Nghiên cứu cải tiến thiết bị gây nhiễu liên lạc qua điện thoại di động

ĐẠI HỌC QUỐC GIA
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

ĐẬU TUẤN ANH

NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN THIẾT BỊ GÂY NHIỄU LIÊN
LẠC QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

Hà Nội - 2014


ĐẠI HỌC QUỐC GIA
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

ĐẬU TUẤN ANH

NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN THIẾT BỊ GÂY NHIỄU LIÊN
LẠC QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG

Ngành : Công nghệ Điện tử - Viễn thông
Chuyên ngành : Kỹ thuật điện tử
Mã số : 60 52 02 03

LUẬN VĂN THẠC SỸ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TSTRỊNH ANH VŨ

Hà Nội - 2014

LỜI CAM ĐOAN
Trong quá trình làm luận văn thạc sỹ, tôi đã đọc và tham khảo nhiều loại
tài liệu khác nhau từ sách giáo trình, sách chuyên khảo cho đến các bài báo đã
được đăng tải trong và ngoài nước. Tôi xin cam đoan những gì tôi viết dưới đây
là hoàn toàn chính thống không bịa đặt, những kết quả đạt được trong luận văn
không sao chép từ bất cứ tài liệu nào dưới mọi hình thức. Những kết quả đó là
những gì tôi đã nghiên cứu, tích lũy trong suốt thời gian làm luận văn.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm nếu có dấu hiệu sao chép kết quả từ
các tài liệu khác.
Hà Nội, ngày 30 tháng 06 năm
2014
TÁC GIẢ

ĐẬU TUẤN ANH

1


LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian nghiên cứu và hoàn thiện luận văn em đã nhận được sự
giúp đỡ tận tình và chu đáo của các thầy cô giáo trong Khoa Kỹ thuật Điện tử Viễn thông, Trường Đại Học Công Nghệ, Đại Học Quốc Gia Hà Nội.
Đề tài nghiên cứu với tiêu đề: “Nghiên cứu cải tiến thiết bị gây nhiễu liên
lạc qua điện thoại di động” đã được triển khai thực hiện và hoàn thành với một
số kết quả thu được có khả năng ứng dụng trong thời gian tới trong điều kiện
thực tiễn hiện nay.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy PGS. TS Trịnh Anh Vũ người
đã trực tiếp hướng dẫn em trong quá trình nghiên cứu và hoàn thiện luận văn,
với tất cả lòng nhiệt tình, chu đáo, ân cần cùng với thái độ nghiên cứu khoa học
nghiêm túc và thẳng thắn của một nhà khoa học uy tín, mẫu mực.

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, các anh chị và các bạn đã có
những góp ý kịp thời và bổ ích, giúp đỡ em trong suốt quá trình em nghiên cứu
và hoàn thiện luận văn này.
Em xin kính chúc các thầy cô, các anh chị và các bạn mạnh khỏe và hạnh
phúc.

2


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................
LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................
MỤC LỤC ............................................................................................................
DANH MỤC HÌNH VẼ ......................................................................................
DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................................
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ..................................................................................
LỜI NÓI ĐẦU ...................................................................................................
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN ........................
1.1.

Nền tảng của thông tin vô tuyến ...................

1.2 Các đặc tính của sóng vô tuyến ................................................................
1.2.1Phân loại tần số

1.2.2Đường truyền lan
1.3 Hệ thống thông tin di động........................................................................

1.3.1Các đặc điểm ch

1.3.2Các công nghệ sử

1.3.3Cấu trúc và các t

1.3.4Các kênh vật lý v

1.3.4.1 Các kênh vật lý GSM ......................

1.3.4.2 Các kênh logic GSM .......................
KẾT LUẬN CHƢƠNG I ..................................................................................
CHƢƠNG II: NHIỄU VÔ TUYẾN ĐIỆN......................................................
2.1 Khái niệm chung........................................................................................
2.2

Phân loại nhiễu trong thông tin vô tuyến điệ

2.3

Phân loại nhiễu trong nhiệm vụ tác chiến đi

2.3.1Nhiễu tiêu cực ..

2.3.2Nhiễu tích cực ..

2.3.3Các đặc trưng cơ

2.3.4Phương pháp hìn

2.3.4.1 Nhiễu có cấu trúc theo quy luật .......

2.3.4.2 Nhiễu có cấu trúc không theo quy lu

3


2.4

Tham số chính dùng để đánh giá nhiễu cho tín hi

2.5

Lý thuyết gây nhiễu cho BFSK và BPSK..............

2.5.1

Gây nhiễu tạp âm

2.5.2 Nhiễutạp âmxung................................................................................
2.5.3

Nhiễu tone ........

2.6

Lý thuyết gây nhiễu bằng trải phổ .......................

2.6.1

Nhiễu tạp âm bă

2.6.2

Nhiễu tạp âm dải

2.6.3

Nhiễu đa âm .....

2.6.4

Nhiễu xung .......

2.6.5

Nhiễu lặp lại .....

KẾT LUẬN CHƢƠNG II.................................................................................
CHƢƠNG III : GÂY NHIỄU ĐƢỜNG TRUYỀN SỐ LIỆUCỦA MẠNG
THÔNG TIN DI ĐỘNG ...................................................................................
3.1

Nhiễu trên mạng thông tin di động .......................

3.2

Phương pháp trải phổ sóng vô tuyến ....................

3.3 Tấn công DOS lên hệ thống GSM .............................................................
3.3.1

Gây nhiễu trên h

3.3.1

Gây nhiễu gián đ

3.4

Thiết kế, chế tạo thiết bị gây nhiễu. ......................

3.4.1

Sơ đồ khối và sơ

3.4.2

Các chỉ tiêu tham

3.5

Xây dựng phương pháp kiểm tra - hiệu chỉnh cho

3.5.1

Kiểm tra tham số

3.5.2

Kiểm tra tham số

3.5.3. Đánh giá hiệu quả của thiết bị ...........................................................
3.5.4. Hướng mới trong nghiên cứu sản xuất ..............................................
KẾT LUẬN CHƢƠNG III ...............................................................................
KẾT LUẬN CHUNG ........................................................................................
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................

4


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Đường đi của Sóng vô tuyến...............................................................13
Hình 1.2 Hành trình của sóng vô tuyến đi qua đường chân trời.........................14
Hình 1.3 Cấu trúc tế bào trong mạng di động.....................................................15
Hình 1.4 Cấu trúc tổng quát của hệ thống GSM.................................................17
Hình 1.5 Cấu trúc các cụm (khe thời gian) của GSM.........................................19
Hình 1.6 Phân loại các kênh logic trong GSM...................................................22
Hình1.7 Sắp xếp các kênh logic trên kênh vật lý với các Cell có dung lượng
khác nhau............................................................................................................24
Hình 2.1 Các dạng nhiễu theo độ rộng phổ.........................................................28
Hình 2.2. Dạng tín hiệu và phổ nhiễu không điều chế........................................30
Hình 2.3. Dạng tín hiệu và phổ nhiễu điều biên.................................................30
Hình 2.4 Sơ đồ tạo nhiễu tạp trực tiếp................................................................31
Hình 2.5 Sơ đồ tạo nhiễu tạp điều biên...............................................................32
Hình 2.6 Hệ thống thông tin cơ bản trong môi trường nhiễu..............................35
Hình 3.1 Sơ đồ khối của thiết bị.........................................................................50
Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý kênh 1800MHZ.........................................................51
Hình 3.3. Bo mạch của kênh 1800MHZ.............................................................52
Hình 3.4 Sơ đồ khối IC SKY65120....................................................................53
Hình 3.5 Máy gây nhiễu đường truyền số liệu chế tạo thực tế tại Viện H56 BCA....................................................................................................................54
Hình 3.6 Phổ của máy phát nhiễu.......................................................................56

Hình 3.7 Sơ đồ đo kiểm tra.................................................................................56
Hình 3.8 Sơ đồ kiểm tra - hiệu chỉnh các kênh gây nhiễu..................................57
Hình 3.9 Dải phổ tần số gây nhiễu kênh 462 - 467 MHz...................................58
Hình 3.10 Dải phổ tần số gây nhiễu kênh 869 - 880...........................................59
Hình 3.11 Dải phổ tần số gây nhiễu kênh 925 - 960...........................................60
5


Hình 3.12 Dải phổ tần số gây nhiễu kênh 1805-1880Mhz.................................61
Hình 3.13 Dải phổ tần số gây nhiễu kênh 2100Mhz...........................................62
Hình 3.14 Sơ đồ khối của thiết bị gây nhiễu cầm tay.........................................63
Hình 3.15 Sơ đồ của IC SKY12322-86LF..........................................................63
Hình 3.16 Mô tả chu kỳ phát nhiễu.....................................................................64
Hình 3.17 Sơ đồ nguyên lý của khối Điều khiển................................................65

6


DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1. Phân loại, cơ chế và sử dụng sóng vô tuyến.......................................13
Bảng 1.2 Sắp xếp các tổ hợp kênh trong khung TDMA của hệ thống GSM......23
Bảng 3.1 Công suất truyền tối đa của mạng GSM..............................................47
Bảng 3.2 Chi tiết về quá trình và thời gian thiết lập cuộc gọi.............................49
Bảng 3.3 Chức năng từng chân của IC SKY65120............................................53
Bảng 3.4 Phân chia phổ tần số dành cho 2G tại Việt Nam.................................54
Bảng 3.5 Phân chia phổ tần số dành cho 3G tại Việt Nam.................................54
Bảng 3. 6 Các chỉ tiêu tham số kỹ thuật của máy gây nhiễu thử nghiệm...........55
Bảng 3.7 Sơ đồ chức năng các chân của IC SKY12322-86LF...........................63
Bảng 3.8 Bảng chân lý của IC SKY12322-86LF................................................64

7


Ký hiệu
AMPS
AWGN

Giải nghĩa tiế
Advanced mo
service
AddtiveWhite

BPSK

Binary Phase

CDMA

GPRS

Code Division
Access
Digital Subscr
Enhanced Dat
GSM Evolutio
Frequency div
access
Fast Fourier tr
Frequency Ho

Spectrum
General Packe

GSM

Global System

HSDPA

High Speed D
Access
High Speed P
High Speed U
Access
Institue of Ele
Electronic Eng
Inverse fast Fo
International M
Telecommuni
year 2000
Interim Standa

DSL
EDGE
FDMA
FFT
FHSS

HSPA
HSUPA

IEEE
IFFT
IMT2000

IS-95
ITU

International
Telecommuni
Narrowband-A

N-AMPS
8


NAT
NIC

Network Add
Network inte

OFDM

Orthogonal fr
division mult
Orthogonal fr
division mult
Open system
Personal Com
Personal Digi

Quadrature am
modulation
Quality of ser
Quaternary p
keying
Short Messag
Universal Mo
Telecommuni
Ultra Wide B
Wideband Co
Multiple Acc
Wireless Fide

OFDMA
OSI
PC
PDA
QAM
QoS
QPSK
SMS
UMTS
UWB
WCDMA
WiFi
WiMAX

Worldwide In
for Microwav
Wireless Loc

Wireless Met
Network
Wireless Pers
Network
Wireless Wid

WLAN
WMAN
WPAN
WWAN

9


LỜI NÓI ĐẦU
Khoa học công nghệ phát triển ngày càng mạnh mẽ , cùng với đó là sự
phát triển của các hệ thống thông tin nói chung cũng như sự phát triển của hệ
thống thông tin di động nói riêng đã đặt ra yêu cầu cấp bách về công tác đảm
bảo an ninh, an toàn thông tin đối với các thiết bị thu phát không dây.
Tội phạm sử dụng công nghệ cao có thể thu thập được tin tức từ xa mà
không cần tiếp cận mục tiêu như: Nghe trộm thông tin qua hệ thống thông tin
Viễn thông (Điện thoại cố định, Điện thoại di động tại mục tiêu).
Trước tình hình đó, công tác đảm bảo an toàn thông tin trong các phòng
họp phải được chú trọng nhằm chủ động phòng ngừa, phát hiện và ngăn chặn
các hoạt động thu tin bí mật bằng biện pháp kỹ thuật. Từ những năm trước các
hệ thống kỹ thuật chủ động phòng ngừa đã được trang bị, cho đến nay có nhiều
giải pháp như đề nghị tắt điện thoại di động khi vào họp hoặc đề nghị để điện
thoại di động ngoài phòng họp, song phương án này không triệt để.
Nội dung luận văn đưa ra cái nhìn tổng quan về các loại nhiễu ảnh hưởng
đến hệ thống thông tin di động, phương thức để có thể áp chế một hệ thống

thông tin di động, những ưu nhược điểm khi thực hiện các phương thức này.
Luận văn của em chia làm 3 chương:
Chương I: Tổng quan về thông tin vô tuyến.
Chương II: Các phương pháp gây nhiễu vô tuyến.
Chương III: Gây nhiễu trên mạng thông tin di động.
Vì thời gian thực hiện luận văn có hạn, cùng với kiến thức còn hạn hẹp
nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được sự góp ý
của các thầy cô giáo và các bạn để luận văn được hoàn thiện hơn nữa.
Sau cùng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Trịnh Anh Vũ
cùng các thầy giáo trong khoa Điện tử Viễn thông-ĐHCN-ĐHQGHN đã tận tình
chỉ bảo, giúp đỡ và tạo điều kiện cho em hoàn thành luận văn này.

10


CHƢƠNG I
TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN
1.1. Nền tảng của thông tin vô tuyến
Hiện nay nhu cầu truy cập không dây đang được ưa chuộng và thực tế
đang được ứng dụng rộng rãi. Trong thập niên đầu tiên của thế kỷ hai mốt đã
chứng minh điều đó, sự truy cập dữ liệu không dây tốc độ cao đang được triển
khai trên quy mô khắp toàn cầu.
Thông tin vô tuyến sử dụng khoảng không gian làm môi trường truyền
dẫn. Phương pháp thông tin là: phía phát bức xạ các tín hiệu thông tin bằng sóng
điện từ, phía thu nhận sóng điện từ phía phát qua không gian và tách lấy tín hiệu
gốc. Về lịch sử của thông tin vô tuyến, vào đầu thế kỷ này Marconi thành công
trong việc liên lạc vô tuyến qua Đại Tây dương, Kenelly và Heaviside phát hiện
một yếu tố là tầng điện ly hiện diện ở tầng phía trên của khí quyển có thể dùng
làm vật phản xạ sóng điện từ. Những yếu tố đó đã mở ra một kỷ nguyên thông
tin vô tuyến cao tần đại quy mô. Gần 40 năm sau Marconi, thông tin vô tuyến

cao tần là phương thức thông tin vô tuyến duy nhất sử dụng phản xạ của tầng đối
lưu, nhưng nó hầu như không đáp ứng nổi nhu cầu thông tin ngày càng gia tăng.
Chiến tranh Thế giới lần thứ hai là một bước ngoặt trong thông tin vô tuyến.
Thông tin tầm nhìn thẳng - lĩnh vực thông tin sử dụng băng tần số cực cao
(VHF) và đã được nghiên cứu liên tục sau chiến tranh thế giới - đã trở thành
hiện thực nhờ sự phát triển các linh kiện điện tử dùng cho HF và UHF, chủ yếu
là để phát triển ngành Rađa. Với sự gia tăng không ngừng của lưu lượng truyền
thông, tần số của thông tin vô tuyến đã vươn tới các băng tần siêu cao (SHF) và
cực cao (EHF). Vào những năm 1960, phương pháp chuyển tiếp qua vệ tinh đã
được thực hiện và phương pháp chuyển tiếp bằng tán xạ qua tầng đối lưu của khí
quyển đã xuất hiện. Do những đặc tính ưu việt của mình, chẳng hạn như dung
lượng lớn, phạm vi thu rộng, hiệu quả kinh tế cao, thông tin vô tuyến được sử
dụng rất rộng rãi trong phát thanh truyền hình quảng bá, vô tuyến đạo hàng,
hàng không, quân sự, quan sát khí tượng, liên lạc sóng ngắn nghiệp dư, thông tin
vệ tinh - vũ trụ v.v... Tuy nhiên, can nhiễu với lĩnh vực thông tin khác là điều
không tránh khỏi, bởi vì thông tin vô tuyến sử dụng chung phần không gian làm
môi trường truyền dẫn.
Để đối phó với vấn đề này, một loạt các cuộc Hội nghị vô tuyến Quốc tế đã
được tổ chức từ năm 1906. Tần số vô tuyến hiện nay đã được ấn định theo "Quy
chế thông tin vô tuyến (RR) tại Hội nghị ITU ở Geneva năm 1959. Sau đó lần
lượt là Hội nghị về phân bố lại dải tần số sóng ngắn để sử dụng vào năm 1967,
Hội nghị về bổ sung quy chế tần số vô tuyến cho thông tin vũ trụ vào năm 1971,
11


và Hội nghị về phân bố lại tần số vô tuyến của thông tin di động hàng hải cho
mục đích kinh doanh vào năm 1974. Tại Hội nghị của ITU năm 1979, dải tần số
vô tuyến phân bố đã được mở rộng tới 9kHz - 400 Ghz và đã xem xét lại và bổ
sung sắp xếp chính xác khoảng cách giữa các sóng mang trong Quy chế thông
tin vô cho Quy chế thông tin vô tuyến điện (RR). Để giảm bớt can nhiều của

thông tin vô tuyến, ITU tiếp tục nghiên cứu những vấn đề sau đây để bổ sung
vào sự tuyến:
Dùng cách che chắn thích hợp trong khi lựa chọn trạm.
Cải thiện hướng tính của anten
Nhận dạng bằng sóng phân cực chéo.
Tăng cường độ ghép kênh.
Chấp nhận sử dụng phương pháp điều chế chống lại can nhiễu.
1.2 Các đặc tính của sóng vô tuyến
Tần số sử dụng cho sóng điện từ như vai trò sóng mạng trong thông tin vô
tuyến được gọi riêng là "tần số vô tuyến" (RF). Tần số này chiếm một dải rất
rộng từ VLF (tần số cực thấp) tới sóng milimét. Không thể lý giải đầy đủ sóng
vô tuyến theo lý thuyết, bởi vì nó không chỉ bị ảnh hưởng bởi tầng đối lưu và
tầng điện ly mà còn bởi các thiên thể, kể cả mặt trời.
Do vậy, việc đánh giá các trạng thái của các hành tinh, của tầng đối lưu và
điện ly và việc dự báo đường truyền sóng vô tuyến cũng như khả năng liên lạc
dựa trên nhiều dữ liệu trong quá khứ là hết sức quan trọng. Phần sau đây của
chương trình này sẽ giúp bạn đọc hiểu được cơ chế truyền sóng vô tuyến theo
tần số thông tin vô tuyến cùng những vấn đề khác, liên quan đến sóng vô tuyến.
1.2.1 Phân loại tần số vô tuyến
Trong thông tin vô tuyến, cơ chế truyền sóng vô tuyến và việc sử dụng thiết
bị truyền thông phụ thuộc vào tần số vô tuyến sử dụng. Bảng 1.1 trình bày băng
tần số vô tuyến được phân loại theo tiêu chuẩn quốc tế hiện hành và theo cơ chế
và phương thức sử dụng sóng vô tuyến.
Tần số

3KHz~30 KHz

30KHz~300KHz
300KHz~3MHz

12


3MHz~30MHz

30MHz~300MHz

300MHz~3GHz

3GHz~30GHz

30GHz~300GH
Bảng 1.1. Phân loại, cơ chế và sử dụng sóng vô
tuyến 1.2.2 Đường truyền lan sóng vô tuyến
Sóng vô tuyến không truyền lan theo dạng lý tưởng khi chúng ở trong
không gian do ảnh hưởng của mặt đất và tầng đối lưu. Hình 1.1 mô tả đường
truyền sóng giữa các đầu phát T và đầu thu R và chỉ cho thấy còn có sóng phản
xạ từ bề mặt đất để đạt tới trạm thu, ngoài sóng trực tiếp theo đường thẳng.
(a)
Trong tầm trực thi
(b)
Ngoài tầm trực
T

R
T

(a) Trong tầm thực thi

R

(b) Ngoài tầm thực thi

thi
Hình 1.1. Đƣờng đi của Sóng vô tuyến

13


Khi khoảng cách giữa trạm phát và trạm thu xa nhau hơn, thông tin bằng
sóng đi thẳng trở nên không thể được do độ cong của bề mặt trái đất nhưng vẫn
có thể có sóng vô tuyến truyền lan xuống mặt đất do có sóng bề mặt và sóng
trời, nhờ hiện tượng khúc xạ (Hình 1.2). Nói chung, sóng bề mặt, sóng trực tiếp
và sóng phản xạ, trừ sóng trời, đều được gọi là sóng đất. Sóng trời là sóng điện
từ bị thay đổi hành trình của mình tại tầng điện ly và quay trở về trái đất; tầng
điện ly là nơi hội tụ của vô số điện tích, định hình tại độ cao 100-400Km. Ngoài
sóng bề mặt và sóng trời còn có sóng tán xạ - đó là phản xạ do những sự biến
đổi mãnh liệt của tầng đối lưu và điện ly hoặc do sóng điện từ va chạm với các
vật chất, chẳng hạn như các sao băng, và bị tán xạ để rồi đạt tới đầu thu. Sóng
tán xạ được sử dụng trong phương pháp chuyển tiếp qua tán xạ đối lưu.

Sóng tán xạ tối ưu

Sóng bề mặt

T

Hình 1.2 Hành trình của sóng vô tuyến đi qua đƣờng chân trời
1.3 Hệ thống thông tin di động

1.3.1 Các đặc điểm chính của thông tin di động
Công nghệ thông tin vô tuyến đã phát triển với những bước dài từ điện
báo, phát thanh vô tuyến và truyền hình tới việc sử dụng trải phổ cho điện thoại
di động. Vấn đề đáp ứng sự tăng trưởng về dung lượng mà không cần tăng phổ
vô tuyến đã được giải quyết bằng cách giảm công suất của trạm thu phát vô
tuyến BTS chỉ phục vụ một vùng nhỏ (Cell) và phủ sóng một vùng rộng bằng
cách đặt nhiều cell liên tiếp nhau (Hình 1.3). Mỗi cell được ấn định một phần
nhỏ của toàn bộ tài nguyên phổ tần số được ấn định. Các cell đặt xa nhau có thể
sử dụng cùng cùng một tần số, đó là xuất xứ của tên mạng tổ ong Cellular. Nhờ
14


khả năng sử dụng lại tần số này mà mạng cellular có dung lượng lớn hơn.

Hình 1.3 Cấu trúc tế bào trong mạng di động
Thế hệ đầu tiên của các hệ thống tổ ong là các hệ thống Analog được hãng
NTT sử dụng tại Tokyo vào năm 1977. Mạng Analog NMT được sử dụng tại
châu Âu vào năm 1981, mạng AMPS được sử dụng tại Bắc Mỹ vào năm 1983.
Vào cuối những năm 80 thế hệ đầu tiên của hệ thống Cellular dựa trên các
kỹ thuật báo hiệu analog tỏ ra đã lỗi thời. Những tiến bộ về công nghệ mạch tích
hợp cho phép các kỹ thuật mã hoá tiên tiến được sử dụng, cho phép tăng hiệu
quả sử dụng phổ vô tuyến. Thêm vào đó viễn thông số cho phép sử dụng mã hoá
sửa sai cung cấp một phương thức chống lại nhiễu, vấn đề gây nhiều
khó khăn cho hệ thống analog. Ngoài ra các hệ thống số cho phép ghép các loại
số liệu khác nhau và điều khiển hiệu quả mạng lưới.
Để đảm bảo các chức năng nói trên các mạng thông tin di động phải đảm
bảo một số đặc tính cơ bản sau:
Sử dụng hiệu quả băng tần được cấp phát để đạt được dung lượng cao
do sự hạn chế của dải tần vô tuyến sử dụng cho thông tin di động.
Đảm bảo chất lượng truyền dẫn yêu cầu. Do truyền dẫn được thực hiện

bằng vô tuyến là môi trường truyền dẫn hở, nên tín hiệu dễ bị ảnh hưởng của
nhiễu pha đinh. Các hệ thống thông tin di động phải có khả năng hạn chế tối đa
các ảnh hưởng này. Ngoài ra để tiết kiệm băng tần ở mạng thông tin di động chỉ
có thể sử dụng các Codec tốc độ thấp. Các Codec này phải được thiết kế theo
công nghệ đặc biệt để đạt được chất lượng truyền dẫn cao.
Đảm bảo an toàn thông tin tốt nhất. Môi trường truyền dẫn vô tuyến là
môi trường rất dễ bị nghe trộm và sử dụng trộm đường truyền nên cần phải có
biện pháp đặc biệt để đảm bảo an toàn thông tin. Để đảm bảo quyền lợi của
người thuê bao cần giữ bí mật số nhận dạng thuê bao và kiểm tra tính hợp lệ của
mỗi người sử dụng khi họ truy nhập mạng. Đẻ chống nghe trộm cần mật mã hoá
thông tin của người sử dụng. Ở một số hệ thống thông tin di động người ta sử
15


dụng một khoá nhận dạng bí mật riêng lưu ở bộ nhớ an toàn. Ở
hệ thống GSM thẻ SIM-Card được sử dụng. Người thuê bao cắm thẻ này
vào máy di động của mình và chỉ có người này có thể sử dụng nó. Các thông tin
lưu giữ ở SIM-Card cho phép đảm bảo an toàn thông tin.
Giảm tối đa rớt cuộc gọi khi thuê bao di động chuyển từ vùng phủ này
sang vùng phủ khác.
- Cho phép phát triển các dịch vụ mới, nhất là các dịch vụ phi thoại.
- Để mang tính toàn cầu phải cho phép chuyển mạng quốc tế.
- Các thiết bị cầm tay phải gọn nhẹ và tiêu thụ ít năng lượng.
1.3.2 Các công nghệ sử dụng trong thông tin di động.
Công nghệ FDMA
Công nghệ FDMA là công nghệ đa truy cập phân chia theo tần số. Phổ tần
số qui định cho liên lạc di động được chia thành 2N dải tần số kế tiếp, cách nhau
một dải tần phòng vệ. Mỗi dải tần được gán cho một kênh liên lạc. N dải tần
dành cho liên lạc hướng lên, sau một dải tần phân cách là N dải tần kế tiếp dành
cho liên lạc hướng xuống .

Đặc điểm: mỗi MS đựoc cấp phát đôi kênh liên lạc suốt thời gian thông
tuyến. Nhiễu giao thao do tần số các kênh lân cận nhau là rất đáng kể BTS phải
có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi MS trong tế bào.
Hệ thống FDMA điển hình là hệ thống di động AMPS (Advanced mobile
phone system) .
Công nghệ TDMA
Công nghệ TDMA là công nghệ đa truy cập phân chia theo thời gian. Phổ
tần số quy định cho liên lạc di động được chia thành dải tần liên lạc, mỗi dải tần
liên lạc này được dùng chung cho N kênh liên lạc, mỗi kênh liên lạc là một khe
thời gian trong chu kỳ 1 khung. Tin tức đựơc tổ chức dưới dạng gói, mỗi gói có
bít chỉ thị đầu gói, thị chỉ cuối gói, các bít đồng bộ, các bít bảo vệ và các bít dữ
liệu.
Đặc điểm: Tín hiệu của thuê bao được truyền dẫn số. Liên lạc song công
mỗi hướng thuộc dải tần liên lạc khác nhau. Giảm nhiễu giao thao, giảm số máy
thu phát ở BTS. Fading và trễ truyền dẫn là những vấn đề kỹ thuật rất phức tạp,
ngoài ra ISI (giao thao các ký hiệu) hay mất đồng bộ cũng là những vấn đề cần
giải quyết.
Hệ thống TDMA điển hình là hệ thống di động GSM (Global System for
Mobile communication).
Công nghệ CDMA
Công nghệ CDMA là công nghệ đa truy cập phân chia theo mã. Mỗi MS
16


được gán một mã riêng biệt và kỹ thuật trải phổ tín hiệu giúp cho các MS không
gây nhiễu lẫn nhau trong điều kiện cùng một lúc dùng chung dải tần số.
Đặc điểm: dải tần tín hiệu rộng hàng trăm Mhz, sử dụng kỹ thuật trải phổ
phức tạp. Kỹ thuật trải phổ cho phép tín hiệu vô tuyến sử dụng có cường độ
trường rất nhỏ và chống pha đinh hiệu quả hơn FDMA hay TDMA. Việc các
thuê bao MS trong tế bào dùng chung tần số khiến cho thiết bị truyền dẫn vô

tuyến đơn giản, việc thay đổi kế hoạch tần số không còn là vấn đề phức tạp,
chuyển giao trở nên mềm dẻo hơn, điều khiển dung lượng trong tế bào rất linh
hoạt.
Hệ thống CDMA cũng áp dụng kỹ thuật nén số như TDMA, nhưng với
tốc độ bit thay đổi theo tích cực thoại, nên tín hiệu thoại có tốc độ bit trung bình
nhỏ hơn.
1.3.3 Cấu trúc và các thành phần của hệ thống GSM.
Hệ thống GSM có thể chia thành ba phần chính : hệ thống BSS, hệ thống
mạng chuyển mạch NSS và hệ thống vận hành và bảo dưỡng O&M (hình 1.4).

Hình 1.4 Cấu trúc tổng quát của hệ thống GSM
BTS (Base Transceiver Station) : Trạm thu phát gốc BSC
(Base Station Controller) : Bộ điều khiển trạm gốc
MSC (MobileServiceSwitchingCenter) : Trung tâm chuyển mạch các dịch
vụ di động
HLR (Home Location Register) : Bộ ghi dịch định vị thường trú
EIR (Equipment Identity Register) : Bộ nhận dạng thiết bị
AuC (AuthenticationCenter) : Trung tâm nhận dạng
17


VLR (Visitor Location Register) : Bộ ghi định vị tạm trú
ISDN (Intergrated Services Digital network) : Mạng số tổ hợp đa dịch vụ
PSPDN (Packet Switching Public Digital network) : mạng chuyển mạch
gói công cộng
PSTN (Public Switching Telephone Network) : Mạng chuyển mạch thoại
công cộng
PLMN (Public Land Mobile Network) : Mạng di động mặt đất công cộng Đa số
các chức năng đặc biệt của hệ thống GSM được thực hiện bởi hệ thống các trạm
phát BSS trong việc liên lạc với thiết bị đầu cuối mobile. Hệ thống BSS được

chia thành hai khối chức năng : Trạm phát BTS và bộ điều khiển trạm phát BSC.
Một mạng GSM dung lượng cao thông thường có hàng ngàn BTS. BTS cung
cấp chức năng vô tuyến thu phát và báo hiệu cho sự tương tác với các phần tử
khác của mạng. Vùng phủ sóng của một BTS gọi là một Cell. BSC thực hiện
chức năng chuyển mạch và điều khiển các kênh vô tuyến cho hệ thống BSS.
BSC ấn định kênh vô tuyến trong toàn bộ thời gian thiết lập một cuộc gọi và giải
phóng tài nguyên khi cuộc gọi kết thúc. Chức năng di động chỉ trong nội vùng
hệ thống BSS được thực hiện bởi BSC. Các chức năng này
làm cho cấu trúc của BSC cao hơn của BTS.
Thông thường mỗi BSC điều khiển hàng chục BTS. Khối chuyển mã TCE
kết hợp với BSS chuyển đổi tín hiệu thoại đặc trưng GSM thành dạng mã dùng
trong mạng điện thoại cố định thông thường. Vị trí của bộ chuyển mã TCE có
thể đặt tại hai vị trí tuỳ thuộc vào đặc trưng cụ thể của hệ thống : đặt tại vị trí của
BSC hoặc vị trí của MSC. Vị trí đặt có ý nghĩa đối với giá thành truyền dẫn bởi
vì tín hiệu giữa BTS và bộ chuyển mã là 16 Kbit/sec. Tại bộ chuyển mã, tín hiệu
16 Kbit/sec được chuyển đổi thành 64 Kbit/sec qua MSC tới mạng thoại cố định.
Việc chuyển mạch giữa các thuê bao được thực hiện bởi trường chuyển
mạch trong MSC.
Một MSC kết nối với các mạng khác như là mạng thoại cố định PSTN,
mạng ISDN, mạng số liệu gói PSPDN.
Một bộ số liệu logic được gọi là bộ đăng ký dữ liệu chủ chứa đựng các
thông tin liên quan đến việc đăng ký của mỗi thuê bao như các dịch vụ và vị trí
của thuê bao. Để có thể định tuyến các cuộc gọi tới, các thông tin địa chỉ của
vùng khách được chứa trong HLR. Một ngân hàng giữ liệu là bộ đăng ký dữ liệu
khách VLR phụ trách việc ghi chú các đăng ký yêu cầu và thông tin vị trí của
các thuê bao cư trú trong vùng phục vụ của nó. Thêm vào đó một bộ nhận thực
thiêt bị EIR được sử dụng để ngăn cản việc sử dụng trộm hoặc các máy mobile
cầm tay không được phép.
18

Một cuộc gọi tới máy MS được định tuyến tới tổng đài MSC cổng trong
mạng di động công cộng mặt đất PLMN của thuê bao. Bằng cách sử dụng các
thông tin chứa trong HLR và VLR cuộc gọi được định tuyến tới MSC mà thuê
bao đang ở đó. Trong khi thuê bao đang ở trong mạng chủ thì tổng đài MSC chủ
và MSC cổng là giống nhau.
1.3.4 Các kênh vật lý và các kênh logic
Kênh vật lý là phương tiện để truyền tải thông tin còn kênh logic được
hiểu theo quan điểm về nội dung thông tin được truyền trên các kênh vật lý.
1.3.4.1 Các kênh vật lý GSM
Trong quá trình thực hiện cuộc gọi, mỗi MS sẽ chiếm dụng 1 khe thời
gian trong một khung TDMA cho đến khi kết thúc cuộc gọi hoặc có sự chuyển
giao xảy ra. Để hệ thống làm việc chính xác, việc định thời gian cho quá trình
truyền dẫn tới và từ MS là vấn đề then chốt. MS hoặc BS phải phát thông tin
liên quan đến cuộc gọi tại các thời điểm chính xác nếu không sẽ xảy ra hiện
tượng TS được cấp phát sẽ bị nhỡ. Thông tin được mang trong một TS được gọi
là một cụm. Mỗi một cụm dữ liệu chiếm dụng một khe thời gian được cấp phát
cho nó ở các khung TDMA liên tiếp, cụm này sẽ cung cấp một kênh vật lý để
mang các kênh logic khác nhau giữa MS và BTS, như vậy các kênh logic sẽ
được sắp xếp trên các kênh vật lý. Cấu trúc các cụm (khe thời gian) trong hệ
thống GSM được định nghĩa như Hình 1.5:

Hình 1.5 Cấu trúc các cụm (khe thời gian) của GSM

19


1.3.4.2 Các kênh logic GSM
Có hai nhóm kênh logic chính là nhóm kênh lưu lượng và nhóm kênh điều khiển

Nhóm kênh lưu lượng (TCH)
Kênh lưu lượng mang thông tin thoại và dữ liệu, có hai loại kênh lưu
lượng là kênh lưu lượng toàn tốc và kênh lưu lượng bán tốc
- Kênh lưu lượng toàn tốc
+ TCH/FS:Thoại ( tốc độ tổng 22.8 kbit/s)
+ TCH/F 9.6:9.6 kbit/s – dữ liệu
+ TCH/F 4.8:4.8 kbit/s – dữ liệu
+ TCH/F 2.4:2.4 kbit/s – dữ liệu
- Kênh lưu lượng bán tốc
+ TCH/HS:Thoại ( tốc độ tổng 11.4 kbit/s)
+ TCH/H 4.8:4.8 kbit/s – dữ liệu
+ TCH/H 2.4:2.4 kbit/s – dữ liệu
Nhóm kênh điều khiển
Các kênh điều khiển bao gồm: Kênh điều khiển quảng bá (BCCH), kênh
điều khiển chung (CCCH), kênh điều khiển riêng (DCCH)
Nhóm kênh điều khiển quảng bá BCCH: Các kênh điều khiển quảng bá
chỉ được dùng cho hướng xuống (Từ BSS tới MS) và bao gồm các loại sau:
+ BCCH (Broadcast Control Channel) mang các thông tin sau:


Nhận dạng vùng định vị (LAI)



Danh sách các cell lân cận sẽ được giám sát bởi MS



Danh sách tần số được sử dụng trong cell



Nhận dạng cell



Chỉ thị điều khiển công suất



Cho phép phát không liên tục DTX



Điều khiển truy cập

Sóng mang RF có chứa kênh BCCH được gọi là sóng mang BCCH, các
thông tin được mang trên kênh BCCH sẽ được MS giám sát định kỳ thường
xuyên ( ít nhất 30 giây một lần) khi mà MS bật nguồn và không ở trong thời
gian thực hiện cuộc gọi. Sóng mang BCCH được phát liên tục với công suất cố
định, cường độ sóng mang BCCH sẽ được đo bởi các MS quan tâm đến nó (các
20


MS mà nó đang phục vụ hoặc các MS ở các cell lân cận có thể chuyển giao đến
cell này). Các cụm giả (Dumy Bursts) sẽ được phát thay thế khi không có kênh
lưu lượng nào trong sóng mang BCCH
+
Kênh hiệu chỉnh tần số FCCH (Frequency Correction Channel) cung
cấp thông tin để đồng bộ sóng mang, kênh này được phát thường xuyên để đồng

bộ tần số sóng mang với tần số của phía trạm gốc. Kênh này chỉ được gửi trong
khoảng thời gian của TS0 trên tần số sóng mang BCCH , vì vậy nó hoạt động
như một cờ để MS nhận ra khe thời gian TS0
+
Kênh đồng bộ SCH (Synchronizing Channel) mang thông tin cho phép
MS đồng bộ khung TDMA và biết được thời điểm của mỗi khe thời gian, các
tham số sau sẽ có trong kênh đồng bộ:


Số hiệu khung



Mã nhận dạng trạm thu phát gốc (BSIC)

MS sẽ giám sát thông tin BCCH từ các cell xung quanh và lưu giữ thông
tin của 6 cell lân cận có khả năng phục vụ tốt nhất (mức thu và chất lượng tín
hiệu thu tốt nhất). Thông tin SCH của các cell lân cận này cũng được MS lưu
giữ vì vậy nó có thể đồng bộ lại nhanh chóng khi chuyển sang một cell mới
Nhóm kênh điều khiển chung CCCH (Common Control Channel):
Nhóm kênh này làm việc ở cả hai hướng lên và xuống và chịu trách nhiệm
chuyển các thông tin điều khiển giữa các MS và BTS. Nhóm kênh này cũng cần
thiết cho việc thực hiện các chức năng cuộc gọi gốc (gọi từ MS) và các cuộc gọi
nhắn tin. CCCH bao gồm những kênh sau:
+
Kênh truy cập ngẫu nhiên RACH (Random Access Channel): Chỉ dùng
cho MS để yêu cầu truy cập tới hệ thống, nó được dùng khi MS khởi tạo cuộc
gọi hoặc trả lời tin nhắn
+
Kênh nhắn tin PCH (Paging Channel): Kênh này chỉ hoạt động ở hướng

xuống và được sử dụng để BTS nhắn tin cho MS (như khi tìm gọi một MS)
+
Kênh cho phép truy cập AGCH ( Access Granted Channel): Chỉ hoạt
động ở hướng xuống và được sử dụng để BTS ấn định kênh điều khiển riêng cho
MS phúc đáp bản tin truy cập nhận được trên kênh RACH. MS sẽ chuyển tới
một kênh riêng để thực hiện các thao tác như thiết lập cuộc gọi, phúc đáp tin
nhắn, cập nhật vị trí MS hoặc dịch vụ bản tin ngắn.
Kênh PCH và AGCH không bao giờ được sử dụng cùng một lúc
+
Kênh quảng bá Cell CBCH (Cell Broadcast Channel): Được sử dụng để
phát các bản tin quảng bá tới tất cả các MS trong một Cell ví dụ như thông tin về
lưu lượng giao thông, các kết quả thể thao...CBCH sử dụng một kênh điều khiển
21


riờng gi cỏc bn tin, tuy nhiờn nú li c xem nh mt kờnh iu khin
chung vỡ cỏc bn tin cú th c thu bi tt c cỏc MS trong cell
Tt c cỏc MS ang hot ng u phi thng xuyờn giỏm sỏt c hai
kờnh BCCH v CCCH, CCCH c phỏt cựng mt súng mang vi BCCH
- Nhúm kờnh iu khin riờng DCCH (Dedicated Control Channel): Kờnh
DCCH l mt khe thi gian trờn súng mang RF c s dng mang 8 kờnh
iu khin ginh riờng SDCCH (Stand alone Dedicated Control Channel). Mi
kờnh iu khin riờng c n nh cho mi MS thit lp cuc gi, xỏc nhn
thuờ bao, cp nht v trớ v SMS im im.
Nhúm kờnh iu khin kt hp ACCH ( Associated Control Channel):
Cỏc kờnh ny cú th c kt hp vi mt kờnh SDCCH hoc mt kờnh TCH.
Chỳng c s dng mang cỏc thụng tin kt hp vi cỏc tin trỡnh ang c
thc hin trờn kờnh SDCCH hoc trờn kờnh TCH. Nhúm kờnh ny bao gm:
Kờnh iu khin liờn kt chm SACCH (Slow Associated Control
Channel): Dựng mang thụng tin iu khin cụng sut v nh thi cho

hng xung v lm b ch th cng tớn hiu thu RSSI (Receive
Signal Strength Indicator) v bỏo cỏo cht lng ng truyn cho
hng lờn.
Kờnh iu khin liờn kt nhanh FACCH ( Fast Associated Control
Channel): c phỏt thay cho kờnh TCH. Kờnh FACCH ỏnh cp mt
cm lu lng v chốn vo ú thụng tin ca kờnh FACCH. Kờnh ny
c s dng thc hin nhn dng ngi s dng, chuyn giao v n
nh
Các loại kênh logic

Kênh l-u l-ợng

Toàn tốc
Bm 22.8 Kb/s

FCCH:

Kênh hiệu chỉnh tần số

SCH:

Kênh đồng bộ

BCCH:

Kênh điều khiển quảng bá

PCH:

Kênh nhắn tin

RACH: Kênh truy cập ngẫu nhiên
AGCH: Kênh cho phép truy cập

SDCCH: Kênh điều khiển dành riêng
SACCH: Kênh điều khiển liên kết chậm

FACCH: Kênh điều khiển liên kết nhanh

Hỡnh 1.6 Phõn loi cỏc kờnh logic trong GSM