Các vấn đề an ninh trong mạng gsm

Phân loại theo cấu trúc:- Mạng tế bào Cellular Mobile Radio:Việc liên lạc trong thông tin vô tuyến di động tế bào đợc tiến hành giữamột hệ thống trạm gốc cố định BS Base Station đợc bố t

Lời nói đầu

Thông tin di động hiện nay đã trở thành một dịch vụ kinh doanh khôngthể thiếu đợc của tất cả các nhà khai thác viễn thông Đối vơí các khách hàngviễn thông nhất là đối với với các nhà doanh nghiệp thì thông tin di động trởthành một phơng tiện quen thuộc Các dịch vụ thông tin di động không cònhạn chế cho các khách hàng giàu có mà đang phát triển cho mọi đối tợngkhách hàng viễn thông cùng với sự phát triển của đất nớc công nghệ thông tincũng có những bớc phát triển tuyệt vời với sự phát triển của các nghành khác

nh, điện tử, tin học, quang học công nghệ viễn thông đã và đang mang đếncho con ngời tất những ứng dụng trong tất cả các nghành kinh tế, giáo dục,văn học, y học, thông tin quảng bá… Các quốc gia đều coi viễn thông tin học Các quốc gia đều coi viễn thông tin học

là những nghành mũi nhọn và đợc đầu t thích đáng trong nghiên cứu và trongứng dụng công nghệ thông tin làm đòn bẩy để kích thích sự phát triển củanghành kinh tế quốc dân khác Đi cùng với sự phát triển của công nghệ thôngtin thì thông tin di động hiện nay đang đợc phát triển tăng cờng bằng cách đathêm các dịch vụ mới nh thông tin số liệu tốc độ cao, hình ảnh tốc độ thấp,hình ảnh tốc độ đủ để phục vụ cho truyền hình… Các quốc gia đều coi viễn thông tin học Để làm đợc điều này thôngtin di động số băng hẹp đang đợc chuyển vào thông tin di động số băng rộng ởmột số nớc phát triển trên thế giới số thuê bao di động đã chiếm 70% tổngthêu bao, còn ở nớc ta số thuê bao di động đã chiếm trên 10% tổng số thêubao Với su thế háo mạng thâm nhập thuê bao để đáp ứng tính di động trongcác hoạt động kinh tế-xã hội của con ngời trong thế kỷ XXI dự báo các tỷtrọng các thuê bao di động trong tổng số các thuê bao sẽ không ngừng tăngnhanh và có thể đạt tới 50% tổng số các thêu bao vào đầu thế kỷ XXI N ớc tahai mạng thông tin di động tổ ong số hiện đại theo tiêu chuẩn GSM đang đợckhai thác rất hiệu quả Mạng di động là mạng có s tổ hợp hoàn chỉnh củanhiêu công nghệ tiên tiến và thuật toán lý thuyết hiện đại nh kỹ thuật định vị,

xử lý tiếng nói, điều chế số, sử lý tín hiệu số… Các quốc gia đều coi viễn thông tin học Vì vậy việc nghiên cứu tìmhiểu mạng thông tin di động để có đợc một cái nhìn căn bản ban đầu đòi hỏiphải có sự lỗ lực lớn về thơì gian và công sức trên tinh thần ấy cuốn đồ án nàycủa em chỉ nhằm mục đích cung cấp làm sáng tỏ những kiến thức cơ bản tổngquan về mạng thông di động GSM cách thức giao tiêp giữa máy đầu cuối di

động… Các quốc gia đều coi viễn thông tin học

Cuốn đồ án này nằm trong khuôn khổ hạn hẹp của một luận án tốtnghiệp lại bị hạn chế về thời gian chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót

trong ý thức cũng nh trong thực tế kỹ thuật vì vậy ngơì viết rất mong nhận đợcnhững ý kiến đóng góp từ phía độc giả để nội dung cuốn đồ án này đợc nângcao và hoàn thiện hơn nữa cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn

Đức Thuận đã giúp đỡ em rất tận tình trong quá trình thực tập cũng nh quátrình làm đồ án

Chơng I Khái quát về thông tin vô tuyến di động

1.1 Lịch sử phát triển:

Vào cuối thế kỷ 19, các thí nghiệm của nhà bác học ngời ý MareoniGugliehno (1874 – 1937, giải Nobel vật lý năm 1909) đã cho thấy thông tinvô tuyến có thể thực hiện giữa các máy thu phát ở xa nhau và di động Thôngtin vô tuyến lúc đó chỉ sử dụng mã Morse, mãi cho tới năm 1928 hệ thống vôtuyến truyền thanh mới đuợc thiết lập, thoạt tiên cho cảnh sát Đến năm 1933

sở cảnh sát Bayone, New jersey mới thiết lập đợc một hệ thống thoại vô tuyến

di động tuơng đối hoàn chỉnh đầu tiên trên thế giới Hồi đó các thiết bị điênthoại di động rất cồng kềnh, nặng hàng chục kg, đầy tạp âm và rất tốn nguồn

do dùng các đèn điện tử tiêu thụ nguồn lớn Công tác trong dải thấp của băngVHF, các thiết bị này liên lạc đợc với khoảng cách vài chục dặm Sau đó quân

đội cũng đã sử dụng thông tin di động để triển khai và chỉ huy chiến đấu cóhiệu quả Các dịch vụ di động trong đời sống nh cảnh sát, cứu thuơng, cứuhoả, hànghải, hàng không Cũng đã sử dụng thông tin di động để các hoạt

động của mình đợc thuận lợi Chất lợng thông tin di động hồi đó rất kém Đó

là các đặc tuyến truyền dẫn sóng vô tuyến dẫn đến tín hiệu thu đợc là một tổhợp nhiều thành phần của tín hiêu đợc phát đi, khác nhau cả về biên độ và pha

và thời gian giữ chậm Tổng vec – tơ của các tín hiệu này làm cho đờng baotín hiệu thu đợc bị thăng giáng mạnh và nhanh Khi trạm di động hành tiến ,mức tín hiệu thu thờng bị thay đổi lớn và nhanh làm cho chất lợng đàm thoại

bị suy giảm trông thấy Tất nhiên, tất cả các đặc tính truyền dẫn ấy ngày nayvẫn tồn tại song hồi đó chúng chỉ đợc chống lại bằng một kỹ nghệ còn trongthời kỳ sơ khai

Trong khi ngày nay công nghệ bán dẫn có thể sử dụng hàng triệu đènbán dẫn cho việc loại bỏ các ảnh hởng sấu của đặc tính truyền dẫn thì hồi đócác máy thu phát thờng không quá 10 đèn điện tử

Băng tần có thể sử dụng đợc bởi công nghệ đơng thời cho thông tin vôtuyến luôn khan hiếm Các băng sóng chung và dài đã đợc sử dụng cho phátthanh trong khi đó các băng tần số thấp và cao (LF và HF) thì bị chiếm bởicác dich vụ thông tin toàn cầu Công nghệ ngày đó thì cha thích hợp để đạt đ-

ợc chất lợng liên lạc cao trên các băng sóng VHF và UHF Khái niệm về táidụng tần số đã đợc nhận thức song không đợc áp dụng để đạt đợc nguời sửdụng cao Do đó, suốt nhiều năm chất lợng của thông tin di động kém hơn

Fixed Service Supphers

nhiều so với thông tin hữu tuyến do công nghệ không thích hợp và các nhà tổ chức thông tin đã không sử dụng nổi độ rộng dải tần trên các băng tần số cao

Trong khi các mạng điện thoại tơng tự cố định thơng mại đang đợc số hoá nhờ sự phát minh ra các dụng cụ điện tử có kích thớc nhỏ bé và tiêu thụ ít nguồn thì tình trạng của vô tuyến điện còn biến đổi rất chậm chạp Các hệ thống vô tuyến di động nội bộ mặt đất đã bắt đầu đợc sử dụng song mới ở mức

độ phục vụ các nhóm chuyên biệt chứ cha phải cho các cá nhân trong cộng

đồng Mặc dầu Bell Laboratories đã thai nghén ý đồ về một mạng tế bào ngay

từ năm 1947, song mãi cho tới tận năm 1979 công ty mẹ của nó vẫn không làm gì khởi đầu việc áp dụng một hệ thống vô tuyến tế bào Thời kỳ ấp ủ lâu dài đó là do phải chờ đợi các phát triển cần thiết trong công nghệ Chỉ cho tới khi có các mạch tích hợp thiết kế đợc một cách tuỳ chọn, các bộ vi sử lý, các mạch tổng hợp tần số, các chuyển mạch nhanh dung lợng lớn Mạng vô tuyến tế bào mới đợc biến thành hiện thực Những năm thập kỷ 80 đã chứng kiến sự ra đời của một số hệ thống vô tuyến tế bào tơng tự thờng đợc gọi là các mạng vô tuyến di động mặt đất công cộng (PLMR – Publie Land Mobile Radio) Làm việc ở giải UHF, các mạng này cho thấy một sự thay đổi vợt bậc

về độ phức tạp của các hệ thống thông tin liên lạc dân sự Chúng cho phép

ng-ời sử dụng có đợc các cuộc đàm thoại trong khi di động với bất kỳ đối tợng nào có nối tới các mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PSTN (Public Switched Telephon Network) hoặc các mạng đa dịch số ISDN (Integrated Services Digital Nework) Trong những năm 90 đang và sẽ có những bớc tiến hơn nữa trong thông tin di động với việc áp dụng các mạng tế bào số (Digital cellular System) và các hệ thống không giây số (Digital Cordless Telecommunication System) Ngoài các dịch vụ điện thoại truyền thống, các

hệ vô tuyến di động số thế hệ thứ hai này sẽ cung cấp một mảng các dịch vụ mới khác nh tiếng nói, truyền số liệu, truyền fax, truyền các tin nhắn Ngày nay thông tin di động đang phát triển hết sức mạnh mẽ trên phạm vi toàn thế giới, càng ngày càng tiến tới chia sẻ thị trờng và thay thế từng mảng các dịch

vụ thông tin cố định

Hình 1a Phác cho chúng ta một khía cạnh dự báo về tơng quan giữa các dịch vụ về thông tin di động và thông tin cố định trong tơng lai gần ở châu Âu, trong đó cho thấy từ năm 1998 trở đi lợi nhuận từ các dịch vụ thông tin di

động sẽ bắt kịp và vợt rất nhanh lợi nhuận thu đợc từ các dịch vụ cố định

450

400

350

300

250

200

150

1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002

Hình1a Dự báo lợi nhuận một số loại hình dịch vụ thông tin (châu Âu).

1.2 Đặc điểm truyền sóng trong thông tin di động:

Đặc điểm truyền sóng trong thông tin vô tuyến di động là tín hiệu thu

đợc ở máy thu bị thay đổi so với tín hiệu đã bị phát đi cả về tần số biên độ,pha và thơi gian giữ chậm Các thay đổi này có tính chất rất phức tạp Sự tác

động của chúng tới chất lợng liên lạc phụ thuộc vào hàng loạt các yếu tố khácnhau nh địa hình khoảng cách liên lạc, giải tần, khí quyển tốc độ truyền tintốc độ di chuyển của các trạm di động, mật độ thuê bao trên một đơn vị diệntích , ăng ten, công suất phát, sơ đồ điều chế Tuy vậy về cơ bản chung ta cóthể chia một cách vắn tắt các ảnh hởng truyền sóng này thành ảnh hởng củahiệu ứng dopler, tổn hao đờng truyền và pha ding

1.2.1 Hiệu ứng dopler:

Là sự thay đổi thay đổi tần số của tín hiệu thu đợc so với tín hiệu đã đợcphát đi, gây bởi chuyển động tơng đối giữa máy thu và máy phát trong qúatrình truyền sóng Gỉa sử một sóng mang không bị điều chế có tần số fc đợcphát tới một máy thu đang di động với vận tốc v Tại máy thu, tần số của tínhiệu nhận đợc theo tia sóng thứ i sẽ là f=fc+fm.cos trong đó i là góc tới củatia sóng thứ i so với hớng chuyển động của máy thu, fm là lợng dịch tần.Dopler fm = v.fc/c với c là vận tốc ánh sáng Nh vậy chỉ trong trờng hợp máythu đứng im so với máy phát (v=0) hoặc máy thu đang chuyển động vuônggóc với góc tới của tín hiệu (cosi =0 ) thì tần số dữ liệu thu đợc mới có sựthay đổi so với tần số tín hiệu phát Hiệu ứng dopler sẩy ra mạnh nhất khi máythu di động theo phơng của tia sóng tới (cosi = 1) Điều này thờng sảy ratrong thông tin di động khi máy thu đặt trên xe di chuyển trên các xa lộ, còn

các ăng ten trạm phát thì đợc bố chí dọc theo xa lộ (đợc gán trên các cầu vợtngang qua xa lộ chẳng hạn).

1.2.2 tổn hao đ ờng chuyền:

Là lợng suy giảm mức điện thu so với mức điện phát mức điện trungbình của tín hiệu thu giảm dần theo khoảng cách do công suất của tín hiệutrên một đơn vị diện tích của mặt sóng cầu giảm dần khoảng cách giữa các

ăng ten thu và phát, do hấp thụ của môi trờng truyền Tổn hao đờng truyềnphụ thuộc vào tần số bức xạ, địa hình, tính chất môi trờng mức độ di động củacác chớng ngại vật, độ cao ăng ten, loại ăng ten Trong thông tin vô tuyến tếbào, trong nhiều trờng hợp tổn hao đờng truyền tuân theo luật mũ 4 tức là tăng

tỉ lệ với luỹ thừa 4 của khoảng cách Về nguyên tắc tổn hao đờng truyền hạnchế kích thớc tế bào và cự ly liên lạc song trong nhiều trờng hợp ta có thể lợidụng tính chất tổn hao đờng truyền để phân chia hiệu quả các tế bào và chophép tái dụng tần số một cách hữu hiệu làm tăng hiệu quả sử dụng tần số

mà là cả một tổ hợp các tia sóng do tín hiệu bị phản xạ, nhiễu xạ bởi các cao

ốc, tán xạ, và các trớng ngại vật linh tinh khác trớc khi tới máy thu Thực tếtrong hầu hết các môi trờng mỗi tia sóng thu đợc tại máy thu di động đều phảichịu những thay đổi (phụ thuộc vào đờng đi của nó) về pha, thời gian giữchậm riêng, biên độ cũng nh dịch tần dopler Kết quả là tín hiệu mà trạm di

động thu đợc có thể khác một cách căn bản với sóng mang đã phát Trong ờng hợp nghiêm trọng, tổng vec – tơ của tín hiệu tới theo nhiều tia có thểgiảm tới một giá trị rất thấp Hiện tợng này gọi là pha – ding nhiều tia khimáy di động di chuyển, mức thu bị pha - ding theo từng quãng cách nửa bớcsóng dọc theo hành trình của nó một pha – ding rất sâu xảy ra, tín hiệu thu đ-

tr-ợc có thể giảm tới không, tỉ số tín/ tạp nhỏ hơn không, khi đó đầu ra máy thuhoàn toàn tuỳ thuộc vào nhiễu của kênh

Trong thức tế sóng mang đợc diều chế Trong thông tin di động số ảnhhởng của đặc tính truyền dẫn còn phụ thuộc vào tỷ lệ số giữa độ dài một dấu(Symbol) và trải giữ chậm (Delay Spread) của kênh vô tuyến biến đổi theothời gian Độ trải giữ chậm có thể xem nh độ dài của tín hiệu thu đợc khi mộtxung cực hẹp đợc truyền đi Nếu số liệu đợc truyền với tốc độ thấp thì chúng

có thể giải quyết đợc dễ dàng tại phần thu Đó là sự bành trớng do truyền theonhiều tia của một xung số liệu thì kết thúc trớc khi xung tiếp theo đợc phát đi.Tuy thế nếu ta cứ tăng tốc độ truyền số liệu lên mãi tới một lúc mỗi dấu sốliệu sẽ trải hẳn sang các dấu số liệu lân cận, tạo ra xuyên nhiễu giữa các dấuISI (InterSymbol Interference) Nếu không có các mạch san bằng kênh nhằmloại bỏ ISI thì tỷ lệ lỗi bít BER (Bít – Erro Ratio) sẽ lớn tới mức không thểchấp nhận đợc Giả sử ta vẫn cứ truyền số liệu với tốc độ lớn song đa máy di

động lại gần trạm cố định đồng thơì giảm một cách thích hợp công suất pháttức là nếu thu hẹp kích thớc tế bào thì trải giữ chậm của từng tia nhìn chung lànhỏ khi đó ISI sẽ còn không đáng kể do đó không cần san bằng kênh

Pha – ding đợc gọi là phẳng nếu nó xảy ra nh nhau suốt cả dải tần sốcủa kênh Pha – ding là chọn lọc theo tần số khi đó xảy ra đồng đều tronggiải tần số của kênh, gây lên ISI Nh vậy kích thớc tế bào có ảnh hởng rất quantrọng tới đặc điểm truyền sóng Đối với các tế bào có kích thớc lớn các mạchsan bằng là bắt buộc ngay cả khi truyền tốc độ thấp (vài chục kb/s) ngợc lạivới các siêu vi tế bào (Picocell) trong đó trải giữ chậm nhỏ hơn 1s nhiều, pha–ding là phẳng ngay cả với tốc độ số liệu vài Mb/s, khi đó mạch san bằng làkhông cần thiết ở đây cần nhấn mạnh thêm rằng việc có đợc đờng truyền nhìnthẳng LOS (Line – Of – Sight) giữa máy thu và máy phát (thờng sảy ratrong các vi tế bào) có ý nghĩa cải thiện chất lợng liện lạc đặc biệt

1.3 Phân loại các hệ thống thông tin vô tuyến di động:

Theo cấu trúc đặc điểm và phơng thức truy nhập các hệ thống thông tinvô tuyến di động có thể đợc phân chia thành nhiều loại khác nhau Theo cấutrúc, chúng thờng đợc phân chia thành: hệ thống mạng tế bào hệ thống viễnthông không dây và vành vô tuyến địa phơng Theo đặc tính, các hệ thống vôtuyến di động có thể đợc phân chia thành các hệ thống liên tục (Analogue) vàcác hệ thống số (Digital) Trong thông tin di động, các phơng thức đa truynhập (ghép kênh) sau thờng đợc sử dụng: Đa truy nhập theo tần số FDMA(Frequency Division Multiple Access) đa truy nhập theo thời gian TDMA

(Time Division Multiple Access) và đa truy nhập theo mã CDMA(CodeDivision Multiple Access) Do khuân khổ có hạn trong phần này em chỉ điểmqua những đặc yếu nhất của từng loại hệ thống vô tuyến di động theo phânloại nêu trên.

1.3.1 Phân loại theo cấu trúc:

- Mạng tế bào (Cellular Mobile Radio):

Việc liên lạc trong thông tin vô tuyến di động tế bào đợc tiến hành giữamột hệ thống trạm gốc cố định BS (Base Station) đợc bố trí theo các vùng địa

lý và các trạm di động MS (Mobile Station) diện tích địa lý trong đó các MSliên lạc trức tiếp với các BS đợc gọi là một tế bào (Cell) có thể coi biên củamột tế bào đợc xác định bởi khoảng cách cực đại mà MS có thể ra khỏi BS màliên lạc vẫn còn cha chở lên không thể chấp nhận đợc về lý thuyết các tế bàothờng đợc bố chí có dạng tổ ong với kích thớc thích hợp cho phép tái dụng tần

số nhằm đạt đợc mật độ ngời sử dụng thích hợp trong thực tế hình dáng thực

và kích thớc tế bào phụ thuộc vào địa hình công suất phát, mật độ ngời sửdụng, loại ăng ten và độ cao của ăng ten Thônng thờng trong địa hình nôngthôn tế bào có thể có bán kính tới 35km, trong các đô thị con số này chỉ cònmột vài km thậm chí chỉ còn vài trăm mét đến 1km Mạng vô tuyến tế bào đợcdùng để tổ chức PLMR, GSM, IS – 54/IS – 136, IS–95 (CDMA) Là các

hệ thống vô tuyến tế bào tiêu biểu

- Viễn thônng không dây CT (Cordless Telecommunication ):

Các mạng không dây đợc thiết kế cho mạng di động phủ sóng nhữngkhoảng cách tơng đối nhỏ nh trong các môi trờng công sở nhà máy Do kíchthớc tế bào nhỏ tốc độ chuyền số liệu có thể khá cao mà không cần các mạchsan bằng phức tạp, thậm chí cũng không nhất thiết phải áp dụng mã hoá kênh.Các mạng không dây tiêu biểu là DECT (Digital European CoidlessTelecommunication ) của châu Âu, CT – 2 của Anh

- Vành vô tuyến địa ph ơng (Wireless Local Loop):

Đợc sử dụng để nối thêu bao điện thoại tới mạng điện thoại công cộngbằng các thiết bị vô tuyến Chất lợng liên lạc, độ an toàn thông tin của vành vôtuyến điạ phơng thì cũng tơng tự nh mạng hữu tuyến Tuỳ lĩnh vực áp dụng cự

li liên lạc có thể là 200m đến 500m trong địa hình đô thị và có thể tới 20kmtrong vùng nông thôn Thủ tục lắp đặt nhanh chóng, lắp đặt, bảo trì và điều

phối khá rẻ Tại những vùng nông thôn hoặc ngoại ô hẻo lánh nơi có mật độthuê bao thấp việc đặt các đờng dây thuê bao điện thoại mới không thấy kinh

tế thì vành vô tuyến địa phơng trở nên rất hiệu quả

1.3.2 Phân loại theo đặc tính:

- Vô tuyến di động liên tục:

Là các hệ thống điện thoại vô tuyến di động thế hệ thứ nhất, tín hiệuthoại là tín hiệu liên tục điều chế FSK (Frequency Shift Keying) Ghép kênhchủ yếu theo tần số các kênh điều khiển thì đã dợc số hoá

- vô tuyến di động số :

Cả tín hiệu thoại lẫn các kênh điều khiển dều là tín hiệu số Ngoài dịch

vụ điện thoại truyền thống hệ thống vô tuyến di động số còn cho phép khaithác một loạt các dịch vụ khác nh truyền các tin ngắn, tuyền fax, truyền liệu Tốc độ truyền cao và có khả năng mã hoá thông tin

1.3.3 Phân loại theo ph ơng thức đa truy nhập :

- Đa truy nhập theo tân số (FDMA):

Đợc sử dụng chủ yếu trong thông tin di động thế hệ thứ nhất, trong đóhai giải tần số có độ rộng W đợc sử dụng cho đờng truyền xuống (Dows–Link) từ BS tới MS và đờng truyền lên (Up - Link) từ MS tới BS Mỗi một ngời

sử dụng chiếm một tần con có độ dộng W/N gọi là kênh và sử dụng kênh đótrong suốt thời gian liên lạc Đặc điểm: tốc độ chuyền thấp, khó áp dụng cácdịch vụ không thoại, hiệu quả sử dụng tần số thấp, có bao nhiêu kênh trongmột tế bào thì phải có bấy nhiêu máy thu - phát làm việc trên bấy nhiêu tần sốkênh đặt tại BS, do đó kết cấu BS cồng kềnh

- Đa truy nhập theo thời gian (TDMA):

Đợc sử dụng trong hầu hết các hệ thống vô tuyến di động thế hệ thứ haihoàn toàn số háo Với loại truy nhập theo thời gian này, mỗi ngời sử dụngchiếm cả giải tần W trong một khe thời gian nhất định, tuần hoàn trong suốtthời gian liên lạc Đặc điểm: dễ dàng mở các dịch vụ không thoại, thiết bịtrạm BS khá đơn giản do chỉ cần một máy thu phát làm việc trên một cặp tần

số ứng với các đờng lên, xuống cho nhiều ngời sử dụng (8 ngời sử dụng đốivới GSM), hiệu quả sử dụng tần số cao hơn so với các hệ thống FDMA Đốivới loại đa truy nhập này, do tốc độ chuyền số liệu khá cao, ISI tồn tại trong

quá trình liên lạc, do đó trong nhiều trờng hợp các mạch san bằng khá phứctạp là cần thiết Đồng bộ cũng là một vấn đề đối với phơng thức da truy nhậpnày.

- Đa truy nhập theo mã (CDMA):

Là một dạng của đa truy nhập phổ trải SSMA (Spread SpeetrumMultiple Access), trong đó mỗi một ngời sử dụng dùng toàn bộ phổ tần nh vớiTDMA, trong toàn bộ thời gian của cuộc gọi nh đối với FDMA Các kênh đợcphân biệt với nhau nhờ việc sử dụng các mã giải nhiễu PN (Pseudo Noise).Các u điểm nổi bật của CDMA là hiệu quả sử dụng phổ rất cao, khả năng táidụng tần số rất cao, phơng án bố chí tần số sử dụng trong các tế bào rất đơngiản, độ an toàn thông tin và khả năng làm việc trong các điều kiện nhiễumạnh rất cao Mặc dầu có các u điểm nổi bật nh vậy, cho đến nay CDMA chỉ

đợc sử dụng hạn chế do các vấn đề có liên quan tới điều khiển công suất, đồng

bộ và việc tìm ra các mã PN cung cấp số kênh lớn Cũng cần phải nhấn mạnhthêm rằng, do hoàn cảnh lịch sử hệ thống GSM (TDMA) đã đợc chấp nhận ởchâu Âu và nhiều nớc khác trên thế giới, bảo đảm tính lu động (Roaming)quốc tế trên một diện rất rộng trên toàn cầu nên việc chiếm lĩnh thị trờng vàviệc cạnh tranh của các hệ thống CDMA hiện thời có khó khăn Tuy nhiên,trong tơng lai gần, khi nhu cầu về thuê bao di động tăng lên rất lớn, các biệnpháp kỹ thuật và công nghệ đủ mạnh thì các hệ thống CDMA sẽ chiếm u thếtuyệt đối Theo ý kiến của các chuyên gia hàng đầu thế giới, các thế hệ tiếptheo (thứ ba, thứ t) của thông tin di động sẽ là các hệ thống CDMA và cácphát triển của nó Khái niệm về các phơng thức đa truy nhập đợc minh hoạtrên hình 1b

Hình 1b Các phơng thức đa truy nhập.

1.3.4 Phân loại theo ph ơng thức song công:

Các phơng thức song công trong thông tin di động là theo tần số FDD(Frequeney Division Duplex) sử dụng chủ yếu trong thông tin vô tuyến tế bàohay trong vành vô tuyến dịa phơng, trong đó liên lạc đi và về giữa BS và MSthực hiện trên hai tần số khác nhau bố trí trên hai giải tần khác nhau: TDD đợc

sử dụng trong các mạng liên lạc không dây CT Với TDD, chỉ một giải tần số

đợc dành cho liên lạc cả đi lẫn về và cấu trúc khung thời gian liên lạc đợc ápdụng Việc phát từ BS tới MS diễn ra trong một nửa khung thời gian và nửakhung thời gian kia thì dành cho việc phát theo chiều ngợc lại Trong thực tế,

để đạt đợc dung lợng thích hợp, các phơng thức đa truy nhập và các phơngthức song công đợc sử dụng chộn lẫn, tạo ra các loại hệ thốngTDMA/FDD/FDMA (nh trong CT-2), TDMA/TDD/FDMA (nh trong DECT),hay CDMA/FDD (nh trong các hệ Qualcomm CDMA cung cấp bởiQualcomm)

1.4 Các đặc điểm cơ bản của một số hệ thống vô tuyến di động hiện nay:

Các đặc tính cơ bản của một số hệ vô tuyến di động hiện nay đợc cho ởbảng 1.

Sytem TACS GSM DCS 1800 Qualcomm

Uncoded Voice Rate

Control Channel Name

Control Channel Rate

Control Massage Size

Control Delay

Perk power (Mobile)

Mean Power (Mobile)

Power Control

Voice Activity Delecition

Handover

Dynanue Channel Allocation

Min Cluster Seze

Capacity/cell/MHz

935 - 950

890 - 905 FDMA FDD 25 1 5O FM N/A N/A N/A N/A - - - - o.6 – 10 0.6 – 10 Yes Yes Yes No 7 2.8

35- 960 890-915 TDMA FDD 200 8 50 GMSK 271 22.8 RPE-LTP 18 SACCH 967 184 480 2.20 0.25-2.5 Yes Yes Yes No 3 6.7

1805-1880 1710-1785 TDMA FDD 200 9 50 GMSK 271 22.8 RPE-UTP 13 SACCH 967 184 480 0.25-2 0.03-0.25 Yes

? Yes No 3 6.7

869-894 821-849 CDMA FDD 1250 55-65 21 QPSK 1228 9.6 CELP 1.2 9.6 SACCH 800 1 1.25 0.6-3 0.6-3 Yes Yes Yes N/A 1 16.5

869-894 824-849 TDMA FDD 30 3 20 DQPSK 48.6 13 VSELF 8 SACCH 600 65 210 0.6-3 0.6-3 Yes

? Yes No

?

?

64-868 64-868 FDMA TDD 100 1 100 FSK 72 32 ADPCM 32 D 2000 64 32 10mW 5mW Yes No No Yes N/A N/A

1880-1900 MHz 1880-1990 MHz TDMA

TDD

1728 kHz 12

114 kHz GSMK

1152 kb/s

32 kb/s ADPCM

32 kb/s C

6400 b/s

64 bits

10 ms 250mW W 10mW W No No Yes Yes N/A N/A Duplex chs/cell/MHz Assurnes Frequency re-use N/A méan not applicable

Bảng 1 Các thông số cơ bản của một số hệ thống vô tuyến di động hiện nay.

Chơng II MạNG ĐIệN THOạI GSM TOàN QUốC

2.1 Giới Thiệu:

GSM định rõ tiêu chuẩn mạng thông tin di động công cộng (PLMN)

Hệ thống thông tin di động GSM sử dụng dải tần số f = 900 mhz, trong băngtần (890  960 mhz) Tiêu chuẩn GSM là tiêu chuẩn đầu tiên của quốc tếcung cấp đầy đủ các lựa chọn cho phép ngời truy cập tới mạng PLMN hoạt

động trong tất cả các quốc gia khi chọn lựa tiêu chuẩn GSM Giai đoạn 1hoàn thành theo tiêu chuẩn ETSI năm 1990, giai đoạn 2 hoàn thành theo tiêuchuẩn năm 1994 và chức năng trao đổi thông tin đặc trng đợc khởi đầu vàomạng năm 1995/1996.

Giai đoạn 1: Bao gồm cơ sở PLMN thêm vào những chức năng dịch vụviễn thông truy cập với kênh toàn tốc (Full-Rate)

Giai đoạn 2: Thêm vào và chứa đựng các dịch vụ viễn thông ( liên kếthội nghị , các nhóm sử dụng đóng ) với phụ trợ của kênh bán tốc (Half -Rate) D900 là hệ thống đầu tiên, là kỳ công của phơng pháp mới, có thểtruyền dẫn bằng số hoá tiếng nói cho các ô tế bào điện thoại Sự thêm vào nàylàm tăng thêm chất lợng kết nối, một số cải tiến đã đợc sử dụng nh vậy làmtăng thêm hiệu hiệu quả sử dụng phổ tần số

2.2 Tổng Quan Mạng GSM:

Hệ thống GSM đợc chia thành hệ thống chuyển mạch (SS ) và hệ thốngtrạm gốc ( BSS )

Mỗi hệ thống nói trên đều chứa một số khối chức năng, ở đó thực hiệntất cả các chức năng của hệ thống Các khối chức năng đợc thực hiện ở cácthiết bị (phần cứng) khác nhau

Hệ thống đợc thực hiện nh là một mạng gồm nhiều ô vô tuyến cạnhnhau để cùng đảm bảo toàn bộ vùng phủ của vùng phục vụ Mỗi ô có mộttrạm vô tuyến gốc (BTS) làm việc ở một tập hợp các kênh vô tuyến Các kênhnày khác với các kênh đợc sử dụng ở các ô lân cận để tránh giao thoa Một bộ

điều khiển trạm gốc (BSC) điều khiển một nhóm (BTS) BSC điều khiển cácchức năng nh chuyển giao và điều khiển công suất Một trung tâm chuyểnmạch các nghiệp vụ di động MSC phục vụ cho một bộ điều khiển trạm gốc,MSC điều khiển các cuộc gọi đến và từ mạng chuyển mạch điện thoại côngcộng (PSTN) , mạng số liên kết đa dịch vụ (ISDN), mạng di động mặt đấtcông cộng (PLMN), các mạng số liệu công cộng (PDN ), và có thể là cácmạng riêng

Các khối nói trên đều tham gia vào việc nối thông giữa một trạm di

động(MS) và chẳng hạn một thuê bao PSTN, mạng cố định muốn thực hiệncuộc gọi đến cuối ở (MS), ngời khởi đầu cuộc gọi hầu nh không biết MS đợcgọi ở đâu Vì thế ta cần có các cơ sở dữ liệu ở mạng để theo dõi MS Cơ sở dữ

1 4

EIR; Thanh ghi nhận dạng thiết bị

MSC: Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động (Gọi tắt là tổng

OMC: Trung tâm khai thác và bảo dỡng

ISDN: Mạng số liên kết đa dịch vụ

PSPDN; Mạng chuyển mạch công cộng theo gói

Hệ thống chuyển mạch bao gồm các khối chức năng sau:

Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động MSC

Bộ ghi định vị tạm trú VLR

Bộ ghi định vị thờng trú HLR

Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR

- MSC: MSC là trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động (Mobile

Services Switching Center) có cấu trúc không khác một tổng đài cố định làbao MSC có tất cả các chức năng của tổng đài thông thờng, ngoài ra MSC còn

đảm nhận những chức năng dành riêng cho GSM, chủ yếu đợc quyết định bởiphần mềm trong hệ thốngvà các giao diện với các phần khác (VLR/HLR ).MSC nối với mạng khác gọi là GMSC (Gateway-MSC)

Chức năng hoạt động nội tại MSC tạo nên mối liên hệ tới các mạng lớikhác MSC có thể định vị về mặt vật lý, hay chuyển đổi tốc độ trong mạng cố

định hoặc vài nơi trong vùng hoặc ngoài vùng phục vụ

- VLR: VLR thờng liên kết với MSC và đặt chung với MSC tại một nút

vật lý của mạng VLR là cơ sở dữ liệu (Phần mềm) chứa đựng thông tin vềthuê bao di động hiện hành trong khu vực của nó (Trong vùng phục vụ MSC)

Khi thuê bao kiểm tra với VLR nhng thông tin này là sự phản hồi tớiHLR Trong sự trả lời VLR nhận dữ liệu thuê bao từ HLR tơng ứng

- HLR: Bộ ghi định vị thờng trú (HLR) là cơ sở dữ liệu lu giữ các số

liệu cố định của thuê bao di động trong mạng nh (SIM, các dịch vụ thuê bao

đăng ký, IMSI, MSISDN ) Chứa đựng thông tin về VLR, phạm vi khu vực

mà thuê bao di động nào đang tạm thời lu động Những thông tin này cần thiếtcho việc định hớng cho thuê bao di động chủ

- AUC: Thờng liên kết với HLR và đặt chung với HLR tại một nút vật

lý của mạng Trung tâm nhận thực AUC là cơ sở dữ liệu chứa các thông tinliên quan đến thuê bao khi thuê bao đăng ký nhập mạng và đợc sử dụng đểkiểm tra khi thuê bao yêu cầu cung cấp dịch vụ, tránh việc truy nhập mạngmột cách trái phép

Trung tâm nhận thực bao gồm các hộp an toàn với những chìa khoá vàthuật toán yêu cầu của nhà xản xuất cho việc xác nhận thông số AUC giúpcho việc cài thông số xác nhận này, đợc gọi là bộ 3 (called triples), đợc phát racho mỗi thuê bao di động trớc khi thuê bao này thâm nhập vào mạng di động

Bộ 3 sử dụng cho sự kiểm tra xác nhận để chứng minh có thuê bao nào đangthâm nhập vào mạng và thiết lập cuộc gọi

- EIR: Thanh ghi nhận dạng thiết bị chứa các thông tin về cơ sở dữ liệu

về kiểu mẫu thiết bị, và nhận dạng số của tất cả các trạm di động thừa nhậntrong vùng trách nhiệm

EIR có thể cấu tạo liên lạc tới mạng khu vực VD: với sự chấp nhận tới 1hoặc nhiều MSCs Phần thêm vào đó có thể có trên một miền chủ EIR bênngoài PLMN Nếu có yêu cầu của MSC, EIR sẽ kiểm soát sự thâm nhập thiết

bị di động

Trong sự nhận thực những nghi ngờ, sai sót hoặc dùng sai của thiết bị di

động, EIR sẽ giải quyết điều đó, thiết bị di động phải tuân theo Hiện tại mạngVinaphone cha có

2.3.2 Hệ thống vô tuyến BSS:

Hệ thống BSS là một phần của hệ thống D900 BSS bao gồm nhữngthiết bị theo mạng:

BSC: Bộ điếu khiển trạm gốc

BTS: Trạm thu phát gốc

TRAU: Khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ

BSC đợc sử dụng để điều khiển các BTS Mỗi BSC đồng thời cũng là bộtập trung các kênh thông tin từ BTS truyền đến BSC có nhiệm vụ quản lý tiềmnăng vô tuyến của mạng Thực chất BSC là một tổng đài nhỏ có khả năng tínhtoán đáng kể, điều phối kênh ở giao tiếp vô tuyến và thực hiện chuyển giao

* Quản lý mạng vô tuyến:

Việc quản lý mạng vô tuyến chính là quản lý các ô và các kênh logiccủa chúng Các số liệu quản lý đều đợc đa về BSC để đo đạc và xử lý, chẳnghạn nh là lu lợng thông tin ở một ô, môi trờng vô tuyến, số lợng cuộc gọi bịmất, các lần chuyển giao thành công và thất bại

*Quản lý trạm vô tuyến gốc:

Trớc khi da vào khai thác, BSC lập cấu hình của BTS (Số máy thu phátTRX, tần số cho mỗi trạm ) Nhờ việc quản lý này mà BSC có sẵn một tậpcác kênh dành cho nối thông cuộc gọi và điều khiển

* Điều khiển và nối thông cuộc gọi:

BSC chịu trách nhiệm thiết lập và giải phóng các đầu nối tới máy di

động Trong quá trình gọi sự đấu nối đợc BSC giám sát Cờng độ tín hiệu, chấtlợng cuộc nối đợc đo ở máy di động và máy thu phát, sau đó đợc gửi đến BSC,

dựa vào đó BSC quyết định công suất phát tốt nhất của MS và TRX để giảmnhiễu và tăng chất lợng cuộc nối.

BSC cũng điều khiển quá trình chuyển giao nhờ các kết quả đo kể trên

để chuyển giao MS sang ô khác, đạt đợc chất lợng cuộc gọi tốt hơn

Trong trờng hợp chuyển giao sang ô của một BSC khác thì nó phải nhờ

sự giúp đỡ của MSC Bên cạnh đó, BSC cũng có thể chuyển giao giữa cáckênh trong một ô hoặc sang kênh ở ô khác trong trờng hợp bị nghẽn nhiều

* Quản lý mạng truyền dẫn:

BSC có chức năng quản lý cấu hình các đờng truyền dẫn tới MSC vàBTS để đảm bảo chất lợng thông tin Trong trờng hợp có sự cố ở một tuyếnnào đó, nó điều khiển chuyển mạch tới một tuyến dự phòng

2.3.3 Trạm thu phát vô tuyến BTS:

Là thiết bị trung gian giữa mạng GSM và thiết bị thuê bao MS (Mobilstation), trao đổi thông tin với MS qua giao diện vô tuyến Mỗi BTS có thểchứa một hay một số máy thu phát vô tuyến Mỗi BTS tạo ra một hay một sốkhu vực phủ sóng nhất định gọi là tế bào (cell)

BTS đợc điều khiển bởi thiết bị trạm gốc BSC Những BTS hợp lại thànhnhững thiết bị BTS (BTSE) với D900 1 BTS có thể phục vụ 1 ô vô tuyến (chỉhuy tất cả các ô) hoặc một vài ô (những ô tiểu khu) nếu cần thiết

2.3.4 Bộ mã hoá và chuyển đổi tốc độ TRAU:

TRAU làm nhiệm vụ chuyển đổi tốc độ giữa tốc độ chuẩn 64 kbit/s trêngiao diện Asub (MSC-TRAU) và tốc độ kênh lu thông trên giao diện A bis(BSC-TRAU)

2.3.5 Trung tâm khai thác và bảo d ỡng OMS:

OMS tơng ứng với cấu trúc của mạng quản lý viễn thông TMN Thiết bịhoạt động của OMS đợc định dạng bằng hoạt động của trung tâm bảo dỡngOMC

Trung tâm khai thác và bảo dỡng OMC:

Có một OMC-s cho thiết bị mạng SSS và một OMC-r cho thiết bị mạngBSS OMC gồm bộ sử lý O&M (OMP) cho BSS và SSS, và đầu cuối O&M(OMT) Với sự liên kết dọc theo vùng mạng nội bộ (LAN) tới OMP Nó có

thể cần thiết để quy định sử lý- phục vụ các trạm trong trật tự hiểu biết kháchhàng LAN.

- Bộ sử lý O&M (OMP-B của BSS và OMP-S của SSS).

OMPs là máy điện toán thơng mại bổ xung các chức năng của O&M(trung tâm quản lý thiết bị mạng của BSS và SSS) Các thiết bị mạng cầm tayviễn thông với thiết bị mạng SS qua đờng chuyển mạch gói (PSDN) với thiết

bị mạng BSS khác theo đờng PSDN hoặc theo đờng MSC PCM 30 kênh(NUCs)

Hơn nữa 1 OMP có sự sắp xếp các chức năng , đó là cấu tạo sự liên kết

rõ ràng giữa thiết bị mạng SSS và hệ thống OS, hoặc hệ thống xử lý dữ liệuchính (DPPS) OMP có thể đợc phân chia thành 2 phần giống hệt nhau gồm(phần trách nhiệm hoặc dự phòng nóng)

- O&M thiết bị đầu cuối (OMT):

OMT -s Trạm thơng mại hoặc chọn lựa thiết bị đầu cuối X Những thiết

bị này là sự giao tiếp đầu cuối của mạng PLMN và OMP, sau thiết bị mạngBSS và SSS

2.3.6 Thiết bị di độngMS (Mobil Station):

MS là thiết bị nhằm sử dụng các dịch vụ do mạng GSM cung cấp Tùytheo công suất phát, các MS đợc phân thành nhiều loại nh sau:

20w: Thờng gắn trên các phơng tiện giao thông lớn

8w: Thờng gắn trên các phơng tiện giao thông nhỏ (xe máy,ô tô)

2w: Cầm tay (đợc sử dụng nhiều)

0,8w: Cầm tay

2.4 Các thông số cơ bản của GSM:

Các mô tả chi tiết về GSM đợc nêu trong 13 tập khuyến nghị của GSM

đợc thông qua vào tháng 4 năm 1988 và từ đố tới nay liên tục đợc bổ sung vàphát triển Sau một thời gian thử nghiệm từ năm 1991 mạng GSM đã đợc sửdụng tại châu Âu So với một hệ thống thông tin vô tuyến di động tế bàoTDMA

90 132 78

90 3 132 4 78

Coded Bus 378 Uncoded Bus 78

Thế hệ thứ 2 khác nh IS-54 tại Mỹ hay hệ tơng tự nh thế ở Nhật bản GSM là một hệ thống với tham vọng lớn hơn nhiều CáC mô tả cơ bản củaGSM (cho tới năm 1992 nh sau:

- Băng sóng: 890-915MHz (đờng lên-uplink)

935-960MHz (đờng xuống-downlink)Các băng sóng song công này phân bố cho hai giải phòng vệ mỗi giảirộng 200Khz, 124 cặp kênh vô tuyến (lên xuống) mỗi kênh rông 200KHz.Khỏng cách sóng mang vô tuyến là 200KHz

- Loại song công: FDD (đờng lên và xuống trên hai tần số thuộc hai

băng riêng biệt) khoảng cách giữa hai sóng mang lên và xuống của một kênh

là 45MHz Tần số sóng mang trên hai băng sóng đối với kênh song công thứ n

đợc xác định theo công thức:

FnI = 890.2+0.2.(n-1) [ MHz] và FnII = FnI+45 [ MHz]

- Sơ đồ truy nhập: TDMA với 8 khe thời gian trên một băng sóng mang

vô tuyến Độ dài một khe sấp xỉ bằng 0.58ms, do đó khoảng thời gian mộtkhung TDMA gần bằng 8 x 0.58ms = 4.6ms

- Mã hoá tiếng nói: Mã dự kiến tuyến tính-kích thích sung đều

Hình 2 Mã hoá kênh tín hiệu tiếng nói đã đợc số hoá trong GSM

(456 bít trong một khối).

- Tráo thứ tự truyền: áp dụng hai lần nhờ vâỵ việc bị mất cả một loạt

(burst) TDMA chỉ gây ảnh hởng tới 12.5% số bít của một khung tín hiệu tiếngnói

- Tốc độ truyền: Tốc độ tin thoại cha mã hoá kênh: 13kb/s, tốc độ tin

thoại của một khe thời gain là 22.8kb/s, tốc độ số liệu của cả 8 khe thời gian(gồm cả tin thoại, tín hiệu đồng bộ, chuỗi dò kênh ) là 271kb/s

- Điều chế: Điều chế dịch chuyển pha cực tiểu Gao-xơ GMSK

(Gaussian Minimum Shift Keying) có đờng bao không đổi BT=0.3(Bandwidth Bitinterval) nhờ đó suy giảm giữa hai sóng mang lân cận là 18dB

và hơn 50dB đối với kênh xa hơn Độ rộng phổ tín hiệu một kênh vô tuyến(gồm 8 khe thơì gian với tốc độ tổng cộng 271kb/s) là quãng 50kHz

- San bằng: Phải giải quyết đợc các trải giữ chậm 16s.

- Nhảy tần: Nhảy tần chậm tốc độ 217 bớc nhảy trên giây, việc quyết

định có áp dụng nhảy tần hay không thuộc vào quyền quyết đinh của nhà cungcấp dịch vụ điện thoại di động (công ty điện thoại di động)

- Công suất: - Công suất đỉnh cho máy di động: 2-20W;

- Công suất trung bình cho máy di động: 0,25-2.5W;

- Kiểm soát công suất: Có áp dụng

- Kiểm soát- điều khiển:

- chuyển điều khiển (HandOver):Có áp dụng;

- Tên kênh điều khiển:SACCH

- Tốc độ kênh điều khiển: 967b/s;

- Kích thớc tin điều khiển:184b;

- Giữ chậm điều khiển: 480ms

Chơng III Giao Tiếp Vô Tuyến

Giao tiếp vô tuyến Um là giao tiếp giữa trạm di động MS và hệ thốngtrạm gốc BSS (cụ thể là với BTS) với chức năng truyền tải thông tin lu lợng vàbáo hiệu giữa ngời sử dụng và mạng Mạng di động GSM sử dụng mô hình

TD Multiplexing

FD Multiplexing

CCH TCH

Bm chanel

13kb/s

AGCH RACH

SDCCH

PCH

SACCH FACCH

RACH RACH

RACH

OSI để mô tả các thủ tục báo hiệu trên giao tiếp Các thủ tục này đợc xây dựngtrên biên bản kênh D của ISDN nhng có cải tiến, sửa đổi để phù hợp với môitrờng truyền dẫn vô tuyến

BCCH: Broadcast Control Channel

CCCH: Commol Control Channel

RACH: Random Access Channel

AGCH: Access Grant Channel

PCH: Paging Channel

DCCH: Dedicated Control Channel

SDCCH: Stand Alone Dedicated Control Channel

FACCH: Fast Associated Dedicated Control Channel

SACC4H: Slow Assciated Control Channel

Thuê bao di động truy cập đến mạng GSM theo nguyên lý FDMA vàTDMA kết hợp trên băng tần song công 900 mhz

Đờng lên 890  915 mhz (MSphát, BTS thu)

Đờng xuống 935  960 mhz (BTS phát , MS thu)

Khoảng cách giữa sóng mang 200 mhz

Vì vậy số kênh ở GSM là 124  8 = 992 kênh.

Mạng GSM PLMN đợc dành 124 sóng mang song công ở dải tần Mỗitần số sóng mang sẽ tải 8 kênh vật lý (8 khe thời gian) Tuỳ thuộc vào loạihình thông tin mà các kênh này mang, ta có 2 loại kênh logic chính là: kênh lulợng và kênh điều khiển

+ Kênh điều khiển quảng bá (BCCH):

Phát quảng bá thông tin chung trên cơ sở một kênh cho một BTS Kênh

đờng xuống, điểm tới đa điểm

- Kênh điều khiển chung (CCCH):

+ Kênh tìm gọi (PCH): Kênh này đợc sử dụng để tìm gọi MS, kênh ờng xuống, điểm đến điểm

d-+ Kênh tìm gọi ngẫu nhiên (RACH): MS sử dụng kênh này để yêu cầudành một SDCCH hoặc để trả lời tìm gọi, để thâm nhập khi khởi đầu cuộc gọihoặc đăng ký cuộc gọi Kênh đờng lên, điểm đến điểm

+ Kênh cho phép thâm nhập (AGCH): đợc sử dụng để dành mộtSDCCH hay trực tiếp một TCH cho một MS Kênh đờng lên/xuống, điểm đến

điểm

- Kênh điều khiển riêng (DCCH):

+ Kênh điếu khiển riêng đứng một mình (SDCCH): Đợc sử dụng để báohiêu hệ thống khi thiết lập cuộc gọi trớc khi ấn định một TCH Là kênh đờnglên/xuống, điểm đến điểm.

+ Kênh điều khiển liên kết chậm (SACCH): Là kênh đờng lên/xuống,

điểm đến điểm Liên kết với một TCH hay một SDCCH mang thông tin về đo

đạc, định thời và điều khiển công suất

+ Kênh điều khiển liên kết nhanh (FACCH): Là kênh đờng lên/xuống,liên kết với TCH.FACCH làm việc ở chế độ lấy cắp bit (bit stealing) Lúc đóthông tin ngời sử dụng (các cụm 57 bits) đợc thay thế bằng các số liệu báohiệu (cờ lấy cắp Flag=1)

3.2 Cấu trúc cụm:

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

Cấu trúc cụm bao gồm các cụm:

- Cụm thông thờng (NB) (Normal Burst): Cụm này chứa 114 bit thôngtin và đợc mật mã, 3 bit khoá đầu, đuôi cụm (0,0,0), 26 bit hớng dẫn vàkhoảng bảo vệ là 8,25bit NB đợc sử dụng cho các kênh TCH, PCH, AGCH ,BCCH, SDCCH, SACCH, FACCH

- Cụm hiệu chỉnh tần số (FB) (Frequency Correction Burst): Cụm nàychứa 142 bit cố định bằng “ O ”, 3 bit khoá đầu, đuôi cụm bằng (0,0,0).Khoảng bảo vệ 8,25 bit tơng ứng với 30 ms, cho phép máy phát dịch lên vàdịch xuống trong giới hạn do khuyến nghị GSM qui định Cụm này đợc sửdụng cho FCCH để đồng bộ tần số cho trạm di động

- Cụm đồng bộ (SB) (Synchronisation Burst): Cụm này chứa 78 bitthông tin đợc mật mã, 3 bit khoá đầu, đuôi cụm (0,0,0) các bit này giúp cho

bộ cân bằng biết đâu là đầu đâu là cuối, vì thuật toán ở bộ cân bằng cần điểmkhởi đầu và kết thúc Chuỗi đồng bộ 64 bit và khoảng bảo vệ 8,25 bit SB đợc

sử dụng cho kênh SCH để đồng bộ thời gian cho trạm di dộng

- Cụm thâm nhập (AB) (Access Burst): Cụm này chứa 36 bit thông tin,

41 bit đồng bộ, 3 bit khoá đầu, 3 bit khoá đuôi Nhng ở cụm này, khoảng bảo

vệ lên tới 68,25 bit Sở dĩ khoảng bảo vệ dài nh vậy vì khi MS lần đầu thâmnhập không biết định trớc thời gian (khoảng này dành cho khoảng cách tối đadài 35 km) AB đợc sử dụng cho kênh RACH để trạm di động thâm nhập ngẫunhiên tới BTS

- Cụm giả DB (Dummy Burst): Cụm này có cấu trúc hoàn toàn giống

NB Nhng các bit mật mã đợc thay thế bằng các bit hỗn hợp Cụm này khôngmang thông tin và đợc BTS phát đi chỉ trong một số trờng hợp đặc biệt

1Hyperframe = 2048 Superframe = 2715648 Frames (3h82min53sec760ms)

Training Sequence 26

Flag 1

Ecryted bis 57

GP 8,25 NB

TB

3

Fixed bits 142

TB 3

GP 8,25 FB

TB 3

GP 8,25 SB

TB 3

GP 68,25 AB

Mixed bits 58

TB 3

GP 8,25DB

- Các máy xách tay: ở thiết bị này về mặt vật lý anten không gắn vớiphần thiết bị chứa kết cuối di động Các máy này có thể thực hiện tất cả cácmức công suất cần thiết trong hệ thống

Các máy xách tay có thể đợc lắp trên ô tô và thờng gồm một khối cắmrút mang đi đợc và một bộ thích ứng lắp trên ô tô

- Các máy cầm tay: Là một thiết bị xách tay và ở đây anten có thể gắnvới phần thiết bị chứa kết cuối di động Các máy cầm tay có thể lắp trên ô tô

và thờng một máy cầm tay tiêu chuẩn cắm vào một giao tiếp ở ô tô Giao tiếpnày cho phép nạp acqui và nối ghép với anten bên ngoài

* Các tính năng cơ bản của MS:

- Hiển thị số bị gọi (M):

Tính năng này cho phép ngời gọi kiểm tra số thoại đợc quay trớc khithiết lập cuộc gọi

- Hiển thị các tín hiệu trong quá trính thiết lập cuộc gọi (M):

Các chỉ thị này là các tone, các thông báo đợc ghi hay hiển thị trên cơ

sở thông tin báo hiệu trả lời từ PLMN ở các cuộc gọi truyền số liệu, thông tinnày có thể đợc đa đến DTE

- Chỉ thị quốc gia / mạng PLMN (M):

Tính năng cho biết hiện thời MS đang đăng ký ở mạng GSM PLMNnào Chỉ thị này cần biết để ngời sử dụng biết khi nào xảy ra “ lu động ”(chuyển mạng hay quốc gia) và việc chọn PLMN là đúng cả quốc gia vàPLMN đợc hiển thị

- Chọn quốc gia / mạng PLMN (M) :

- Quản lý nhận dạng đăng ký thuê bao:

SIM chứa IMSI (modun nhận dạng thuê bao) đợc bảo vệ và chuẩn hóatrong mạng GSM

Nếu ngời sử dụng tháo SIM ra thì MS cũng tách ra làm cho cuộc gọi

đang tiến hành kết thúc, và ngăn sự khởi đầu của các cuộc gọi tiếp theo (trừcác cuộc gọi khẩn cấp)

+ Hiển thị PIN không đủ năng lực (M)

+ Nhận dạng thiết bị máy tin di động quốc tế IMEI (M)

Mỗi MS phải có một nhận dạng duy nhất và phải đợc phát đi theo yêucầu từ PLMN IMEI đợc lắp trên cùng một modun nằm trong MS và đợc bảomật

- Giao tiếp DTE/DCE:

Đây là một bộ nối để đấu nối DTE đến MS và sử dụng với các nghiệp

vụ số liệu

- Giao tiếp đầu cuối:

Là một bộ nối tiêu chuẩn để đấu nối thiết bị đến chuẩn ISDNI.420

- Giao tiếp tơng tự:

Để nối ghép tơng tự bên ngoài cho thiết bị, chẳng hạn thiết bị không cần nhấc máy

- Chức năng thâm nhập quốc tế (phím “ + ”)

Dành cho phơng pháp thâm nhập quốc tế trực tiếp tiêu chuẩn, nó có thể

đợc sử dụng trực tiếp khi thiết lập 1 cuộc gọi hay đợc đa vào bộ nhớ để quay

số rút gọn

- Chuyển mạch bật / tắt :

MS có thể đợc trang bị một phơng tiện bật nguồn, tắt nguồn Chuyểnmạch tắt thờng làm nền vì thế khi ấn nó, MS thực hiện hoàn tất mọi chức năngquản lý nh ngừng ghi trớc khi tắt thực sự Chuyển mạch bật cũng có thể kếthợp với việc đa mã pin vào

- Chỉ thị nghiệp vụ (M):

Là chỉ thị cho ngời sử dụng rằng có cờng độ tín hiệu phù hợp để thựchiện một cuộc gọi và MS đã đăng ký thành công ở PLMN đợc chọn Chỉ thịnày cũng có thể đợc kết hợp với chỉ thị Quốc gia PLMN

* Các tính năng phụ của MS:

- Chỉ thị tính cớc:

Cho phép hiển thị thông tin tính cớc trên cơ sở một cuộc gọi do PLMNcung cấp

- Điều khiển các dịch vụ phụ:

nhất thiết các nghiệp vụ phụ có thể đợc điều khiển từ MS

- Lặp lại số thoại:

Cho phép lặp 1 lần (bằng ấn phím) thủ tục thiết lập cuộc gọi với số điệnthoại danh bạ cuối cùng đợc hiển thị

- Khai thác không nhấc máy:

Tính năng này cho phép hội thoại điện thoại không cần tổ hợp nói nghe.Các biện pháp chống dao động tự kích và truyền tiếng vọng đến thuê bao xa đ-

ợc thực hiện ở MS Tinh vi hơn có thể điều khiển MS bằng đầu vào tiếngchẳng hạn bằng các đáp ứng tiếng từ MS

- Cấm các cuộc gọi ra:

Cho phép chặn các cuộc gọi ra Điều kiện chặn có thể đợc họat động /ngừng hoạt động bằng một phím (trừ trờng hợp gọi khẩn cấp) Cấm có thểchọn lọc, nghĩa là chỉ áp dụng cho từng dịch vụ, từng kiểu cuộc gọi hay cácdịch vụ phụ Không có sự tham gia của báo hiệu mạnh

- Cấm sử dụng trái phép:

Trạm chỉ làm việc khi tồn tại một IMSI đúng (ngoại trừ các cuộc gọi khẩn cấp) Trạm có thể khóa và chỉ họat động khi ấn một phím

- Chỉ thị chất lợng thu

- Tự kiểm tra (M):

Sau khi bật nguồn và trớc khi nối lần đầu đến mạng, MS tiến hành tựkiểm tra sự sẵn sàng cho khai thác của mình

Khi tự kiểm tra máy phát của MS không phát xạ để đảm bảo rằng MSkhông gây nhiễu cho mạng của mình cũng nh mạng khác.

- Máy đo các đơn vị tính cớc cuộc gọi:

MS có thể chứa một bộ chỉ thị các đơn vị tính cớc cuộc gọi Bộ chỉ thịnày sẽ cung cấp thông tin về các đơn vị cớc cuộc gọi phải trả

CHƯƠNG V Các thủ tục thông tin

5.1 Tổng quan các thủ tục thông tin:

- MS tắt máy:

Mạng không thể tiếp cận đến máy vì nó sẽ không trả lời thông báo tìmgọi Nó sẽ không thông báo cho hệ thống về các sự thay đổi vùng định vị MS

đợc coi là rời mạng

- MS bật máy, trạng thái rỗi:

Hệ thống có thể tìm gọi thành công MS MS đợc coi là nhập mạng.Trong khi chuyển động, MS kiểm tra rằng nó luôn luôn đợc nối đến một kênhquảng bá đợc thu tốt nhất Quá trình này đợc gọi là lu động MS cũng cầnthông báo cho hệ thống về các thay đổi vùng định vị Quá trình này đợc gọi làcập nhật vị trí

- MS bận:

Mạng vô tuyến có một kênh thông tin (kênh tiếng) dành cho luồng sốtới từ MS Trong khi chuyển động MS phải có khả năng chuyển đến kênhthông tin mới Quá trình này đợc gọi là chuyển giao (handover)

Để quyết định handover hệ thống giải thông tin nhận đợc từ MS và BTS.Quá trình này đợc gọi là định vị

Cơ bản chúng ta có hai tình huống khác nhau: MS rỗi hay bận và đợccoi nh chuyển động liên tục theo một phơng nhất định ở cả hai trờng hợp hệthống cần duy trì một đờng linh hoạt thông qua giao tiếp vô tuyến để truyềndẫn tới từ MS

- Coi rằng MS ở trạng thái tích cực, rỗi và đang chuyển động theo mộtphơng liên tục Khi MS rời xa BTS nối với nó, cờng độ tín hiệu sẽ giảm ở mộtthời điểm nhất định, cờng độ tín hiệu yếu đến mức mà MS quyết định thay đổi

đến tần số mới thuộc một trong các ô lân cận nó Để chọn tần số tốt nhất, MSliên tục đo tín hiệu của từng tần số trong số các tần số nhất định của ô lân cận

Thờng MS phải tìm đợc tần số BCH/CCCH từ BTS2 có cờng độ tín hiệutốt hơn tần số cũ,

Sau khi tự khóa đến tần số mới này, MS tiếp tục nhận các thông báo tìmgọi, các thông báo quảng bá chừng nào tín hiệu của tần số mới vẫn đủ tốt

Quyết định về việc thay đổi tần số BCH/CCCH sẽ thực hiện mà khôngcần thông báo cho mạng, nghĩa là mạng mặt đất không tham gia vào quá trìnhnày Khả năng chuyển động vô định đồng thời với việc thay đổi “nối thông”

MS ở giao tiếp vô tuyến, ở thời điểm cần thiết để đảm bảo chất lợng thu đợcgọi là lu động

VLR

LA1 LA2

1 Cell2 cell3

2 cell1 cell4 cell5

1 BCH

LAI mới 2

Yêu cầu cập nhật vị trí

Hình 3a : MS chuyển từ một vùng định vị này

đến một vùng định vị bên cạnh

- Khi MS chuyển động từ ô 2 đến ô 3 (nh ở hình 3a) ở sơ đồ này cho tathấy ô 2 và ô 3 không thuộc cùng một vùng định vị

Ta có thể tởng tợng ra rằng MS không hề biết cấu hình của mạng chứa

nó nh thế nào để gửi cho MS thông tin về vị trí chính xác của nó, hệ thốngphát đi nhận dạng vùng định vị MS (LAI) liên tục ở giao tiếp vô tuyến =BCCH

Khi đi vào ô 3 MS sẽ nhận thấy vùng mới bằng cách thu BCCH Vìthông tin về vị trí có tầm quan trọng rất lớn, mạng phải đợc thông báo về sựthay đổi này MS không còn cách nào khác là cố gắng thâm nhập vào mạng đểcập nhật vị trí của mình ở MSC/VLR Quá trình này đợc gọi là cập nhật vị trí

Sau khi đã phát vị trí mới của mình đến mạng, MS sẽ tiếp tục chuyển

động ở vùng mới Từ quan điểm mạng ta có thể đa ra các trờng hợp khác nhaukhi MSC/VLR phải gửi thông tin về vùng định vị mới đến các khối khác Hình3b cho ta thấy hai trờng hợp khác nhau khi MS buộc phải cập nhật vị trí củamình:

+ MS chuyển động từ ô 3 đến ô 4 BTS4 đợc nối đến mạng qua một ờng nối đến BSC mới nhng vẫn tới cùng một MSC/VLR

đ-+ MS chuyển động từ ô 3 đến ô 5, BTS5 đợc nối đến mạng qua một đờng nối

đến một BSC mới và đến một MSC/VLR mới nghĩa là MSC đã đạt tới mộtvùng phục vụ MSC/VLR mới

VLR LA1 LA2

2 yêu cầu cập nhật vị trí (IMSI ở MSC mới) HLR IMSI đ ợc đánh

dấu nhập 3 Tiếp nhận cập nhật vị trí mạng

VLR

1 Cập nhật vị trí nhập mạng (LAI mới)

4 Công nhận cập nhật vị trí MSC

BSC

LA3 Cell1 cell4 cell5

VLR BSC

Hình 3b : Hai trờng hợp cập nhật vị trí khác khác nhau

5.3 Thủ tục nhập mạng - đăng ký lần đầu:

Khi MS bật máy nó sẽ quét giao tiếp vô tuyến để tìm ra tần số đúng.Tần số mà MS tìm kiếm sẽ chứa đựng thông tin quảng bá cũng nh thông tintìm gọi BCH/CCCH có thể có MS tự khóa đến tần số đúng nhờ việc hiệuchỉnh tần số thu và thông tin đồng bộ

Vì đây là lần đầu MS đợc sử dụng nên phần mạng chịu trách nhiệm xử

lý thông tin tới từ MS (chính là MSC/VLR ở cùng một vùng phục vụ nh MS)hoàn toàn không có thông tin về MS mới này

MS không có chỉ thị nào về nhận dạng vùng định vị mới Khi đó MS sẽlập tức cố gắng thâm nhập đến mạng và nói cho hệ thống rằng nó là MS mới

ở vùng định vị này Bằng cách gửi đi một thông báo “ cập nhật vị trí - nhậpmạng “ đến MSC/VLR (LAI là bộ phận của thông tin quảng bá đợc liên tụcphát ở giao tiếp vô tuyến) (ở hình 4a)

Hình 4a: Đăng ký lần đầu

IMSI “rời mạng”

IMSI đ ợc đăng ký rời mạng

VLR Tắt máy

BSC

BSC MSC

Từ giờ chở đi MSC/VLR sẽ coi rằng MS hoạt động và đánh dấu trờngdữ liệu của MS bằng một cờ - nhập mạng, cờ này liên quan đến IMSI

5.4 Thủ tục rời mạng:

Thủ tục rời mạng liên quan đến IMSI Thủ tục rời mạng của IMSI chophép MS thông báo cho mạng rằng thuê bao di động sẽ tắt nguồn Lúc này tìmkiếm thuê bao di động bằng tìm gọi sẽ không xảy ra

Một máy di động ở trạng thái hoạt động đợc đánh dấu là “đã nhậpmạng” (cờ IMSI) Khi tắt nguồn MS gửi thông báo cuối cùng đến mạng, thôngbáo này chứa yêu cầu thủ tục rời mạng Khi thu đợc thông báo đã rời mạngMSC/VLR đánh dấu cờ IMSI đã rời mạng tơng ứng

ở hình 4b bộ ghi định vị thờng trú (HLR) không đợc thông báo, chỉ có

bộ ghi định vị tạm trú (VLR) đợc cập nhật thông tin “đã rời mạng”

Hình 4b: Thủ tục rời mạng

5.5 Tìm gọi:

LA1 LA2 VLR

Hình 4c: Tìm gọi một MS ở LA2

Cuộc gọi đến MS sẽ đợc định tuyến đến MSC/VLR nơi MS đăng ký.Khi đó MSC/VLR sẽ gửi một thông báo tìm gọi đến MS Thông báo này đợcphát quảng bá trên toàn bộ vùng định vị (LA) nghĩa là các trạm phát thu cơ sở

BTS trong LA sẽ gửi thông báo tìm gọi đến MS Khi chuyển động ở LA vànghe thông tin CCCH, MS sẽ nghe thấy thông báo tìm gọi và trả lời ngay lậptức (Hình 4c).

5.6 Cuộc gọi đang tiến hành, định vị:

Bây giờ ta sẽ xét xem điều gì sẽ xảy ra khi một máy di động ở trạng tháibận chuyển động xa dần BTS mà nó nối đến ở đờng vô tuyến Nh ta vừa thấy,

MS sẽ sử dụng một kênh TCH riêng để trao đổi tín hiệu/số liệu của mình vớimạng Khi càng rời xa BTS, suy hao đờng truyền cũng nh các ảnh hởng củaphadinh sẽ làm hỏng chất lợng của truyền dẫn vô tuyến số Tuy nhiên, hệthống có khả năng đảm bảo sự chuyển sang BTS bên cạnh

Quá trình thay đổi đến một kênh thông tin mới trong quá trình thiết lậpcuộc gọi hay ở trạng thái bận đợc gọi là chuyển vùng (handover) Mạng sẽquyết định về sự thay đổi này MS chỉ gửi các thông tin liên quan đến cờng độtín hiệu và chất lợng truyền dẫn đến trạm thu phát gốc (BSS) Quá trình này đ-

ợc gọi là cập nhật

Dễ hiểu là MS và mạng phải có khả năng trao đổi thông tin về báo hiệutrong quá trình cuộc gọi Nếu không thì làm sao chúng chuyển vùng đợc?Trong quá trình hội thoại ở kênh TCH dành riêng MS phải tập trung lên TCHnày, vì thế không thể một kênh khác chỉ riêng cho báo hiệu Một lý do nữa là

số lợng các kênh chỉ có hạn nên hệ thống không sử dụng 2 kênh ở cùng mộthớng cho một cuộc gọi Vì thế việc tổ chức truyền dẫn số liệu trên TCH đợcthực hiện sao cho cuộc nói chuyện cũng nh thông tin về báo hiệu đợc gửi đitrên một kênh Luồng số liệu sẽ đợc phát đi theo một trình tự chính xác để cả

MS lẫn BTS có thể phân biệt giữa cuộc nói chuyện và thông tin về báo hiệu

3 5

Hình 5a: Đo tín hiệu ở MS và BTS

Hình 5b: Các kết quả đo đợc gửi đến BSC.

Bây giờ ta quay lại việc định vị, trớc hết BTS sẽ thông báo cho MS về

các ô lân cận (các BTS lân cận) và các tần số BCH/CCCH Nhờ thông tin này

MS có thể đo cờng độ tín hiệu ở các tần số BCH/CCCH của các trạm gốc lân

cận Nh vẽ ở hình trên, MS đo cả cờng độ tín hiệu lẫn chất lợng truyền dẫn ở

TCH “bận” của mình Tất cả các kết quả đo này đợc gửi đến mạng để phân

tích sâu hơn, cuối cùng BSC sẽ quyết định việc chuyển vùng BSC sẽ phân tích

kết quả đo do BTS thực hiện ở TCH “bận” (hình 5a) Tóm lại BSC sẽ phải

quyết định 2 vấn đề quan trọng:

- khi nào quyết định chuyển vùng?

- Phải thực hiện chuyển vùng đến BTS nào?

Sau khi đánh giá tình huống và quyết định bắt đầu quá trình chuyển

vùng, BSC sẽ chịu trách nhiệm thiết lập một đờng nối đến BTS mới Có thể

xảy ra các trờng hợp sau:

Chuyển giao trong cùng một BSC:

ở trờng hợp này BSC phải thiết lập một đờng nối đến BTS mới, dành

riêng một TCH của mình và lệnh cho MS chuyển đến một tần số mới đồng

thời cũng chỉ ra TCH mới Tình huống này không đòi hỏi thông tin gửi đến

phần còn lại của mạng Sau khi chuyển giao MS phải nhận đợc thông tin mới

về các ô lân cận Nh vẽ ở hình 5b, một số ô lân cận đã thay đổi Nếu nh việc

_

_

đ ờng nối mới đ ờng nối cũ

Hình 5c: Chuyển giao giữa 2 BTS thuộc cùng BSC.

- Chuyển giao giữa 2 BSC khác nhau nhng trong cùng một vùng phục

vụ MSC/VLR:

Hình 5d: Chuyển giao giữa hai BSC khác nhau

nhng trong cùng một vùng phụcvụ

Trờng hợp này cho thấy một sự chuyển giao trong cùng một vùng phục

vụ MSC/VLR nhng giữa các BSC khác nhau Mạng can thiệp nhiều hơn khiquyết định chuyển giao BSC phải yêu cầu chuyển giao từ MSC/VLR Sau đómột đờng nối mới (MSC/VLR-BSC mới-BTS mới) phải đợc thiết lập và nếu cóTCH rỗi, TCH này phải đợc dành cho chuyển giao Sau đó khi MS nhận đợclệnh chuyển đến tần số mới và TCH mới, Ngoài ra sau khi đã thực hiệnchuyển giao, MS sẽ đợc thông báo về các ô lân cận mới

Nếu việc thay đổi BTS đi cùng với việc thay đổi vùng định vị, MS sẽ gửiyêu cầu cập nhật vị trí trong quá trình cuộc gọi hay sau cuộc gọi

- Chuyển giao giữa 2 vùng phục vụ khác nhau: