Sự phát triển của hệ thống di động Mobifone UMTS /IMT - 2000

Sự phát triển của hệ thống di động Mobifone UMTS /IMT - 2000

Lời mở đầu

Thông tin di động là một dịch vụ thông tin đặc biệt Nó cho phép ngời sử dụng trao đổi thông tin ngay cả khi đang di chuyển Ngoài ra nó còn có nhiều dịch vụ tiện ích khác mà hệ thống thông tin khác không thể có Vì thế thông tin di động hiện nay đã trở nên phổ biến và không ngừng phát triển

Dịch vụ thông tin di động đã có từ những năm 1940s với những hệ thống thông tin di động tơng tự sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA Vào đầu những năm 1980 ở một số nớc châu Âu đã xuất hiện các hệ thống thông tin di động số với kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) Tuy nhiên, các hệ thống này không tơng thích với nhau làm cho mạng thông tin di

động chỉ bó hẹp ở từng quốc gia

GSM là tiêu chuẩn điện thoại di động số toàn chau Âu do ESTI (Europe Telecommunication Standard Institute) thành lập với các hình thức khuyến nghị lấy các tiêu chuẩn làm cơ sở cho mạng thông tin di động Những tiêu chuẩn này đã giải quyết đợc vấn đề: tơng thích về thiết bị, tăng dung lợng mạng nhờ việc sử dụng tần số hiệu quả hơn

Hệ thống GSM ra đời đã nhanh chóng phát triển trên toàn thế giới Đây là hệ thống thông tin tế bào số tích hợp và toàn diện Mạng đợc thiết kế phù hợp với hệ thống IDSN và các mạng số liệu công cộng khác

Trong giai đoạn hiện nay, khi vấn đề internet toàn cầu và các hệ thống mạng thông tin cá nhân phát triển nhanh cả về dung lợng, tốc độ và các loại hình dịch vụ cũng đặt ra một yêu cầu phát triển với tơng đơng đối với hệ thống thông tin di động

Liên minh Viễn thông Quốc tế đã bắt tay vào việc phát triển một nền tảng chung cho các hệ thống viễn thông di động Kết quả là một sản phẩm đợc gọi là thông tin di động toàn cầu 2000 (IMT-2000) IMT-2000 không chỉ là một bộ dịch

vụ, nó đáp ứng ớc mơ liên lạc từ bất cứ nơi đâu và vào bất cứ lúc nào Để đợc nh vậy, IMT-2000 tạo điều kiện tích hợp các mạng mặt đất và /hoặc vệ tinh Hơn thế nữa, IMT-2000 cũng đề cập đến Internet không dây, hội tụ các mạng cố định và di

động, quản lý di động (chuyển vùng), các tính năng đa phơng tiện di động, hoạt

động xuyên mạng và liên mạng

Các hệ thống thông tin di động thế hệ 2 đợc xây dựng theo tiêu chuẩn GSM, IS-95, PDC, IS-38 phát triển rất nhanh vào những năm 1990 Trong hơn một tỷ thuê bao điện thoại di động trên thế giới, khoảng 863, 6 triệu thuê bao sử dụng

công nghệ GSM, 120 triệu dùng CDMA và 290 triệu còn lại dùng FDMA hoặc TDMA Khi chúng ta tiến tới 3G, các hệ thống GSM và CDMA sẽ tiếp tục phát triển trong khi TDMA và FDMA sẽ chìm dần vào quên lãng Con đờng GSM sẽ tới là CDMA băng thông rộng (WCDMA) trong khi CDMA sẽ là cdma2000.Tại Việt Nam, thị trờng di động trong những năm gần đây cũng đang phát triển với tốc độ tơng đối nhanh Cùng với hai nhà cung cấp dịch vụ di động lớn nhất là Vinaphone và Mobifone, Công Ty Viễn thông Quân đội (Vietel), S-fone và mới nhất là Công ty cổ phần Viễn thông Hà Nội và Viễn Thông Điện Lực tham gia vào thị trờng di động chắc hẳn sẽ tạo ra một sự cạnh tranh lớn giữa các nhà cung cấp dịch vụ, đem lại một sự lựa chọn phong phú cho ngời sử dụng Vì vậy, các nhà cung cấp dịch vụ di động Việt Nam không chỉ sử dụng các biện pháp cạnh tranh

về giá cả mà còn phải nỗ lực tăng cờng số lợng dịch vụ và nâng cao chất lợng dịch

vụ để chiếm lĩnh thị phần trong nớc Điều đó có nghĩa rằng hớng tới 3G không phải là một tơng lai xa ở Việt Nam Trong số các nhà cung cấp dịch vụ di động ở Việt Nam, đang có 3 nhà cung cấp dịch vụ áp dụng công nghệ GSM là Vinaphone, Mobifone và Vietel, hiện đang cung cấp dịch vụ cho phần lớn thuê bao di động ở Việt Nam Vì vậy khi tiến lên 3G, chắc chắn hớng áp dụng công nghệ truy nhập vô tuyến WCDMA để xây dựng hệ thống thông tin di động thế hệ

3 phải đợc xem xét nghiên cứu

Đồ án này nghiên cứu lộ trình phát triển của hệ thống thông tin di động Mobifone

từ GSM sang 3G WCDMA với nội dung gồm 4 phần:

Phần I : Sự phát triển của hệ thống thông tin di động toàn cầu

Phần II : Mạng thông tin di động GSM

Phần III : Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS

Phần IV : Công nghệ 3G WCDMA / IMT 2000

Phần V : Lộ trình triển khai nâng cấp mạng lên 3G của VMS-Mobifone

Em xin trân thành cám ơn thầy giáo T.s Phạm Công Hùng đã nhiệt tình hớng dẫn và chỉ bảo giúp em hoàn thành đồ án này

Do kiến thức và kinh nghiệm thức tế còn hạn chế lên không thể tránh khỏi thiếu xót trong quá trình thực hiện, vì vậy em mong nhận đợc ý kiến góp ý từ thầy cô và các bạn Xin chân thành cảm ơn !

Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Ngọc Thăng

Các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai đợc xây dựng theo các tiêu chuẩn nh : GSM, IS-95, PDC, IS-96 phát triển rất nhanh những năm 1990 Các yêu cầu về dịch vụ mới của các hệ thống thông tin di động, nhất là các dịch vụ truyền

số liệu đòi hỏi các nhà khai thác phải đa ra đợc các hệ thống thông tin di động mới Trong bối cảnh đó, ITU đã đa ra đề án tiêu chuẩn hoá hệ thống thông tin di

động thế hệ thứ 3 với tên gọi IMT-2000 với mục tiêu:

Tốc độ truy nhập cao để bảo đảm các dịch vụ băng rộng nh truy nhập Internet nhanh hoặc các dịch vụ đa phơng tiện

Linh hoạt để bảo đảm các dịch vụ mới nh đánh số cá nhân toàn cầu và điện thoại vệ tinh Các tính năng này sẽ cho phép mở rộng đáng kể tầm phủ sóng của cả các hệ thống thông tin di động

Tơng thích với các hệ thống thông tin di động hiện có để bảo đảm sự phát triển liên tục của thông tin di động

Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 IMT-2000 đã đợc

đề xuất trong đó có hai hệ thống WCDMA và CDMA-2000 đã đợc ITU chấp thuận và sẽ đa vào hoạt động trong những năm đầu của thập kỷ 2000 Các hệ

thống này đều sử dụng công nghệ CDMA do vậy cho phép thực hiện tiêu chuẩn toàn thế giới cho giao diện vô tuyến của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3.WCDMA sẽ là sự phát triển tiếp theo của các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai sử dụng công nghệ TDMA nh GSM, PDC, IS-136 còn CDMA-2000 sẽ là

sự phát triển tiếp theo của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai sử dụng cộng nghệ CDMA: IS-95

Các hệ thống thông tin di động tổ ong t ơng tự thế hệ thứ nhất:

AMPS: Advanced Mobile Phone Service: Dịch vụ điện thoại di động tiên tiến

NAMPS: Narrow AMPS: AMPS băng hẹp

TACS: Total Access Communication System: Hệ thống thông tin truy nhập toàn bộ.ETACS: Extended TACS: TACS mở rộng

NMR 450: Nordic Mobile Telephone 450: Hệ thống điện thoại di động Bắc Âu băng tần 450 MHz

NMT900: Hệ thống điện thoại di động Bắc Âu băng tần 900MHz

NTT: Nippon Telegraph and Telephone: Hệ thống do NTT phát triển

JTACS: Japanish TACS

NTACS: Narrow TACS

Các hệ thống thông tin di động tổ ong thế hệ hai

PCN: Personal Communication Network: Mạng thông tin cá nhân

CT-2: Cordless Phone –2: Điện thoại không dây

DECT: Digital Enhanced Cordless Telecommunication: Viễn thông không dây số tiên tiến

PDC: Personal Digital Cellular: Hệ thống tổ ong số cá nhân

Các hệ thống thông tin di động số hiện nay đang ở giai đoạn chuyển từ thế hệ hai cộng sang thế hệ ba Để đáp ứng các nhu cầu ngày càng tăng về các dịch vụ thông tin di động, ngay từ những năm đầu của thập niên 90 ngời ta đã tiến hành nghiên cứu hoạch định hệ thống thông tin di động thế hệ ba ITU-R đang tiến hành công tác tiêu chuẩn hóa cho hệ thống thông tin di động toàn cầu ITM mà trớc đây

là FPLMTS Tại Châu Âu, Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu (ETSI) đang tiến hành tiêu chuẩn hoá phiên bản của hệ thống này với tên gọi là UMTS (Univesal Mobile Telecommunication System): Hệ thống viễn thông di động toàn cầu Hệ thống mới này sẽ làm việc ở dải tần 2 GHz Nó sẽ cung cấp rất nhiều loại hình dịch vụ bao gồm từ các dịch vụ thoại và số liệu thấp hiện nay cho đến các dịch vụ

số liệu tốc độ cao, video và truyền thanh Tốc độ cực đại của ngời sử dụng sẽ lên

đến 2Mbít/s Tốc độ cực đại này sẽ chỉ có ở các picô trong nhà, còn các dịch vụ với tốc độ 14,4 kbit/s sẽ đợc đảm bảo cho di động thông thờng ở các ô macro Ng-

ời ta cũng đang tiến hành nghiên cứu các hệ thống vô tuyến thế hệ thứ t có tốc độ cho ngời sử dụng lớn hơn 2 Mbit/s Hệ thống di động băng rộng MBS (Mobile Broadband System) dự kiến nâng tốc độ của ngời sử dụng đến STM-1 Đối với MBS các sóng mang đợc sử dụng ở các bớc sóng mm và độ rộng băng tần 64 GHz

Một số u thế mà thế hệ hai cộng (GSM) đã đạt đ ợc

• Các dịch vụ mạng mới và cải thiện các dịch vụ liên quan tới truyền số liệu

nh nén số liệu của ngời sử dụng, số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao (HSCSD: High Speed Circuit Switched Data), dịch vụ vô tuyến gói đa năng (GPRS: General Packet Radio Service) và số liệu 14,4 kbit/s

• Các công việc liên quan tới dịch vụ thoại nh: Codec tiếng toàn tốc cải tiến (EFC: Enhanced Full Rate Codec), Codec đa tốc độ thích ứng và khai thác tự do

đầu cuối các Codec tiếng

chuyển giao cuộc gọi và các dịch vụ cấm gọi mới

• Cải thiện liên quan đến dịch vụ bản tin ngắn (SMS: Short Message Service)

nh móc nối các SMS, mở rộng bảng chữ cái, mở rộng tơng tác giữa các SMS

• Các công việc liên quan tới tính cớc nh: dịch vụ trả tiền trớc, tính cớc nóng

và hỗ trợ u tiên vùng gia đình

• Tăng cờng công nghệ SIM, tích hợp thêm các chức năng mở rộng cho SIM

• Các cải thiện chung nh chuyển mạch mạng GSM- AMPS, các dịch vụ định vị,

t-ơng tác với các hệ thống thông tin di động vệ tinh và hỗ trợ định tuyến tối u Thông tin

di động thế hệ thứ ba sẽ phải là thế hệ thông tin di động cho các dịch vụ di động truyền thông cá nhân đa phơng tiện Hộp th thoại sẽ đợc thay thế bằng bu thiếp

điện tử đợc lồng ghép với hình ảnh và các cuộc thoại thông thờng trớc đây sẽ đợc

bổ sung các hình ảnh để trở thành thoại có hình Sau đây là một số yêu cầu chung đối với hệ thống thông tin di động thế hệ ba:

• Mạng phải là mạng băng rộng và có khả năng truyền thông đa phơng tiện Nghĩa là mạng phải đảm bảo tốc độ bít của ngời sử dụng đến 2 Mbit/s

cầu Điều này xuất phát từ việc thay đổi tốc độ bít của các dịch vụ khác nhau Ngoài ra cần đảm bảo đờng truyền vô tuyến không đối xứng chẳng hạn với: tốc độ bit cao ở đờng xuống và tốc độ bít thấp ở đờng lên và ngợc lại

• Mạng phải cung cấp thời gian truyền dẫn theo yêu cầu Nghĩa là đảm bảo các kết nối chuyển mạch cho thoại, các dịch vụ video và các khả năng số liệu gói cho các dịch vụ số liệu

nhất là đối với thoại

• Mạng phải có khả năng sử dụng toàn cầu, nghĩa là bao gồm cả thông tin vệ tinh

dành băng tần 1885-2025 MHz và 2110-2200 MHz cho IMT-2000 Hiện nay châu

Âu và các quốc gia sử dụng GSM cùng với Nhật đang phát triển W- CDMA (Wide Band Code Division Multiple Access- Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng) trên cơ sở UMTS, còn Mỹ thì tập trung phát triển thế hệ thứ hai (IS-95) và mở rộng tiêu chuẩn này đến IS-2000

• Các tiêu chuẩn di động băng rộng mới đợc xây dựng trên cơ sở CDMA hoặc CDMA kết hợp TDMA

Các yêu cầu đối với hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba

Bộ phận tiêu chuẩn của ITU-R (International Telecommunication Union Radio Sector: Liên minh viễn thông quốc tế- bộ phận vô tuyến) đã xây dựng các tiêu chuẩn cho IMT-2000 (International Mobile Telecommunications - 2000: Viễn thông di động quốc tế -2000) ITM-2000 đã mở rộng đáng kể khả năng cung cấp dịch vụ và bao phủ một vùng rộng lớn các môi trờng thông tin Mục đích của IMT-2000 là đa ra nhiều khả năng mới nhng cũng đồng thời đảm bảo sự phát triển liên tục của thông tin di động thế hệ 2 (2G) vào những năm 2000 Thông tin

di động thế hệ thứ ba (3G) xây dựng trên cơ sở ITM-2000 sẽ đợc đa vào phục vụ

từ năm 2001 Các hệ thống 3G sẽ cung cấp rất nhiều dịch vụ viễn thông bao gồm: thoại, số liệu tốc độ bít thấp và bít cao, đa phơng tiện, video cho ngời sử dụng làm việc cả ở môi trờng công cộng lẫn t nhân (vùng công sở, vùng dân c, phơng tiện vận tải )

Các tiêu chí chung để xây dựng ITM-2000 nh sau

• Sử dụng dải tần quy định quốc tế 2GHz nh sau

- Đờng lên: 1885 - 2025 MHz

- Đờng xuống: 2110-2200 MHz

• Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến

- Tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến

- Tơng tác với mọi loại dịch vụ viễn thông

• Sử dụng các môi trờng khai thác khác nhau

- Đảm bảo các dịch vụ đa phơng tiện đồng thời cho thoại, số liệu chuyển mạch theo kênh và số liệu chuyển mạch theo gói.

• Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới

Môi trờng hoạt động của IMT-2000 đợc chia thành bốn vùng với các tốc độ bit Rb

phục vụ nh sau:

Hình 1: Các khu vực dịch vụ của IMT 2000

Vùng 1: trong nhà, ô pico Rb≤ 2Mbit/s

Vùng 2: thành phố, ô micro Rb≤ 384 kbit/s

Vùng 3: ngoại ô, ô macro Rb≤ 144 kbit/s

Vùng 4: toàn cầu Rb =9,6 kbit/s

định vị

Theo dõi di động/theo dõi di động thông minh

Dịch vụ âm thanh

- Dịch vụ âm thanh chất lợng cao (16-64 kbit/s)

- Dịch vụ truyền thanh AM (32-64 kbit/s)

- Dịch vụ truyền thanh FM (64-384 kbit/s)

- Dịch vụ Video (384 kbit/s)

- Dịch vụ ảnh động (384 kbit/s- 2 Mbit/s)

- Dịch vụ ảnh động thời gian thực (≥ 2Mbit/s)

Đăng ký thuê bao có thể có thể sử dụng trạm MS khác nh của chính mình Điều này làm nảy sinh vấn đề MS bị lấy cắp, vì không có biện pháp để chặn đăng ký thuê bao nếu bị lấy cắp thì khi đó sẽ cần một cơ sở dữ liệu chứa số liệu phần cứng của thiết bị: thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR ( nhng hiện nay ở Việt Nam thì ngời ta không dùng thiết bị này nữa bởi vì khi có EIR thì nó yêu cầu máy có chỉ tiêu chất lợng tốt và

do vậy giá thành cao và không phải ai cũng có thể mua một máy có chất lợng đạt yêu cầu ) EIR đợc nối với MSC qua một đờng báo hiệu Nó cho phép MSC kiểm tra tính

hợp lệ của thiết bị Bằng cách này có thể ngăn chặn một MS không đợc thâm nhập mạng

1.1.1.2 Hệ thống trạm gốc ( BSS - Base Station System )

BSS là một hệ thống đặc thù riêng cho tính chất tổ ong vô tuyến của GSM BSS giao tiếp trực tiếp với các trạm di động MS thông qua giao diện vô tuyến, vì thế nó bao gồm các thiết bị thu/phát đờng vô tuyến và quản lý các chức năng này Mặt khác BSS thực hiện giao tiếp với các tổng đài ở phân hệ chuyển mạch SS Tóm lại, BSS thực hiện đấu nối các MS với tổng đài và nhờ vậy đấu nối những ngời sử dụng các trạm di động với những ngời sử dụng viễn thông khác BSS cũng phải đợc điều khiển, do đó nó đợc đấu nối với phân hệ vận hành và bảo dỡng OMS BSS bao gồm hai loại thiết bị là: BTS giao diện với MS và BSC giao diện với MSC

a Khối BTS ( Base Tranceiver Station ):

Một BTS bao gồm các thiết bị thu/phát, anten và bộ xử lý tín hiệu đặc thù cho giao diện vô tuyến BTS là thiết bị trung gian giữa mạng GSM và thiết bị thuê bao

MS, trao đổi thông tin với MS qua giao diện vô tuyến Có thể coi BTS là các Modem vô tuyến phức tạp có thêm một số các chức năng khác Mỗi BTS tạo ra một hay một số khu vực vùng phủ sóng nhất định gọi là tế bào ( cell ) Một bộ phận quan trọng của BTS là khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ ( TRAU - Transcode/Rate Adapter Unit ) TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình mã hoá và giải mã tiếng đặc thù riêng cho GSM đợc tiến hành, tại đây cũng thực hiện thích ứng tốc độ trong trờng hợp truyền số liệu TRAU là một bộ phận của BTS, nhng cũng

có thể đợc đặt cách xa BTS và thậm chí còn đặt trong BSC và MSC

b Khối TRAU ( Transcode/Rate Adapter Unit )

Khối thích ứng và chuyển đổi mã thực hiện chuyển đổi mã thông tin từ các kênh vô tuyến ( 16 Kb/s ) theo tiêu chuẩn GSM thành các kênh thoại tiêu chuẩn ( 64 Kb/s ) trớc khi chuyển đến tổng đài TRAU thờng đợc điều khiển bởi BTS

c Khối BSC ( Base Station Controller )

BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển từ xa Các lệnh này chủ yếu là lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và chuyển giao Một phía BSC đợc nối với BTS, còn phía kia nối với MSC của phân

hệ SS Trong thực tế, BSC đợc coi nh là một tổng đài nhỏ, có khả năng tính toán

giao Giao diện giữa BSC và MSC là giao diện A, còn giao diện giữa BTS và BSC

là giao diện A.bis

Các chức năng chính của BSC:

cell và các kênh logic của chúng Các số liệu quản lý đều đợc đa về BSC để đo đạc

và xử lý, chẳng hạn nh lu lợng thông tin ở một cell, môi trờng vô tuyến, số lợng cuộc gọi bị mất, các lần chuyển giao thành công và thất bại

cấu hình của BTS ( số máy thu/phát TRX, tần số cho mỗi trạm ) Nhờ đó mà BSC có sẵn một tập các kênh vô tuyến dành cho điều khiển và nối thông cuộc gọi

giải phóng các đấu nối tới máy di động MS Trong quá trình gọi, sự đấu nối đợc BSC giám sát Cờng độ tín hiệu, chất lợng cuộc đấu nối đợc ở máy di động và TRX gửi đến BSC Dựa vào đó mà BSC sẽ quyết định công suất phát tốt nhất của

MS và TRX để giảm nhiễu và tăng chất lợng cuộc đấu nối BSC cũng điều khiển quá trình chuyển giao nhờ các kết quả đo kể trên để quyết định chuyển giao MS sang cell khác, nhằm đạt đợc chất lợng cuộc gọi tốt hơn Trong trờng hợp chuyển giao sang cell của một BSC khác thì nó phải nhờ sự trợ giúp của MSC Bên cạnh

đó, BSC cũng có thể điều khiển chuyển giao giữa các kênh trong một cell hoặc từ cell này sang kênh của cell khác trong trờng hợp cell này bị nghẽn nhiều

đ-ờng truyền dẫn tới MSC và BTS để đảm bảo chất lợng thông tin Trong trđ-ờng hợp

có sự cố một tuyến nào đó, nó sẽ tự động điều khiển tới một tuyến dự phòng

1.1.2.Phân hệ chuyển mạch ( SS - Switching Subsystem )

Phân hệ chuyển mạch ( SS ) bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của mạng GSM cũng nh các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lý di

động của thuê bao Chức năng chính của SS là quản lý thông tin giữa những ngời

sử dụng mạng GSM với nhau và với mạng khác

SS cũng cần giao tiếp với mạng ngoài để sử dụng khả năng truyền tải của các mạng này cho việc truyền tải số liệu của ngời sử dụng hay báo hiệu giữa các phần

tử của mạng GSM Chẳng hạn SS có thể sử dụng mạng báo hiệu kênh chung số 7, mạng này đảm bảo hoạt động tơng tác giữa các phần tử của SS trong một hay nhiều mạng GSM

1.1.2.1.Trung tâm chuyển mạch di động (MSC - Mobile Switching Center)

MSC thờng là một tổng đài lớn điều khiển và quản lý một số các bộ điều khiển trạm gốc BSC Một tổng đài MSC thích hợp cho một vùng đô thị và ngoại ô có dân

c vào khoảng một triệu ( với mật độ thuê bao trung bình ) MSC thực hiện các chức năng chuyển mạch chính, nhiệm vụ chính của MSC là tạo kết nối và xử lý cuộc gọi đến những thuê bao của GSM, một mặt MSC giao tiếp với phân hệ BSS

và mặt khác giao tiếp với mạng ngoài qua G-MSC

1.1.2.2 Bộ ghi định vị thờng trú (HLR - Home Location Register )

HLR lu giữ các số liệu cố định của thuê bao di động trong mạng nh SIM, các thông tin liên quan tới việc cung cấp các dịch vụ viễn thông, không phụ thuộc vào

vị trí hiện thời của thuê bao và chứa các thông tin về vị trí hiện thời của thuê bao Thờng HLR là một máy tính đứng riêng, không có khả năng chuyển mạch nhng có khả năng quản lý hàng trăm ngàn thuê bao Một chức năng con của HLR là nhận dạng trung tâm nhận thực thuê bao AUC

1.1.2.3 Bộ ghi định vị tạm trú ( VLR - Visitor Location Register )

Là một cơ sở dữ liệu chứa thông tin về tất cả các MS hiện đang ở vùng phục vụ của MSC Mỗi MSC có một VLR, thờng thiết kế VLR ngay trong MSC Ngay cả khi MS lu động vào một vùng MSC mới VLR liên kết với MSC sẽ yêu cầu số liệu

về MS từ HLR Đồng thời HLR sẽ đợc thông báo rằng MS đang ở vùng MSC nào Nếu sau đó MS muốn thực hiện một cuộc gọi, VLR sẽ có tất cả các thông tin cần thiết để thiết lập một cuộc gọi mà không cần hỏi HLR có thể coi VLR nh một HLR phân bố VLR chứa thông tin chính xác hơn về vị trí MS ở vùng MSC Nhng khi thuê bao tắt máy hay rời khỏi vùng phục vụ của MSC thì các số liệu liên quan tới nó cũng hết giá trị Vì vậy, có thể gọi HLR là hệ thống lu giữ “ Hộ khẩu tạm trú ” của các thuê bao vãng lai

1.1.2.4 Thanh ghi nhận dạng thiết bị ( EIR - Equipment Identity Register ):

EIR có chức năng kiểm tra tính hợp lệ của ME thông qua số liệu nhận dạng di động quốc tế ( IMEI - International Mobile Equipment Identity ) và chứa các số liệu về phần cứng của thiết bị ME thuộc một trong ba danh sách sau:

truy nhập và sử dụng các dịch vụ đã đăng ký

2 Nếu ME thuộc danh sách xám ( Gray List ), tức là có nghi vấn và cần kiểm tra.

cho truy nhập vào mạng

1.1.2.5 Trung tâm nhận thực (AUC AUthentication Center)–

Đợc nối đến HLR, chức năng của AUC là cung cấp cho HLR các tần số nhận thực

và các khoá mật mã để sử dụng cho bảo mật Đờng vô tuyến cũng đợc AUC cung cấp mã bảo mật để chống 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 khác khi thuê bao đăng ký nhập mạng và đợc sử dụng để kiểm tra khi thuê bao yêu cầu cung cấp dịch vụ, tránh việc truy nhập mạng một cách trái phép

1.1.2.6 Tổng đài di động cổng G-MSC:

Tất cả các cuộc gọi vào cho mạng GSM/PLMN sẽ đợc định tuyến cho tổng đài vô tuyến cổng Gateway-MSC Nếu một ngời nào đó ở mạng cố định PSTN muốn thực hiện một cuộc gọi đến một thuê bao di động của mạng GSM/PLMN Tổng

đài tại PSTN sẽ kết nối cuộc gọi này đến MSC có trang bị một chức năng đợc gọi

là chức năng cổng Tổng đài MSC này gọi là MSC cổng và nó có thể là một MSC bất kỳ ở mạng GSM G-MSC sẽ phải tìm ra vị trí của MS cần tìm Điều này đợc thực hiện bằng cách hỏi HLR nơi MS đăng ký HLR sẽ trả lời, khi đó MSC này có thể định tuyến lại cuộc gọi đến MSC cần thiết Khi cuộc gọi đến MSC này, VLR

sẽ biết chi tiết hơn về vị trí của MS Nh vậy có thể nối thông một cuộc gọi ở mạng GSM có sự khác biệt giữa thiết bị vật lý và đăng ký thuê bao

1.1.2.7 Khối IWF :

Để kết nối MSC với một số mạng khác cần phải thích ứng các đặc điểm truyền dẫn của mạng GSM với các mạng này Các thích ứng này gọi là chức năng tơng tác IWF IWF bao gồm một thiết bị để thích ứng giao thức và truyền dẫn IWF có thể thực hiện trong cùng chức năng MSC hay có thể ở thiết bị riêng, ở trờng hợp hai giao tiếp giữa MSC và IWF đợc để mở

1.1.3 Phân hệ khai thác và bảo d ỡng ( OSS )

OSS ( Operation and Support System ) thực hiện 3 chức năng chính:

1 Khai thác và bảo dỡng mạng

2 Quản lý thuê bao và tính cớc

3 Quản lý thiết bị di động

1.1.3.1 Khai thác và bảo d ỡng mạng:

Khai thác là hoạt động cho phép nhà khai thác mạng theo dõi hành vi của mạng nh tải của hệ thống, mức độ chặn, số lợng chuyển giao giữa hai cell.v.v Nhờ vậy nhà khai thác có thể giám sát đợc toàn bộ chất lợng dịch vụ mà họ cung cấp cho khách hàng và kịp thời nâng cấp Khai thác còn bao gồm việc thay đổi cấu hình để giảm những vẫn đề xuất hiện ở thời điểm hiện thời, để chuẩn bị tăng lu lợng trong tơng lai và mở rộng vùng phủ sóng ở hệ thống viễn thông hiện đại, khai thác đợc thực hiện bằng máy tính

và đợc tập trung ở một trạm

Bảo dỡng có nhiệm vụ phát hiện, định vị và sửa chữa các sự cố và hỏng hóc, nó

có một số quan hệ với khai thác Các thiết bị ở hệ thống viễn thông hiện đại có khả năng tự phát hiện một số các sự cố hay dự báo sự cố thông qua kiểm tra Bảo dỡng bao gồm các hoạt động tại hiện trờng nhằm thay thế các thiết bị có sự cố, cũng nh việc sử dụng các phần mềm điều khiển từ xa

Hệ thống khai thác và bảo dỡng có thể đợc xây dựng trên nguyên lý của TMN ( Telecommunication Management Network - Mạng quản lý viễn thông ) Lúc này, một mặt hệ thống khai thác và bảo dỡng đợc nối đến các phần tử của mạng viễn thông ( MSC, HLR, VLR, BSC, và các phần tử mạng khác trừ BTS ) Mặt khác hệ thống khai thác và bảo dỡng đợc nối tới máy tính chủ đóng vai trò giao tiếp ngời - máy Theo tiêu chuẩn GSM hệ thống này đợc gọi là trung tâm vận hành và bảo d-ỡng (OMC-Operation and Maintenance Center )

1.1.3.2 Quản lý thuê bao:

Bao gồm các hoạt động quản lý đăng ký thuê bao Nhiệm vụ đầu tiên là nhập

và xoá thuê bao khỏi mạng Đăng ký thuê bao cũng có thể rất phức tạp, bao gồm nhiều dịch vụ và các tính năng bổ sung Nhà khai thác có thể thâm nhập đợc các thông số nói trên Một nhiệm vụ quan trọng khác của khai thác là tính cớc các cuộc gọi rồi gửi đến thuê bao Khi đó HLR, SIM-Card đóng vai trò nh một bộ phận quản lý thuê bao

1.1.3.3 Quản lý thiết bị di động:

Chức năng này thực hiện việc quản lý các thông số của thiết bị di động trực thuộc mạng

1.2 Cấu trúc đia lý của mang GSM

Do việc di chuyển của các thuê bao MS nên việc định tuyến các cuộc gọi trong thông tin di động phức tạp hơn so với thông tin trong mạng cố định, do đó cấu trúc

định tuyến tất cả các cuộc gọi đến nơi nhận cuối cùng của chúng là các MS

1.2.2.Vùng phục vụ MSC/VLR

Đây là vùng mà MSC quản lý để định tuyến một cuộc gọi đến thuê bao di

động, đờng truyền qua mạng đợc kết nối đến MSC ở vùng mà thuê bao đang có mặt Mạng GSM/PLMN đợc chia thành một hay nhiều vùng phục vụ MSC/VLR

Hình4: Cấu trúc vùng phục vụ.

1.2.3.Vùng định vị (LAI)

Là các vùng nhỏ tạo nên vùng phục vụ MSC/VLR Trong vùng định vị LAI các

MS có thể chuyển động tự do mà không cần gửi các thông tin cập nhật vị trí cho tổng đài MSC/VLR Vùng định vị là vùng mà tại đó thông báo tìm gọi đợc phát quảng bá cho các MS LAI có thể gồm nhiều ô và thuộc một hay nhiều BSC nhng

Giao diện vô tuyến là giao diện phức tạp và đặc thù nhất trong hệ thống thông tin di động tổ ong Đồng thời nó cũng quyết định đến chất dịch vụ trong mạng.GSM hiện nay dụng băng tần 900 Mhz cho hai đờng

- Đờng lên : 890 Mhz – 915 Mhz

- Đờng xuống : 935 Mhz – 960 Mhz

Giao diện vô tuyến bao gồm các kênh vật lý và các kênh logic Trong đó một kênh vật lý là một khe thời gian ở một sóng mang đã đợc chỉ định Dải thông tần của một kênh vật lý là là 200 Khz, dải tần bảo vệ ở biên cũng rộng 200 Khz Vậy GSM 900 có 124 sóng mang cho nên số kênh sẽ là 124 x 8 = 992 kênh Mỗi kênh vật lý chứa một cặp kênh tần số cho hớng thu và phát

Hình 7: Cấu trúc kênh vật lí của GSM

Có nhiều loại thông tin cần truyền giữa BTS và MS, chẳng hạn số liệu ngời sử dụng hay báo hiệu Cho nên hình thành các loại kênh logic khác nhau dựa trên các loại thông tin cần truyền Mỗi kênh vật lý có thể đợc gán cho một hay một số kênh logic

2.1.1 Kênh vật lý

Nh đã biết một khe thời gian của một khung TDMA ở một sóng mang đợc gọi

là một kênh vật lý Trong một sóng mang có 8 kênh vật lý, từ kênh 0 đến 7 ( khe thời gian 0 - 7 ) Thông tin đợc phát đi trong một khe thời gian đợc gọi là một cụm ( burst )

b Kênh điều khiển CCH ( Control Channel )

Các kênh này đợc dùng để truyền báo hiệu hay số liệu đồng bộ Trong giao diện vô tuyến nó dùng để truyền các thông tin quản lý giao diện Um

(nh truyền kết quả đo cờng độ trờng của sóng điện từ từ MS đền BTS )

Kênh điều khiển có ba loại : Kênh điều khiển quảng bá, kênh điều khiển chung, kênh điều khiển riêng

Các kênh điều khiển quảng bá

- Kênh hiệu chỉng tần số FCCH (Fresquency Correction Channel) : kênh này mang thông tin để hiệu chỉnh tần số của MS Chỉ dùng ở đờng xuống

- Kênh đồng bộ SDH (Sync Channel) : Kênh này mang thông tin để đồng bộ khung (số khung TDMA) cho MS và nhận dạng BTS chỉ đợc dùng ở đờng xuống

- Kênh điều khiển quảng bá BCCH (Broadcast Control Channel): phát quảng bá thông tin chung trên cơ sở một kênh cho một BTS (thông tin riêng của ô) BCCH chỉ đợc dùng cho đờng xuống

Kênh điều khiển chung CCCH ( Common Control Channel )

- Kênh tìm gọi PCH ( Paging Channel ) chỉ dùng cho đờng xuống để tìm gọi MS

- Kênh thâm nhập ngẫu nhiên RACH ( Random Access Channel ) MS sử dụng RACH để yêu cầu dành một SDCCH ( kênh báo hiệu dành riêng ) hoặc để trả lời tìm gọi

- Kênh cho phép truy cập AGCH ( Access Grant Channel ) : kênh này đợc sử dụng để dành một SDCCH hay trực tiếp một TCH cho một MS Là kênh đờng xuống

Kênh điều khiển dành riêng DCCH ( Dedicated Control Channel )

- Kênh điều khiển dành riêng đứng một mình SDCCH ( Stand Alone Dedicated Control Channel ) đợc sử dụng để báo hiệu hệ thống khi thiết lập một cuộc gọi tr-

ớc khi ấn định một TCH Chẳng hạn đăng ký và nhận thực đợc thực hiện ở đây Là kênh cho cả đờng lên và đờng xuống

- Kênh điều khiển liên kết chậm SACCH (Slow Associated Control Channel ) liênkết với TCH hay một SDCCH SACCH là một kênh số liệu liên tục để truyền

đa báo cáo đo lờng, định trớc thời gian và điều khiển công suất

- Kênh điều khiển liên kết nhanh FACCH ( Fast Associated Control Channel )

là kênh liên kết với TCH, FACCH làm việc ở chế độ lấy cắp

2.2 Các giao diện cơ bản của mạng di động GSM

Các giao diện cơ bản của mạng GSM đợc chia thành hai loại : giao diện nội bộ mạng GSM và các giao diện ngoại vi Trong đó giao diện nội bộ mạng GSM lấy hệ thống báo hiệu số 7 (CCS7) làm cơ sở cho các quá trình điều khiển việc trao đổi thông tin giữa các phần tử của mạng khi cung cấp các dịch vụ cho thuê bao và quản

lý mạng Các giao diện ngoại vi với các mạng khác nh PSTN, ISDN, PSDN hay với

các PLMN khác sử dụng R2, CCS7 hay X25 tuỳ thuộc vào từng mạng cụ thể Sau

đây là chi tiết về từng loại giao diện

2.2.1.Giao diện nội bộ mạng

2.2.1.1 Giao diện vô tuyến (Um)

Giao diện vô tuyến (Um) là giao diện giữa BTS và MS Đây là giao diện quan trọng nhất, quyết định lớn nhất đến chất lợng dịch vụ của mạng GSM

Giao diện này cung cấp một số lợng các kênh logic Thông tin về ngời sử dụng (thoại, dữ liệu) đợc truyền dẫn qua kênh thông tin, các tín hiệu điều khiển đợc truyền qua các kênh điều khiển Các kênh điều khiển là các kênh sau:

- Kênh quảng bá: cho việc hiệu chỉnh tần số, đồng bộ và điều khiển

- Kênh điều khiển chung: cho nhắn tin, truy nhập ngẫu nhiên và cấp quyền truy cập

- Kênh điều khiển dành riêng: điểu khiển kết hợp chậm, điều khiển kết hợp nhanh và điều khiển độc lập

Trong GSM, giao diện vô tuyến sử dụng tổng hợp cả hai phơng thức phân kênh theo tần số (FDMA) và phân kênh theo thời gian (TDMA)

2.2.1.2 Giao diện Abis

Giao diện Abis là giao diện giữa BTS và BSC Giao diện này đợc sử dụng để trao

đổi thông tin thuê bao (nh thoại, số liệu ) và thông tin điều khiển (báo hiệu, đồng bộ ) BSC kiểm soát các BTS qua giao diện này Abis sử dụng đờng truyền chuẩn PCM 32 (2,4Mb/s) với mã sửa sai CRC4 theo CCITT, G732 Giao thức trong kênh báo hiệu tuân theo chuẩn CCITT LAPD

2.2.1.3 Giao diện A

Giao diện A là giao diện giữa MSC và BSC, qua bộ chuyển mã TRAU Tuỳ theo thiết kế của từng hãng cụ thể, TRAU có thể đợc gắn liền hoặc tách dời với BSC Giao diện A cũng sử dụng các luồng chuẩn PCM 32 Giao diện này sử dụng báo hiệu CCS7 (gồm MTP, SCCP và BSSAP)

2.2.1.4 Giao diện B

Giao diện B là giao diện giữa MSC và VLR đã đợc tiêu chuẩn hoá ở GSM pha

1 Giao diện này sử dụng CCS7 để trao đổi số liệu giữa MSC và VLR, nh các số liệu về quyền truy nhập của thuê bao, các tham số chuyển cuộc nối, số nhận dạng của thuê bao vãng lai và các số liệu cần trao đổi giữa tổng đài và thuê bao trong thời gian nối mạch

2.2.1.5 Giao diện C

Giao diện C là giao diện giữa MSC và HLR Giao diện này sử dụng CCS7 và

đ-ợc quy định phần ứng dụng riêng cho GSM-MAP MSC sử dụng giao diện này để truy nhập HLR lấy số liệu trong các trờng hợp:

- Số Roaming của MS khi có cuộc gọi từ mạng PSTN vào PLMN qua GMSC

- Thông tin định tuyến từ HLR tới GMSC khi có cuộc gọi từ mạng PSTN vào mạng di động PLMN

2.2.1.6 Giao diện D

Giao diện D là giao diện giữa VLR và HLR D sử dụng MAP để trao đổi số liệu về các thuê bao di động giữa các cơ sở dữ liệu của HLR và VLR nh :

• Các tham số về quyền truy nhập mạng của thuê bao

• Tái thiết lập lại số liệu của thuê bao trong VLR khi cần thiết

của GMSC về MSRN cho VLR

phục vụ khác tới

• Xử lý và lu giữ các thông tin liên quan đến dịch vụ phụ khi có thuê bao nào đó yêu cầu

2.2.1.7 Giao diện E

Giao diện E là giao diện giữa các tổng đài trong mạng GSM Giao diện E đợc

sử dụng thiết lập các cuộc nối giữa các thuê bao thuộc vùng kiểm soát của các tổng đài khác nhau Giao diện này sử dụng các luồng PCM32 cùng các kênh CCS7 Phần ứng dụng của CCS7 là MAP và ISUP

Một số chức năng của MAP:

- Di chuyển cuộc nối từ MSC tới MSC khác khi đang nối mạch cho một thuê bao

đang di chuyển (handover)

- Trao đổi các thông tin điều khiển cuộc gọi giữa MSC và MS khi xảy ra handover

Một số chức năng của ISUP: thiết lập, huỷ hay kết thúc cuộc gọi từ MSC qua MSC khác

Giao diện G là giao diện giữa các VLR Giao diện này đợc các VLR sử dụng

để trao đổi số liệu về MS trong quá trình tạo lập và lu giữ hộ khẩu tạm trú của các

MS đó Giao diện G sử dụng CCS7 với phần ứng dụng là MAP để trao đổi những thông tin nh :

- Gửi các yêu cầu về IMSI từ VLR cũ sang VLR mới

- Gửi các yêu cầu về tham số quyền truy nhập của thuê bao từ VLR này sang VLR khác khi di chuyển giữa hai MSC tơng ứng

2.2.1.10.Giao diện Ater

Giao diện Ater là giao diện giữa BSC và TRAU Thông qua giao diện này TRAU sẽ chuyển các kênh traffic từ BSC có tốc độ 13kb/s thành kênh tiêu chuẩn

có tốc độ 64kb/s và ngợc lại

2.2.2.Giao diện ngoại vi

2.2.2.1.Giao diện với OMC

Đây là giao diện giữa OMC và các phần tử của mạng nh MSC, VLR, HLR, EIR, BSC Do chức năng của phần BSS và NSS khác nhau nên hiện nay OMC đợc thiết kế riêng cho từng phần hệ thống Tuy nhiên trong tơng lai có thể cả mạng sẽ

có một OMC duy nhất Giao diện này nhằm mục đích điều hành, khai thác và bảo dỡng các phần tử trong mạng

2.2.2.2.Giao diện với PSTN

Giao diện giữa các mạng GSM với mạng thoại PSTN đợc chuẩn hoá bằng các luồng PCM32, với hệ thống báo hiệu CCS7 hoặc MFC:R2, tuỳ thuộc vào mạng thoại Chỉ có các dịch vụ có mặt ở cả hai mạng mới cung cấp đợc cho các cuộc nối liên quan đến thuê bao trong mạng thoại

2.2.2.3.Giao diện với ISDN

Giao diện mạng GSM với ISDM đợc chuẩn hoá theo tiêu chuẩn giao diện của ISDN (giao diện sơ cấp) và sử dụng hệ thống báo hiệu CCS7 (ISUP) để cung cấp các dịch vụ thoại, số liệu

2.2.2.4.Giao diện với PSDN

Giao diện với mạng số liệu X25 cũng đợc tiêu chuẩn hoá ở GSM Cấu trúc của giao diện phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của từng nhà khai thác Trong thực tế, việc cung cấp dịch vụ số liệu trong mạng GSM theo tiêu chuẩn X25 khá phức tạp cả phần cứng cũng

nh phần mêm của mạng Do vậy giá thành rất cao Đồng thời việc ghép nối với PSDN cũng cần thiết bị tơng ứng PAD Hơn nữa, dịch vụ số liệu trong GSM cho đến nay không mấy hấp dẫn và ít phát triển

2.2.2.5.Giao diện với PLMN qua PSTN/ISDN

Giao diện giữa các mạng GSM với nhau thông qua mạng PSTN hoặc ISDN

đ-ợc tiêu chuẩn hoá cho GSM Giữa các MSC của hai mạng có hai loại báo hiệu đđ-ợc trao đổi khi nối mạng

Các chức năng xử lý cuộc gọi cơ bản, phụ thuộc vào hệ thống báo hiệu của mạng cố định (CCS7- ISUP, R2)

Các chức năng của MAP dành riêng cho GSM đợc quy định trong SCCP của

hệ thống báo hiệu số 7

2.3.Ph ơng thức báo hiệu trên giao diện vô tuyến Um

Phơng thức này sử dụng giao thức lớp 2 trong mô hình OSI là LAPDm ( Link Access Protocol on Dm Channel ), lớp này cung cấp đờng truyền tin cậy giữa trạm

di động và mạng Ngoài ra còn đợc sử dụng ở lớp 3 đảm bảo các thủ tục báo hiệu giữa trạm di động và mạng Nó chia thành ba lớp con : RR, MM, CM

thiết lập, duy trì, kết thúc các cuộc nối của dịch vụ di động

• Quản lý máy di động MM ( Mobility Management ) lu giữ các số liệu tạm thời, quyết định việc cung cáp dịch vụ, xác định vị trí, quyền truy nhập mạng của thuê bao di động.

mạng với thuê bao chủ gọi Nó bao gồm 3 phần tử :

- Điều khiển cuộc gọi ( CC )

- Phần tử đảm bảo dịch vụ bổ sung ( SS )

- Phần tử đảm bảo dịch vụ bản tin ngắn ( SMS )

2.3.1 Giao diện ABIS ( BTS - BSC )

Abis là giao diện giữa BTS và BSC đợc sử dụng để trao đổi thông tin thuê bao ( thoại, số liệu, ) và thông tin điều khiển ( đồng bộ, ) Các bản tin đợc trao đổi

ở giao diện này có nhiều nguồn gốc và nơi nhận khác nhau : nh bản tin giữa BSC

và BTS, bản tin giữa MS và các phần tử khác của mạng, Giao tiếp Abis sử dụng giao thức ở lớp hai gọi là thủ tục thâm nhập đờng truyền kênh D : LAPD ( Link Access Procedure on D Channel )

2.3.2 Giao diện A ( BSC - MSC )

Đây là giao diện giữa MSC và BSC của hệ thống con trạm gốc BSS Giao diện này đợc sử dụng cho các bản tin giã MSC và MS Ví dụ bản tin giữa MSC và MS

sử dụng các giao thức sau :

- CM : Quản lý nối thông : đợc sử dụng để điều khiển quản lý cuộc gọi ( nh thiết lập, giải phóng và giám sát cuộc gọi), quản lý các dịch vụ bổ xung và dịch vụ bản tin ngắn

- MM: Quản lý di động: đợc sử dụng để quản lý vị trí cũng nh tính bảo mật của trạm di động

Giao diện này sử dụng các luồng chuẩn PCM 32

2.4 Khái niệm cụm ( Burst ) trong thông tin di động.

Cụm : Khuôn mẫu thông tin ở một khe thời gian trên kênh TDMA đợc gọi là một cụm, nghĩa là trong khoảng thời gian đồng đều ( cứ 8 khe thời gian một lần ở kênh TDMA ) ta gửi đi một cụm của một loại thông tin (xét từ MS )

Có 5 loại cụm khác nhau.

2.4.1 Cụm bình th ờng

Cụm này đợc sử dụng để mang thông tin ở TCH và các kênh điều khiển trừ kênh RACH, SCH và FCCH

Các bit mật mã gồm 57 bit số liệu hay tiếng đợc mật mã cộng với một “ cờ lấy cắp “ chỉ thị xem cụm này có đợc lấy cắp cho báo hiệu FACCH hay không

Hình 9: Cụm bình thờng

• Chuỗi hớng dẫn là một mẫu biết trớc để bộ cân bằng có thể lập mô hình kênh

Sở dĩ chuỗi hớng dẫn đợc đặt ở giữa vì kênh này luôn luôn thay đổi Khi đặt nó ở

đây có thể hi vọng rằng kênh này không quá khác khi nó tác động lên chuỗi hớng dẫn so với khi nó tác động lên các bit thông tin Nếu ta đặt chuỗi hớng dẫn ở đầu cụm thì mẫu kênh do ta tạo ra không đúng với các bit ở cuối cụm

• Các bit đuôi (TB) luôn luôn là “000” Các bit này giúp cho bộ cân bằng biết

đ-ợc đâu là đầu và cuối mẫu bit, vì thuật toán bọ cân bằng cần điểm khỏi đầu và kết thúc

trên một sóng mang với 8 khe thời gian khác nhau, ta cần đảm bảo rằng họ không

bị chồng lấn lên nhau trong quá trình truyền dẫn Trong thực tế rất khó có thể

đồng bộ chính xác các cụm (khi không có GP) vì các trạm di động luôn luôn chuyển động trong quá trình cuộc gọi Vì thế các cụm của trạm di động hơi trợt so với nhau

Các bit đuôi giống nh cụm bình thờng

Khoảng bảo vệ giống nh cụm bình thờng

Hình 10: Cụm hiệu chỉnh tần số

2.4.3 Cụm đồng bộ.

Cụm này đợc sử dụng để đồng bộ thời gian của trạm di động Nó chứa một chuỗi đồng bộ dài dễ dàng nhận biết và mang thông tin của số khung TDMA cùng với mã nhận dạng trạm cơ sở BISC

BSIC đợc trạm di động sử dụng để kiểm tra nhận dạng BTS khi đo cờng độ tín hiệu ( để tránh đo nhầm ở các ô đồng kênh ) Nó cũng đợc sử dụng để phát hiện sự thay đổi PLMN ( ngời khai thác )

Hình11 : cụm đồng bộ

2.4.4 Cụm thâm nhập(AB)

Sử dụng để thâm nhập ngẫu nhiên và có GP để dành cho cụm từ trạm di động, vì trạm này ở lần thâm nhập đầu tiên không thể định trớc thời gian(hay sau khi chuyển giao đến BTS mới).Trạm di động có thể xa BTS nghĩa là cụm đầu tiên sẽ

đến muộn và không có định trớc thời gian ở cụm đầu, cụm này phải ngắn hơn để tránh chồng lấn cụm này với khe thời gian sau

Hình 12: Cụm thâm nhập

2.4.5 Cụm giả (DB)

Cụm này đợc phát đi từ trạm BTS và không chứa thông tin khuôn mẫu giống

nh cụm bình thờng với các bit mã hoá đợc thay thế bởi các bit hỗn hợp có mẫu bit xác định

2.5 Sắp xếp các kênh vật lý lên kênh logic.

Chúng ta có một BTS với n sóng mang ( song công ), mỗi sóng mang có 8 khe thời gian ( TS ) Các sóng mang đợc ký hiệu Co, C1, , Cn Ta bắt đầu từ TSo ở

đờng xuống Co TSo ở Co đợc sử dụng chỉ sắp xếp các kênh điều khiển

Toàn bộ có 51 TS Chuỗi này đợc lặp đi lặp lại nghĩa là sau khoảng trống ( khung IDLE ) lại bắt đầu lặp lại F, S

F ( FCCH ) : ở đây trạm di động đồng bộ tần số của mình

S ( SCH ) : Trạm di động đọc số khung TDMA và BSIC

B ( BCCH ) : Trạm di động đọc các thông tin chung về ô này

Tso ở Co đờng lên không chứa các kênh nói trên Nó đợc trạm di động sử dụng

để thâm nhập ở đây cũng chỉ vẽ TSo của 51 khung liên tiếp

Hình 14: Ghép RACH ở TSo

Nh vậy các kênh logic BCCH, FCCH, SCH, PCH, AGCH và RACH đợc sắp xếp trên TSo nhng chỉ RACH có ở đờng lên, còn các kênh khác ở đờng xuống.Khe TS1 đờng xuống ở Co có dạng hình 1.9 TS1 đợc sử dụng để sắp xếp các kênh điều khiển riêng lên các kênh vật lý Vì tốc độ bit trong quá trình thiết lập cuộc gọi và đăng ký khá thấp, có thể có 8 SDCCH ở một TS ( TS1 ) nên việc sử dụng TS hiệu suất hơn

Toàn bộ có 102 TS Chuỗi này cũng đợc lặp lại nếu sau 3 khung để trống (IDLE ) nó lại bắt đầu từ Do

Dx ( SDCCH ) : ở đây một “ trạm di động x “ tiến hành thiết lập một cuộc gọi

và cập nhật các thông số trao đổi với GSM/PLMN Dx chỉ đợc sử dụng cho “ trạm

di động x “ trong khi thiết lập cuộc gọi và chỉ đợc dành cho MS sau khi “ trạm di

đông “ đã chuyển sang TCH để khởi đầu cuộc gọi hay giải phóng sau khi đăng ký nó

Ax ( SACCH ): báo hiệu điều khiển (chẳng hạn nh điều chỉnh công suất ) cũng phải đợc trao đổi trong giai đoạn thiết lập cuộc gọi ( có thể cả chuyển giao) và quá trình này đợc thực hiện ở đây cho trạm di động x

Hình 15: Ghép SDCCH + SACCH ở TS1

TS1 ở Co đờng lên cũng có cùng cấu trúc vì đây là các kênh riêng, đây là nối ghép hai đờng cho một trạm di động ở một khe thời gian Tuy nhiên thời gian đợc dịch đi, điều này cho phép thông tin hiệu quả hơn.

Dx giống nh đờng xuống

Ax giống nh đờng xuống

Hình 16: Ghép SDCCH + SACCH ở TS1

Nh vậy TS0 và TS1 đờng lên và xuống của sóng mạng Co đã bị các kênh điều khiển chiếm Chỉ còn TS2 ữ TS7 đợc sử dụng cho các kênh lu thông TCH Các kênh này đợc sắp xếp ở các kênh vật lý nh sau : ( hình 1.10 ) hình vẽ này vẽ TS2

đờng xuống ở Co Trong hình này thông tin ở TS2 tạo thành một TCH

Tất cả có 26 TS Sau TS để trống ( IDLE ) lại bắt đầu lại

T ( TCH ) chứa tiếng hay số liệu đợc mã hoá ( cuộc gọi )

A ( SACCH ) báo hiệu điều khiển, chẳng hạn để thay đổi công suất

Hình 17: Ghép TCH

I (IDLE ) bình thờng mỗi TS2 ở mỗi khung TDMA chứa thông tin gửi đến trạm

di động nằm ở TS2 Trừ khe trống là thông tin không đợc gửi Trạm di động sử dụng khe rỗi này theo một cách riêng

Cấu trúc của đờng lên cũng nh vậy Điểm khác nhau duy nhất là sự dịch về mặt thời gian, TS2 ở đờng xuống không xảy ra cùng thời gian nh ở TS2 ở đờng lên Thời gian dịch là 3 TS Hình 1.11

Nh vậy rõ ràng là trạm di động không cần phát và thu tại một thời điểm

Hình 18: Dịch giữa TCH đờng lên và xuống.

Tóm lại các kênh logic đợc sắp xếp lên kênh vật lý ở sóng các mang trong thông tin di động GSM nh sau :

• Sóng mang Co :

- Khe TS0 các kênh điều khiển logic chu kỳ lặp 51 TS

- Khe TS1 các kênh điều khiển logic chu kỳ lặp 102 TS

- Khe TS2 ữ TS7 các kênh lu thông logic, chu kỳ lặp là 26 TS

• Sóng mạng khác ( C1 ữ Cn ) dành cho BTS, chỉ đợc sử dụng cho TCH, nghĩa là TS0 -TS7 đều là TCH

2.6 Đo c ờng độ tr ờng ở trạm di động.

Đối với việc đo cờng đọ trờng ở trạm di động thì có hai chế độ đo đó là : chế

độ rỗi và chế độ đã nối thông cuộc gọi

2.6.1 Chế độ rỗi : Chọn ô khi bật nguồn di động.

a Trạm di động quét tất cả 124 kênh RF ở hệ thống GSM và tính toán các mức

trung bình cho từng kênh Trạm di động điều chỉnh đến sóng mang mạnh nhất và tìm xem đây có phải là sóng mang BCCH không ( sóng mang Co ) Nếu phải, trạm

di động đọc số liệu BCCH để tìm xem liệu có thể khoá đến ô này không Nếu không, trạm di động điều chỉnh đến sóng mang mạnh thứ hai

b Trạm di động có thể ( tuỳ chọn ) có bộ nhớ BCCH, khi đó nó chỉ phải tìm

các sóng mang này Nếu quá trình này thực hiện không thành công trạm di động

2.6.2 Chế độ đã nối thông cuộc gọi.

Trong quá trình cuộc gọi, trạm di động liên tục (thông qua SACCH) thông báo cho hệ thống cờng độ tín hiệu đo từ BTS lân cận BSC sử dụng các phép đo này để nhanh chóng quyết định các ô đích khi chuyển giao cần thiết

Việc đo đạc các ô lân cận trong quá trình cuộc gọi đợc thực hiện khi trạm di

động không làm việc khác, nghĩa là giữa các khoảng thời gian phát và thu ở khe thời gian dành cho trạm Cờng độ tín hiệu của ô phục vụ đợc giám sát khi thu TS dành cho trạm di động ở SACCH trạm di động đợc thông báo cần giám sát sóng mang BCCH nào để chuyển giao, nên cờng độ tín hiệu của các sóng mang này đợc lần lợt đo Vì thế quy trình làm việc là : phát - đo - thu - phát - đo –thu

Giá trị trung bình của phép đo cho từng sóng mang sau đó đợc tính toán và thông báo cho BSC Để đảm bảo các giá trị đo tơng ứng với các BTS cần đo thì cần phải nhận dạng BTS Nhận dạng BTS đợc thực hiện ở BSIC, đợc phát ở SCH trên TS0, Co Vậy trong thời gian của khung để trống ( IDLE ) ở TCH, BSIC cho BTS lân cận đợc kiểm tra Quá trình đợc minh hoạ trên hình

- MS đo và thu cờng độ tín hiệu ở ô phục vụ, TS2

- MS phát

- MS đo cờng độ tín hiệu cho ít nhất một ô lân cận

- MS đọc BSIC ở SCH ( TS0 ) cho một ô lân cận

Hình 19: Nguyên lý đo MS

Cùng phát ở cùng một tần số hay kênh đó Cờng độ tín hiệu thu đợc này phụ Sau

đó sáu ô lân cận có giá trị cờng độ tín hiệu trung bình cao nhất và BSIC đúng đợc báo cho BSC qua kênh SACCH

2.7.Vấn đề sử dụng lại tần số và quy hoạch tần số:

Một mục tiêu quan trọng khi thiết kế hệ thống Cellular là làm thế nào có thể

đạt đợc dung lợng cao đạt đợc só thuê bao lớn nhất trong một diện tích phủ sóng nhất định (Grade of Service) và chất lợng thoại chấp nhận dợc Nhng với một dải tần số có giới hạn cho hệ thống thông tin di động GSM thì không thể đáp ứng đợc nhu cầu hàng ngày càng tăng về số lợng và kênh lu lợng Hệ thống Cellular đã đa

ra giải pháp sử dụng lại tần số một cách hiệu quả, qua đó một nhóm tần số có thể

đợc sử dụng lại ở một phạm vi có khoảng cách xác địnhtheo tính toán để tránh nhiễu Điều đó có nghĩa là các cell có sử dụng cùng một nhóm tần số sẽ phải chịu nhiễu đồng kênh nếu chúng không có một khoảng cách thích hợp (khoảng cách sử dụng lại ) Chính vì lý do đó mà vùng phủ sóng của trạm gốc sẽ bị hạn chế Khi đó chúng ta nói một hệ thống cellular hoàn chỉnh là một hệ thống có một giới hạn nhiễu và giới hạn tạp âm so với quy ớc Nh vậy vấn đề đặt ra là phải biết dung hoà giữa việc sử dụng lại tần số để tăng dung lợng và tăng khoảng cách tái sử dụng để giảm nhiễu

Các thông số đánh giá:

Có bốn yếu tố để đánh giá chất lợng hệ thống:

- Mức tín hiệu sóng mang mong muốn thu đợc C (Carier)

Hệ thống vô tuyến số Cellular dựa vào nguyên tắc cơ bản là sử dụng lại tần sớ

để có thể phục vụ nhu cầu thông tin lớn với một giới hạn tài nguyên vô tuyến Do

đó, không thể tránh đợc nhiễu đồng kênh trong hệ thống thông tin di động, vì vậy cần thiết phải thiết kế hệ thống với khả năng cho phép nhiễu này

Tỷ số Carier/Interference(Cờng độ tín hiệu mong muốn và tín hiệu nhiễu)

C/I = 10 log (Pc/ Pi) (db)

Pc : Công suất thu đợc từ máy mong muốn

Pi : Công suất thu đợc từ máy nhiễu

Khuyến nghị GSM cho tỷ số C/ I nhỏ nhất là 9dB Một diều dễ thấy là C/ I phụ thuộc rất nhiều vào sự quy hoạch tần số và mẫu sử dụng lại tần số Tần suất sử dụng lại tần số càng cao thì tỷ số C/ I càng cao Do đó, vấn đề vừa có thể đáp ứng

đợc lu lợng mà chất lợng C/ I nhỏ đặt ra cho các nhà thiết kế khi thiết kế mạng

2.7.2.Nhiễu kênh liền kề

Nhiễu kênh liền kề xảy ra khi máy thu thu đợc tín hiệu mong muốn C và cả những tín hiệu kênh lân cận nó Mặc dù máy thu không điều chỉnh tới những kênh lân cận đó, nhng tín hiệu mong muốn bị suy giảm bởi những ảnh hởng đó Máy thu càng có tính chọn lọc ccao thì ảnh hởng của kênh liền kề càng giảm

Tỉ số CARIER/ ADJACENT là quan hệ giữa cờng độ tín hiệu kênh mong muốn và cờng độ tín hiệu kênh liền kề

C/ A = 10 Log ( Pc/ Pa ) (db)

Trong đó: Pc: Công suất thu đợc từ kênh mong muốn

Pa: Công suất thu đợc từ kênh liền kề

Tỷ số C/ A thấp sẽ dẫn tới tỷ số lỗi bit BER cao Mặc dù các kênh GSM đã đợc mã hoá kênh tìm và suar lỗi nhng vẫn còn một lợng nhiễu nhất định, Khoảng cách giữa nguồn tín hiệu mong muốn và nguồn liền kề càng cao thì tỷ số C/ A càng cao Khuyến nghị GSM cho tỷ số C/ A nhỏ nhất là - 9dB, nghĩa là tín hiệu mong muốn yếu hơn 9db nhiễu gây ra cho liền kề Trong GSM, độ rộng kênh là 200KHz vì vậy nhiễu kênh liền kề cũng có độ rộng là 200KHz Để tối thiểu hoá nhiễu này, mô hình điều chế GMSK cho độ rộng tín hiệu lớn hơn 200KHz đợc thực hiện với thông số BT = 0.3 cho phép tạo ra lõm xung ở vị trí FCarrier + 200KHz trong phổ của tín hiệu đợc điều chế Thông thờng nhà khai thác chọn tỷ số C/ A = 0.3dB trong thiết kế của mình

2.7.3Phân tán thời gian

C/R là tỉ số đánh giá phân tán thời gian trong hệ thống GSM khi sóng vô tuyến truyền tải và phản xạ trong không gian theo nhiều đờng khác nhau Để hạn chế sự phản xạ này ngời ta sử dụng Equalizer có kiểm soát, đợc phản xạ trễ trong khoảng

4 bit Tơng đơng với 15 microgiây Nhng trên thực tế độ trễ này lớn hơn vì nó phụ thuộc nhiều vào môi trờng địa lý của vị trí đặt trạm Do đó ta chỉ cho phép nó nhỏ hơn một mức ngỡng nhất định

2.7.4.Sử dụng lại tần số:

Đây là một nguyên lý cơ bản khi thiết kế một hệ thống Cellular Toàn bộ tần

số có thể sử dụng đợc chia thành các nhóm tần số gọi là Cluster Mỗi nhóm đợc sử dụng cho một Cell và đợc sử dụng lại trong Cell khác với khoảng cách địa lí đủ để chấp nhận đợc nhiễu đồng kênh Trong mỗi nhóm tần số thì các tần số sử dụng cũng có khoảng cách nhất định đủ để tránh nhiễu kênh liền kề Sử dụng lại tần số

ở những Cell khác nhau bị giới hạn bởi tỉ số C/ I giữa các Cell Vì vậy đặt ra một vấn đề làm sao sử dụng lại đợc một cách tối u nhất đảm bảo vừa cung ứng đợc dung lợng và tối thiểu hoá tỉ số C/ I Ta có thể tính toán tỉ số C/ I nh sau:

Hình 20: khoảng cách tái sử dụng tần số

Điểm P là vị trí trong trờng hợp xấu nhất cho cả hai trạm gốc A & B

Tính toán tỷ số C/I tại MS:

C/ I = 10 Log (D - 1)/R (theo db)

Thờng nó trong khoảng (3 - 4) cho mọi môi trờng

Hình 21: Quan hệ gữa ccacs nhóm cell và tỉ số C/ I

Hình 22: Nhóm tần số quy tụ gồm 7 Cell Mẫu tái sử dụng 3/9:

Các tần số có thể sử dụng đợc chia thành 9 nhóm với 3 trạm gốc Mỗi trạm gốc

có 3 Cell

Hình 23: Mẫu tái sử dụng 3/9

Mẫu tái sử dụng 4/12:

Là mẫu các tần số có thể sử dụng đợc chia thành 12 nhóm với 4 trạm gốc, mỗi trạm gốc có 3 Cell Ta có bảng phân công nh sau:

Hình 24: Mẫu tái sử dụng 4/ 12.

Cấu trúc 4/12 có tỷ số C/I lớn hơn 12dB Tỷ số này vừa đủ so với yêu cầu của GSM Nhng thực tế ngời ta không yêu cầu sử dụng các kĩ thuật nhảy tần, điều

khiển công suất và truyền không liên tục mặc dù chúng rất có ích Mẫu 4/12 có dung lợng thấp hơn mẫu 3/9 vì tần số sử dụng trên mỗi Cell ít hơn do mỗi Cell có tần số chỉ bằng 1/12 thay vì 1/9 trong mẫu 3/9 và yếu tố sử dụng lại ít hơn (khoảng cachcs sử dụng lại lớn hơn D = 6R) Tuy nhiên, Mẫu 4/12 vứa đủ cho một cấu hình GSM và thích hợp cho công nghệ chia Cell sau này

2.7.5.Dung l ợng phục vụ và tỉ số C/I

Với tổng số kênh mà tài nguyên hệ thống cho phép là M kênh, nếu đem chia

đều cho N nhóm kênh thì ta sẽ có số kênh trong một nhóm kênh hay một Cell là M/N từ đây ta có thể tính toán đợc dung lợng phục vụ ứng với cấp độ phục vụ GOS nhất định qua bảng Erlang Nh nhận xết ở trên, số nhóm tần số càng nhỏ thì

số lợng kênh trong một nhóm càng lớn và số thuê bao có thể đợc phục vụ càng cao, Nghĩa là phản ánh hiệu quả của trung kế tốt hơn nhng N nhỏ lại cho tỉ số C/I nhỏ vì vậy nhiễu đồng kênh tăng

Với N cho trớc thì dung lợng trên một Cell sẽ là cố định Nh đã biết khu vực Cell tỉ lệ thuân với bình phơng bán kính Cell, do vậy mật độ dung lợng trong một

đơn vị diện tích là tỉ lệ nghịch với khu vực Cell Vậy nếu ta chia Cell nhỏ có bán kính bằng 1/2 Cell cũ thì với một N cho trớc, dung lợng sẽ tăng lên 4 lần Tuy nhiên, để tránh nhiễu đồng kênh ngời ta không thể luôn sử dụng cùng một số nhóm tần số cho các Cell nhỏ đó vì điều này sẽ làm giảm đi u điểm của việc giảm kích cỡ Cell và làm giảm chất lợng

2.7.6.Sector hoá Cell và sự phân chia Cell

Với những Cell nhỏ hơn rõ dàng khả năng tái sử dụng tăng và do đó dung lợng tăng Tuy nhiên, điều này đồng nghĩa với việc sẽ cần nhiều vị trí đặt trạm hơn và

sẽ tốn kém hơn cho cơ sở hạ tầng Theo lý thuyết, thiết kế mạng ban đầu thờng là những Cell có đặt Annten vô hớng tại chính giữa Cell để phát đẳng hớng ra xung quanh Khi mạng phát triển chúng chỉ có thể ddaps ứng phần nào bằng cách tăng tần số mang hoặc sử dụng tần số nhiều hơn, nhng dây không phải là một giải pháp thực tế Một phơng pháp khả thi hơn cho hệ thống mạng thực tế với nhu cầu dung lợng khác nhau ở các vùng địa lí khác nhau là giải pháp Sector hoá Cell và phân chia Cell

Sector hoá là việc sử dụng các Annten có hớng để phục vụ phủ sóng cho các

phía khác nhau xung quanh trạm gốc Thực hiện Sector hoá có thể cải thiện đáng

kể nhiễu đồng kênh và đặc biệt là tạo khả năng cung cấp dịch vụ một cách linh hoạt cho Cell đó

Phân chia cell: là sử dụng cùng một trạm gốc cho các vùng khác nhau của

Cell cũ tạo thành các Cell nhỏ hơn, điều này đặt ra công việc thực hiện phải có kế hoạch cho việc sử dụng tần số Đây là giải pháp khá phổ biến trong mạng hiên nay

Ban đầu với Cell lớn nhất có thể phủ sóng một vùng nhất định

Bớc tiếp theo ta chia Cell lớn (site) này thành 3 vùng hay còn gọi là các Cell nhỏ hơn, sử dụng những site cú cung cấp các Cell góc (các sector 120 độ hoặc 6 Sector

Hình 25c: Chia Cell lần thứ hai

Với một mẫu Cell đồng nhất có thể phục vụ cho một mật độ lu lợng không đổi trong vùng phủ sóng Nhng trong thực tế mật độ thay đổi thờng xuyên qua các vùng địa lí khác nhau,các phục vụ khác nhau trong ngày Do vậy, một mô hình Cell với nhiều kích cỡ khác nhau đợc sử dụng ở nhiều phần khác nhau của hệ thống sẽ mang lại tính linh động trong việc quy hoạch mạng, đảm bảo sự đáp ứng

về lu lợng