­    Kênh điều khiển
    +   Kênh quảng bá BCH (Broadcast Channel) dùng cho hướng xuống, 
mang thông tin quảng bá của cell đến các MS.
    +   Kênh điều khiển chung CCCH (Common Control Channel) dùng cho 
hướng xuống, và hướng lên để truyền thông tin cho các MS.
    +   Kênh điều khiển riêng DCCH (Dedicated Control Channel) dùng cho 
hướng xuống và hướng lên để báo hiệu điều khiển cho riêng m
ột MS (giám 
16

sát truyền dữ liệu giữa MS và BTS)

+  Nhóm kênh BCH (FCCH, SCH, BCCH):
­  Kênh hiệu chỉnh tần số FCCH (Frequency Correction Channel), 
hướng xuống, hiệu chỉnh tần số cho các MS.
­  Kênh đồng bộ SCH (Synchronization Channel), hướng xuống, mang 
thông tin tram BTS và đồng bộ khung cho MS.
­  Kênh điều khiển quảng bá BCCH (Broadcast Control Channel), 
hướng xuống, phát quảng bá các bản tin hệ thống, bản tin của cell.
+   Nhóm kênh CCCH (PCH, RACH, AGCH):
­   Kênh tìm gọi PCH (Paging Channel), hướng xuống, tìm MS khi thuê 
bao bị gọi.
­   Kênh truy xuất ngẫu nhiên RACH (Random Access Channel), hướng 
lên, dùng khi MS muốn yêu cầu một kênh SDCCH.
­   Kênh cho phép truy xuất AGCH (Access Grant Channel), 
hướng 
17
xuống, để chỉ định một kênh SDCCH.


+    Nhóm kênh DCCH (SDCCH, SACCH):
­  Kênh điều khiển riêng chuẩn SDCCH (Standalone Dedicated 
Control Channel), hướng lên và hướng xuống, dùng dành bào 
hiệu riêng cho một MS cho các thủ tục cập nhật, thiết lập cuộc 
gọi trước khi ấn định kênh TCH
­  Kênh điều khiển kết hợp chậm SACCH (Slow Associated 
Control Channel), hướng lên và hướng xuống, dùng kết hợp với 
một kênh TCH hay SDCCH để mang thông tin đo lường, điều 
khiển công suất,…
­  Kênh điều khiển kết hợp nhanh FACCH (Fast Associated 

Control Channel), hướng lên và hướng xuống, mang các thông 
tin cấp bách  như yêu cầu chuyển giao, được dùng kết hợp với 
TCH bằng cách lấy bớt một số bit
18


•  Cấu trúc khung và đa khung trong GSM
+  Tổ chức cụm (burst), mỗi user truyền dữ liệu trong một khe thời 
gian và được tổ chức với nhiều dạng cụm khác nhau
1 time slot = 156.25 bit durations
Normal 
Burst

3 Start 
bits

FCCH 
Burst

3 Start 
bits

SCH 
Burst

3 Start 
bits

39 encrypted bits

RACH 
Burst

3 Start 
bits

41 synchronization 
bits

Dummy 
Burst

3 Start 
bits

58 mixed 
bits

58 encrypted bits

26Training 
bits

58 encrypted bits

142 fixed bits of zeroes

64Training 
bits

39 encrypted bits

36 encrypted bits

26Training 
bits

3 Stop 
bits
58 mixed 
bits

3 Stop 
bits

8.25 Guard 
Period

3 Stop 
bits

8.25 Guard 
Period

3 Stop 
bits

8.25 Guard 
Period

68.25 bits extended 
Guard Period
3 Stop 
bits
19

8.25 Guard 
Period


+  Cấu trúc đa khung
1 Hyperframe = 2048 Superframes

1 Superframe = 51 Multiframes

1 Multiframe = 26 Frames

1 Frame = 8 time slots

1 time slot
3 Start 
bits

58 encrypted bits

26Training 
bits

58 encrypted bits

3 Stop 20 8.25 Guard 
bits
Period


•  Kênh tiếng trong GSM (speech channel)
­   Kênh tiếng TCH/FS trong GSM được mã hoá bằng bộ mã hoá tiếng 
Vocoder với thuật giải RPE­LTP “Regular Pulse Excitation with Long 
Term Prediction linear predictive coder”. Tốc độ mã hóa của bộ 
CODEC là 260 bits/20ms = 13kbps. Các bits trong 260 bits được chia 
thành 3 nhóm: nhóm Ia gồm 50bits quan trọng nhất, nhóm Ib gồm 
132bits it quan trong hơn, nhóm II gồm 78bits. Nhóm Ia được mã hoá 
khối (50,53) cùng với nhóm Ib và công 4 bits đuôi (tail bits) sau đó mã 
hoá chập với tốc độ mã ½ tạo thành 378 bits. Cùng với 78 bits nhóm II 
có được 456 bits. Các bit này sẽ chia thành các khối con 57 bits và thực 
hiện ghép xen thành 4 khối 114 bits. Các bits này được mật mã và sau 
đó tổ chức cụm và truyền trên kênh vô tuyến.
­   Tại đầu thu quá trình thực hiện ngược với lại quá trình tại hướng 
phát.
21 ể được thể 
­    Quá trình xử lý kênh tiếng trong hệ thống GSM có th


50/53 
encode
Input
Speech

RPE­LTP 
Encoding

4 tail bits 
and ½ conv. 
encode

Inter­
leaving

Encryption

Burst
assembly

MOD
VAD

Comf
Noise

Output
Speech

50/53 
decode
RPE­LTP 
Decoding

DEMOD
4 tail bits 
and ½ conv. 

decode

Deinter
leaving

Decryption

22

Burst
disassembly


­   Kênh tiếng TCH/HS trong GSM được mã hoá bằng bộ mã hoá 
tiếng Vocoder với thuật giải VSELP “Vector Sum Excited Linear 
Prediction”. Tốc độ mã hóa của bộ CODEC là 112 bits/20ms = 5.6 
kbps. Các bits trong 112 bits được chia thành 2 nhóm: nhóm I gồm 
95 bits quan trọng nhất, nhóm II gồm 17 bits ít quan trong hơn. 
Nhóm I 95 bits cùng với 3 bit mã CRC và 6bits đuôi (tail bits) tạo 
thành 104 bits, các bits này được mã hoá chập với tốc độ mã 1/3 
tạo thành 312 bits và được cắt xén bớt 101 bits (punctured) còn lại 
211 bits. Cùng với 17 bits nhóm II không được bảo vệ (không 
được mã hoá) tạo thành 228 bits/20ms = 11.4kbps = TCH/HS. Các 
bit này sẽ được ghép xen, mật mã và sau đó tổ chức cụm và 
truyền trên kênh vô tuyến.
­   Tại đầu thu quá trình thực hiện ngược với lại quá trình tại 
hướng phát.
23

Input
Speech

VSELP 
Encoding

95+3CRC
+6 tail 
bits mux

1/3 conv. 
Encode and 
punctured

Inter­
leaving

Encryption

Burst
assembly

MOD
VAD

Comf
Noise

Output
Speech

VSELP 
Decoding

95 +3CRC 
6 tail bits 
demux

DEMOD
1/3 conv. 
with 
punctured 
Decode 

Deinter
leaving

Decryption

24

Burst
disassembly


•  Kỹ thuật mã hoá tiếng (speech coding)
Speech Coders

Waveform Coders

Time domain

Source Coders

Frequency domain

LPC

Vocoders

LPC – Linear Predictive Coder

Non­differential

PCM

Differential

DELTA

ADPCM

SBC

ATC

DPCM – Differential PCM
CVSDM – Continuously Variable Slope Delta Modulation

CVSDM

APC

APC– adaptive Predictive Coding
SBC – Sub­Band Coding
25
ATP – Adaptive Transform Coding