Hệ thống thông tin di số

Tài liệu tham khảo công nghệ thông tin ngành viễn thông Hệ thống thông tin di số

CHƯƠNG 1 CÁC KỸ THUẬT CƠ SỞ VÀ CÁC BỘ PHẬN CHÍNH TRONG

HỆ THỐNG THÔNG TIN DI SỐ

I CÁC BỘ PHẬN CHÍNH TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG SỐ

- Lưu động là hoàn toàn tự động, bạn có thể đem máy di động của mình khi đi

du lịch và sử dụng ở một nước khác Hệ thống sẽ tự động cập nhật thông tin về vị trícủa bạn cho hệ thống tại nhà bạn Bạn cũng có thể gọi đi và nhận cuộc gọi đến màngười gọi không cần biết vị trí của bạn Ngoài tính lưu động quốc tế, tiêu chuẩnGSM còn cung cấp một số tính năng như thông tin tốc độ cao, faxcimile và dịch vụthông báo ngắn Các máy điện thoại di động sẽ ngày càng nhỏ hơn và tiêu thụ ítcông suất hơn các thế hệ trước chúng

- Tiêu chuẩn GSM được thiết kế để có thể kết hợp với ISDN và tương thích vớimôi trường di động Nhờ vậy tươnng tác giữa hai tiêu chuẩn này đảm bảo

- Năm 1982 GSM bắt đầu phát triển khi các nước Bắc Âu gửi đề nghị đếnCEPT để quy định một dịch vụ viễn thông chung Châu Âu ở 900MHz

- Từ năm 1982 đến năm 1985 người ta bàn luận về việc xây dựng một hệthống số hay tương tự Năm 1985 quyết định hệ thống số Bước tiếp theo là chọn lựagiải pháp băng hẹp và băng rộng

- Năm 1986 một cuộc kiểm tra ngoài hiện trường đã được tổ chức tại Paris cáchãng khác nhau đã đua tài với các giải pháp của mình

- Tháng 05/1987 giải pháp TDMA băng hẹp được lựa chọn, đồng thời các hãngkhai thác đã ký biên bản ghi nhớ MoU(Memorandem of Understanding) thực hiệncác quy định đã hứa sẽ có 1 GSM vận hành vào 01/07/91

- Ecrisson với bề dày kinh nghiệm trong việc thiết kế và sản xuất hệ thống tổong Hệ thống CME20 cho GSM được thiết kế trên cơ sở chuyển mạch số AXE10 Ởnước ta có hai hệ thống điện thoại di động là Vinaphone, VMS.

- Về chất lượng

Chức năng đầu tiên của CME20 là cung cấp một dịch vụ điện thoại di độngtin cậy và chất lượng tốt Các thế hệ máy di động khác nhau cũng sử dụng nhiều loạidịch vụ số liệu mới không cần một modem riêng

Ở GSM việc đăng ký thuê bao được ghi ở modem nhận dạng thuê bao SIM(Subscribe Identity Module) card thuê bao có một kích thước như một tấm tín phiếu.Bạn có thể cắm card thuê bao của mình vào loại máy GSM và chỉ mình sử dụng nó.Hệ thống kiểm tra là đăng ký thuê bao đúng và card không bị lấy cắp Quá trình nàyđược tự động thực hiện bằng một thủ tục nhận thực thông qua một trung tâm nhậnthực

Tính bảo mật cũng được tăng cường nhờ việc sử dụng một mã số để ngănchặn hoàn toàn việc nghe trộm ở vô tuyến

Ở các nước điều kiện tương đối tốt, chất lượng tiếng ở GSM ngang bằng vớihệ thống tương tự Tuy nhiên, ở các điều kiện tồi do tín hiệu yếu hay do nhiễàu giaothoa nặng, GSM có chất lượng tốt hơn

Việc sử dụng công nghệ mới làm các máy điện thoại di động nhỏ và nhẹ hơn,sử dụng “chế động nghỉ” tự động làm cho tuổi thọ ắc qui dài hơn

Cấu trúc chung của hệ thống GSM

NSS: Mạng và hệ thống con chuyển mạch

BSS: Hệ thống con trạm gốc

OSS: Hệ thống con khai thác

MS: Trạm di động

Hình 1.1: Cấu trúc chung của GSM

1.1 Hệ thống con chuyển mạch (SS)

Hệ thống con chuyển mạch bao gồm các chức năng chuyển mạch chính củaGSM cũng như cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lý di động củathuê bao Chức năng chính của SS là quản lý thông tin giữa những người sử dụngmạng GSM với nhau và với mạng khác

1.1.1 MSC

Ở SS chức năng chuyển mạch chính được MSC thực hiện, nhiệm vụ chính củaMSC là điều phối việc thiết lập cuộc gọi đến những người sử dụng mạng GSM Mộtmặt MSC giao tiếp với hệ thống con BSS, mặt khác giao tiếp với mạng ngoài MSClàm nhiệm vụ giao tiếp với mạng ngoài gọi là MSC cổng Việc giao tiếp với mạngngoài để đảm bảo thông tin cho những người sử dụng mạng GSM đòi hỏi cổng thíchứng (các chức năng tương tác – IWF: interworking function) SS cũng cần giao tiếpvới mạng ngoài để sử dụng các khả năng truyền tải của các mạng này cho việctruyền tải số liệu của người sử dụng hoặc báo hiệu giữa các phần tử của mạng GSM.Chẳng hạn SS có thể sử dụng mạng báo hiệu kênh chung số 7 (CCS No), mạng nàyđảm bảo hoạt động tương tác giữa các phần tử của SS trong một hay nhiều mạngGSM MSC thường là một tổng đài lớn điều khiển trạm gốc (BSC) Một tổng đàiMSC thích hợp cho một vùng đô thị và ngoại ô có dân cư vào khoảng một triệu (vớimật độ thuê bao trung bình)

Để kết nối MSC với một số mạng khác cần phải thích ứng với các đặc điểmtruyền dẫn của GSM với các mạng này Các thích ứng này được gọi là các chứcnăng tương tác (IWF: interworking function) bao gồm một thiết bị để thích ứng giaothức và truyền dẫn Nó cho phép kết nối với các mạng: PSPDN (mạng số liệu côngcộng chuyển mạch gói) hay CSPDN (mạng số liệu công cộng chuyển mạch theomạch), nó cùng tồn tại khi các mạng khác chỉ đơn thuần là PSTN hay ISDN IWF cóthể được thực hiện trong cùng chức năng MSC hay có thể ở thiết bị riêng, ở trườnghợp hai giao tiếp giữa MSC và IWF được để mở

1.1.2 HLR

Ngoài MSC, SS bao gồm các cơ sở dữ liệu Các thông tin liên quan đến việccung cấp các dịch vụ viễn thông được lưu giữ ở HLR không phụ thuộc vào vị trí hiệnthời của thuê bao HLR cũng chứa các thông tin liên quan đến vị trí hiện thời củathuê bao Thường HLR là một máy tính đứng riêng không có khả năng chuyển mạchnhưng có khả năng quản lý hàng trăm ngàn thuê bao Một chức năng con của HLRlà nhận dạng trung tâm nhận thực AUC mà nhiệm vụ của trung tâm này quản lý antoàn số liệu của các thuê bao được phép

1.1.3 VLR

VLR là cơ sở dữ liệu thứ hai trong mạng GSM Nó được nối một hay nhiềuMSC và có nhiệm vụ lưu giữ tạm thời số liệu thuê bao của các thuê bao hiện đangnằm trong vùng phục vụ của MSC tương ứng và đồng thời lưu giữ số liệu về vị trícủa các thuê bao nói trên ở mức độ chính xác hơn HLR

Các chức năng VLR thường được liên kết với các chức năng MSC

1.1.4 GMSC

SS có thể chứa nhiều MSC, VLR, HLR Để thiết lập một cuộc gọi đến ngườisử dụng GSM, trước hết cuộc gọi phải được định tuyến đến một tổng đài cổng đượcgọi là GMSC mà không cần biết đến hiện thời thuê bao đang ở đâu

- Các tổng đài cổng có nhiệm vụ lấy thông tin về vị trí của thuê bao và địnhtuyến cuộc gọi đến tổng đài đang quản lý thuê bao ở thời điểm hiện thời (MSC tạmtrú)

- Để vậy, trước hết các tổng đài cổng phải dựa trên số thoại danh bạ của thuêbao để tìm đúng HLR cần thiết và hỏi HLR này Tổng đài cổng có một giao diện vớicác mạng bên ngoài thông qua giao diện này nó làm nhiệm vụ cổng để kết nối cácmạng bên ngoài với mạng GSM Ngoài ra tổng đài này cũng có giao diện báo hiệusố 7 (CCS No7) để có thể tương tác phần tử khác của SS Về phương diện kinh tếkhông phải bao giờ tổng đài cổng cũng đứng riêng mà thường được kết hợp vớiMSC

1.2 Hệ thống con BSS

Có thể nói BSS là một hệ thống các thiết bị đặc thù riêng cho các tính chất tổong vô tuyến của GSM BSS giao diện trực tiếp với các trạm di động (MS) thôngqua giao diện vô tuyến, vì thế nó bao gồm các thiết bị phát và thu đường vô tuyếnvà quản lý các chức năng này Mặt khác BSS thực hiện giao diện với các tổng đài

SS Tóm lại BSS thực hiện đấu nối các MS với các người sử dụng viễn thông khác.BSS cũng phải được điều khiển và vì vậy nó được đấu nối với CSS Các giao diệnbên ngoài của BSS cho ở hình 1.2

NSS: Mạng và hệ thống con chuyển mạch

BSS: Hệ thống con trạm gốc

OSS: Hệ thống con khai thác

MS: Trạm di động

Hình 1.2: Các giao diện ngoài BSS

BSS bao gồm hai loại thiết bị: BTS giao diện với MS và BSC giao diện vớiMSC

Cấu trúc bên trong BSS được cho ở hình 1.3

Luồng điều khiểnLuồng lưu lượng

OSS

Hình 1.3: Các phần tử của BSS

1.2.1 BTS

Một BTS bao gồm các thiết bị phát thu, anten và xử lý tín hiệu đặc thù chogiao diện vô tuyến Có thể coi BTS là các modem vô tuyến phức tạp có thêm một sốcác chức năng khác Một bộ phận quan trọng của BTS là TRAU (Transcoder andrate adapter unit: khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ) TRAU là thiết bị mà ởđó quá trình mã hóa và giải mã tiếng đặc thù riêng cho GSM được tiến hành, ở đâycũng thực hiện thích ứng tốc độ trong trường hợp truyền số liệu TRAU là một bộ

OSS

BTS

BTS

phận của BTS, nhưng cũng có thể đặt nó cách xa BTS và thậm chí trong nhiềutrường hợp được đặt giữa các BSC và MSC.

1.2.2 BSC

BSC có nhiệm vụ quả lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điềukhiển từ xa BTS và MS Các lệnh này chủ yếu là các lệnh ấn định, giải phóng kênhvô tuyến và quản lý chuyển giao (handover) Một phía BSC được nối với BTS cònphía kia nối với MSC của SS Trong thực tế BSC là một tổng đài nhỏ có khả năngtính toán đáng kể Vai trò chủ yếu của nó là quản lý các kênh ở giao diện vô tuyếnvà chuyển giao (handover) Một BSC trung bình có thể quản lý tới vài chục BTS phụthuộc vào lưu lượng của các BTS này Giao diện giữa BSC với MSC được gọi là giaodiện A, còn giao diện giữa nó với BTS được gọi là giao diện Abis

1.3 Trạm di động MS

Trạm di động là thiết bị duy nhất mà người sử dụng có thể thường xuyên nhìnthấy của hệ thống MS có thể là thiết bị đặt trong ô tô, thiết bị xách tay hoặc thiết bịcầm tay Loại thiết bị cầm tay sẽ là thiết bị trạm di động phổ biến nhất Ngoài việcchứa các chức năng vô tuyến chung và xử lý cho giao diện vô tuyến MS còn phảicung cấp các giao diện với người sử dụng (như: micro, loa, màn hiển thị, bàn phímđể quản lý cuộc gọi) hoặc giao diện với một số thiết bị khác (như: giao diện với máytính cá nhân, fax…) Hiện nay người ta đang cố gắng sản xuất các thiết bị đầu cuốigọn nhẹ để đấu nối với trạm di động Việc lựa chọn các thiết bị đầu cuối hiện để mởcho các nhà sản xuất, ta có thể liệt kê ba chức năng chính:

- Thiết bị đầu cuối thực hiện các chức năng không liên quan đến mạng GSM:Fax

- Kết cuối trạm di động thực hiện các chức năng liên quan đến truyền dẫn ởgiao diện vô tuyến

- Bộ thích ứng đầu cuối làm việc như một cửa nối thông thiết bị đầu cuối vớikết cuối di động Cần sử dụng bộ thích ứng đầu cuối khi giao diện ngoài trạm di

động tuân theo tiêu chuẩn ISDN để đấu nối đầu cuối, còn thiết bị đầu cuối lại có thểgiao diện đầu cuối modem Cấu trúc chức năng của trạm di động cho ở hình 1.4.

Hình 1.4: Cấu trúc chức năng một trạm di động

1.4 Hệ thống con khai thác OSS

OSS thực hiện ba chức năng chính sau:

- Khai thác và bảo dưỡng mạng

- Quản lý thuê bao và tính cước

- Quản lý thiết bị di động

1.4.1 Khai thác và bảo dưỡng mạng

- Khai thác là các hoạt động cho phép nhà khai thác mạng theo dõi hành vi củamạng như: tải của hệ thống, mức độ chặn, số lượng chuyển giao (handover) giữa 2ô…, nhờ vậy nhà khai thác có thể giám sát được toàn bộ chất lượng của dịch vụ màhọ cung cấp cho khách hàng và kịp thời xử lý các sự cố Khai thác cũng bao gồmviệc thay đổi cấu hình để giảm những vấn đề xuất hiện ở thời điểm hiện thời, chuẩn

g đầ

u cuốiThiết bị

đầu cuối

bị tăng lưu lượng trong tương lai để tăng vùng phủ Việc thay đổi mạng có thể thựchiện “mềm” qua báo hiệu (chẳng hạn thay đổi thông số handover để thay đổi biêngiới tương đối giữa 2 ô), hoặc thực hiện cứng đòi hỏi sự can thiệp tại hiện trường(chẳng hạn bổ sung thêm dung lượng truyền dẫn hay lắp đặt một trạm mới) Ở hệthống viễn thông hiện đại khai thác được thực hiện bằng máy tính và được tập trung

ở một trạm

- Bảo dưỡng có nhiệm vụ phát hiện, định vị và sửa chữa các sự cố, hỏng hóc.Nó có một số quan hệ với khai thác Các thiết bị ở mạng viễn thông hiện đại có khảnăng tự phát hiện một số sự cố hay dự báo sự cố thông qua tự kiểm tra Trong nhiềutrường hợp người ta dự phòng cho thiết bị để khi có sự cố có thể thay thế bằng thiết

bị dự phòng Sự thay thế này chỉ có thể thực hiện tự động, ngoài ra việc giảm nhẹ sựcố có thể được người khác thực hiện bằng điều khiển từ xa Bảo dưỡng cũng baogồm các hoạt động tại hiện trường nhằm thay thế thiết bị có sự cố

- Hệ thống khai thác và bảo dưỡng có thể được xây dựng trên nguyên lý TMN(Telecommunication management Network: mạng quản lý viễn thông) Lúc này mộtmặt hệ thống khai thác và bảo dưỡng được nối đến các phần tử của mạng viễn thông(các MSC, BSC, HLR và các phần tử mạng khác trừ BTS, vì thâm nhập đến BTSđược thực hiện qua BSC) Mặt khác hệ thống khai thác và bảo dưỡng lại nối đến mộtmáy tính chủ đóng vai trò giao tiếp người máy theo tiêu chuẩn GSM gọi là OMC(Operation and maintenance center: trung tâm khai thác và bảo dưỡng)

1.4.2 Quản lý thuê bao

Bao gồm các hoạt động quản lý đăng ký thuê bao Nhiệm vụ đầu tiên là nhậpvà xóa thuê bao khỏi mạng Đăng ký thuê bao cũng có thể rất phức tạp bao gồmnhiều dịch vụ và các tính năng bổ sung Nhà khai thác có thể thâm nhập được tất cảcác thông số nói trên Một nhiệm vụ quan trọng khác của khai thác có thể thâmnhập được tất cả các thông số nói trên, một nhiệm vụ quan trọng khác của khai tháclà tính cước các cuộc gọi Quản lý thuê bao ở mạng GSM chỉ liên quan đến HLR vàmột số thiết bị OSS riêng chẳng hạn mạng nối HLR với các thiết bị giao tiếp ngườimáy ở các trung tâm giao dịch với thuê bao Sim card cũng đóng vai trò như một bộphận của hệ thống quản lý thuê bao

1.4.3 Quản lý thiết bị di động

Quản lý thiết bị di động được bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR (EquipmentIdnetity Register) thực hiện EIR lưu giữ tất cả các giữ liệu liên quan đến trạm diđộng MS EIR được nối đến MSC qua đường báo hiệu để kiểm tra sự được phép củathiết bị Một thiết bị không được phép sẽ bị cấm

Lưu ý: Khác với thiết bị, sự được phép của thuê bao được AUC xác nhận Ở GSMEIR được coi là hệ thống con SS

Sơ đồ mô hình của hệ thống GSM cho ở hình 1.5

AUC: Trung tâm nhận thực

VLR: Bộ ghi định vị trí tạm trú

MSC: Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ

di động

BTS: Trạm thu phát gốc

SS: Hệ thống con chuyển mạch

HLR: Bộ ghi định vị thường trú EIR: Bộ ghi nhận dạng thiết bị BSC: Bộ điều khiển trạm gốc MS: Trạm di động

OMC: Trung tâm khai thác và bảo dưỡng BSS: Hệ thống con trạm gốc

AUC HLR MSC

EIR VLR

BSC BTS

Truyền lưu lượng

SS

BSS

ISND: Mạng liên kết số đa dịch vụ

CSPDN: Mạng số liệu công cộng chuyển

mạch theo mạch

PLMN: mạng di động công cộng mặt đất

PSPDN: Mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói

PSTN: Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng

Hình 1.5: Mô hình của hệ thống GSM

II CÁC KỸ THUẬT CƠ SỞ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG SỐ

1 Giao diện vô tuyến và truyền dẫn

1.1 Giao diện vô tuyến

Trong GSM, giao diện radio sử dụng tổng hợp cả hai phương thức phân kênhtheo tần số và thời gian: FDMA (Frequency Division Multiple Access) cà TDMA(Time Division Multiple Access) Trong FDMA, GSM sử dụng các băng tần tại 900Mhz (gọi là GSM 900) và 1800 Mhz (gọi là GSM 1800) Để đơn giản hóa chỉ đề cậpđến GSM 900 Mỗi kênh được đặc trưng bở một tần số (sóng mang) gọi là kênh tầnsố RFCH (Radio chanel) cho mỗi hướng thu phát, các tần số này cách nhau 200MHz Trong GSM 900, MS sử dụng 124 RFCH trong dãy tần 25Mhz (từ 890 đến 915MHz) và BTS sử dụng 124 RFCH trong dãy tần từ 935 đến 960 Mhz để phát (tấtnhiên MS phát thì BTS thu và ngược lại) Tại mỗi tần số TDMA lại chia thành 8 khethời gian (time slot) tức là số kênh được tăng lên 8 lần Trong tương lai, số khe sẽđược tăng lên là 16 Một cặp RFCH (thu và phát) tại một khe thời gian được gọi làmột kênh vật lý Một kênh được sử dụng để truyền một nhóm nhất định tham sốthông tin được gọi là kênh logic (logical chanel) Mỗi kênh vật lý được gán cho mộthoặc một số kênh logic Các kênh được chia thành 2 loại:

- Kênh dùng để tải thông tin của thuê bao, như thoại, số liệu… được gọi là kênhtraffic TCH (traffic chanel) Có 2 loại tốc độ truyền trên TCH là tốc độ đầy đủ (fullrate) THC/F là loại tốc độ đang được sử dụng hiện nay và tốc độ bằng một nữa (halfrate) TCH/H sẽ được sử dụng trong tương lai

- Kênh điều khiển CCH (control chanel) được sử dụng để truyền thông tin báohiệu các thông tin quản lý giao diện Um

1.2 Nguyên lý lập mô hình

Mạng GSM đảm bảo truyền dẫn đa dịch vụ Nhiều thông tin khác nhau đượctruyền dẫn trong mạng này như: thông tin thoại, các dạng thông tin số liệu khác (vănbản, hình ảnh fax, các file máy tính, bản tin và các bản tin báo hiệu bên trong mạng.Để lập mô hình truyền dẫn ta có thể sử dụng cấu trúc phân lớp như hình 1.6

Hình 1.6: Cấu trúc phân lớp

Trục đứng của hình vẽ thể hiện các lớp khác nhau của mô hình Lớp thấp nhấttương ứng với thông tin thô, còn lớp cao nhất tương ứng với thông tin đã được tinhchế cho người sử dụng Trục ngang tương ứng với đường truyền dẫn Các thiết bịkhác có thể được sử dụng trên đường truyền dẫn này Các thiết bị này không nhấtthiết phải biết đầy đủ thông tin mà nó truyền Chẳng hạn các nút trung gian khôngcần thiết đầy đủ ngữ nghĩa thông tin của lớp cao nhất Nhờ vậy có thể đơn giản hóacác tiêu chuẩn ở các giao diện bằng cách chỉ xét ở các thuộc tính liên quan đến việctryền tải thông tin

1.3 Truyền dẫn thông tin từ đầu cuối này đến đầu cuối kia của mạng GSM

Xét quá trình truyền dẫn các thông tin thoại cũng như phi thoại giữa người sửdụng GSM với người sử dụng GSM khác hay với người sử dụng mạng điện thoại cốđịnh công cộng PSTN, mang số liên kết đa dịch vụ ISDN, mang số liệu công cộngchuyển mạch gói PSPDN và mạng số liệu công cộng chuyển mạch theo mạchCSPDN

Mức thấp

Mức cao

Đường truyền

1.3.1 Truyền dẫn tiếng (thoại)

Truyền dẫn tiếng giữa một thuê bao GSM và một thuê bao PSTN Có thể đượctrình bày theo cấu trúc nhiều mặt phẳng truyền dẫn với mỗi mặt phẳng thể hiện mộtdạng tín hiệu như hình 1.7

Hình 1.7: Trình bày tiếng

Từ hình ta thấy tín hiệu phát ra từ miệng của thuê bao di động ở dạng âmthanh được biến đổi vào tín hiệu số 13 kbit/s sau các quá trình biến đổi số khác nhaunó điều chế sóng mang được phát vào không trung được thu lại ở anten BTS, đượcxử lý để khôi phục lại tín hiệu số ban đầu, được bộ đổi mã tiếng biến đổi vào tínhiệu 64 kbit/s cho phù hợp với tổng đài số được chuyển mạch đến thuê bao PSTNđược biến đổi vào tín hiệu tương tự và cuối cùng được biến đổi ngược trở lại thànhâm thanh đến tai nghe thuê bao PSTN

1.3.2 Các dịch vụ phi thoại

Các dịch vụ phi thoại này hay còn gọi là các dịch vụ truyền số liệu bao gồmviệc trao đổi các thông tin khác nhau sau đây: văn bản, các bản vẽ, các file máytính, các hình ảnh động, các bản tin Một số bộ phận quan trọng của các thông tin

Mặt phẳng âm thanhMặt phẳng tương tự

Mặt phẳng số 13 kbit/sMặt phẳng số 64 kbit/s

BT S

Bộ chuyển đổi mã tiếng

này được xử lý ở các thiết bị đầu cuối (các thiết bị này có thể rất phức tạp, chẳnghạn server videotex hay hệ thống xử lý bản tin) Các chức năng xử lý của các thiết

bị đầu cuối như sau:

- Mã hóa nguồn: biến đổi văn bản, hình ảnh, âm thanh thành các chữ số cơ haivà ngược lại

- Giao thức giữa 2 đầu cuối cho thông tin: tổ chức trang phiên và ngôn ngữ

- Thể hiện thông tin cho người sử dụng bằng hiển thị tạo âm, in ấn… Các thiết

bị đầu cuối có thể là máy fax, máy tính cá nhân, đầu cuối máy tính, videotex v.v

Ta xét khả năng mang giữa các thiết bị đầu cuối Biên giới giữa GSM trongtrường hợp này có thể là: PSTN (mạng điện thoại chuyển mạch công cộng), ISDN(mạng số liên kết đa dịch vụ), PSPDN (mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói),CSPDN (mạng sử dụng truyền dẫn bằng mạch) và thiết bị đầu cuối Để kết nối GSMvới thế giới bên ngoài ta sử dụng 2 chức năng:

- Chức năng tương tác mạng IWF để kết nối GSM với mạng khác

- Chức năng thích ứng đầu cuối TAF để thích ứng thiết bị đầu cuối với phầntruyền dẫn vô tuyến chung

Các thiết bị giữa TAF và IWF không liên quan đến dịch vụ giữa các đầu cuốivà được gọi là khả năng mang Trừ fax, các chức năng thích ứng phục thuộc vào cáckhả năng mang và mạng số bên ngoài

1.4 Truyền dẫn bên trong GSM

Phần bên trong của mạng truyền dẫn GSM nằm giữa một điểm nào đó bêntrong trạm di động (bên trong TAF đối với truyền số liệu hay ở nơi mà tiếng là mộttín hiệu âm thanh đối với truyền tiếng) và điểm tương tác giữa GSM với các mạngbên ngoài Vậy ta có thể coi truyền dẫn bên trong GSM được giới hạn bởi TAF vàIWF

số liệu cơ bản với ISDN Tuy nhiên các trường hợp khác chẳng hạn fax chức năngnày rất phát triển IWF là một chức năng nằm ở một nơi nào đó giữa MSC và mạngbên ngoài IWF có thể là một bộ phận nằm trong MSC hoặc nằm riêng.

Bây giờ ta hãy xét trạm di động Tồn tại nhiều cấu hình khác nhau của trạm

di động (hình 1.8)

Hình 1.8: Các cấu hình của trạm di động

MTO là cấu hình đơn giản nhất, ở đây tất cả các chức năng chung, thiết bị đầucuối, các chức năng thích ứng được kết hợp chung vào một thiết bị Hiện nay cấuhình này chủ yếu cho tiếng Các trạm di động tổ hợp như thế này cho các dịch vụ sốliệu khác (chẳng hạn cho fax) sẽ xuất hiện trong tương lai Ở MT2, TAF và các giaodiện với thiết bị đầu cuối / modem kinh điển được kết hợp với các chức năng chung

ME trong một thiết bị Ở MT1 sử dụng giao diện ISDN “S” để đấu nối trực tiếp đầucuối ISDN Để có thể đấu nối đầu cuối sử dụng giao diện đầu cuối modem kinh điểncần sử dụng thêm bộ thích ứng đầu cuối

Đầu cuối di động (kiểu 1) Giao diện đầu cuối với modem

Thích ứng đầu cuối

Giao diện ISDN “S”

BTS

RA 1

RA 2

RA0Lấy mẫu

Tốc độ dị bộ ban đầu

Chẳng hạn: 300 hay 9600 bit/s Đồng bộ

ĐệmĐB

Tốc độ trung gian(8hay 16 kbit/s)

a) Truyền dẫn tiếng

Có thể chia đường truyền dẫn tiếng bên trong GSM thành các đoạn sau:

- Trạm di động

- Từ trạm di động đến trạm gốc

- Từ trạm gốc BTS đến bộ chuyển đổi mã riêng (TRAU)

- Từ TRAU đến MSC (hay IWF)

 Trạm di động

Mã hóa tiếng ở trạm di động có thể thực hiện ở tốc độ 13 kbit/s Sơ đồ mã hóatiếng GSM ở tốc độ 13kbit/s Mã hóa này cho phép nhận được chất lượng như mạngcố định nhưng đòi hỏi độ rộng phổ tần vô tuyến hẹp hơn

Tín hiệu tiếng ở MS được đưa qua bộ lọc thông thấp, qua bộ biến đổi A/D đểđược mã hóa PCM (điều xung mã) đồng đều với tần số lấy mẫu 8Khz và 13 bit mãhóa cho 1 mẫu sau đó tín hiệu này được đưa lên bộ biến đổi tương tự số (A/D) Ởđầu ra của bộ A/D ta được các khối 20 ms mã hóa 200 bit làm cho tốc độ luồng ra 13kbit/s (hình 1.9)

Hình 1.9: Quá trình mã hóa tiếng ở GSM (ở MS)

 Truyền tiếng ở đoạn từ trạm di động MS đến trạm gốc BTS

Tín hiệu sau khi mã hóa được đưa đến bộ mã hóa kênh để tạo ra các khối 456bit/20ms với tốc dộ khoảng 22,8 kbit/s sau đó được ghép xen, mật mã hóa và tạothành các cụm để có thể đặt vào khe thời gian dành cho kênh và sau cùng được điềuchế rồi phát vào không trung ở dải sóng 900MHz Ở đầu thu thực hiện quá trìnhngược lại để nhận tín hiệu tiếng mã hóa như ở đầu phát trước khi đưa vào bộ giảiđiều chế

 Truyền tiếng trên đoạn từ BTS – TRAU

Ở đoạn này nếu TRAU đặt xa sẽ có thêm báo hiệu bổ sung vào tiếng đểtruyền các thông tin điều khiển TRAU từ bộ điều khiển chuyển đổi mã từ xa RTH

BTS

(Remote trancoder handler) đặt ở BTS đến TRAU ở BSC Sẽ có 60 bit bổ sung vào

260 bit tiếng trong 20 ms nâng tổng số bit trong 20 ms lên 320 bit và tốc độ củaluồng số cho mỗi kênh sẽ đạt 16 kbit/s Trong số 60 bit bổ sung sẽ có 4 bit để trốngđể phân giữa các khung 20ms Như vậy trong một khung 20ms chỉ có 316 bit mangthông tin

 Truyền dẫn trên đoạn TRAU đặt xa (ở BSC) đến MSC/IWF

Ở đoạn này sử dụng các đường truyền dẫn 64 kbit/s luật A theo tiêu chuẩnG.711

b) Truyền dẫn số liệu

Đối với truyền dẫn số liệu bên trong GSM có thể coi mạng này như là mộtDTE phân bố, còn mạng bên ngoài như là DCE Các giao diện DTE/DCE được thựchiện ở các TAF, TRAU và IWF Để xây dựng các giao diện này GSM cải tiếnkhuyến nghị V110 dành cho giao diện DTE/DCE trong trường hợp DCE là mạngISDN Vì vậy để hiểu được truyền dẫn số liệu trong mạng GSM trước hết ta xét tiêuchuẩn V110

Tiêu chuẩn V110

Tiêu chuẩn này giải quyết các vấn đề sau:

- Truyền tải các thông tin bổ sung

- Truyền tải các số liệu dị bộ ở các đường truyền đồng bộ

- Truyền tải các số liệu đồng bộ ở các đường truyền đồng bộ sử dụng đồng hồđộc lập với nhau

Sơ đồ khối thực hiện thích ứng tốc độ RA của luồng số liệu cần truyền vớiISDN, cho ở hình 1.10

RA 1

RA 2

RA0Lấy mẫu

Tốc độ dị bộ ban đầuChẳng hạn: 300 hay 9600 bit/s

Đồng bộ

ĐB

Tốc độ trung gian(8hay 16 kbit/s)

Hình 1.10: Thích ứng tốc độ ISDN

- Chuyển đổi số liệu dị bộ vào đồng bộ

Chức năng này được thực hiện ở RAO Luồng số liệu dị bộ là một chuỗi cácký tự thường được khở đầu bằng 1 bit “start” và kết thúc bằng 1 bit “stop” Ở luồngnày không cần thiết các bit biên phải trùng với sườn trước của xung đồng hồ RAOcó thể loại bỏ bit “stop” để đảm bảo đồng hồ (hình 1.11)

Hình 1.11: Chức năng RAO

- Điều khiển đồng hồ từ xa

Tốc độ truyền dẫn trong mạng số chẳng hạn ISDN được điều khiển bởi đồnghồ của mạng Trường hợp một đầu cuối được đấu qua mạng PSTN thì tốc độ giữa haiđầu cuối có thể khác nhau Trong trường hợp này khối thích ứng tốc độ phải gửi đithông tin để hiệu chỉnh tốc độ cho đầu kia các thông tin này có thể được gửi đi ở cácbit E4, E5, E6, trong luồng số ra của RA1

- Các tín hiệu bổ sung

Đây là các tín hiệu điều khiển modem Ở V101 các tín hiệu bổ sung chỉ giớihạn hai tín hiệu ở hướng đầu cuối (DTE) đến modem (DCE) và 3 tín hiệu theo hướngngược lại Tùy theo tốc độ bit của luồng số liệu cơ sở 8 bit, tín hiệu này được truyền



Luồng dị bộ

đi trong các khoảng thời gian 5 hay 10 ms Bảng 1.12 dưới đây đưa ra các tín hiệukhác nhau nói trên và tốc độ lấy mẫu chúng.

Bảng 1.12: Truyền tải các tín hiệu điều khiển modem ở V110

Đầu cuối đến modem Modem đến đầu cuối Tốc độ lấy mẫu trung bìnhTrạng thái mạch 108

(Data terminal ready)

Trạng thái mạch 107 (Data

Ý nghĩa của các tín hiệu điều khiển ở bảng 1.12 như sau:

- Data terminal ready: Thông báo cho modem rằng bộ điều khiển ở đầu cuốisẵn sàng thông tin

- Data set ready: Chỉ thị rằng modem sẵn sàng thiết lập đường nối thông tin vàtruyền số liệu với bộ điều khiển của đầu cuối

- Request to send: Thông báo cho modem rằng bộ điều khiển sẵn sàng gửi sốliệu

- Data carrier detect: Chỉ thị rằng modem đã phát hiện ra sóng mang số liệu

- Clear to send: Modem sẵn sàng phát

Các thông tin này ở V110 được ghép vào luồng số cơ sở ở chức năng thích ứngtốc độ, RA1, các bít thông tin bổ sung ở luồng ra RA1 được cho ở bảng 1.13

Bảng 1.13: Các bit thông tin bổ sung ở V110

S4, S9 Trạng thái mạch 105 (Requset to send hay

109 (Data carrier detect) phụ thuộc hướng

truyền

x Trạng thái 106 (Clear to send) Gửi 2 lần trong một

khung

giữa hai đầu cuốiE4, E5, E6 Đồng hồ mạng độc lập (được sử dụng

trong các trường hợp đồng bộ để điềukhiển đồng hồ từ xa khi các modem khôngđược đồng bộ ở mạng truyền tải

Các mã này làmnhanh hay chậm đồnghồ bằng cách bỏ quahay chèn bit

Từ hình 1.10 ta thấy RA0 thực hiện biến đổi luồng số liệu không đồng bộ vàoluồng đồng bộ, ở đầu ra của bộ này ta được các luồng đồng bộ RA1 thực hiện thíchứng tốc độ lần thứ nhất Ở đây nó ghép các bit bổ sung với luồng cơ sở để tạo thànhcác luồng số có tốc độ 8 kbit/s (cho luồng cơ sở có tốc độ  4800 kbit/s) và 16 kbit/s(cho luồng cơ sở có tốc độ 9600 bit/s) Đối với các luồng số có tốc độ nhỏ hơn 4800kbit/s các bit được phát lặp lại để đạt được tốc độ danh định 4800 kbit/s Các khung ởRA1 có độ lâu 5 ms cho 9600 kbit/s và 10 ms cho 4800 kbit/s Ở các khung này cácbit thông tin cơ sở, các bit bổ sung và các bit đồng bộ được ghép chung để đạt đượctốc độ 16 và 8 kbit/s Từ bảng 1.12 ta thấy có 15 bit thông tin bổ sung và 17 bit đồngbộ được ghép vào mỗi khung RA2 thực hiện biến đổi các tốc độ 16 và 8 kbit/s vào

64 kbit/s cho phù hợp với mạng ISDN Việc biến đổi này được thực hiện bằng cáchghép 6 hoặc 7 bit “1” vào mỗi byte

Các đấu nối cho truyền số liệu bên trong mạng GSM

Ta xét hai cách đấu nối số liệu cho mạng GSM: đấu nối trong suốt T(Transparent) và đấu nối không trong suốt NT (Non transparent) Ở cách đấu nối thứhai thông tin được phát lại mỗi khi đầu kia thu được số liệu sai

Đấu nối T: Sơ đồ thích ứng tốc độ cho đấu nối T được cho hình 1.14

Hình 1.14: Thích ứng tốc độ ở GSM

RA0 có nhiệm vụ biến đổi luồng số dị bộ vào đồng bộ RA1 ghép luồng số cơsở với các tín hiệu bổ sung để tạo thành các luồng số 12 kbit/s (cho tốc độ luồng cơsở 9600 kbit/s), 6 kbit/s (cho tốc độ luồng cơ sở 4800 kbit/s) được phát lặp các bítthông tin để đạt được tốc độ định danh là 2400 bit/s và 1,2 kbit/s bổ sung sẽ được đưathêm vào để được tốc độ 3,6 kbit/s Luồng 12 kbit/s được chia thành các khung có độlâu là 5 ms, mỗi khung chứa 60 bit trong đó có 48 bit từ luồng cơ sở và 12 bit bổsung Các bit bổ sung bao gồm các bit thông tin bổ sung cho cho ở bảng 1.13 trừ cácbit E1, E2, E3 mang thông tin về tốc độ vì mức độ thông tin này được truyền riêngtheo đường báo hiệu để thiết lập đường truyền Luồng 6 kbit/s được chia thành cáckhung 10ms, mỗi khung có 60 bit với 48 bit cơ sở và 12 bit bổ sung như ở trường hợptrên Luồng 3,6 kbit/s bao gồm các khung 10 ms với 36 bit trong mỗi khung Trongđó 24 bit dành cho luồng cơ sở còn 12 bit dành cho thông tin bổ sung Nhờ có các tốcđộ bit thấp hơn 8 và 16 kbit/s so với trường hợp ISDN, ta nhận được các vị trí bit dưđể thực hiện mã hóa kênh cho các khối 20ms ở giao diện vô tuyến Đây là vấn đề

Tốc độ dị bộ ban đầu

Chẳng hạn: 300 hay 9600

R

A 2

RA0

RA0

Lấy mẫu

Đệm

ĐệmĐB

Tốc độ trung gian

(8hay 16 kbit/s)

RA1

TAF

MT

Tốc độ số liệu trung gian3,6:6 hay 12 kbit/s

ĐệmBTS+TRAU

64 kbit/s

đặc biệt quan trọng ở truyền dẫn vô tuyến vì truyền dẫn ở đây có chất lượng xấu hơn

ở các đường dây cố định nếu không có các biện pháp bảo vệ chống lỗi

RA1 có nhiệm vụ biến đổi các luồng tốc độ trung gian 3,6 kbit/s, 6 kbit/s, 12kbit/s vào hai luồng tốc độ trung gian 8 hoặc 16 kbit/s, việc biến đổi này được thựchiện bằng cách chèn thêm các bít đồng bộ vào các khung RA1 thường được đặt ởBTS

1.5 Nguyên lý đa thâm nhập

Tồn tại ba phương pháp đa thâm nhập: đa thâm nhập phân chia theo tần số, đathâm nhập phân chia theo thời gian, đa thâm nhập phân chia theo mã Nguyên lý đathâm nhập này được cho ở hình 1.15 Ở phương pháp đa thâm nhập phân chia theotần số (FDMA) mỗi trạm di động dành riêng một kênh với một cặp tần số để thâmnhập đến trạm gốc (BTS), ở phương pháp đa thâm nhập phân chia theo thời gian(TDMA) các trạm di động sử dụng chung một kênh tần số nhưng chỉ được thâm nhậpđến trạm gốc ở các khoảng thời gian khác nhau, ở phương pháp đa thâm nhập phânchia theo mã(CDMA) các trạm di động đều dùng chung một băng tần nhưng sử dụngcác mã khác nhau để thâm nhập đến trạm gốc

GSM sử dụng kết hợp các phương pháp FDMA và TDMA

Hình 1.15: Nguyên lý đa thâm nhậpa)Đa thâm nhập phân chia theo tần số (FDMA)b)Đa thâm nhập phân chia theo thời gian (TDMA)c)Đa thâm nhập phân chia theo mã (CDMA)

1.5.1 Các kênh tần số được sử dụng ở GSM

Các kênh tần số được sử dụng ở GSM nằm trong dãy tần số quy định 900Mhzxác định theo công thức sau:

FL = 890,2 + 0,2 (n-1) Mhz

F u = FL (n) + 45 Mhz

1  n  124Từ công thức trên FL là tần số ở nửa băng thấp, FU là tần số ở nửa băng cao,0,2Mhz là khoảng cách giữa các kênh lân cận, 45Mhz là khoảng cách thu phát, n sốkênh tần vô tuyến

Ta thấy tổng số kênh tần số có thể tổ chức cho mạng GSM là 124 kênh Đểcho các kênh lân cận không gây nhiễu cho nhau mỗi BTS phủ một ô của mạng phảisử dụng các tần số cách xa nhau và các ô sử dụng các tần số giống nhau hoặc gầngiống nhau cũng phải xa nhau

1.5.2 Tổ chức đa thâm nhập bằng cách kết hợp giữa FDMA và TDMA

Truyền dẫn vô tuyến ở GSM được chia thành các cụm (BURST) chứahàng trăm bit đã được điều chế Mỗi cụm được phát đi trong một khe thời giancó độ lâu là 15/26s (577 ms) ở một trong kênh tần số có độ rộng 200 Khz nóitrên Sơ đồ mô tả cách kết hợp FDMA và TDMA được cho ở hình 1.16 Mỗimột kênh tần số cho phép tổ chức các khung thâm nhập theo thời gian, mỗikhung bao gồm 8 khe thời gian từ 0 – 7 (TS0, TS1, TS7)

Hình 1.16: Đa thâm nhập kết hợp FDMA và TDMA

1.1 Quá trình xử lý các tín hiệu số và biến đổi vào sóng vô tuyến

Quá trình này được trình bày ở lớp vật lý 1 trong các khuyến nghị của GSM

Hình 1.17: Xử lý tín hiệu số và biến đổi vào sóng vô tuyến ở MS

2.5.1 Các kênh vật lý

Các kênh vật lý là một khe thời gian ở một tần số vô tuyến dành để truyền tảithông tin ở đường vô tuyến GSM Như ở phần trên đã nói GSM sử dụng băng tầnsau:

890 – 915 Mhz đường lên (MS phát)

935 – 960 Mhz đường xuống (BTS phát)

Khoảng cách giữa các sóng mang là 200 KHz

Trong tương lai khi mở rộng đến hệ thống DCS 1800 băng tần được sử dụng sẽlà:

1710 – 1785 Mhz đường lên

1805 – 1880 Mhz đường xuống

Để đảm bảo các quy định về tần số bên ngoài băng phải có một khoảng bảovệ giữa các biên của băng (200 KHz) Vì thế ở GSM 900 ta có 124 kênh tần số vôtuyến bắt đầu từ 8972 Mhz và ở DCS 1800 ta có 374 kênh tần số vô tuyến bắt đầu từ1710,2 MHz

Mỗi một kênh tần số vô tuyến được tổ chức thành các khung TDMA có 8 khethời gian Một khe thời gian bắt đầu có độ lâu 15/26 s 8 khe thời gian của 1 khungTDMA có độ lâu gần bằng 4,62 ms Ở BTS các khung TDMA ở tất cả các kênh tầnsố trên đường xuống đường đồng bộ Đồng bộ cũng được áp dụng như vậy với đườnglên Tuy nhiên, khởi đầu của khung TDMA đường lên trễ một khoảng thời gian cốđịnh 3 khe Lý do trễ để cho phép MS sử dụng cùng một khe thời gian ở cả đườnglên lẫn đường xuống mà không phải thu phát đồng thời Sự trễ nói trên được mô tả ởhình 1.18.

Đường xuống KTS Khung

TDMA

KhungTDMA

KhungTDMAĐường xuống

KTS

KhungTDMA

KhungTDMA

KhungTDMAĐường lên KTS TDMAKhung TDMAKhung TDMAKhungĐường lên KTS TDMAKhung TDMAKhung TDMAKhung

Hình 1.18: Các khung TDMA

1.5.3 Các kênh logic

Các kênh logic được đặc trưng bởi thông tin truyền giữa BTS và MS Các kênhlogic này được đặt vào các kênh vật lý nói trên

Có thể chia các kênh logic thành 2 loại tổng quát: các kênh lưu lượng và cáckênh báo hiệu điều khiển Các kênh lưu lượng gồm 2 loại được định nghĩa như sau:

- Bm hay TCH toàn tốc (TCH/F), kênh này mang thông tin tiếng hoặc số liệu ởtốc độ khoảng 22,8 kbit/s

- Lm hay TCH báo tốc (TCH/H) kênh này mang thông tin ở tốc độ vào khoảng11,4 kbit/s Các kênh báo hiệu điều khiển chia làm 3 loại: các kênh điều khiểnquảng bá, các kênh điều khiển chung và dành riêng

1.5.4 Mã hóa kênh

3TS

Mã hóa kênh được sử dụng để phát hiện và hiệu chỉnh lỗi trong luồng bit thuđể giảm tỉ số bit lỗi BER Để đạt được điều này người ta bổ sung các bit dư vàoluồng thông tin Tồn tại hai dạng mã kênh khác nhau: mã tuyến tính và mã xoắn.

1.5.5 Mật mã hóa

Một trong các ưu điểm lớn của hệ thống truyền dẫn số là dễ dàng bảo vệ tínhiệu này khỏi sự can thiệp của người thứ ba không được phép bằng cách mật mã hóatín hiệu số Ở GSM phương pháp mật mã hóa không phụ thuộc vào dạng số liệuđược phát, nhưng chỉ áp dụng cho các cụm bình thường

Mật mã hóa tín hiệu đạt được bằng thao tác hoặc loại trừ (XOR) giữa mộtchuỗi ngẫu nhiên với 114 bit của cụm bình thường, nghĩa là với tất cả các bit thôngtin trừ các cờ lấy cắp bảng 1.19 Để giải mật mã người ta thực hiện thao tác hoặcloại trừ (XOR) giữa tín hiệu thu với chuỗi ngẫu nhiên

Bảng 1.19: Nguyên lý mật mã và giải mã tín hiệu số

Tín hiệu số Chuỗi mật mã Tín hiệu đã mã hóa

Hình 1.20: Nguyên lý mật mã và giải mật mã

1.5.6 Đo và nhảy tần

Trong quá trình của một cuộc gọi trạm di động liên tục báo cáo cường độ tínhiệu của các BTS lân cận cho hệ thống Đo cường độ tín hiệu của các BTS lân cậnđược trạm di động thực hiện khi nó không bận làm các công việc khác, nghĩa làtrong khoảng thời gian giữa phát và thu ở khe thời gian dành cho nó (hình 1.21).Cường độ tín hiệu của BTS phục vụ trạm di động được đo khi thu ở khe thời giandành cho MS MS được thông báo phải đo các sóng mang BCCH nào qua thông tinhệ thống SACCH Để đảm bảo đo đúng BTS cần thiết, MS phải xác định được nhậndạng của BTS này Nhận dạng của BTS được cho bởi giá trị BSIC được phát trênSCH ở TSO/Co Vì thế trong thời gian khung rỗi ở đa khung cho TCH (26 khungTDMA) MS phải kiểm tra BSIC của các trạm BTS lân cận MS chỉ đo cường độ tínhiệu tương ứng với 6 BSIC của các BTS lân cận

Các hoạt động khác nhau của MS được ký hiệu ở hình 1.21 như sau:

1 MS thu và đo tín hiệu ở BTS đang phục vụ nó (TS2)

2 MS phát

3 MS đo cường độ tín hiệu ở một trong các ô lân cận

4 MS đọc BSIC trên SCH (TS0) cho một trong số các ô mạnh nhất

A5

Số khung(22 bit)

Kc (64 bit)

S1(114 bit)

S2(114 bit)Mật mã

Giải mật

A5

Số khung(22 bit)

Kc (64 bit)

S1(114 bit)

S2(114 bit)Giải mật mã

Nếu MS không đồng bộ với ô mà nó muốn nhận dạng Thì nó không tìm đượcTS0 mang BCCH Vì thế nó phải đo ở khoảng thời gian ít nhất là 8 khe thời gian đểđảm bảo xác định chắc chắn TS0 mang BCCH.

Hình 1.21: Nguyên lý đo của MS

* Các đa khung trượt

Hình 1.22 : Các đa khung trượt

MS chỉ đọc TS0 chưa đủ, nó phải tìm được SCH ở khe này Ta nhớ lại rằng đakhung chứa SCH được tổ chức sao cho cứ 10 khung thì có 1 SCH, vì vậy xác suất MS

51 khung = 235,4 ms BCCH +CCCH

thu được khung đúng chứa BSIC chỉ là 10% Để giải quyết vấn đề này các đa khungTCH trượt so với các đa khung TCH chứa 26 khung IDLE sẽ trượt lên tất cả cáckênh điều khiển ở TS0 và cuối cùng nó sẽ gặp được SCH

Hình 1.22 cho thấy quá trình được gọi là đa khung trượt Hai mũi tên ở sơ đồđánh dấu hai trường hợp khung IDLE ở đa khung TCH gặp SCH ở đa khung điềukhiển Lưu ý rằng ở cuối đa khung điều khiển SCH không xuất hiện 10 khung mộtlần vì ở đây mội khung IDLE được đưa vào, vì vậy trong trường hợp xấu nhất việcxác định BSIC rất trễ

MS phải có khả năng giải quyết mã BSIC cho 6 ô mạnh nhất trong 10 giâythậm chí trong trường hợp xấu nhất đối với 6 ô lân cận MS vẫn phải mã tất cả 6BSIC trong 10 giây

d) Nhảy tần

Khả năng nhảy tần được người khai thác mạng sử dụng hoặc trên toàn bộmạng hoặc một phần mạng Mục đích chính của tính năng này là đảm bảo sự phântập ở đường truyền dẫn (đặc biệt tăng hiệu quả của mã hóa kênh và ghép xen đốivới MS chuyển động chậm) và trung bình hóa tỉ số tín hiệu trên nhiễu (C/I) để đảmbảo tỉ số này lớn hơn mức ngưỡng Nguyên nhân lý nhảy tần như sau: ở một khe thờigian trạm di động phát ở một tần số, sau đó nó chuyển sang phát ở một tần số khác ởmột khe thời gian sau… Nhảy tần số xảy ra giữa các khe thời gian vì thế nó có tốc độ

217 lần trong 1 giây Các tần số phát và thu luôn luôn song công… (cách nhau 45MHz) nghĩa là các đường lên và đường xuống sử dụng cùng một chuỗi dãy tần.Chuỗi dãy tần trong một ô hoàn toàn trực giao nghĩa là không xảy ra va chạm giữacác thông tin Các chuỗi này cũng độc lập với các ô đồng kênh (sử dụng cùng tậptần số) Chuỗi nhảy tần được MS tính toán trên các thông số nhận được từ BTS mỗikhi thay đổi kênh (ấn định ban đầu và handover) như sau:

- Ấn định ô (CA: Cell Allocation): danh sách các kênh vô tuyến rỗi trong ô

- Ấn định di động (MA: Mobile Allocation): danh sách các kênh dành cho MSđể nhảy tần, đây là một tập con của CA (cực đại 64), trường hợp không nhảy tầndanh sách chỉ có một tần số

- Dịch chỉ số ấn định di động (MAIO: Mobile Allocation Index Offset): 6 bit sốliệu đặc trưng cho nhảy tần đối với MS.

- Số chuỗi nhảy tần (HSN: Hopping Sequence Number): chuẩn của lần nhảytần trong ô

Để tính chuỗi nhảy tần MS phải tính chỉ số ấn định di động MAI (MobileAllocation Index): đặc tính cho một tần số ở một khung cho trước

MS tính MAI như sau:

 Nhảy tần tuần hoàn:

HSN = 0

MAI = (FN + MAIO) mod N

Trong đó FN số khung (Frame Number)

 Nhảy tần ngẫu nhiên:

N : số các tần số ở MA

NBIN : số các bít biểu thị N

T1R=T1mod 64

T1,T2,T3 : số khung rút gọn RFN (Reduce Frame Number)

Thường thì các kênh của cùng một ô cùng HSN nhưng MAIO khác nhau.Lưu ý rằng kênh vật lý chứa BCCH không nhảy và các khe khác nhau nhảykhác nhau Quá trình nhảy tần minh họa hình 1.23

Hình 1.23 Nhảy tần (nhìn từ MS).

1.5.7 Điều chế

GSM sử dụng phương pháp điều chế khóa chuyển pha cực tiểu Gauss GMSK(Gaussian Minimum Shift Keying) Đây là phương pháp điều chế băng hẹp dựa trênkỹ thuật điều chế dịch pha Để giải thích GMSK trước hết ta xét MSK bằng cách sosánh nó với PSK Ta có thể trình bày sóng mang đã được điều chế đối với PSK vàMSK như sau:

S (t) = A cos (0t + t + 0)

A: biên độ không thay đổi

0 = 2f (rad/s) là tần số góc của sóng mang

t là góc pha phụ thuộcvào luồng số đưa lên điều chế

0 là góc pha ban đầu

Đối với điều chế pha bốn trạng thái ta được góc pha t như sau :

t =n /2 với n = 0,1,2,3 tương ứng với cặp bit được lên điều chế là{00,01,11,10}

Đối với điều chế MSK ta được góc fa như sau t như sau:

t = kiÞi (t-iT)

Trong đó : chuỗi bit đưa lên điều chế là ( di-1, di , di+1)

ki =1 nếu di=di-1

ki=-1 nếu di  di-1

Þi(t) =/2T.t, T là khoảng thời gian của bit

Ta thấy ở MSK nếu bit điều chế ở thời điểm xét giống như bit ở thời điểmtrước đó t sẽ thay đổi tuyến tính từ 0 /2, ngượi lại nếu bit điều chế ở thời điểmxét khác bit trước đó thì t sẽ thay đổi tuyến tính từ 0  -/2

Thay đổi của t phụ thuộc vào cặp bit đưa lên điều chế đối với 4PSK và MSKđược cho ở hình 1.24

Sự thay đổi góc pha ở điều chế MSK cũng dẫn đến thay đổi tần số theo quanhệ sau:

B.T = 0,3 hay B=0,3/T = 0,3/ (1/271 x103) =81 Khz

Hình 1.25 cho thấy phổ của tín hiệu GMSK đối với các bộ lọc khác nhau Từhình 1.24 ta thấy rằng ở tần số 200 Khz so với tần số danh định mức công suất phổvào khoảng –32dBm đối với GMSK có bộ lọc BT=0,3 Tần số chuẩn là200/271=0,75 Để giảm nhiễu các kênh lân cận cần lưu ý khi qui hoạch tần số

Vì giải điều chế pha liên quan đến khôi phục sóng mang nên để tạo điều kiệnthuận lợi khi giải điều chế pha luồng số điều chế được mã hoá vi sai trước khi đưalên điều chế

Hình 1.24 Phụ thuộc t vào cặp bit ở PSK và MSK

Hình 1.25 Phổ của GMSK

1.5.8 Bộ cân bằng Viterbi

Ở đường truyền dẫn vô tuyến do ảnh hưởng phản xạ từ nhiều vật khác nhaudẫn đến giao thoa giữa các ký hiệu ISI gây ra lỗi bit

Để giải quyết vấn đề này người ta áp dụng nguyên lý của máy thu tối ưu: đâylà một máy thu thông minh có khả năng xây dựng được mô hình kênh truyền sóng ởmọi thời điểm Ở GSM máy thu này được thực hiện ở bộ cân bằng Viterbi (hình1.26) Để bộ cân bằng có thể xây dựng được mô hình kênh ở các thời điểm khácnhau chuỗi bit hướng dẫn (S=26) được phát đi ở giữa cụm, chuỗi này sẽ phản ánhtương đối đúng tình trạng truyền sóng cho máy thu Do chuỗi này được máy thu biếttrước nên dựa trên sự sai lệch ở chuỗi này máy thu có thể xây dựng được mô hìnhkênh ở thời điểm đang xét Sau đó máy thu sẽ cho các tổ hợp bit khác nhau có thểqua mô hình kênh và chọn tổ hợp nhanh nhất người ta sử dụng thuật toán Viterbi

Hình 1.26: Bộ cân bằng Viterbi

Nguyên lý của thuật toán này là trong khi tính toán ta loại bỏ các tổ hợp vàocó xác suất thấp nhờ vậy giảm được số lượng tính toán cần thiết Bộ cân bằngViterbi ở GSM cho phép xử lý các tín hiệu phản xạ trễ tới 15μs Bộ cân bằng cũngđưa ra thông tin mềm dưới bộ giải mã kênh để tạo điều kiện cho bộ này hiệu chỉnhlỗi được tốt hơn

2 Truyền báo hiệu

2.1 Mạng báo hiệu

Mạng báo hiệu là một hệ thống được sử dụng để truyền dẫn các thông tin báohiệu của các loại người sử dụng khác nhau như :điện thoại, số liệu, khai thác và bảodưỡng một mạng báo hiệu bao gồm các điểm báo hiệu SP (Sinnalling Point) vàcác đường truyền báo hiệu SL (Signalling Link) hay cụ thể hơn : mạng truyền dẫnbao gồm một số các tổng đài (điểm nút) thông tin với nhau qua kênh báo hiệu (hình1.27)

Hình 1.27: Mạng báo hiệu+ Các phần tử của mạng báo hiệu

- Các đường truyền báo hiệu (SL : Signal Link)

Các đường truyền báo hiệu là các phần tử cơ bản trong một mạng báo hiệudùng để nối hai điểm báo hiệu với nhau S1 bảo đảm điều khiển việc truyền các bảntin không mắc lỗi và trình tự truyền các bản tin

- Các điểm báo hiệu (SP : Signalling Point)

Các điểm báo hiệu đảm bảo các chức năng của mạng báo hiệu và có thể phátthu tín hiệu từ / tới các người sử dụng khác nhau

1.6 Báo hiệu kênh chung số 7 (CCS N7: common chanel signalling number 7)

Ởû CCSN7 đường báo hiệu tách riêng so với đường tiếng Ở mạng này khôngnhất thiết phải có một kênh báo hiệu trên mọi đường nối Điều này có nghĩa rằngcác bản tin báo hiệu có thể có các đường truyền khác nhau so với đường tiếng đểđến được điểm thu để tránh nhầm lẫn người ta gán nhãn cho từng bản tin Kênh báohiệu có thể chiếm một khe thời gian bất kỳ trên các đường truyền dẫn 2Mbit/s vàđược sử dụng để truyền tất cả các báo hiệu của các kênh thoại ở đường nối tươngứng CCSN7 có rất nhiều ưu điểm :

- Dung lượng truyền báo hiệu cao, một kênh báo hiệu có thể đảm bảo báo hiệucho 5000 mạch tiếng(thoại)

- Cho phép sử dụng nhiều dịch vụ mới.

- Cho phép giảm kích thước của các thiết bị vì không cần thiết phải ấn địnhthiết bị báo hiệu riêng cho từng mạch tiếng

- Độ tin cậy cao (nhờ có dự phòng)

Nếu bản tin báo hiệu được phát đi ở cùng một đường truyền PCM và tiếngđược truyền ở các đường truyền PCM khác nhau thì báo hiệu được gọi là tựa liên kết(hình 1.28) Để tránh sự cố ứ nghẽn, đường truyền báo hiệu có thể tùy chọn

Hình 1.28: báo hiệu liên kết và tựa liên kết

1.7 Phần truyền bản tin: (MTP)

MTP đảm bảo truyền tải và phân phối tin cậy thông tin của phần người sửdụng qua mạng báo hiệu CCSN7 Nó cũng có khả năng phản ứng lên các sự cố củamạng và hệ thống khi các sự cố này ảnh hưởng đến thông tin của các UP và có khảnăng đưa ra các biện pháp cần thiết để đảm bảo truyền các thông tin này một cáchtin cậy Phần người sử dụng MTP là ISDN –up, TUP, SCCP và DUP

Liên kết

Tựa liên kết

TiếngBáo hiệu

Hình 1.29: MTP là môi trừơng truyền dẫn chung giữa các người sử dụng

Các chức năng của MTP được chia thành các mức chức năng sau:

 MTP lớp 1 – các chức năng đường truyền số liệu báo hiệu

 MTP lớp 2 – các chức năng đường truyền

 MTP lớp 3 – các chức năng mạng báo hiệu

1.8 Phần điều khiển và nối thông báo hiệu SCCP

Để đáp ứng các nhu cầu mới trong tương lai, người ta đưa ra một gói phầnmềm được gọi là SCCP, SCCP cung cấp các chức năng bổ sung cho MTP để báohiệu định hứơng theo nối thông có thể truyền thông tin báo hiệu liên quan đến mạchvà để báo hiệu không định hướng theo nối thông có thể truyền thông tin báo hiệukhông liên quan đến mạch qua mạng báo hiệu số 7 SCCP cùng với MTP tạo nênphần dịch vụ mạng để đảm bảo báo hiệu số 7 phù hợp với mô hình OSI, SCCP baogồm tất cả các chức năng con được thực hiện ở phần mềm trung tâm sau:

 Điều khiển định hướng theo nối thông của SCCP, chức năng này xử lý thiết lập,truyền số liệu và giám sát các nối thông logic báo hiệu

 Điều khiển không theo nối thông của SCCP, chức năng này xử lý truyền số liệukhông theo nối thông

 Quản lý SCCP để xử lý các thông tin trạng thái của mạng SCCP Thông tin nàyliên quan đến khả năng sẵn sàng của các SP và các người sử dụng khác củamạng, nó được sử dụng để cập nhật bảng định tuyến bản tin