Luận văn tốt nghiệp tổng quan về mạng thông tin di động gsm, nghiên cứu giao diện vô tuyến của nó

Hệ thống thông tin di động số GSM

Vài nét về lịch sử dịch vụ thông tin di động và giới thiệu mạng thông tin di động GSM

1.1 Vài nét về lịch sử dịch vụ thông tin di động

Hiện nay nhu cầu về thông tin của xã hội ngày càng tăng lên và do đó ngày càng đòi hỏi thêm nhiều dịch vụ mới Mạng thông tin di động là một hệ thống thông tin mới tiện dụng, cho phép ngời ta trao đổi thông tin tại bất cứ vị trí nào trong bất kỳ thời gian nào, ngay cả khi đang di chuyển Ngoài ra nó còn có các dịch vụ tiện ích mà các hệ thống thông tin di động khác không có Sự trao đổi thông tin giữa máy di động và mạng di động sử dụng đờng vô tuyến.

Thông tin di động đợc ứng dụng cho nghiệp vụ cảnh sách từ những năm 1920 ở băng tần vô tuyến 2 Mhz Mãi đến sau chiến tranh thế giới lần thứ II mới xuất hiện thông tin di động điện thoại dân dụng với kỹ thuật điều chế tần số FM ở băng sóng 150 Mhz tại Mỹ Đến những năm 60, kênh hệ thống thông tin di động có dải tần 30 Khz với kỹ thuật điều chế tần số FM ở băng tần 450 MHz đa hiệu suất sử dụng phổ tần tăng lên 4 lần so với sau thế chiến thứ II Vào đầu những năm 80, ở một số nớc Châu Âu đã xuất hiện các hệ thống thông tin di động tổ ong điều tần song công sử dụng kỹ thuật đa thâm nhập phân chia theo tần số FDMA Tuy nhiên các hệ thống này có nhiều nhợc điểm làm cho mạng thông tin di động chỉ bó hẹp trong từng quốc gia Đó là các hạn chế cố hữu của hệ thống tổ ong tơng tự:

- Dung lợng thấp, phân bổ tần số hạn chế, sẽ không đáp ứng đợc nhu cầu thông tin di động trong tơng lai.

- Khi máy di động chuyển động trong môi trờng pha đinh đa tia, có nhiều nhiễu và tiếng ồn xẩy ra.

- Không có nhiều dịch vụ mới hấp dẫn khách hàng.

- Thiết bị cồng kềnh, phức tạp, không cho phép giảm giá thành thiết bị và cơ sở hạ tầng của mạng.

- Không đảm bảo tính bảo mật.

- Không tơng thích giữa các hệ thống khác nhau. Để khắc phục những hạn chế trên, giải pháp duy nhất là chuyển sang kỹ thuật thông tin di động số, đồng thời dùng những kỹ thuật đa thâm nhập mới.

Trớc tình hình đó, vào năm 1982, các nớc Bắc Âu gửi đề nghị đến Hội nghị các cơ quan quản lý viễn thông và Bu chính Châu Âu CEPT để quy định một dịch vụ viễn thông chung Châu Âu ở băng tần 900 MHz Tháng 5/1987, 13 quốc gia đang sử dụng điện thoại di động đã ký một biên bản ghi nhớ làm nền tảng cho

- 3 - mạng thông tin di động số thống nhất toàn Châu Âu, sử dụng giải pha đa thâm nhập phân chia theo tần số FDMA Tiêu chuẩn hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM là tiêu chuẩn thống nhất chung cho hệ thống thông tin di động số toàn Châu Âu do Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu ETSI quy định dới các hình thức khuyến nghị, lấy các tiêu chuẩn này làm cơ sở cho các mạng thông tin di động, làm cho chúng tơng thích với nhau.

1.2 Giới thiệu mạng thông tin di động GSM

Hệ thống vô tuyến trong GSM làm việc trong 1 băng tần hẹp, từ 890 MHz đến

960 MHz Để truyền song công, băng tần này đợc chia làm 2 phần:

- Băng tần xuống (Downlink Band) từ 935,2 Mhz đến 959,8 MHz cho các kênh vô tuyến từ trạm thu phát đến máy di động.

- Băng tần lên (Uplink Band) từ 890,2 MHz đến 914,8 MHz cho các kênh vô tuyến từ máy di động đến trạm thu phát.

Nh vậy băng tần của GSM đợc chia làm 2 băng sóng, mỗi băng có độ rộng là

25 MHz Dải thông tần 1 kênh vật lý là 200 KHz Dải tần bảo vệ ở biên cũng rộng

200 KHz Vậy GSM có 124 dải thông tần bắt đầu từ tần số 890,2 MHz Khoảng cách giữa tần số hớng lên và tần số hớng xuống cho mỗi kênh là 45 MHz Hớng xuống là hớng từ trạm gốc tới trạm di động và hớng lên là từ trạm di động tới trạm gốc Các kênh này gọi là kênh song công (Duplex distance) Một kênh vô tuyến sử dụng 1 sóng mang có phổ nằm trong băng tần của kênh vào thời điểm hoạt động của kênh, kênh vô tuyến này mang 8 khe thời gian TDMA và mỗi khe thời gian là

1 kênh vật lý trao đổi thông tin giữa mạng và trạm di động Kênh vật lý mang kênh logic, có thể là kênh lu lợng hay kênh điều khiển Mỗi khe 15/26ms  577 s, 1 khung 4,62 ms Để khắc phục độ trễ do đờng truyền, khung đờng lên trễ 3 khe so với khung đờng xuống, kiểu điều chế ở GSM là kiểu điều chế khoá chuyển pha cực tiểu GMSK, tốc độ truyền dẫn 270 Kbit/s.

Vùng mạng PLMN (Public Land Mobile Network) đợc chia thành nhiều ô vô tuyến có bán kính từ 350m đến 35 km Kích thớc này còn phụ thuộc vào cấu tạo địa hình và lu lợng thông tin Mỗi ô vô tuyến tơng ứng với 1 trạm thu phát gốc BTS. Để sử dụng triệt để băng tần, trong GSM đa ra khái niệm sử dụng lại tần số: Băng tần sẵn có đợc chia thành 124 tần số song công, các tần số này lại đợc chia thành các nhóm tần số, nhóm tần số này đợc ấn định cho 1 vùng bao gồm nhiều trạm gốc BTS Mẫu sử dụng tần số này lại có thể đem ấn định cho 1 vùng bên cạnh mà không gây ra hiện tợng nhiễu giao thoa đồng kênh Khi khoảng cách giữa 2 trạm gốc sử dụng chung 1 tần số đủ lớn Làm nh thế, với 1 dải tần số và số lợng kênh vô tuyến nhất định ta sẽ tăng khả năng sử dụng tần số, điều này liên quan đến việc tăng dung lợng toàn mạng.

Sự di chuyển của 1 trạm di động từ 1 vùng phục vụ MSC/VLR này sang vùng phục vụ MSC/VLR khác gọi là chuyển vùng (Roaming) Các vùng phục vụ này có thể thuộc cùng 1 quốc gia hay 2 quốc gia khác nhau Sự di chuyển của trạm di động từ ô vô tuyến này sang ô vô tuyến khác, từ vùng định vị này sang vùng định vị khác gọi là chuyển giao (Hand over) Tốc độ di chuyển của trạm di động MS lớn nhất

- 4 - cho phép khoảng 300 km/h, với tốc độ lớn hơn, chất lợng kênh vô tuyến sẽ giảm nghiêm trọng do ảnh hởng của hiệu ứng Doppler.

Ngoài băng tần GSM cơ bản còn có băng tần GSM mở rộng và băng tần DCS(Digital Cellular System).

Cấu trúc mạng thông tin di động GSM

Theo khuyến nghị của GSM, cấu trúc chung của 1 mạng thông tin di động số GSM nh sau:

PSPDN: Mạng chuyển mạch gói công cộng CSPDN: Mạng chuyển mạch kênh công cộng

Hình 2.1 Cấu trúc mạng thông tin di động số GSM.

SS: Hệ thống con chuyển mạch

VLR : Bộ ghi định vị tạm trú

HLR: Bộ ghi định vị thờng trú

EIR: Thanh ghi nhận dạng thiêt bị

MSC: Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động.

BSS: Hệ thống con trạm gốc BTS: Trạm vô tuyến gốc BSC: Điều khiển trạm gốc MS: Máy di động

OMC: Trung tâm khai thác và bảo dỡng ISDN: Mạng số liên kết đa dịch vụ

Các thành phần của mạng:

Một mạng GSM gồm 4 hệ thống con: Hệ thống con chuyển mạch (NSS), hệ thống con trạm gốc (BSS), hệ thống con khai thác và bảo dỡng OMC và trạm di động (MS).

2.1.1 Hệ thống con chuyển mạch (NSS)

Hệ thống con này gồm 6 khối chức năng sau:

- Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động (MSC)

- Bộ ghi định vị thờng trú (HLR)

- Bộ ghi định vị tạm thời (VLR)

- Bộ ghi nhận dạng thiết bị (EIR)

- Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động cổng (GMSC).

- 6 - ở SS chức năng chuyển mạch chính đợc thực hiện bởi MSC, nhiệm vụ chính của MSC là điều phối việc thiết lập cuộc gọi đến các ngời sử dụng mạng di động. Một mặt MSC giao tiếp với hệ thống con BSS, mặt khác nó giao tiếp với mạng ngời

- MSC làm nhiệm vụ giao tiếp với mạng ngoài đợc gọi là MSC cổng (GMSC) Việc giao tiếp với mạng ngoài để đảm bảo thông tin cho các ngời sử dụng mạng di động đòi hỏi cổng thích ứng (các chức năng tơng tác, IWF: Interworking function) NSS cũng cần giao tiếp với mạng ngoài để sử dụng các khả năng truyền tải của các mạng này cho việc truyền tải số liệu cho ngời sử dụng hoặc báo hiệu giữa các phần tử của mạng di động Chẳng hạn NSS có thể sử dụng mạng báo hiệu kênh chung.

Số 7 (CSS N 0 7), mạng này đảm bảo hoạt động tơng tác của các phần tử của NSS trong 1 hay nhiều mạng di động MSC thờng là 1 tổng đài lớn điều khiển và quản lý một số các bộ điều khiển trạm gốc (BSC) Một tổng đài MSC thích hợp cho 1 vùng đô thị và ngoại ô có dân c vào khoảng 1 triệu (với mật độ thuê bao trung bình). Để kết nối MSC với 1 số mạng khác cần phải thích ứng các đặc điểm truyền dẫn của mạng di động này với các mạng đó Các thích ứng này đợc gọi là các chức năng tơng tác IWF IWF bao gồm 1 số thiết bị để thích ứng giao thức và truyền dẫn Nó cho phép kết nối với các mạng: PSPDN (Packet switched public data network: mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói) hay CSPDN (Circuit switched public data network: mạng số liệu công cộng chuyển mạch theo mạch), nó cũng tồn tại khi các mạng khác chỉ đơn thuần là PSTN hay ISDN IWF có thể đợc thực hiện trong cùng chức năng MSC hay có thể ở thiết bị riêng ở trờng hợp 2 giao tiếp giữa MSC và IWF đợc để mở.

Ngoài MSC, NSS bao gồm cả các cơ sở dữ liệu Các thông tin liên quan đến việc cung cấp các dịch vụ viễn thông đợc lu giữ ở HLR không phụ thuộc vào vị trí hiện thời của thuê bao HLR cũng chứa các thông tin liên quan đến vị trí hiện thời của thuê bao Thờng HLR là 1 máy tính đứng riêng không có khả năng chuyển mạch và có khả năng quản lý hàng trăm ngàn thuê bao Một chức năng con của HLR là nhận dạng trung tâm nhận thực AUC, nhiệm vụ của trung tâm này là quản lý an toàn số liệu của các thuê bao đợc phép.

VLR là cơ sở dữ liệu thứ 2 trong mạng di động - nó đợc nối với 1 hay nhiều MSC và có nhiệm vụ lu giữ tạm thời số liệu thuê bao của các thuê bao hiện đang nằm trong vùng phục vụ của MSC tơng ứng, và đồng thời lu giữ số liệu về vị trí của các thuê bao nói trên ở mức độ chính xác hơn ALR Các chức năng thờng đợc liên kết với các chức năng của MSC.

Trong hệ thống GSM có nhiều biện pháp an toàn khác nhau đợc dùng để tránh sử dụng trái phép, cho phép bám và ghi cuộc gọi Đờng vô tuyến cũng đợc trung tâm nhận thực AUC cung cấp mã bảo mật chống sự nghe trộm mã này đợc thay đổi riêng biệt cho từng thuê bao Cơ sở dữ liệu của AUC còn ghi nhiều thông tin cần thiết về thuê bao và phải đợc bảo vệ chống mọi thâm nhập trái phép.

2.1.1.5 Bộ ghi nhận dạng thiết bị (EIR).

Ngời ta bảo vệ mạng PLMN khỏi sự thâm nhập của những thuê bao trái phép bằng cách so sánh số nhận dạng thiết bị trạm di động quốc tế IMEI của thuê bao này gửi tới khi thiết lập thông tin với số IMEI lu trữ trong bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR Nếu không tơng ứng thuê bao sẽ không thể truy nhập đợc.

NSS có thể chứa nhiều MSC, ULR, HLR Để thiế lập 1 cuộc gọi đến ngời sử dụng GSM, trớc hết cuộc gọi phải đợc định tuyến đến 1 tổng đài cổng đợc gọi là GMSC mà không cần biết đến hiện thời thuê bao đang ở đâu Các tổng đài có nhiệm vụ lấy thông tin về vị trí của thuê bao và định tuyến cuộc gọi đến tổng đài đang quản lý thuê bao ở thời điểm hiện thời (MSC tạm trú) Để vậy trớc hết các tổng đài cổng phải dựa trên số thoại danh bạ của thuê bao để tìm đúng HLR cần thiết và hỏi HLR này Tổng đài có 1 giao tiếp với các mạng bên ngoài, thông qua giao tiếp này nó làm nhiệm vụ cổng để kết nối các mạng bên ngoài với mạng di động Ngoài ra tổng đài này cũng có giao tiếp báo hiệu (CCS N07) để có thể tơng tác với các phần tử khác của SS Về phơng tiện kinh tế không phải bao giờ tổng đài cổng cũng đứng riêng mà nó thờng kết hợp với MSC.

2.1.2 Hệ thống con trạm gốc (BSS) (Hình 2.3)

BSS thực hiện nhiệm vụ giám sát các đờng ghép nối vô tuyến, quản lý tần số vô tuyến, công suất phát và quá trình Hand over Cụ thể là:

- Điều khiển sự thay đổi tần số vô tuyến của đờng ghép nối và sự thay đổi công suất phát vô tuyến.

- Thực hiện việc mã hoá kênh và tín hiệu thoại số, phối hợp tốc độ truyền thông tin.

- Quản lý quá trình Hand over.

- Thực hiện bảo mật kênh vô tuyến.

Phân hệ BSS gồm 2 phần: Bộ điều khiển vô tuyến số BSS và nhiều trạm thu phát gốc BTS Nếu khoảng cách giữa BTS và BSC nhỏ hơn 10m các kênh thông tin có thể đợc nối trực tiếp (chế độ combine) nếu khoảng cách này lớn phải nối qua giao diện Abis.

2.1.2.1 Thiết bị điều khiển trạm gốc (BSC)

Làm việc nh 1 thiết bị chuyển mạch cho BSS BSC bao gồm các khối giao diện

A với tổng đài MSC, các khối chức năng điều khiển trạm gốc BTS, khối giao diện trung tâm khai thác, bảo dỡng OMC và khối chuyển mạch.

2.1.2.2 Trạm thu phát gốc (BTS).

Có giao diện vô tuyến Um với trạm di động MS, thực hiện ghép nối giữa MS và mạng Tại đây, các tín hiệu vô tuyến đợc điều chế, khuếch đại và phối hợp thu phát BTS bao gồm các khối chức năng sau:

- Phần vô tuyến tơng tự để điều chế khuếch đại và phối hợp thu phát.

- Khối băng gốc để phối hợp tốc độ truyền thoại, số liệu và mã hoá kênh.

- Khối điều khiển của trạm phục vụ cho chức năng vận hành và bảo dỡng BTS.

- Khối truyền dẫn để ghép tín hiệu trên đờng truyền A-bis.

2.1.3 Hệ thống con khai thác và bảo dỡng OMC

Hệ thống con khai thác OMC một mặt đợc nối đến tất cả các phần tử mạng viễn thông trừ BTS (vì thâm nhập đến BTS đợc thực hiện qua BSC) Mặt khác, nó đ- ợc nối đến 1 máy tính chủ đóng vai trò giao tiếp ngời máy OMC bao gồm các chức n¨ng:

Khai thác là giám sát toàn bộ chất lợng dịch vụ (nh tải lu lợng, mức độ nghẽn, số lợng chuyển giao, ) và kịp thời xử lý các sự cố.

Khai thác cũng bao gồm việc thay đổi cấu hình để giải quyết những vấn đề hiện tại đặt ra, để tăng lu lợng trong tơng lai, để tăng diện tích phủ sóng Việc thay đổi mạng có thể đợc thực hiện "mềm" (nh thay đổi thông số chuyển giao để thay đổi biên giữa các cell) hoặc thực hiện "cứng" (nh lắp đặt thêm BTS).

Chu trình cuộc gọi

3.1 Các thông tin khi thiết lập cuộc gọi.

Kết nối 1 cuộc gọi tới thuê bao di động luôn đợc định tuyến tới GMSC, ở đó sẽ tiếp tục định tuyến tới MSC hiện thời của MS Sau khi GMSC thăm dò trong HLR để tìm vùng định vị của MS, hỏi số Roaming của MS nó sẽ gửi thông báo địa chỉ khởi đầu tới MSC hiện thời Trong thông báo này có số MSIN và yêu cầu thiết lập cuộc gọi.

Khi MS đang ở trạng thái bật máy, rỗi và chuyển động theo 1 phơng tiện liên tục, nó đợc khoá đến 1 tần số nhất định có các kênh quảng bá BCCH và kênh điều khiểu chung CCCH chứa các thông báo tìm gọi và các thông tin hệ thống ở khe thời gian TSO Khi rời xa BTS đang quản lý nó, cờng độ tín hiệu đợc thu sẽ giảm dần ở

1 điểm gần biên giới lý thuyết giữa 2 ô cờng độ tín hiệu thu sẽ giảm dần đến mức

MS quyết định chuyển sang tần số mới thuộc 1 trong các ô lân cận có c ờng độ lớn hơn tần số cũ Sau khi tự khoá đến tần số mới này MS lại tiếp tục nghe các thông báo tìm gọi và các thông tin hệ thống mới Quyết định về việc thay đổi tần số vô tuyến của MS không cần thông báo đến mạng, trừ khi tần số mới và cũ không thuộc cùng 1 vùng định vị LA MS biết đợc điều này khi tìm hiểu số nhận dạng vùng định vị LAI trong thông tin hệ thống phát trên các kênh quảng bá BCCH Khi có chuyển từ vùng LAI này sang vùng LAI khác, MS sẽ thâm nhập mạng để cập nhật vị trí của mình ở MSC/VLR Đó là quá trình cập nhật vị trí Có 2 trờng hợp phải cập nhật vị trí là:

- Di chuyển giữa các vùng định vị khác nhau cùng 1 MSC/VLR Vùng định vị của MS đợc ghi ở VLR Vì MS không chuyển đến vùng phục vụ MSC/VLR mới nên quá trình cập nhật vị trí là MS gửi thông báo yêu cầu cập nhật vị trí và giá trị LAI mới,

MS tiếp nhận thông báo cập nhật giá trị mới này trong cơ sở dữ liệu của VLR và gửi thông báo xác nhận cập nhật vị trí Đây là quá trình chuyển giao hand over.

- Roaming giữa 2 vùng phục vụ MSC/VLR MS gửi thông báo yêu cầu cập nhật vị trí cho MSC/VLR mới cùng với các số nhận dạng của nó MSC/VLR sẽ gửi các thông tin này đến HLR của mạng yêu cầu nhận thực Sau khi HLR gửi thông báo xác nhận thuê bao là hợp lệ, đã đăng ký trong mạng MSC/VLR hiện thời, đồng thời xoá giá trị cùng phục vụ MSC/VLR cũ và thay bằng giá trị mới VLR cũng ghi các số liệu của MS vào cơ sở dữ liệu của nó nh là 1 thuê bao tạm thời, cấp cho MS

1 số nhận dạng trạm di động tạm thời TMSI và gửi thông báo xác nhận cập nhật vị trÝ cho MS.

Hình 2.7 Trình tự cuộc gọi

- Giả sử rằng MS đang hoạt động ở trạng thái rỗi, ngời sử dụng quay tất cả các chữ số của thuê bao B và bắt đầu các thủ tục của cuộc gọi bằng cách ấn phím "nhấc máy" Khi đó MS sẽ gửi đi 1 thông báo đầu tiên trên kênh thâm nhập ngẫu nhiên RACH để yêu cầu 1 kênh điều khiển dành riêng DCCH ấn định cho MS đó MSC

- 19 - nhận thông báo này, yêu cầu BSC cấp cho MS 1 kênh điều khiển dành riêng độc lập SDCCH để cho các thủ tục nhận thực và đánh dấu các trạng thái bận cho thuê bao này để tránh việc phát các thông báo tìm gọi lúc này BSC gửi thông báo chấp nhận thâm nhập kênh cho phép thâm nhập AGCH cho MS trong đó có thông tin về kênh SDCCH Các số nhận dạng đợc MS gửi đến MSC/VLR trên kênh SDCCH cho các thủ tục nhận thực Nếu thuê bao chủ gọi là hợp lệ, đã đăng ký sử dụng mạng PLMN, MSC/VLR sẽ chấp nhận yêu cầu thâm nhập.

- Tiếp theo, MS gửi thông báo thiết lập cuộc gọi và các chữ số của thuê bao bị gọi MSC định tuyến cuộc gọi tới GMSC hay không tuỳ theo thuê bao bị gọi là di động hay cố định, số của nó sẽ đợc phân tích trực tiếp ở GMSC hoặc đợc tiếp tục định tuyến đến tổng đài quá giang của mạng di động PLMN Khi kênh nối đã sẵn sàng, thông báo thiết lập cuộc gọi từ MS đợc MSC công nhận và cấp cho MS 1 kênh TCH riêng, sau đó là đợi tín hiệu khẳng định từ thuê bao bị gọi.

Ta lấy ví dụ về 1 cuộc gọi từ thuê bao chủ gọi của mạng cố định PSTN tới thuê bao bị gọi của mạng di động GSM - PLMN:

- Thuê bao bị chủ gọi quay mã quốc gia, mã vùng trong nớc theo sơ đồ đánh số của mạng cố định PSTN để đạt đợc mạng di động PLMN Nối thông đợc thiết lập từ tổng đài nội hạt của thuê bao chủ gọi tới GMSC của mạng di động PLMN ở GMSC sẽ phân tích số ISDN trạm di động bị gọi - MSISDN do thuê bao chủ gọi quay.

- Bằng chức năng hỏi đáp dùng tín hiệu số 7, GMSC gửi số MSISDN cùng yêu cầu về số nhận dạng trạm di động MSIN của thuê bao bị gọi tới HLR HLR dịch số MSISDN sang số nhận dạng thuê bao di động IMSI, gửi IMSI này đến vùng VLR vùng phục vụ hiện thời của MS (giá trị vùng phục vụ này đợc ghi trong trờng dữ liệu của MS trong HLR) yêu cầu cung cấp số MSIN của MS VLR gửi trở lại cho

MS số MSIN HLR lại gửi MSIN đến cho GMSC Căn cứ vào số MSIN, GMSC sẽ tiếp tục định tuyến cuộc gọi tới vùng phục vụ nơi MS hiện đang có mặt MSC này hỏi VLR của nó vùng định vị của MS theo địa chỉ IMSI, VLR cung cấp số nhận dạng vùng định vị LAI, ngoài ra VLR còn kiểm tra các cờ xem MS đang xâm nhập mạng hay rời mạng, bận hay rỗi.

- Nếu MS đang ở trạng thái nhập mạng và rỗi, MSC gửi thông báo tìm gọi đến BSC chứa vùng định vị có số nhận dạng LAI BSC gửi tiếp thông báo này đến tất cả các BTS trong vùng định vị để các BTS phát quảng bá thông báo tìm gọi này trên các kênh tìm gọi PCH.

- Khi trạm di động rỗi và đang nghe kênh PCH phát quảng bá ở 1 trong số các ô trong vùng định vị, nó sẽ nhận đợc thông báo tìm gọi, nhận dạng IMSI trong thông báo này và trả lời thông báo tìm gọi Tiếp đó là các thủ tục thiết lập cuộc gọi, ấn định kênh, và sau khi đợc cung cấp cho 1 kênh lu lợng TCH cuộc gọi bắt đầu đợc nối thông.

- Khi tắt nguồn máy hoặc ra khỏi vùng phủ, MS sẽ gửi 1 thông báo cuối cùng chứa yêu cầu cho thủ tục rời mạng và các số nhận dạng của nó.

Giao tiếp vô tuyến Um của hệ thống GSM

Giới thiệu chung

Giao diện vô tuyến là giao diện phức tạp và đặc thù nhất của một hệ thống thông tin di động tổ ong Nó là giao tiếp giữa trạm di động MS và trạm thu phát gốc BTS Giao tiếp sử dụng phơng pháp đa truy cập FDMA và TDMA, với 1 khung TDMA sử dụng 1 tần số sóng mang Mỗi khung gồm 8 khe thời gian (TS) Mỗi khe thời gian là 1 kênh vật lý song công mang kênh logic Kênh logic có thể là kênh điều khiển hoặc kênh lu lợng.

Hình 3.1 Các giao diện trong GSM

Hình 3.2 Xử lý tín hiệu số và biến đổi vào sóng vô tuyến ở MS

Quá trình xử lý các tín hiệu số và biến đổi vào sóng vô tuyến đợc trình bày ở lớp vật lý 1 trong các khuyến nghị của GSM. ở hớng phát, đầu tiên, âm thanh qua tơng tự, qua micro đi vào bộ biến đổi analog/digital tần số 3 KHz Tín hiệu số ở đầu ra đợc phân đoạn thành 160 mẫu chia làm 13 bit, rồi đa vào mã hoá tiếng để ghép thêm 1 số bít chống lỗi thành 260 bít trong 1 cụm thông tin là 20 ms Sau đó, thông tin trong cụm lại qua 1 bớc mã hoá nữa cũng nhằm mục đích thêm bít để phát hiện, hiệu chỉnh lỗi ở đầu thu, đó là bớc mã hoá kênh Tín hiệu sau này có dạng 456 bit/20ms, tức là 228 Kbit/s đợc mang ghép xen để chống mất cả cụm thông tin dài của cùng 1 kênh, mật mã hoá để bảo mật thông tin rồi qua lập khuôn cụm để đa thông tin vào từng khe thời gian 270 Kbit/s ở 1 khe thời gian Sau bớc này, tín hiệu đợc điều chế phát vào không gian. ở hớng thu, sóng vô tuyến đợc thu ở máy thu, giải điều chế, qua bộ cân bằng Viterbi để xây dựng đợc mô hình kênh tại các thời điểm khác nhau, rồi qua lần lợt bộ giải mật mã, giải ghép xen, giải mã Viterbi, giải mã tiếng, bộ biến đổi digital/analog D/A ra ngoài loa.

Một số khái niệm

Trong GSM loại 900 MHz, giao tiếp vô tuyến sử dụng băng tần.

- Đờng lên từ MS đến BTS: 890,2 - 914,8 MHz.

- Đờng xuống từ BTS đến MS: 935,2 - 959,8 MHz.

Tuy nhiên tuỳ theo từng nhà khai thác và điều kiện truyền sóng, có thể toàn bộ băng tần trên hay chỉ 1 phần đợc sử dụng ở nớc ta hiện nay hệ thống GSM đang sử dụng băng tần: đờng lên 890,2 - 898,4 MHz và đờng xuống 935,2 - 943,4 MHz. Với mỗi tần số sóng mang dải thông là 200 KHz, do đó trong GSM có 124 cặp tần số sóng mang Trên mỗi sóng mang ngời ta sử dụng kỹ thuật ghép kênh theo thời gian từ TS 0 đến TS 7 trong 1 khung TDMA Nh vậy số kênh vật lý trong GSM là

Một khe thời gian của 1 khung TDMA ở 1 sóng mang là 1 kênh vật lý, 1 khung TDMA có 8 khe thời gian (0 7), do vậy có 8 kênh vật lý ở 1 sóng mang.

Hệ thống GSM PLMN đợc dành 124 sóng mang ở dải tần;

890 MHz  915 MHz đờng lên (MS phát - BTS thu).

935 MHz  960 MHz đờng xuống (BTS phát - MS thu).

Khoảng cách giữa các sóng mang là 200 KHz với số kênh vật lý của GSM là:

Kênh lu thông và kênh điều khiển đợc sắp xếp trong đa khung, siêu khung và sâu siêu khung Vì nguyên lý mật mã sử dụng 1 thông số là số khung TDMA, BTS phải đánh số các khung ở dạng chu trình ở GSM số khung đợc chọn là 2715648 t- ơng ứng với 3h28 min 53S760ms.

1 sâu siêu khung = 2048 siêu khung = 2715648 khung TDMA.

- Mỗi siêu khung có độ lâu 6,12s chứa 1326 khung TDMA (6,12s).

Siêu khung tiếp tục đợc chia thành các đa khung Có 2 loại đa khung:

+ Đa khung 26 khung chứa 26 khung TDMA, đợc sử dụng để mang kênh lu l- ợng TCH và kênh điều khiển dành riêng ấn định cho 1 MS khi nó đã đợc cấp phát kênh lu lợng (SACCH + FACCH).

1 siêu khung = 51 đa khung (26 khung).

+ Đa khung 51 khung chứa 51 khung TDMA, đợc sử dụng để mang kênh quảng bá thông tin cho mọi MS trong cùng phục vụ BCCH và kênh điều khiển chung riêng cho từng ứng dụng CCCH.

1 khung TDMA = 8 khe thêi gian.

Khuôn mẫu thông tin ở 1 khe thời gian trên 1 kênh TDMA đợc gọi là 1 cụm, nghĩa là trong các khoảng thời gian đồng đều (cứ 8 khe thời gian 1 lần ở kênh TDMA) ta gửi đi 1 cụm của 1 loại thông tin xét từ MS (thông tin là tiếng, số liệu, thông tin điều khiển).

Có 5 loại cụm sau: a Côm b×nh th êng.

Cụm này đợc sử dụng để mang thông tin lu thông ở kênh lu lợng TCH và các kênh điều khiển trừ kênh thâm nhập ngẫu nhiên RACH, kênh đồng bộ SCH và kênh hiệu chỉnh tần số FCCH Cụm này bao gồm 156,25 bit trong 1 khe thời gian (0,577ms) Trong đó:

- Các bít đợc mật mã: các bít số liệu đợc mã hoá gồm 57 bít số liệu hay tiếng đợc mật mã và 1 "cờ lấy cắp" chỉ thị cụm này có bị chiếm dụng cho báo hiệu kênh điều khiển dành riêng liên kết nhau FACCH hay không Nh vậy trong 1 cụm gồm

- Chuỗi hớng dẫn (traiming sequence) gồm 26 bít, là 1 mẫu bít biết trớc để độ cân bằng có thể thành lập 1 mô hình kênh (khi biết chuỗi vào và đáp ứng ra) Chuỗi này đợc đặt giữa vì kênh này luôn luôn thay đổi, đặt ở giữa để kênh này không quá

- 24 - khác khi nó tác động lên chuỗi hớng dẫn so với khi nó tác động lên các bít thông tin Nếu ta đặt chuỗi hớng dẫn ở đầu mỗi cụm, mẫu kênh tạo ra sẽ không đúng với các bít ở cuối cụm.

- Khoảng bảo vệ (guard period) là khoảng trống để đảm bảo thông tin trong các khe thời gian khác nhau của cùng 1 sóng mang không chồng lấn lên nhau trong quá trình truyền dẫn.

- Các bít đuôi TB luôn luôn là (0, 0, 0) các bít này giúp bộ cân bằng biết đâu là bít đầu và bít cuối của mẫu bít, vì thuật toán ở bộ cân bằng cần điểm khởi đầu và kÕt thóc. b Cụm hiệu chỉnh tần số.

Cụm này đợc sử dụng để điều chỉnh tần số của trạm di động Nó tơng đơng nh sóng mang không bị điều chế.

- Các bít cố định đều là không (0) Bộ điều chế sẽ cung cấp 1 sóng mang không bị điều chế.

- Các bít đuôi TB và khoảng bảo vệ giống nh cụm bình thờng.

- Cụm có độ dài 0,577ms tơng ứng 156,25 bít. c Cụm đồng bộ.

Cụm này sử dụng để đồng bộ thời gian của trạm di động Nó chứa 1 chuỗi đồng bộ dài 64 bit dễ dàng nhận biết và mang thông tin của số khung TDMA cùng mã nhận dạng trạm cơ sở BSIC ở 39 x 2 = 78 bít đợc mật mã Cụm này mang thông tin cho kênh đồng bộ SCH.

Số khung TDMA: 1 trong số tính năng của GSM là bảo vệ thông tin của ngời sử dụng, có nghĩa là để chống nghe trộm Điều đó đợc thực hiện nhờ mật mã hoá thông tin trớc khi phát Thuật toán để mật mã sử dụng số khung TDMA nh 1 thông số đầu vào, thế nên mỗi khung phải có 1 số khung Sơ đồ đánh số khung là 1 chu trình 3,5 giờ, tức là 2715648 khung TDMA Khi biết số khung TDMA trạm di động sẽ biết loại kênh logic nào đợc truyền ở kênh điều khiển TS 0.

- Các bít đuôi TB và khoảng bảo vệ GP giống nh cụm bình thờng.

- Cụm có độ dài 0,577 ms tơng ứng 156,25 bít. d Côm th©m nhËp.

Cụm thâm nhập mang kênh thâm nhập ngẫu nhiên RACH phát đi từ MS để thâm nhập ngẫu nhiên, cụm ngắn hơn cụm bình thờng vì phải dành 1 khoảng trống bảo vệ, nguyên nhân là do khi mới thâm nhập hệ thống hay sau khi chuyển giao đến BTS mới MS cha đợc đồng bộ, cha nhận đợc thông tin định thời trớc để bù cho thời gian truyền dẫn vô tuyến mà chỉ căn cứ vào thời điểm nhận thông báo tìm gọi do đó tại trạm gốc BTS khung có thể trợt về trớc hoặc sau.

- Cụm bít bảo vệ dài hơn so với các cụm khác (68,25 bít) để không chồng lấn cụm này với khe thời gian tiếp theo.

1 khung TDMA = 8 khe thêi gian

1 khe thêi gian = 156,25 bit (15/26 0,577ms) Cụm bình th ờng (cờ F chỉ t ơng ứng với TCH)

Cụm đồng bộ (SB) Cụm hiệu chỉnh tần số (FC)

1 siêu siêu khung = 2048 siêu khung = 2715648 khung TDMA (3 giờ 28 phút 53 giây 760 ms) ®a khung (26 khung) = 26 khung TDMA (120ms)

- Có 1 chuỗi đồng bộ 41 bít, các bít đợc mật mã 36 bit, các bit đuôi giống cụm b×nh thêng. e Cụm giả.

Cụm giả đợc phát đi từ BTS nếu kênh điều khiển chung CCCH ở TS 0 hoặc TS 1-

7 không đợc sử dụng Cụm này không mang thông tin, mẫu khuôn giống nh cụm bình thờng với các bít mật mã đợc thay bằng các bít hỗn hợp có 1 mẫu bít xác định:

H ớng lên MS - BTSTD: Phân chia theo thời gian

H íng ® êng xuèng BTS - MSFD: Ph©n chia theo tÇn sè

Kênh l u l ợng thông tin của ng ời sử dụng

Kênh Lm tốc độ bit thấp hơn Bm

Kênh quảng bá (BCCH) thông tin cho tất cả MS

Kênh thâm nhập ngẫu nhiên để yêu cầu DCCH Kênh cho phép thâm nhập (AGCH) ấn định bắt đầu 1 kênh DCCH Kênh tìm gọi

(PCH): tìm gọi thuê bao

Phơng pháp truy nhập kênh trong thông tin di động

Trong thông tin di động, nguồn tần số giới hạn cần phải đợc sử dụng 1 cách hiệu quả Có 3 phơng pháp đa truy nhập kênh trong thông tin di động, đó là: đa truy nhập kênh phân chia theo tần số - FDMA (Frequency Division Multiple Access), đa truy nhập phân chia theo thời gian - TDMA (Time Division Multiple Access), và đa truy nhập phân chia theo mã - CDMA (Code Division Multiple Access).

+ FDMA: Đa truy nhập phân chia theo tần số Phổ tần sẽ quy định cho liên lạc di động nhiều băng tần liên tiếp kề nhau, giữa các băng tần này phải có khoảng cách bảo vệ, giữa các đờng lên xuống phải có khoảng phân cách.

+ TDMA: Đa truy nhập phân chia theo thời gian Phổ tần số quy định cho liên lạc di động cho phép n số thuê bao sử dụng, nhng mỗi thuê bao chỉ đợc truy nhập trong 1/n của khoảng thời gian trong toàn khung.

Thông tin chỉ trao đổi trong 1 khe thời gian nên khoảng thời gian còn lại có thể dùng cho việc kiểm tra.

+ CDMA: Đa truy nhập phân chia theo mã Là phơng pháp trải phổ tín hiệu, thực hiện là gán cho trạm di động (MS) một mã riêng biệt cho phép nhiều ngời cùng thu - phát độc lập trên 1 băng tần nên tăng dung lợng cho hệ thống Hiện tại công nghệ CDMA đợc sử dụng tại 1 số nớc nh Hàn Quốc và cha đợc dùng rộng rãi trên thế giới.

Hình 1.2 Các phơng pháp đa truy nhập a/ §a truy nhËp ph©n chia theo tÇn sè (FDMA); b/ §a truy nhËp ph©n chia theo thêi gian (TDMA); c/ Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA);

Cấu trúc báo hiệu trong giao diện vô tuyến Um

Mạng báo hiệu là 1 hệ thống đợc sử dụng để truyền dẫn các thông tin báo hiệu GSM sử dụng mạng báo hiệu kênh chung số 7 CCS7 và cải tiến của nó ở đây, CCS7 đợc thiết kế để có thể sắp đặt trên mô hình 7 lớp của OSI Sự tơng ứng giữa CCS7 và mô hình OSI 7 lớp cho ở hình 3.26 Giao thức lớp 2 trên giao diện Um đợc

MTP líp 3 MTP líp 2 SCCP

CM quản lý kết nối

MM Quản lý di động gọi là LAPPM Đây là 1 dạng cải tiến của các thủ tục thâm nhập đờng truyền ở kênh D (LAPD) Một điểm khác nhau nữa là các khung của LAPD có thể dài hơn nhiều so với các bản tin của LAPDM vì các khung của LAPDM phải đặt vừa vào các cụm Cấu trúc giao thức đối với giao diện Um đợc cho ở hình 3.27.

Hình 3.26 Giao thức báo hiệu ở GSM đợc sắp xếp theo mô hình OSI 7 lớp

BCCH RACH SDCCH SACCH FACCH

Các chức năng quảng bá

CBCH Bm Đồ án Tốt nghiệp Đề tài: Tổng quan về mạng thông tin di động GSM, nghiên cứu giao diện vô tuyến của nó

CC : Call control = Điều khiển cuộc gọi

SS : Suplementary = Dịch vụ bổ sung

SMS: Short message service = Dịch vụ bản tin ngắn.

Hình 3.27 Cấu trúc giao thức giao diện vô tuyến

Lớp báo hiệu 1 còn gọi là lớp vật lý trình bày các chức năng cần thiết để truyền các luồng bít trên các kênh vật lý ở môi trờng vô tuyến Lớp này giao diện với quản lý tiềm năng vô tuyến: ở giao diện này các bản tin đợc gửi đi liên quan đến ấn định các kênh vật lý (thâm nhập ngẫu nhiên) cũng nh các thông tin hệ thống của lớp vật lý bao gồm các kết quả đo Lớp vật lý cũng giao diện với các khối chức năng khác nh: bộ mã hoá tiếng, các bộ thích ứng đầu cuối để đảm bảo các kênh l u lợng Lớp 1 bao gồm các chức năng chính sau:

- Sắp xếp các kênh logic lên các kênh vật lý.

- Mã hoá kênh để sữa lỗi.

- Mã hoá kênh để phát hiện lỗi.

- Thiết lập các kênh quản lý dành riêng.

Tr êng ®iÒu khiÓn Chỉ thị độ dài

- Đo cờng độ trờng của các kênh dành riêng và cờng độ trờng của các trạm gèc xung quanh.

- Thiết lập định trớc thời gian và công suất theo sự điều khiển của mạng.

Các cổng mà qua đó lớp này cung cấp dịch vụ cho lớp 2 đợc gọi là các điểm thâm nhập dịch vụ SAP Tồn tại các cổng khác nhau cho các bản tin ngắn và cho các bản tin của lớp đờng truyền Các kênh vật lý và logic đã đợc xét ở phần trên.

Thông tin ở các kênh điều khiển (CCH) đợc truyền ở các khối 23 byte còn ở kênh RACH thông tin đợc ở các khối 8 byte.

Là lớp đờng truyền số liệu Mục đích của lớp báo hiệu 2 là cung cấp đờng truyền tin cậy giữa trạm di động và mạng, định nghĩa cấu trúc của các khối 23 byte trong CCH và đặc biệt là việc đánh số và công nhận các khối này Mỗi kênh điều khiển logic đợc dành riêng 1 phần tử giao thức Giao thức của lớp này đợc gọi là LAPDM đợc xây dựng trên cơ sở giao thức LAPD của ISDN Tuy nhiên, có 1 vài thay đổi để phù hợp với 1 trờng truyền dẫn vô tuyến và để đạt đợc hiệu suất lớn hơn trong việc tiết kiệm phổ tần Chẳng hạn ở đây không sử dụng kiểu ba tổng vì mã hoá kênh ở lớp 1 đã thực hiện chức năng này Một thay đổi khác là 1 số khung điều khiển nh SABM và UA có thể mang thông tin lớp 3 nhờ vậy tiết kiệm đợc thời gian và phổ Thủ tục này đợc gọi là piggy - backing (cõng nhau) Các bản tin LAPD có thể dài tới 249 Byte và vì thế chúng đợc phân đoạn Các số liệu trao đổi giữa lớp vật lý và lớp đờng truyền là 23 byte đối với BCCH, CCCH, SDCH và FACH, còn đối với SACCH là 21 byte.

Hình 3.28 Cấu trúc của khung lớp 2

LPD: Phân biệt giao thức đờng truyền

SAPI: Điểm thâm nhập dịch vụ

Lớp 3 là lớp mạng, đảm bảo các thủ tục báo hiệu giữa trạm di động và mạng. Các thuộc tính đặc thù của giao diện vô tuyến đòi hỏi phải chia lớp này thành 3 lớp con RR, MM, CM Trong đó mỗi bản tin báo hiệu chỉ trực thuộc 1 và chỉ 1 trong số các lớp con này (hình 3.28).

- Quản lý tiềm năng vô tuyến (RR)

Là lớp con thấp nhất trong 3 lớp con, bao gồm các chức năng cần thiết để thiết lập, duy trì và giải phóng kết nối logic ở DCCD (chẳng hạn SDCCH và FACCH). Các chức năng đợc lớp này thực hiện bao gồm:

+ Thiết lập chế độ mật mã

+ Thay đổi kênh dành riêng khi vẫn ở ô cũ nh: từ SDCCH đến kênh lu lợng. + Chuyển giao từ 1 ô này đến ô khác.

+ Định nghĩa lại tần số (sử dụng cho nhảy tần).

Các bản tin của lớp này đợc đặt bên trong BSC, và đợc truyền trong suốt qua BTS.

- Quản lý di động MM: là lớp con thứ 2, xử lý các thủ tục mặc dù cần thiết cho điều hành MS, nhng chỉ liên kết gián tiếp đến việc thiết lập và xoá cuộc gọi nh: cập nhật vị trí, nhận thực.

Lớp con này chứa các chức năng liên quan đến di động của thuê bao nh:

+ Nhận dạng trạm di động bằng cách yêu cầu IMSI hay IMEI.

Trạm di động có thể thực hiện dời mạng IMSI để thông báo rằng không thể đạt tới trạm này vì thế các cuộc gọi vào sẽ đợc mạng chuyển hớng hoặc chặn chứ không tìm gọi trạm di động nói trên Các bản tin tới/từ lớp CM đợc truyền trong suốt bởi mật mã CM ở phía phát yêu cầu thiết lập MM và mật mã lại yêu cầu thiết lập đấu nối RR.

- Quản lý nối thông CM: là lớp con cao nhất, đợc chia thành 3 phần không phân cấp tơng đơng với 3 ngời sử dụng MM: điều khiển cuộc gọi CC, hỗ trợ dịch vụ bổ sung SS và dịch vụ bản tin ngắn SMS.

- Điều khiển cuộc gọi CC cung cấp các chức năng và các thủ tục để điều khiển cuộc gọi ISDN, các chức năng và các thủ tục này đã đợc cải tiến để phù hợp với môi trờng truyền dẫn vô tuyến, việc thiết lập lại cuộc gọi hay thay đổi trong quá trình gọi các dịch vụ mạng chẳng hạn thay đổi từ tiếng tới số liệu là 2 thủ tục đặc biệt mới trong CC CC cũng chứa các chức năng cho các dịch vụ bổ sung đặc biệt nh: báo hiệu giữa các ngời sử dụng.

- Phần tử đảm bảo các dịch vụ bổ sung SS xử lý các dịch vụ bổ sung không liên quan đến cuộc gọi nh: chuyển hớng cuộc gọi không có trả lời, đợi gọi,

- Phần tử đảm bảo các dịch vụ bản tin ngắn SMS cung cấp các giao thức lớp để truyền các bản tin ngắn giữa mạng và 1 trạm di động.

Cấu trúc của các khối thông tin 23 byte (khung lớp 2) ở các kênh SDCCH, FACCH, PCH, AGCH, BCCH đợc cho ở hình 3.28 Cấu trúc khung của trờng điều khiển đợc cho ở hình 3.29.

UA 011 F 0 0 F 1 Trả lời Có thể

Hình 3.29 Cấu trúc đờng điều khiển của khung lớp 2

SABM (Set Synchronous Balanced Mode)

: Khung thông tin : Khung giám sát : Khung không đánh số : Sẵn sàng thu

: Không sẵn sàng thu : Tõ chèi

: Lập chế độ đồng bộ cân bằng : Chế độ không kết nối

: Thông tin không đánh số : Giải phóng kết nối : Công nhận không đánh số : Bít dò hỏi

Hình 3.30 Các giao thức và giao diện lớp báo hiệu (lớp 3)

- Phân biệt giao thức đờng truyền LPD để phân biệt giữa giao thức GSM và các giao thức khác (giao thức đặc thù quốc gia hay nhà sản xuất).

- Nhận dạng điểm thâm nhập dịch vụ SAPI để phân biệt dịch vụ bản tin ngắn SMS và các phần khác của lớp 3 (RR, MM, CC, SSS) trong trờng thông tin Một khuôn dạng đặc biệt của lớp 3 đợc sử dụng cho SMS và các bản tin SMS đợc đánh số không phụ thuộc vào các bản tin khác trong trờng điều khiển.

- Bít chỉ thị trờng lệnh/trả lời (C/R) để phân biệt giữa lệnh (bản tin do bản thân phát đi) và trả lời (các phản ứng tới lệnh thu đợc).

Trờng điều khiển đợc dành để đánh số hoặc công nhận các bản tin (xem hình 3.29).

Chỉ thị độ dài, xác định độ dài của các byte trong trờng thông tin Chỉ thị này còn chứa bít "còn số liệu tiếp" (M: More Date Bit) để xác định lớp 3 có mở rộng thêm ở khung lớp 2 tiếp theo hay không Có thể xảy ra trờng hợp bản tin là lớp 3 dài hơn 20 byte vì thế phải đợc phân bố ở 1 số khung lớp 2 Khi này khung cuối cùng đợc phát với M = 0 còn các khung trớc đợc phát với M = 1 ("tiếp tục ở lần phát sau") Nếu các bản tin lớp 3 đặt vào 1 khung lớp 2 thì bít còn tiếp số liệu M=0 ("hết").

Trờng điều khiển phân biệt 3 kiểu khung: các khung thông tin (các khung I) các khung giám sát (các khung S) và các khung đánh số (các khung U).

Các thủ tục báo hiệu cho các kết nối khác nhau ở giao diện vô tuyến

Trong phần này chúng ta sẽ xét các thủ tục báo hiệu để thực hiện các kết nối cho các chế độ khác nhau nh:

- Thiết lập cuộc gọi khởi xớng từ trạm di động.

- Thiết lập cuộc gọi kết cuối ở trạm di động.

UA (I1) Máy MS2 phải rời bỏ SDCCH a) Phân giải xung đột khi sử dụng kênh SDCCH lần đầu

SDCCH b) ở các lần sử dụng kênh SDCCH tiếp theo không còn tr ờng thông tin I ở SABM và các bít p, F đ ợc sử dụng: thủ tục thiết lập bình th ờng.

Các chuỗi thủ tục nói trên đợc ta xét ở dạng lu đồ.

Yêu cầu kênh (lý do: MOC, tham khảo ngẫu nhiên) RACH ấ n định kênh tức thì (UI) (tham khảo yêu cầu) SABM (yêu cầu dịch vụ CM) (điều khiển cuộc gọi, CKSN)

I (yêu cầu nhận thực) (RAND, CKSC)

I (trả lời nhận thực) (SRES)

I (chế độ mật mã hoàn thành)

I (thiết lập) (khả năng mang, t ơng thích, số bị gọi, các tính năng)

I (đang tiến hành gọi) Sẵn sàng thu

Hình 3.31 Các thủ tục thiết lập sử dụng cho SABM

Các lu đồ thiết lập cuộc gọi khởi xớng từ trạm di động đợc cho ở các hình a, b, c Trong đó hình 3.32 là phần đầu chung cho cả 2 trờng hợp: không OACSU 2 thiết lập FACCH/TCH sớm, và có OACSU: thiết lập FACCH/TCH muộn Còn hình 3.33, 3.34 dành cho phần còn lại của các trờng hợp cha có OACSU và đã có OACSU tơng ứng.

Lu đồ thiết lập cuộc gọi kết cuối ở trạm di động đợc cho ở các hình 3.35, 3.36, 3.37 Trong đó hình 3.32 là phần đầu chung cho cả 2 trờng hợp: không OACSU: thiết lập FACCH/TCH sớm; và có OACSU: thiết lập FACCH/TCH muộn Còn hình 3.36, 3.37 dành cho phần còn lại của các trờng hợp cha có OACSU và đã có OACSU tơng ứng.

Lu đồ cho xoá cuộc gọi đợc cho ở hình 3.38 Lu đồ cho quá trình chuyển giao (handover) đợc cho ở hình 3.39a Lu đồ cho quá trình cập nhật vị trí đợc cho ở hình 3.39b.

Ký hiệu: SABM : Set asynchronous balanced mode = Lập chế độ cân bằng dị bộ

UA : Unnumbered acknowledge = công nhận không đánh số

I : Information : bản tin thông tin RAND : Số ngẫu nhiên

I (hoàn thành ấn định) Sẵn sàng thu

I (công nhận kết nối) Sẵn sàng thu

I (báo chuông) Sẵn sàng thu

CKSN : Cifering key sequênc number : số chuỗi khoá mật mã

SRES : Signed response : mËt khÈu

Hình 3.32 Phần đầu của cuộc gọi khởi xớng từ máy di động (MOC)

I : Information : bản tin thông tin

Hình 3.33 Phần tiếp cuộc gọi khởi xớng từ máy di động (MOC) cho cuộc gọi cấp phát FACCH sớm (không có OACSU)

Sẵn sàng thu SABM UA

UI (yêu cầu tìm gọi

UI (ấn định tức thì)

(lý do: trả lời tìm gọi, tham khảo ngẫu nhiên) Tham khảo yêu cầu, SDCCH - No) Đồ án Tốt nghiệp Đề tài: Tổng quan về mạng thông tin di động GSM, nghiên cứu giao diện vô tuyến của nó

Hình 3.34 Phần tiếp của cuộc gọi khởi xớng từ máy di động (MOC) cho cuộc gọi cấp phát FACH muộn (với OACSU)

I (yêu cầu chế độ mật mã hoá)

I (cuộc gọi đ ợc khẳng định)

(khả năng mang, t ơng thích, số thoại chủ gọi, các tính năng) SDCCH

I (hoàn thành ấn định) Sẵn sàng thu

I (báo chuông) Sẵn sàng thu

FACCH FACCH Đồ án Tốt nghiệp Đề tài: Tổng quan về mạng thông tin di động GSM, nghiên cứu giao diện vô tuyến của nó

Hình 3.35 Phần đầu cuộc gọi kết cuối ở trạm di động (MTC)

Sẵn sàng thu SABU UA

FACCH Đồ án Tốt nghiệp Đề tài: Tổng quan về mạng thông tin di động GSM, nghiên cứu giao diện vô tuyến của nó

Hình 3.36 Phần tiếp của cuộc gọi kết cuối ở máy di động (MTC) cho cuộc gọi cấp phát FACCH (không có OACSU)

DTSC UA Xoá khởi x ớng từ đối ph ơng

Xoá khởi x ớng từ trạm di động

I (giải phóng kênh) DTSC UA

Hình 3.37 Phần tiếp của cuộc gọi kết cuối ở máy di động (MTC) cho cuộc gọi cấp phát FACCH muộn (có OACSU)

Sẵn sàng thu Thâm nhập chuyển giao (tham khảo chuyển giao) Thâm nhập chuyển giao (tham khảo chuyển giao)

Thâm nhập chuyển giao (tham khảo chuyển giao) Thâm nhập chuyển giao (tham khảo chuyển giao)

(Số liệu về ô mới, TCHNo mới, tham khảo chuyển giao)

Yêu cầu kênh (channel request) RACH ấ n định kênh tức thì

SABM (yêu cầu cập nhật vị trí)

I (yêu cầu nhận thực) (RAND, CKSC)

I (trả lời nhận thực) (SRES)

I (chấp nhận cập nhật vị trí)

I (hoàn thành cấp phát lại TMSI)

(Lý do: cập nhật vị trí, thao khảo ngẫu nhiên)

(Tham khảo yêu cầu, số SDCCH) (TMSI + LAI cũ, CKSN, kiểu cập nhật vị trí)

Hình 3.39b Cập nhật vị trí

Quản lý tiềm năng vô tuyến RR ở giao diện vô tuyến

Quản lý tiềm năng vô tuyến RR là thấp nhất của lớp 3 chịu trách nhiệm về lựa chọn, chiếm và giải phóng các kênh báo hiệu CCH của giao diện vô tuyến Một kết nối tiềm năng vô tuyến giữa trạm di động và trạm gốc đợc coi là tồn tại khi đạt đợc các điều kiện sau:

Trạm di động đ ợc phân phối.

+ Hoặc 1 kênh điều khiển dành riêng đớng 1 mình cùng với kênh điều khiển liên kết chậm.

+ Hay 1 kênh lu lợng (TCH BM hay LM) cùng với 1 kênh điều khiển liên kết nhanh và kênh điều khiển liên kết chậm.

Nói 1 cách khác tồn tại một trong số các cấu hình kênh IV, V, VI hay VII ở bảng.

Kết nối lớp 2 cho các bản tin SMS tồn tại ở kênh điều khiển dành riêng đứng 1 mình (cấu hình IV ở bảng) hay kênh điều khiển liên kết nhanh (cấu hình V, VI, VII ở bảng).

VI Lm + FACCH + SACCH VII Lm + Lm + FACCH + SACCH

Hình 3.40 Bảng các cấu hình kênh ở trạm di động

Một kết nối RR là điều kiện tiên quyết cho sự làm việc của các lớp con cao hơn ở lớp 3 Thậm chí kết nối lớp 2 cho SMS chỉ đợc thiết lập khi 1 kết nối RR đã đợc thiết lập trớc đó Không thể tồn tại đồng thời nhiều hơn 1 kênh kết nối RR cho

1 trạm di động MS Tuy nhiên có thể chuyển từ kết nối RR này sang kết nối RR khác mà không ảnh hởng đến các lớp con cao hơn của lớp 3 Chẳng hạn khi cấp phát 1 kênh TCH trong quá trình thiết lập 1 cuộc gọi: kết nối RR trớc đó đợc thực hiện ở kênh điều khiển dành riêng đứng 1 mình (cấu hình VI) bây giờ đợc thay thế bằng kết nối RR ở kênh điều khiển liên kết nhanh (cấu hình V, VI) nhng các thủ tục MM và CC không bị ảnh hởng Ta xét thí dụ về các thủ tục để thiết lập 1 kết nối

RR trong quá trình quản lý RR.

Các thủ tục này bao gồm các bản tin báo hiệu (1), (2), (3), (4) ở các lu đồ 3.32, 3.34b, 3.35 cho MOC, MTC và cập nhật vị trí Cả hai MS và BS đều có thể kết nối RR ở kênh điều khiển dành riêng đứng 1 mình.

Nếu trạm di động khởi xớng thiết lập (cuộc gọi khởi xớng từ trạm di động: MOC hay cập nhật vị trí), thì trớc hết nó yêu cầu kênh điều khiển dành riêng đứng

1 mình SDCCH ở RACH Bản tin "yêu cầu kênh" (Channel Request) do MS sử dụng có độ dài 1 byte và gồm lý do thiết lập (cập nhật vị trí, cuộc gọi MOC bình

- 65 - thờng hay cuộc gọi khẩn) và 1 số tham khảo ngẫu nhiên Bản tin này đợc lặp lại trong các khoảng thời gian ngẫu nhiên (mỗi lần lại có 1 số ngẫu nhiên mới), vì không loại bỏ khả năng là 1 trạm khác có thể đồng thời yêu cầu kênh điều khiển và nh vậy 1 yêu cầu có thể chồng lấn lên yêu cầu khác khi thu đợc "yêu cầu kênh" (Channel Request) ở RACH, BS chọn 1 SDCCH rỗi và cấp phát nó cho MS bằng 1 bản tin "ấn định tức thì" (Immediate assignment) Bản tin này đợc gửi đi ở AGCH và đợc đặt trong trờng thông tin của UI Số tham khảo ngẫu nhiên thu đợc từ trạm di động cũng nh số kênh của kênh đợc chọn SDCCH đợc coi nh là các thông số. Khi trạm di động nhận đợc "ấn định kênh tức thì" và nhận biết số tham khảo ngẫu nhiên của mình (từ 1 trong số 3 bản tin "channel request" cuối cùng), nó chiếm SDCCH và SACCH liên kết, sau đó lập tức thiết lập kết nối lớp 2 bằng SABM ở SDCCH Để làm việc này MS sử dụng thủ tục phân giải xung đột: SABM chứa tr- ờng thông tin có bản tin lớp 3 để chỉ ra rằng lý do thiết lập kết nối RR (chẳng hạn

"yêu cầu cập nhật vị trí" hay "yêu cầu MOC", CKSN) Khi BS trả lời bằng "UA" thì việc kết nối RR hoàn thành Các bản tin đợc xét ở trên không cần thiết mật mã hoá.

Mật mã hoá là thủ tục của RR Thủ tục này đợc thực hiện ở các bản tin báo hiệu (8), (9) trong các lu đồ a, d cho MOC và (7), (8) trong lu đồ 3.39b cho cập nhật vị trí Mật mã hoá luôn luôn đợc tích cực bởi trạm BS, để làm việc này BS phát bản tin (cha mật mã hoá) "lệnh chế độ mật mã" ở trờng thông tin trong khung I Để chống lại khả năng giải mã của kẻ nghe trộm, bản tin này không đợc chứa khoá mật mã nh là thông số, mà khoá này phải đã đợc biết ở cả 2 phía BS và MS (thờng thì từ lần nhận thực cuối cùng) Khi BS phát đi "lệnh chế độ mật mã" (ciphering mode command) nó lập tức chuyển vào thu ở chế độ mật mã MS trả lời rằng đã vào chế độ mật mã bằng 1 khung i có chứa trong trờng thông tin bản tin "chế độ mật mã hoàn thành".

Khi thu đợc "chế độ mật mã hoàn thành" (ciphering mode complete) (hay 1 số các bản tin mật mã đúng khác) BS sẽ lập tức chuyển sang chế độ thu mật mã Nh vậy truyền dẫn mật mã cả ở 2 phía và việc tích cực chế độ mật mã hoá đã hoàn thành. Tồn tại 2 trờng hợp mà ở đó phải thay đổi kết nối RR.

* Khi chiếm kênh tiếng trong quá trình thiết lập cuộc gọi (bao gồm cả việc chuyển từ SDCCH sang: các trao đổi báo hiệu (1), (2), (3), (4), (5) ở các lu đồ 3.33, 3.36 cho MOC và MTC cấp phát FACCH muộn.

* Chuyển giao: các báo hiệu từ (1) đến (9) ở lu đồ 3.39a cho chuyển giao.

Trong trờng hợp chiếm kênh tiếng trong quá trình thiết lập cuộc gọi, BS phát khung i chứa "lệnh ấn định" (Assigment command) chứa số kênh TCH đợc ấn định. Trạm di động công nhận khung i này bằng trả lời "sẵn sàng thu" (RR: reiseive ready) Với lệnh này cả 2 phía đều hiểu rằng SDCCH không còn hợp lệ nữa Vì thế có thể xoá nội bộ kết nối lớp 2 ở SDCCH sau đó bằng lệnh SABM, MS thiết lập kết nối lớp 2 mới ở kênh điều khiển liên kết nhanh ấn định cho kênh TCH mới và sau khi thu đợc UA, MS gửi đến BS bản tin "ấn định hoàn thành" (assigment complete) ở khung i đầu tiên Với bản tin này ấn định kênh tiếng đã hoàn tất SDCCH và SACCH liên kết vào trạng thái rỗi và FACCH là PCCCH mới.

UI (báo cáo đo) SACCH

UI (thông tin hệ thống 5/5 bis/6)

(Kết quả đo công suất và chất l ợng)

(Các số liệu về ô cũ và các ô lân cận) Các thủ tục ở SACCH khi kết nối RR

Trong trờng hợp chuyển giao, ta cần phân biệt các chuyển giao khác nhau Để đơn giản ở đây ta chỉ xét chuyển giao đợc đồng bộ có "định thời trớc" (trễ giữa phát và thu 1 số bít tơng ứng để cân bằng thời gian truyền dẫn) ở ô mới và ô cũ khác nhau 1 giá trị cố định Nhìn từ phía MS, chuyển giao bắt đầu từ thời điểm khi BS phát ở kênh điều khiển liên kết nhanh (hay SDCCH) hiện thời 1 khung i có chứa bản tin "lệnh chuyển giao" (handover command) Lệnh này chứa các số liệu về ô mới (chẳng hạn mã mầu, cấu trúc kênh, định thời trớc) và kênh lu lợng mới TCH cùng với số tham khảo chuyển giao MS công nhận khung I này bằng trả lời "sẵn sàng thu" (recrive ready) và lớp kết nối 2 ở kênh điều khiển liên kết nhanh cũ đợc xoá nội bộ Khi này kênh lu lợng cũ (TCH) cùng với các kênh báo hiệu liên kết (kênh điều khiển liên kết nhanh và SACCH) với nó đợc giải phóng Trạm MS nhập vào ô mới bằng cách phát đi 4 bản tin "thâm nhập chuyển giao" (Handover Access) ở kênh điều khiển liên kết nhanh của kênh lu lợng mới Bản tin này không chứa khuôn dạng tiêu chuẩn; nó chỉ 1 byte và chứa số tham khảo ngẫu nhiên Sau đó MS thiết lập kết nối lớp 2 bằng lệnh SABM ở kênh điều khiển liên kết nhanh mới, sau khi nhận đợc UA nó phát bản tin "hoàn thành chuyển giao" (Handover complete) ở khung i đầu tiên đến trạm BS mới.

Cấu hình kênh của tất cả các kết nối RR đều chứa 1 kênh điều khiển liên kết chậm (SACCH) Trong quá trình kết nối RR, MS liên tục phát ở SACCH này các khung UI có trờng thông tin chứa bản tin "báo cáo đo" (Measuremet report).

Hình 3.41 Các thủ tục ở kênh SACCH trong quá trình kết nối

Quản lý di động MM

Nhiệm vụ chính của quản lý di động (lớp con thứ 2 của lớp 3) là thực hiện nhận thực vị trí; cấp phát dạng hiện 1 TMSI mới (cấp phát lại TMSI) và nhận dạng

MS Các khai thác nói trên đợc gọi là các thủ tục đặc thù Tất cả các thủ tục này đòi hỏi 1 kết nối RR Ngoài ra MM còn làm các thủ tục kết nối RR có thể áp dụng đ ợc cho lớp con quản lý mạng nối thông (CM) cao hơn ở lớp 3, khi này ngời ta sử dụng thuật ngữ kết nối MM Kết nối MM là 1 ứng dụng của kết nối RR Tồn tại các kết nối MM tơng ứng cho ba phần của CM: cho điều khiển cuộc gọi (CC), cho hỗ trợ các dịch vụ bổ sung (SSS) và các dịch vụ bản tin ngắn (SMS), ngoài ra còn có các kết nối cho các cuộc gọi khẩn Trong khi chỉ cho phép 1 kết nối RR trên 1 MS thì có thể tồn tại tới 4 kết nối MM (về mặt lý thuyết): 1 cho CC, 1 cho SSS, 1 cho SMS và 1 cho các cuộc gọi khẩn.

Các kết nối MM và các thủ tục MM đặc thù hoàn toàn độc lập với nhau. Không phải mọi kết nối MM đều đòi hỏi sự thực hiện các thủ tục nơi MM Đây là điều trái ngợc với quản lý tiềm năng vô tuyến, nơi mà mọi việc đều bắt đầu từ thiết lập kết nối RR và kết thúc bằng xoá bỏ kết nối này.

(1) Trớc hết ta xét các thủ tục MM đặc thù ở cấp phát lại TMSI Các thủ tục này đợc thực hiện bằng cách báo hiệu (9), (10) ở lu đồ cập nhật vị trí hình 3.39b. Trạm BS phát bản tin "lệnh cấp phát lại TMSI" (TMSI: Reallocation command) ở 1 khung trong DCCH chính (SDCCH hay kênh điều khiển liên kết nhanh) Bản tin này bao gồm cả TMSI mới và nhận dạng vùng định vị hiện thời (LAI) MS trả lời bằng "hoàn thành cấp phát lại MTSI" ở 1 khung i khác.

(2) Đối với các thủ tục đặc thù MM dành cho nhận thức, báo cáo hiệu sao đây đợc thực hiện: (5), (6) ở lu đồ trình bày phần đầu của cuộc gọi khởi xớng từ máy di động cho MOC, (6), (7) ở lu đồ 3.35 cho MTC và (5), (6) ở lu đồ 3.39b cho cập nhật vị trí BS phát 1 khung i chứa bản tin "yêu cầu nhận thực" (Authentication) chứa số ngẫu nhiên (RAN, 1 phần của bộ nhận thực) và số chuỗi khoá mật mã (CKSN), chỉ số của bộ ba nhận thực ở số liệu thuê bao di động trong VLR) Từ RAND MS sẽ tính toán mật khẩu (SRES, 1 phần của bộ ba) và phát SRES đến BS ở bản tin trả lời "trả tin nhận thực" (Authentication respense) Sau đó từ RAND MS tình toán khoá mật mã (KC, phần cuối cùng của bộ ba) và ghi nhớ khoá này cùng víi CKSN.

(3) Mạng di động sử dụng nhận dạng để yêu cầu nhận dạng trạm di động hay thiết bị trạm di động (xem hình 3.42).

I/SABM (chỉ thị rời bỏ IMSI) SDCCH

DCCH = SDCCH hay FACCH (Nhận dạng MS: IMSI hay IMSI Đồ án Tốt nghiệp Đề tài: Tổng quan về mạng thông tin di động GSM, nghiên cứu giao diện vô tuyến của nó

Hình 3.42 Thủ tục nhận dạng

Dới đây là 2 ứng dụng quan trọng nhất:

* Hỏi IMSI (nếu TMSI cung cấp cho MS không đủ hay không biết LAI)

* Hỏi IMEI (để kiểm tra sự lệ thuộc của thiết bị di động).

Trong mọi trờng hợp BS gửi đi 1 bản tin I với "yêu cầu nhận dạng" (Identity request) chứa kiểu nhận dạng yêu cầu (IMSI, TMSI hay IMEI) MS trả lời "trả lời nhận dạng" (Identity response) có chức nhận dạng đợc yêu cầu).

(4) ở thủ tục đặc thù MM cho rời bỏ IMSI (IMSI Detach) (xem hình sau) trạm MS phát đi bản tin "chỉ thị rời bỏ IMSI" khi tắt nguồn đợc thông báo lại bằng bản tin "chỉ thị rời bỏ IMSI" và đợc thông báo bằng bản tin "nhập lại IMSI" khi bật lại nguồn trong cùng 1 vùng định vị (phơng án cập nhật vị trí đặc biệt, xem phần cập nhật vị trí) Nếu bật lại nguồn ở 1 vùng định vị khác trạm MS phải thực hiện thủ tục cập nhật vị trí bình thờng MS phát đi "chỉ thị rời bỏ IMSI" ở 1 khung i (nếu đã có 1 kết nối RR) hay SABM (nếu kết nối RR đợc thiết lập đặc biệt cho thủ tục rời mạng) Khung i chứa nhận dạng thuê bao di động tạm thời (TMSI) ở dạng thông số Vì bản tin này là dấu hiệu cuối cùng về sự tồn tại của MS khi đã tắt nguồn, nên

BS sẽ không trả lời mà sẽ xoá nội bộ kết nối RR và kết nối lớp 2 Khi này tất cả các tiềm năng đợc giải phóng.

Hình 3.43 Thủ tục rời mạng bình thờng

(5) ở các thủ tục đặc thù MM đặc thù dành cho cập nhật vị trí ta cần phân biệt

- Cập nhật vị trí bình thờng: MS phát hiện sự thay đổi vùng định vị (thay đổi ô, LAI mới ở BCCH).

- Cập nhật vị trí định kỳ: giám sát thời gian ở MS kết thúc.

- Nhập IMSI: trớc đây MS tắt nguồn và báo hiệu bằng bản tin "rời bỏ IMSI" bây giờ lại bật lại nguồn trong cùng vùng định vị.

SABM (yêu cầu cập nhật vị trí) SDCCH

(IMSI/TMSI + LAI cũ, CKSN, kiểu cập nhật vị trí, yêu cầu tiếp theo)

[Nhận dạng] : nếu không biết LAI hoặc mất TMSI [NhËn thùc]

[Tích cực mật mã hoá]

I (chấp nhận cập nhật vị trí) (TMSI míi, LAI míi, tiÕn tr×nh tiÕp tôc ?)

I (hoàn thành cấp phát lại TMSI)

Trong mọi trờng hợp trạm di động thiết lập 1 kết nối RR và phát đi bản tin

"yêu cầu cập nhật vị trí" (Location update request) ớABM SABM hay IMSI (đối với tích cực lần đầu) hay có thể TMSI đứng cuối cùng hoặc LAI đứng cuối cùng. Một thông số khác của bản tin là số chuỗi khoá mật mã (CKSN) từ lần nhận thức cuối cùng để cho phép mật mã hoá mà không cần nhận thực Sau đó MS định nghĩa ở SABM kiểu cập nhật vị trí cần yêu cầu (bình thờng, định kỳ, nhập IMSI) và yêu cầu tiếp theo, chẳng hạn có yêu cầu thiết lập 1 kết nối MM ngay sau cập nhật vị trí (vì dự định 1 cuộc gọi) hay không BS công nhận SABM bằng 1 UA Bây giờ trên cơ sở LAI và TMSI, VLR sẽ xác định IMSI Nếu không xác định đợc (không biết LAI hoặc VLR cũ không cung cấp TMSI hoặc VLR cũ phải khôi phục lại vì mất dữ liệu), BS thực hiện thủ tục nhận dạng (xem hình các thủ tục ở kênh SACCH trong quá trình kết nối) để đảm bảo chắc chắn IMSI của MS Sau khi đã thiết lập IMSI, VLR có thể thông báo HLR và cấp phát một TMSI mới TMSI mới đợc gửi đến MS ở dạng mật mã hoá Để vậy phải khởi tạo 1 nhận thức mới hay VLR sử dụng cùng khoá mật mã với khoá ở lần gọi cuối cùng (đợc nhận dạng bởi (KSN) khi chế độ mật mã hoá đã tích cực: các trao đổi báo hiệu (3), (4) ở hình 3.39b cho cập nhật vị trí Bây giờ BS phát đến MS 1 khung i cùng với bản tin "chấp nhận cập nhật vị trí" (Location update accepted): các trao đổi báo hiệu (9), (10) ở hình 3.39b Các thủ tục đặc thù MM cho phép cập nhật vị trí nói trên đợc cho ở hình 3.44.

Hình 3.44 Các thủ tục đặc thù MM cho cập nhật vị trí

Với trả lời này quá trình cập nhật vị trí đã hoàn thành Bây giờ hoặc kết nối

RR bị xoá (hình 3.38 hoặc MS thiết lập ngay 1 kết nối MM).

Các kết nối MM có thể đợc thiết lập bởi MS hoặc BS Sau đây là các điều kiện tiên quyết cho cả 2 trờng hợp.

- MS phải đăng ký trớc vùng định vị (cập nhật vị trí đã thành công) Trừ trờng hợp cuộc gọi khẩn luôn luôn đợc phép.

- Tồn tại 1 kết nối RR.

- Không 1 thủ tục đặc thù MM nào đang thực hiện.

Nếu MS thiết lập kết nối MM thì nó sẽ phát đi bản tin "yêu cầu dịch vụ CM" (CM: Service request) ở SABM (nếu kết nối RR đợc thiết lập riêng cho kết nối MM) hay ở 1 khung i (nếu kết nối RR đã tồn tại: ngay sau khi cập nhật vị trí) Kiểu kết nối MM cần thiết (điều khiển cuộc gọi (CC), hỗ trợ dịch vụ bổ sung (SSS), dịch vụ bản tin ngắn (SMS) hay (dịch vụ khẩn) đợc truyền đi ở dạng thông số của bản tin cùng với CKSN nhận đợc từ lần nhận thực cuối cùng Nếu phía mạng tiến hành tích cực chế độ mật mã hoá (xem (7), (8) ở hình 3.32) thì đây sẽ đợc coi nh là sự khẳng định về kết nối MM đã đợc thiết lập Việc thiết lập kết nối MM phải đợc khẳng định ở dạng tờng minh bằng bản tin "chấp nhận dịch vụ CM" (ở 1 khung I không có thông số bổ sung) nếu chế độ mật mã hoá không đợc tích cực.

Nếu BS thiết lập kết nối MM, nó sẽ thực hiện ở dạng ẩn tàng Vì thế không có bản tin nào chỉ liên quan đến việc thiết lập kết nối MM đợc phát, thay vào đó BS phát đi 1 bản tin CM bất kỳ cha liên quan đến 1 kết nối MM đã có, điều này đợc coi nh là đã thiết lập kết nối MM.

Các quá trình thiết lập kết nối MM đợc cho ở hình 3.45.

SABM/I (yêu cầu dịch vụ CM) DCCH

Tích cực mật mã hay

(CDSN, kiểu kết nối MM đ ợc yêu cầu)

I (tiếp nhận dịch vụ CM) (DCCH = SDCCH hay FACCH thiết lập bởi BS)

I (bản tin CM ch a liên kết với kết nối MM)

DCCH (DCCH = SDCH hay FACCH)

Hình 3.45 Thiết lập các kết nối MM

Các kết nối MM luôn luôn đợc xoá nội bộ (không có trao đổi bản tin cho mục đích riêng này).

Quản lý nối thông

Quản lý nối thông là lớp con cao nhất trong các lớp con ở lớp 3 Các chuỗi xử lý cuộc gọi nh: thiết lập và xoá cuộc gọi đợc xử lý ở lớp con này Quản lý nối thông đợc chia thành 3 phần sau: điều khiển cuộc gọi (CC: Call control), hỗ trợ các dịch vụ đặc thù (SSS: Subplementary services suport) và dịch vụ bản tin ngắn (SMS: Short message service). ở quản lý nối thông cũng tồn tại các kết nối báo hiệu Các kết nối báo hiệu (đ- ợc gọi là các trao đổi: Transaction) đợc thiết lập giữa 1 trạm di động và mạng để điều khiển các thủ tục xử lý cuộc gọi (chẳng hạn các kết nỗi hữu ích).

Một kết nối RR có thể mang đợc tới 4 kết nối MM, một kết nối MM có thể mang đợc tới 14 kết nối CM (trong số đó cực đại 7 đợc thiết lập bởi trạm MS và 7 đợc thiết lập bởi BS) Chẳng hạn nếu 1 đầu cuối di động đa chức năng có thể quản lý đồng thời 1 số kết nối hữu ích, thì báo hiệu của các kết nối hữu ích này đợc định tuyến qua kết nối MM cho điều khiển cuộc gọi nhng từng kết nối hữu ích có kết nối CM riêng.

Một kết nối CM (giao dịch) đợc đặc trng bởi:

- Việc liên kết của nó với 1 kết nối MM (CC, SSS, SMS hay cuộc gọi khẩn).

- Một nhận dạng giao dịch (TI) 4 bít.

Nhận dạng giao dịch gồm 1 cờ TI chỉ thị rằng giao dịch đợc thiết lập bởi trạm di động hay bởi mạng và 1 giá trị TI nằm trong khoảng từ 0 đến 6 Giá trị 7 để mở rộng TI lớn hơn 4 bít cha đợc định nghĩa.

I (bản tin CC/SSS/SMS với TI mới) DCCH

I (bản tin CC/SSS/SMS với TI mới)

(Thí dụ: bản tin (10) ở MOC)

ThiÕt lËp CM Thiết lập bởi MS

Một kết nối CM đợc thiết lập bởi 1 bản tin tuỳ chọn có chứa một TI mới (chẳng hạn 1 bản tin có TI không đợc sử dụng cho kết nối MM tơng ứng) Nếu trạm di động MS thiết lập kết nối CM thì kết nối MM luôn quan phải có Tuy nhiên nếu phía mạng thiết lập kết nối CM nhng cha có kết nối MM liên quan thì thiết lập kết nối CM chứa thiết lập kết nối MM tơng ứng.

Một kết nối CM đợc xoá bằng bản tin "giải phóng" (Release) đợc gửi từ trạm

BS đến trạm BS và MS công nhận bằng bản tin "hoàn toàn giải phóng" (Release complete) (xem h×nh 3.46).

Hình 3.46 Thiết lập và xoá kết nối CM

Trong trờng hợp MOC; MS thiết lập trao đổi bằng bản tin "thiết lập" (setup) (tiếp theo thiết lập MM): (10) ở hình 3.32 (xem hình các chuỗi CM cho MOC) (h×nh 3.47).

Bản tin này có các thông số tuỳ chọn khác nhau Sau đây là 1 số thí dụ:

- Khả năng mang: dung lợng truyền dẫn mà mạng phải đảm bảo.

- Các thông số để đảm bảo khả năng tơng thích giữa thiết bị đầu cuối phía A và phía B.

- Số thoại phía bị gọi.

"Setup" cũng đợc sử dụng để yêu cầu các tính năng khác nhau (các dịch vụ bổ sung, chẳng hạn: thông báo cớc).

Phía mạng công nhận "setup" bằng "đang tiến hành gọi" (Call proceeding). Khi đã định vị thiết bị tơng ứng ở phía bị gọi, mạng gửi đi "báo chuông" (aberting) (nghĩa là thuê bao bị gọi đang đổ chuông) Ngay sau khi phía bị gọi trả lời BS gửi

I (thiết lập) (khả năng mang, t ơng thích số thoại phía bị gọi, các tính năng)

FACCH FACCH nếu không có OACSU (cấp phát kênh TCH sớm);

SDCCH nếu có OACSU (cấp phát kênh TCH muộn). bản tin "kết nối" (connect) đến MS và MS gửi bản tin trả lời "công nhận kết nối" (connect acknowledge).

Tuỳ chọn OACSU (thiết lập cuộc gọi muộn) có nghĩa rằng kênh tiếng ở giao diện vô tuyến đợc cấp phát ở thời điểm muộn nhất Nếu OACSU là tích cực, thì kênh tiếng (và kênh điều khiển liên kết nhanh tơng ứng) chỉ đợc thiết lập ngay trớc

"kết nối" (khi đã đảm bảo rằng phía B trả lời) (xem hình 3.34) Nếu kết nối đợc thiết lập không có OACSU thì kênh tiếng đã đợc cấp phát ngay sau "đang tiến hành gọi" (xem hình 3.33).

Sự khác nhau giữa thiết lập cuộc gọi có và không có OACSU thể hiện rõ ràng ở bản tin "báo chuông" (Alerting): ở MOC không có OACSU "báo chuông" đợc phát ở kênh điều khiển liên kết nhanh (vì TCH đã đợc cấp phát) còn ở MOC có OACSU "báo chuông" vẫn ở SDCCH ở cả 2 trờng hợp "thiết lập" và "đang tiến hành gọi" đợc phát trên SDCCH, nhng "kết nối" và "công nhận kết nối" đợc phát ở kênh điều khiển liên kết nhanh.

Hình 3.47 Các chuỗi CM cho MTC

Trong trờng hợp MTC phía mạng thiết lập trao đổi bằng bản tin "thiết lập" (xem hình các chuỗi CM cho MTC) Ngoài ra có thể có 1 số thông số ở bản tin này, chẳng hạn: số thoại phía chủ gọi hay các thông số để đảm bảo tính tơng thích thiết bị đầu cuối MS công nhận "thiết lập" bằng "khẳng định cuộc gọi".

Khi thiết bị đầu cuối tơng ứng đã đợc xác định MS gửi "báo chuông" (nghĩa là thuê bao đang đổ chuông) MS thông báo rằng phía bị gọi đã trở lời bằng cách gửi đi bản tin "kết nối" đến mạng và mạng trả lời bằng "công nhận kết nối".

Nếu OACSU tích cực, thì phía mạng chỉ cấp phát kênh tiếng sau khi nhận đợc

"kết nối" (vì trớc đó cha rõ ràng có thể thâm nhập đến thuê bao hay không) Nếu OACSU không tích cực thì kênh tiếng đợc cấp ngay sau khi "khẳng định cuộc gọi" (Call confirmed) Nh vậy "thiết lập" và "khẳng định gọi" luôn luôn đợc gửi qua SDCCH và "công nhận kết nối" luôn luôn qua kênh điều khiển liên kết nhanh "Báo chuông" và "kết nối" đợc phát trên SDCCH nếu OACSU tích cực, ngợc lại, chúng đợc phát ở kênh điều khiển liên kết nhanh. ở thay đổi dạng cuộc gọi: thay đổi dịch vụ trong quá trình của 1 kết nối (chẳng hạn từ truyền tiếng dẫn sang truyền dẫn số liệu) Sự thay đổi có thể đợc khởi xớng bởi MS hay phía đối phơng Trong cả 2 trờng hợp phía khởi xớng phát đi bản tin "thay đổi" (modify) Trong bản tin này các thông tin về khả năng mang và tính tơng thích mới đợc định nghĩa Trờng hợp thành công phía đối phơng đáp lại bằng bản tin "hoàn thành thay đổi" (Modify complete) nhắc lại thông tin về dung lợng và tơng thích.

Xoá cuộc gọi có thể khởi xớng hoặc bởi MS hoặc bởi đối tợng Nếu MS khởi xớng xoá thì nó phát đi bản tin "tháo gỡ" (disconnect) BS trả lời bằng cách xoá kết nối CM sử dụng "giải phóng" và "hoàn thành giải phóng" (xem hình 3.38).

Tuy nhiên nếu đối phơng khởi xớng xoá thì BS xoá kết nối CM ngay lập tức.

Lu ý bản tin "tháo gỡ" đợc truyền ở khung I của lớp 3 không nên nhầm với DISC ở lớp 2 (xem hình: cấu trúc trờng điều khiển của khung lớp 2).

Quản lý các báo hiệu ở giao diện vô tuyến

Trong phần này ta sẽ tổng kết các báo hiệu ở giao diện vô tuyến và xét toàn bộ các chuỗi báo hiệu cho cập nhật vị trí, MOC, MTC và chuyển giao.

Tổng kết các báo hiệu ở các lớp khác nhau trong giao diện vô tuyến đợc cho ở hình: Tổng kết các báo hiệu ở giao diện vô tuyến ở hình này ta thấy các bản tin lớp

3 có độ dài cực đại là 249 byte, ở lớp 2 các bản tin này đợc cắt mảnh thành 22 byte cho BCCH, CCCH, 20 byte cho kênh điều khiển liên kết nhanh, SDCCH và 18 byte cho SACCH, sau đó các đoạn bản tin này đợc bổ sung thêm: 1 byte trờng chỉ thị độ dài cho BCCH và CCCH, 3 byte nh ở hình: cấu trúc của khung lớp 2 Cho kênh điều khiển liên kết nhanh, SDCCH và SACCH ở lớp vật lý 21 byte lớp 2 của SACCH đợc bổ sung thêm 2 byte để đợc 23 byte, sau đó các khung 23 byte đợc mã hoá kênh để chống lỗi và phát hiện lỗi thành 456 bít Cuối cùng các bít này đợc ghép xen thành 4 cụm hay 8 cụm đối với kênh điều khiển liên kết nhanh.

Các chuỗi báo hiệu cho cập nhật vị trí mà ta xét ở hình 3.39b giới hạn cho tr- ờng hợp mà ở đó MS đang tích cực nhng cha có kết nối của ngời sử dụng sẽ thay đổi vùng định vị Ngay sau khi MS này điều chỉnh đến BS mới, nó nhận biết LAI mới ở BCCH MS yêu cầu (thông qua RACH) 1 kênh báo hiệu (SDCCH) Sau khi

Báo hiệu trên giao diện vô tuyến Các bản tin lớp 3 không thể dài hơn 249 byte Đ ờng truyền LAPD có hạn (kích th ớc bình th ờng nhỏ hơn 23 byte)

Chế độ công nhận (đa khung) hay không công nhận (SDCCH, FACCH, SACCH)

Chế độ không công nhận (BCCH, CCCH)

Bản tin lớp 3 đ ợc chia thành các đoạn 20 hay đối với SACCH 18 byte

Cộng định thời tr ớc: 1 byte Cộng lệnh Đ/K công suất: 1 byte

Mã hoá xoắn để hiệu chỉnh lỗi

Mã file để phát hiện lỗi

Ghép xen 456 bit trên 4 cụm hay 8 cụm cho FACCH

Ký hiệu: T.T lớp 2 = thông tin lớp 2 Đến máy phát đợc cấp phát 1 kênh báo hiệu (ở AGCH) MS thiết lập kết nối lớp 2 bằng thủ tục

"phân giải xung đột" bao gồm bản tin SABN lớp 3 "yêu cầu cập nhật vị trí" cùng với CHSN, TMSI và LAI cũ Ngoài ra MS chỉ thị rằng cập nhật vị trí là loại bình th- ờng (không phải định kỳ hay nhập IMSI) BC công nhận SABM bằng UA VLR xác định IMSI trên cơ sở TMSI và LAI (có thể bằng cách hỏi lại VLR cũ khi chuyển giao giữa các MSC), thông báo cho HLR nếu cần thiết Trớc khi khẳng định cập nhật vị trí và ấn định 1 TMSI mới cho MS, VLR thực hiện nhận thực (các khung I "yêu cầu nhận thực" và "trả lời nhận thực") và khởi động quá trình mật mã hoá (các khung I "lệnh chế độ mật mã" và "hoàn thành chế độ mật mã") Sau đó có thể ấn định 1 TMSI mới bằng bản tin đợc mật mã "chấp nhận cập nhật vị trí" MS trả lời bằng "hoàn thành cấp phát lại TMSI" Sau đó BS xoá kết nối RR.

Hình 3.48 Tổng kết các báo hiệu ở giao diện vô tuyến

- 76 - Đối với MOC ở các hình 3.33, 3.33, 3.34 ta xét trờng hợp MS có vị trí hiện thời đã đợc cập nhật và thiết lập cuộc gọi ra Vì thế không cần cập nhật vị trí cùng với việc thiết lập MM ngay tiếp theo Thay vào đó phải thiết lập riêng 1 kết nối RR cho MOC Để vậy MS yêu cầu 1 SDCCH (ở RACH: lý do yêu cầu bằng thiết lập MOC) Sau khi đợc cấp phát SDCCH (qua AGCH) MS thiết lập kết nối lớp 2 và phát đi SABM với bản tin "yêu cầu dịch vụ CM" chứa CKSN của lần nhận thực cuối cùng và thông tin rằng 1 kết nối MM cho điều khiển cuộc gọi (CC) sẽ đợc thiết lập BS công nhận SABM bằng UA Bây giờ MS thực hiện nhận thực (các khung I "yêu cầu nhận thực" và "trả lời nhận thực") và khởi động mật mã hoá (các khung I "lệnh chế độ mật mã" và "hoàn thành chế độ mật mã") Sau đó 1 kết nối

MM đợc thiết lập và MS có thể thiết lập 1 kết nối CC bằng bản tin "thiết lập" Bản tin này chứa 1 nhận dạng giao dịch mới (TI đợc chọn bởi trạm MS) cùng với thông tin cần thiết cho việc thiết lập cuộc gọi mạng (chẳng hạn khả năng mang và số thoại bị gọi) BS trả lời bằng khung I "đang tiến hành gọi", MS trả lời bằng "sẵn sàng thu" Khi này nếu OACSU không tích cực, mạng sẽ ấn định 1 kênh tiếng bằng cách phát đi khung I "lệnh ấn định" với số kênh TCH MS trả lời bằng "thu sẵn sàng", khi này kết nối lớp 2 có thể đợc xoá nội bộ và 1 kết nối lớp 2 mới đợc thiết lập ở FACCH MS sử dụng FACCH mới để công nhận việc thu đợc "lệnh ấn định" bằng "hoàn thành ấn định" Ngay sau khi chuông để ở phía bị gọi, mạng gửi đến

MS "báo chuông", MS đáp lại bằng "sẵn sàng thu" Khi bị gọi trả lời mạng gửi khung I "kết nối" đến Ms, MS đáp lại bằng khung I "công nhận kết nối" Cuối cùng

BS công nhận trả lời của MS bằng "thu sẵn sàng", nh vậy nối thông đợc thiết lập.

Nếu OACSU đợc thiết lập, thì kênh tiếng đợc ấn định lần đầu khi phía bị gọi trả lời (ngay trớc "kết nối") Truyền dẫn "báo chuông" và "sẵn sàng thu" liên quan tiếp tục ở SDCCH (xem hình 3.34).

BS khởi đầu 1 MTC bằng tìm gọi Để vậy nó phát đi ở PCH 1 khung UI "yêu cầu tìm gọi" chứa TMSI MS bị gọi phát "yêu cầu kênh" ở RACH (chứa lý do: trả lời tìm gọi) và nhận đợc trả lời "ấn định tức thì" ở AGCH có chứa kênh SDCCH đ- ợc cấp phát, ở kênh này MS sẽ thiết lập kết nối lớp 2 Để thiết lập kết nối lớp 2 MS phát đi SABM chứa bản tin "trả lời tìm gọi" cùng với CKSN lần cuối và TMSI. Mạng công nhận kết quả tìm gọi và trả lời SABM bằng UA Bây giờ BS bắt đầu thực hiện nhận thực (các khung I "yêu cầu nhận thực" và "trả lời nhận thực") và khởi động mật mã hoá (các khung I "lệnh chế độ mật mã" và "hoàn thành mật mã") Sau đó 1 kết nối MM đợc thiết lập và BS thiết lập 1 kết nối CC bằng bản tin

"thiết lập" Bản tin này chứa 1 nhận dạng giao dịch mới (TI: đợc chọn bởi trạm di động) cùng với tất cả các thông tin cần cho thiết lập cuộc gọi (chẳng hạn khả năng mang) Trạm MS trả lời bằng khung I "khẳng định cuộc gọi", BS đáp lại bằng "sẵn sàng thu".

Nếu OACSU không tích cực, thì BS ấn định kênh ngay lúc này, thủ tục này giống nh đối với MOC (xem hình 3.37) Điều quan trọng nhất là kết nối RR trớc đây ở SDCCH đợc thay thế bằng kết nối mới ở FACCH Ngay sau phía bị gọi đổ chuông, MS gửi khung I "báo chuông", BS đáp lại bằng "sẵn sàng thu" Nếu phía bị gọi trả lời, MS thông báo BS bằng khung I "kết nối" BS trả lời bằng "thu sẵn sàng", nh vậy là kết nối đã đợc thiết lập cho cuộc gọi kết cuối ở trạm di động.

Nếu OACSU hoạt động, thì kênh tiếng đợc thiết lập khi phía bị gọi trả lời (ngay trớc "kết nối") Truyền dẫn "báo chuông", "sẵn sàng thu" liên quan và "kết nối" vẫn tiếp tục ở SDCCH (xem hình 3.36).

Về chuyển giao (Handover) ta chỉ hạn chế xét trờng hợp các ô đồng bộ, đối với MS thủ tục này bắt đầu khi trạm BS gửi đi 1 khung I với lệnh "chuyển giao" ở FACCH Bản tin này chứa các định nghĩa về ô mới (chẳng hạn mã mầu, cấu trúc ô mới, định thời trớc), của kênh tiếng mới (TCH) và 1 số tham khảo chuyển giao mới Trạm MS công nhận khung I này bằng "sẵn sàng thu" Với lệnh này kết nối lớp 2 ở FACCH cũ bị xoá bỏ nội bộ Kênh tiếng cũ cùng với các kênh báo hiệu liên kết với nó (FACCH và SACCH) đợc giải phóng Bây giờ trạm MS nhập vào ô mới bằng cách phát đi 4 bản tin "thâm nhập chuyển giao" riêng biệt ở FACCH chứa TCH mới, bản tin này không theo tiêu chuẩn, nó chỉ có 1 byte chứa số tham khảo chuyển giao Sau đó MS thiết lập kết nối lớp 2 bằng SABM ở FACCH mới và sau khi nhận đợc UA nó phát đi lệnh "hoàn thành chuyển giao" ở khung I đầu tiên đến trạm BS BS đáp lại bằng "sẵn sàng thu" nh vậy chuyển giao đã hoàn thành.

Định dạng
Số trang	87
Dung lượng	694,61 KB