NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ GMS, MÔ PHỎNG HỆ THỐNG GSM TRONG THỰC TẾ BẰNG PHẦN MỀM ATOLL CỦA CÔNG TY TNHH TELEQ

LỜI MỞ ĐẦU 1 PHẦN MỘT: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ GSM. 2 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TY TNHH TELEQ 2 1.1. Giới thiệu chung 2 1.2. Lĩnh vực hoạt động 2 1.3 Mô hình công ty 3 1.4 Sản phẩm và giải pháp 3 1.4.1 Viễn thông – Công nghệ thông tin 3 1.4.2 Điện tử tiêu dùng 4 1.5 Dịch vụ 4 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM 5 CHƯƠNG 3: TRUYỀN DẪN SÓNG VÔ TUYẾN 7 3.1. Sóng vô tuyến và Antenna 7 3.1.1 Sóng điện từ (Electromagnetic Wave) 7 3.1.2 Phổ điện từ 7 3.1.3 Sóng vô tuyến (Radio Wave) 8 3.1.4 Phân loại sóng vô tuyến 8 3.1.5 Tần số vô tuyến 9 3.1.6 Phân bổ phổ tần trong GSM 10 3.1.7 Antenna 10 3.2 Sự lan truyền vô tuyến 11 3.2.1 Các cơ chế lan truyền không dây 11 3.2.2 Lan truyền đa tuyến (Multipath) 13 3.2.3. Cơ chế lan truyền không dây 13 3.2.3.1 Cường độ tín hiệu nhận được – RSSI 14 3.2.3.2 Mô hình lan truyền không dây 14 3.2.3.3 Hiện tượng Fading 15 CHƯƠNG 4: GIAO DIỆN VÔ TUYẾN 16 4.1 Phương pháp truy nhập trong thông tin di động 16 4.2 Các kênh trong giao tiếp vô tuyến 19 4.1.1 Kênh vật lý 19 4.2.2 Kênh Logic 19 CHƯƠNG 5: MÃ HÓA THOẠI VÀ MÃ HÓA KÊNH 21 5.1 Mã hóa thoại 21 5.1.1 Yêu cầu đối với mã hóa thoại GSM 21 5.1.2 Qúa trình mã hóa thoại 21 5.1.3 LPC (Linear predictive Coding) – RPE 21 5.1.4 Phân tích LTP (Long Term Prediction) 22 5.2. Mã hóa kênh 22 5.2.1 Mã hóa khối 22 5.2.2 Mã vòng xoắn 22 PHẦN 2: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG GSM TRONG THỰC TẾBẰNG PHẦN MỀMATOLL 24 CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 24 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ PHẨN MỀM ATOLL 25 CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG 26 1.1 Tạo Project mới 26 1.2 Chọn công nghệ 26 2.1 Chọn hệ tọa độ 27 2.1.1.Chọn Projection: Hệ tọa độ WGS84 và Zone 48 27 2.1.2. Chọn Display (Để làm việc với các tọa độ kiểu decimal Lonlat): 27 2.2. Import bản đồ số 29 2.2.1 Import bản đồ địa hình 29 2.2.2 Import bản đồ clutter class 31 2.3 Thiết lập mô hình truyền sóng 33 2.4 Thiết lập dữ liệu mạng thực tế. 36 2.4.1 Anten 36 2.4.2 Data base 36 2.4.2.1 Site 36 2.4.2.2 Transmitter 39 Bước 3: Chạy mô phỏng vùng phủ 40 3.1 Coverage by signal level: 40 3.1.1 Tab General: 40 3.1.2 Tab Conditions: 41 3.1.3 Tab Display: 41 3.2 Coverage by transmitter 44 3.3 Overlapping Zones 45 4.1 Cách tạo các report: 47 4.2 Các loại report 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

CƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA VIỄN THÔNG II

_

BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

HỆ CHÍNH QUY NIÊN KHÓA: 2010-2015

Đề tài:

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ GMS, MÔ PHỎNG HỆ THỐNG GSM TRONG THỰC TẾ BẰNG PHẦN MỀM

ATOLL CỦA CÔNG TY TNHH TELEQ

Sinh viên thực hiện: MẠC THỊ TRÂM ANH MSSV: N102101001

Lớp: Đ10CQVT01-N Giáo viên hướng dẫn: VÕ NGUYỄN QUỐC BẢO

TP.HCM – Tháng 7/2014HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

CƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA VIỄN THÔNG II

_

BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

HỆ CHÍNH QUY NIÊN KHÓA: 2010-2015

Đề tài :

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ GMS, MÔ PHỎNG HỆ THỐNG GSM TRONG THỰC TẾ BẰNG PHẦN MỀM

ATOLL CỦA CÔNG TY TNHH TELEQ

Sinh viên thực hiện: MẠC THỊ TRÂM ANH MSSV: N102101001

Lớp: Đ10CQVT01-N Giáo viên hướng dẫn: VÕ NGUYỄN QUỐC BẢO

TP.HCM – Tháng 7/2014

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

PHẦN MỘT: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ GSM 2

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TY TNHH TELEQ 2

1.1 Giới thiệu chung 2

1.2 Lĩnh vực hoạt động 2

1.3 Mô hình công ty 3

1.4 Sản phẩm và giải pháp 3

1.4.1 Viễn thông – Công nghệ thông tin 3

1.4.2 Điện tử tiêu dùng 4

1.5 Dịch vụ 4

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM 5

CHƯƠNG 3: TRUYỀN DẪN SÓNG VÔ TUYẾN 7

3.1 Sóng vô tuyến và Antenna 7

3.1.1 Sóng điện từ (Electromagnetic Wave) 7

3.1.2 Phổ điện từ 7

3.1.3 Sóng vô tuyến (Radio Wave) 8

3.1.4 Phân loại sóng vô tuyến 8

3.1.5 Tần số vô tuyến 9

3.1.6 Phân bổ phổ tần trong GSM 10

3.1.7 Antenna 10

3.2 Sự lan truyền vô tuyến 11

3.2.1 Các cơ chế lan truyền không dây 11

3.2.2 Lan truyền đa tuyến (Multipath) 13

3.2.3 Cơ chế lan truyền không dây 13

3.2.3.1 Cường độ tín hiệu nhận được – RSSI 14

3.2.3.2 Mô hình lan truyền không dây 14

3.2.3.3 Hiện tượng Fading 15

CHƯƠNG 4: GIAO DIỆN VÔ TUYẾN 16

4.1 Phương pháp truy nhập trong thông tin di động 16

4.2 Các kênh trong giao tiếp vô tuyến 19

4.1.1 Kênh vật lý 19

4.2.2 Kênh Logic 19

CHƯƠNG 5: MÃ HÓA THOẠI VÀ MÃ HÓA KÊNH 21

5.1 Mã hóa thoại 21

5.1.1 Yêu cầu đối với mã hóa thoại GSM 21

5.1.2 Qúa trình mã hóa thoại 21

5.1.3 LPC (Linear predictive Coding) – RPE 21

5.2 Mã hóa kênh 22

5.2.1 Mã hóa khối 22

5.2.2 Mã vòng xoắn 22

PHẦN 2: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG GSM TRONG THỰC TẾ BẰNG PHẦN MỀM ATOLL 24

CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 24

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ PHẨN MỀM ATOLL 25

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG 26

1.1 Tạo Project mới 26

1.2 Chọn công nghệ 26

2.1 Chọn hệ tọa độ 27

2.1.1.Chọn Projection: Hệ tọa độ WGS84 và Zone 48 27

2.1.2 Chọn Display (Để làm việc với các tọa độ kiểu decimal Lon/lat): 27

2.2 Import bản đồ số 29

2.2.1 Import bản đồ địa hình 29

2.2.2 Import bản đồ clutter class 31

2.3 Thiết lập mô hình truyền sóng 33

2.4 Thiết lập dữ liệu mạng thực tế 36

2.4.1 Anten 36

2.4.2 Data base 36

2.4.2.1 Site 36

2.4.2.2 Transmitter 39

Bước 3: Chạy mô phỏng vùng phủ 40

3.1 Coverage by signal level: 40

3.1.1 Tab General: 40

3.1.2 Tab Conditions: 41

3.1.3 Tab Display: 41

3.2 Coverage by transmitter 44

3.3 Overlapping Zones 45

4.1 Cách tạo các report: 47

4.2 Các loại report 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ, HÌNH

Hình 1.1: Cấu trúc tổng quát hệ thống GSM 5

Hình 2.1: Các loại phân cực song 7

Hình 2.2: Phổ điện từ 8

Hình 2.3: Phân loại sóng vô tuyến 9

Hình 2.4: Băng tần vô tuyến 9

Hình 2.5: Phạm vi băng tần sử dụng trong thông tin di động 9

Hình 2.6: Các loại Antenna 11

Hình 2.7: Phản xạ 11

Hình 2.8: Khúc xạ 12

Hình 2.9: Nhiễu xạ 12

Hình 2.10: Tán xạ 12

Hình 2.11: Lan truyền đa tuyến 13

Hình 2.12: Phân loại đường đi của tín hiệu vô tuyến 14

Hình 3.1: Đa truy nhập theo phân chia tần số FDMA 16

Hình 3.2: Đa truy nhập theo phân chia thời gian TDMA 16

Hình 3.3: Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA 17

Hình 3.4: Đa truy nhập theo phân chia tần số trực giao OFDMA 18

Hình 3.5: Đa truy nhập phân chia theo không gian SDMA 18

Hình 4.1: Qúa trình biến đổi tín hiệu trong GSM 21

KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT

3GPP 3ird Genaration Partnership Project Đề án các đối tác thế hệ thứ ba3GPP2 3ird Generation Patnership Project 2 Đề án đối tác thế hệ thứ ba 2AICH Acquisition Indication Channel Kênh chỉ thị bắt

AMC Adaptive Modulation and Coding Mã hóa và điều chế thích ứng

ARQ Automatic Repeat-reQuest Yêu cầu phát lại tự động

AP-AICH Access Preamble Acquisition Indicator

Channel

Kênh chỉ thị bắt tiền tố truy nhập

ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dị bộ

BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá

BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa chuyển pha hai trạng thái

BTS Base Tranceiver Station Trạm thu phát gốc

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mãCD/CA-

ICH:

CPCH Collision Detection/ Channel

Assignment Indicator Channel

Kênh chỉ thị phát hiện va chạm CPCH/ấn định kênh

CQI Channel Quality Indicator Chỉ thị chất lượng kênh

CSICH CPCH Status Indicator Channel Kênh chỉ thị trạng thái CPCHDCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng

DPCCH Dedicated Physycal Control Channel Kênh điều khiển vật lý riêngDPCH Dedicated Physical Channel Kênh vật lý riêng

DPDCH Dedicated Physical Data Channel Kênh dữ liệu vật lý riêng

DRX Discontinuous Reception Thu không liên tục

DSCH Downlink Shared Channel Kênh chia sẻ đường xuốngDSSS Direct-Sequence Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp

E-AGCH Enhanced Absolute Grant Channel Kênh cho phép tuyệt đối tăng

Evolution phát triển GPRS

EIR Equipment Identity Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị

E-DPCCH Enhanced Dedicated Physical Control

Channel

Kênh điều khiển riêng tăng cường

E-DPDCH Enhanced Dedicated Physical Data

Channel

Kênh dữ liệu riêng tăng cường

E-RGCH Enhanced Relative Grant Channel Kênh cho phép tương đối tăng

cườngFACH Forward Access Channel Kênh truy nhập đường xuốngFDD Frequency Division Duplex Ghép song công phân chia theo

tần số

GERAN GSM EDGE Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến GSM

EDGEGGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS cổng

GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chungGSM Global System For Mobile

Communications

Hệ thống thông tin di động tòan cấu

HARQ Hybrid Automatic Repeat reQuest Yêu cầu phát lại tự động linh hoạt

HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú

HSDPA High Speed Downlink Packet Access Truy nhập hói đường xuống tốc

độ caoHS-

HSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao

HSS Home Subsscriber Server Server thuê bao trong nhà

HS-SCCH High-Speed Shared Control Channel Kênh điều khiển chia sẻ tốc độ

caoHSUPA High-Speed Uplink Packet Access Truy nhập gói đường lên tốc độ

caoIMS IP Multimedia Subsystem Phân hệ đa phương tiện IP

IMT-2000 International Mobile

Telecommunications 2000

Thông tin di động quốc tế 2000

Iu Giao diện được sử dụng để thông tin giữa RNC và mạng lõi

Iub Giao diện được sử dụng để thông tin giữa nút B và RNC

Iur Giao diện được sử dụng để thông tin giữa các RNC

MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trườngMIMO Multi-Input Multi-Output Nhiều đầu vào nhiều đầu raMMS Multimedia Messaging Service Dịch vụ nhắn tin đa phương tiệnMSC Mobile Services Switching Center Trung tâm chuyển mạch các

PAPR Peak to Average Power Ratio Tỷ lệ công suất đỉnh trên công

suất trung bìnhP-CCPCH Primary Common Control Physical

Channel

Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp

PCPCH Physical Common Packet Channel Kênh vật lý gói chung

PDCP Packet-Data Convergence Protocol Giao thức hội tụ dữ liệu góiPDSCH

Physical Downlink Shared Channel

Kênh chia sẻ đường xuống vật lý

PICH Page Indication Channel Kênh chỉ thị tìm gọi

PRACH Physical Random Access Channel Kênh vật lý truy nhập ngẫu

nhiên)

PSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch

công cộngQAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ vuông góc

QPSK Quatrature Phase Shift Keying Khóa chuyển pha vuông gócRACH Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên

RAT Radio Access Technology Công nghệ truy nhập vô tuyến

RSCP Received Singnal Code Power Công suất mã tín hiêu thu được

S-CCPCH Secondary Common Control Physical

Channel

Kênh vật lý điều khiển chung sơ cấp

SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS phục vụ

SIM Subscriber Identity Module Mođun nhận dạng thuê bao

SNR Signal to Noise Ratio Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu

TDD Time Division Duplex Ghép song công phân chia theo

thời gianTDM Time Division Multiplex Ghép kênh phân chia theo thời

gianTDMA Time Division Mulptiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời

gianTFC Transport Format Combination Kết hợp khuôn dạng truyền tảiTFCI Transport Format Combination

Indicator

Chỉ thị kết hợp khuôn dạng truyền tải

TTI Transmission Time Interval Khỏang thời gian phát

UMB Ultra Mobile Broadband Băng thông di động siêu rộngUMTS Universal Mobile Telecommunications

System

Hệ thống thông tin di động toàn cấu

UTRA UMTS Terrestrial Radio Access Truy nhập vô tuyến mặt đất

UMTSUTRAN UMTS Terrestrial Radio Access

Network

Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS

Uu Giao diện được sử dụng để thông tin giữa nút B và UE

WCDMA Wideband Code Division Multiple

Lời mở đầu

LỜI MỞ ĐẦU

Hệ thống truyền thông hiện nay đang phát triển mạnh mẽ Trong đó hệ thốngthông tin di động là một nền tảng cơ bản của hệ thống truyền thông được phát triểnmạnh nhất

Vào thế kỳ XXI hệ thống truyền thông toàn cầu đang nằm trong quá trình thayđổi từ hệ thống tương tự sang hệ thống số Hệ thống thông tin di động thế hệ mới đãđược triển khai ở các nước trên thế giới Các nhà nghiên cứu khoa học về lĩnh vực liênquan đã đưa ra các sản phẩm cũng như kết quả nghiên cứu khoa học để phục vụ chothế hệ mới Song song với vấn đề triển khai các sản phẩm mới, các nhà nghiên cứukhoa học cũng đã nghiên cứu khảo sát lại những vấn đề đã đưa ra để tìm cách giảipháp xử lý những sự cố đã xuất hiện trong quá trình sử dụng

Hệ thống 3G là một hệ thống truyền thông thế hệ mới đã được triển khai ở cácnước Với ưu thế của tốc độ truyền dẫn, các dịch vụ ngày càng hiện đại, chất lượng tốt

và bảo mật cao thích hợp với thương mại trên mạng hiện nay, 3G còn sẽ phát triển caohơn với tốc độ và chất lượng cao nhất để đem lại lợi ích tối đa cho nhà mạng và người

sử dụng Với vai trò đó, công tác tối ưu mạng diễn ra liên tục theo quy trình khép kíntrong suốt quá trình khai thác vận hành mạng

Công ty TNHH sản xuất thiết bị viễn thông (TELEQ) là một trong những công

ty đại diện cho các nhà mạng, thiết kế và đưa ra các giải pháp xử lý các vấn đề sự cốtrong quá trình thiết kế sản suất thiết bị viễn thông nói chung và quá trình tối ưu hóamạng lưới cho các nhà mạng nói riêng

Trong bài báo cáo này gồm có 2 Phần:

Phần Một: Nghiên cứu tổng quát công nghệ GSM

Phần Hai : Mô phỏng hệ thống GSM trong thực tế bằng phần mềm Atoll

Em xin chân thành cảm ơn Anh Lê Khánh Anh, Anh Lê Văn Phước và các anhchị bên công ty TNHH TELEQ đã tạo điều kiện, giúp đỡ và hỗ trợ những thiết bị, cáctài liệu cũng như những phần mềm liên quan đến đề cương thực tập để em hoàn thànhbài báo cáo này

Đồng thời, em xin chân thành cảm ơn thầy Võ Nguyễn Quốc Bảo, đã hướngdẫn và tìm nơi thực tập rất phù hợp cho nhóm các em một lần nữa em xin cảm ơn cácthầy cô trong Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông đã giúp đỡ và đào tạonhững kiến thức cho em trong xuất quá trình học tập tại Học Viện

TP.HCM, Ngày 15/7/2014Sinh viên thực hiện

MẠC THỊ TRÂM ANH

Phần 1 - Chương 1: Giới thiệu về công ty TELEQ

PHẦN MỘT: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ GSM.

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TY TNHH TELEQ

1.1 Giới thiệu chung

Công ty Trách nhiệm hữu hạn sản xuất thiết bị viễn thông (TelecommunicationEquipment - TELEQ ) được thành lập từ năm 1995 bởi hai thành viên là Tập đoàn BưuChính Viễn Thông Việt Nam (VNPT) và Tập đoàn viễn thông Siemens AG của Cộnghòa liên bang Đức, hình thức của công ty là Công ty Liên doanh đề sản xuất thiết bịchuyển mạch kỹ thuật số hiện đại cung cấp cho mạng lưới Viễn thông Việt Nam vàxuất khẩu, ngoài ra còn cung cấp các dịch vụ về viễn thông kỹ thuật cao cho tập đoànBưu chính viễn thông và đối tác Siemens

Để duy trì thành tựu đã thu được trong giai đoạn Liên doanh và tiếp tục pháttriển công ty trong giai đoạn mới, Công ty TELEQ đã thay đổi mô hình hoạt động, mởthêm lĩnh vực hoạt động kinh doanh Hiện nay TELEQ là công ty Trách nhiệm hữuhạn hai thành viên của Tập đoàn VNPT và Công ty Cổ phần công nghệ công nghiệpbưu chính viễn thông (VNPT Technology)

Luôn giữ uy tín, đem lại lợi ích chung cao nhất cho khách hàng và các đối tác

 Kế thừa một cơ sở hạ tầng hiện đại và kinh nghiệm sản xuất trong thời kỳ liêndoanh với tập đoàn Siemens, một tập đoàn có trình độ công nghệ viễn thônghàng đầu thế giới, tiếp tục đầu tư mới dây chuyền sản xuất, đào tạo nguồn lực đểtiếp tục sản xuất dòng sản phẩm đầu cuối sử dụng trong mạng viễn thông vàmạng lưới truyền hình,

 Ngoài lĩnh vực viễn thông với định hướng của công ty mẹ VNPT Technology,trong tương lai công ty sẽ tham gia sản xuất các thiết bị điện tử dân dụng, cungcấp giải pháp và trang thiết bị sử dụng nguồn năng lượng xanh như Pin mặt trời,năng lượng gió,

Hội đồng thành viên/ Chủ tịch

hội đồng

Tổng Giám Đốc

Phó tổng giám đốc

Văn phòng tổng hợp Phòng tài chính kế toán

Phòng kinh doanh Nhà máy, Logistic

Trung tâm nghiên cứu phá triển Trung tâm dịch vụ kỹ thuật

Phần 1 - Chương 1: Giới thiệu về công ty TELEQ

1.3 Mô hình công ty

1.4 Sản phẩm và giải pháp

1.4.1 Viễn thông – Công nghệ thông tin

- Dịch vụ thoại trên nền IP (VoIP).

- Giải pháp về quản lý cước.

- Giải pháp quản lý hệ thống viễn thong.

- Phát triển dịch vụ giá trị gia tăng.

 Msan1540 Litespan

- Cung cấp các dịnh vụ băng hẹp ( Narrow band) : PSTN,

- Cung cấp các dịch vụ băng rộng ( Broad band) : xDSL, HSI, MyTV,

Phần 1 - Chương 1: Giới thiệu về công ty TELEQ

- Kết nối với các giao thức V5.2; H248

- Điện thoại Lotus S1

- Bộ lưu điện EcoStore

Phần 1 - Chương 2: Tổng quan về hệ thống GSM

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM

Mạng thông tin di động GSM là một mạng có tính chất di động Nó là một loại hình

đa dịch vụ và có cấu trúc thành một mạng tổ ong, do đó nó tổ chức tương đối phức tạp.Mạng thông tin di động có mô hình hệ thống như sau:

Hình 1: Cấu trúc tổng quát hệ thống GSM

Cấu trúc mạng GSM

Một mạng GSM để cung cấp đầy đủ các dịch vụ cho khách hang cho nên nó khá phức tạp vì vậy sau đây sẽ chia ra thành các phần như sau: chia theo phân hệ :

- Phân hệ chuyển mạch NSS: Network switching SubSystem

- Phân hệ vô tuyến RSS = BSS + MS : Radio SubSystem

- Phân hệ vận hành và bảo dưỡng OMS : Operation and Maintenance SubSystem

 BSS Base Station Subsystem= TRAU + BSC + BTS

+ TRAU : bộ chuyển đổi mã và phối hợp tốc độ

+ BSC : bộ điều khiển trạm gốc

+ BTS : trạm thu phát gốc

Phần 1 - Chương 2: Tổng quan về hệ thống GSM

 MS: chính là những chiếc di động gồm: ME và SIM

+ ME Mobile Equipment : phần cứng và phần mềm

+ SIM : lưu trữ các thông tin về thuê bao và mật mã / giải mật mã

Chức năng của BSC : - điều khiển một số trạm BTS xử lý các bản tin báo hiệu - Khởi

tạo kết nối - Điều khiển chuyển giao: Intra & Inter BTS HO - Kết nối đến các MSC, BTS và OMC

Chức năng của BTS : - Thu phát vô tuyến - ánh xạ kênh logic vào kênh vật lý - Mã

hóa và giải mã - Mật mã / giải mật mã - Điều chế / giải điều chế

BSS nối với NSS thông qua luồng PCM cơ sở 2 Mbps

 Mạng và hệ thống chuyển mạch Network and Switching Subsystem (phần nàygần giống với mạng điện thoại cố định) Đôi khi người ta còn gọi nó là mạng lõi

 Máy điện thoại - Mobile Equipment

 Thẻ SIM (Subscriber identity module)

Phần 1 - Chương 2: Tổng quan về hệ thống GSM

Phần 1 - Chương 3: Truyền dẫn sóng vô tuyến

CHƯƠNG 3: TRUYỀN DẪN SÓNG VÔ TUYẾN3.1 Sóng vô tuyến và Antenna

3.1.1 Sóng điện từ (Electromagnetic Wave)

 Khái niệm:

Sóng điện từ là quá trình biến đổi năng lượng tuần hoàn giữa điện trường và từ

trường làm cho năng lượng điện từ lan truyền trong không gian

Các nguồn bức xạ sóng điện từ thường có hai dạng sóng cầu hoặc sóng trụ, khi

nghiên cứu ta chuyển về dạng sóng phắng

Phân cực đứng Phân cực ngang

Phân cực nghiêng Phân cực tròn/ elip

Mặt phẳng của véc tơ điện quay liên tục

Phần 1 - Chương 3: Truyền dẫn sóng vô tuyến

Hình 2.2: Phổ điện từ

3.1.3 Sóng vô tuyến (Radio Wave)

Sóng radio là sóng điện từ có bước sóng lớn hơn 1mm (Sóng điện từ có tần số thấp hơn 300GHz)

Trong phạm vi này, sóng có thể được dùng để truyền thông

Hầu hết công nghệ truyền thông không dây đều dùng sóng radio, và từ “wireless” và

“radio” thường được hiểu như nhau

Để truyền được dữ liệu từ điểm này đến điểm khác, dữ liệu phải được biểu diễn dưới dạng tín hiệu:

- Điện thế chạy qua dây cáp bằng dồng

- Xung ánh sang truyền qua cáp quang

- Bức xạ vô tuyến truyền qua không khí

3.1.4 Phân loại sóng vô tuyến

Ground wave (<2 MHz): Sóng có tần số thấp

- Đi trên mặt đất có thể truyền khoảng cách dài

- AM (LF, MF) radio

Sky wave (2-30 MHz): Sóng ngắn, bị phản xạ ở tầng điện ly

- Dội lên và xuống giữa bề mặt trái đất và tầng điện ly, di chuyển vòng quanh thếgiới

Phần 1 - Chương 3: Truyền dẫn sóng vô tuyến

Hình 2.3: Phân loại sóng vô tuyến.

3.1.5 Tần số vô tuyến

Tần số vô tuyến (RF) là dải tần số nằm trong khoảng 3 KHz tới 300 GHz, tương ứng với tần số của các sóng vô tuyến và các dòng điện xoay chiều mang tín hiệu vô tuyến.Tấn số vô tuyến được kiểm soát bởi tổ chức viễn thông quốc tế ITU và ở Châu Âu bởi ETSI

Hình 2.4: Băng tần vô tuyến.

Phổ tần cho thông tin di động

Hình 2.5: Phạm vi băng tần sử dụng trong thông tin di động.

Frequency (Hz)

Wavelength (m)

VHF 30 MHz - 300 MHz UHF 300 MHz - 3 GHz SHF 3 GHz - 30 GHz

Phần 1 - Chương 3: Truyền dẫn sóng vô tuyến

 Vị trí

 Mức năng lượng

 Loại điều chế

 Băng thông

Các cơ quan quản lý xử lý việc cấp phát tần số này ở các vùng khác nhau trên thế giới

 Liên minh viễn thông quốc tế (ITU)

 Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI)

 Cơ quan thông tin liên lạc (RA) ở UK

3.1.6 Phân bổ phổ tần trong GSM

Phân bố tần số ở P-GSM (Primary GSM) được quy định nằm trong dải tần 890-960MHz với bố tri các kênh tần số như sau:

Phổ tần Tần số đường lên(MHz) tần số đường xuống(MHz) Số kênh

P-GSM900 Fu(n) = 890 + 0,2n Fd(n) = Fu(n) +45 0  n 

124Trong đó, Fu(n) là tần số ở bán băng tần thấp dành cho đường lên Nó bao gồm

125 kênh được đánh số từ 0 đến 124, và kênh 0 dành cho khoảng bảo vệ nên khôngđược sử dụng,

Với hệ thống GSM mở rộng (Extended GSM) có băng tần Fd(n) là tần số ở bánbăng tần cao dành cho đường xuống, nó rộng thêm 10 MHz ở cả hai phía do đó mà sốkênh sẽ tăng thêm 50 kênh Và được phân bố tấn số như sau:

Phổ tần Tần số đường lên tần số đường xuống Số kênh

E-GSM900 Fu(n) = 890 + 0,2n Fd(n) = Fu(n) + 45 0  n  124

Các kênh bổ sung được đánh số từ 974 đến 1023 và kênh thấp nhất 974 để làmkhoảng bảo vệ nên không sử dụng

Đối với hệ thống DCS-1800 có băng tần công tác 1710-1880 MHz, nó bao gồm

374 kênh đánh số từ 512 đến 885, được phân bổ tần số cho các kênh như sau:

Phổ tần Tần số đường lên tần số đường xuống Số kênh

DCS1800 Fu(n) =1710,2 + 0,2(n-512) Fd(n) = Fu(n) + 95 512  n  885

3.1.7 Antenna

Một anten là một thiết bị dẫn hoặc một hệ thống thiết bị dẫn (conductor) có thể làmnhững việc sau:

- Truyền (Transmission) - Phát năng lượng điện từ vào không khí

- Nhận (Receotion) - Thu thập năng lượng điện từ từ không khí

Trong một hệ thống truyền thông 2 chiều, 1 anten có thể được sử dụng để truyền vànhận

Phân loại Antenna

Anten đẳng hướng (Isotropic antenna)

Phần 1 - Chương 3: Truyền dẫn sóng vô tuyến

- Phát ra năng lượng như nhau theo mọi hướng

Anten lưỡng cực (Dipole antenna)

- Half – wave dipole antenna (Hoặc Hertz antenna)

- Quarter – wave vertical antenna ( Hoặc Marconi antenna)

Anten định hướng (Directional Antenna)

Hình 2.6: Các loại Antenna

3.2 Sự lan truyền vô tuyến

3.2.1 Các cơ chế lan truyền không dây

Lan truyền không dây là các “hành vi” của sóng vô tuyến khi được truyền hoặc lan

truyền từ điểm này đến điểm khác trên mặt đất, hoặc vào những vùng khác nhau của bầu khí quyển

Khi sóng radio gặp vật cản, nhưng hiệu ứng lan truyền (propagation effect) sau xảy ra với sóng:

- Xảy ra khi bức xạ điện từ gặp một vật

cản lớn hơn nhiều so với bước sóng

(chẳng hạn: bề mặt trái đất, nhà cao

Phần 1 - Chương 3: Truyền dẫn sóng vô tuyến

cả khi tầm nhìn thẳng (Line

of Sight – LoS) không tồn tại

Hình 2.9: Nhiễu xạ

Tán xạ (Scattering)

- Khi vật thể nhỏ hơn so với bước sóng của

sóng đang lan truyền (Chẳng hạn: biển báo,

cọt đèn, … )

- Tín hiệu bị phân tán thành nhiều đường tín

hiệu có cường độ yếu hơn

Hình 2.10: Tán xạ

Phần 1 - Chương 3: Truyền dẫn sóng vô tuyến

3.2.2 Lan truyền đa tuyến (Multipath)

Hình 2.11: Lan truyền đa tuyến

Hiệu ứng đa tuyến xảy ra khi có nhiều đường tín hiệu của cùng một dữ liệu đến thiết bịthu

Tác động của hiêu ứng đa tuyến thường là tiêu cực

Downfade (suy giảm)

- Làm suy hao cường độ tín hiệu

- Khi nhiều đường tín hiệu RF đến receiver vào cùng một thời điểm và lệch pha

so với sóng chính

- Lệch pha trong khoảng 121 và 179 độ sẽ tạo nên hiện tượng suy giảm

Upfade (tăng cường)

- Gia tang cường độ tín hiệu

- Khi nhiều đường tín hiệu RF đến receiver vào cùng thời điểm và cùng pha hoặclệch pha một phần với sóng chính

- Lệch pha từ 0 đến 120 độ sẽ gây ra hiện tượng upfade

- Cường độ tín hiệu nhận đươc cuối cừng không bao giờ lớn hơn cường độ tín hiệu phát đi ban đầu

Nulling (triệt tiêu)

- Kết quả gây ra: triệt tiêu tín hiệu

- Khi nhiều đường tín hiệu RF đến receiver cùng thời điểm và lệch pha 180 độ sovới sóng chính

Phần 1 - Chương 3: Truyền dẫn sóng vô tuyến

1 Đường đi thẳng

2.12: Phân loại đường đi của tín hiệu vô tuyến

Kết quả của các cơ chế lan truyền là 3 hiện tượng gần như độc lập nhau:

- Suy hao trên đường truyền – Path loss

- Hiện tượng mờ dần – Slow fading (Shadowing)

- Hiện tượng mờ nhanh – Fast fading ( Multipath fading)

3.2.3.1 Cường độ tín hiệu nhận được – RSSI

Suy hao (Loss/Attenuation): Là hiện tượng suy giảm cường độ tín hiệu sau quátrình truyền tải – cường độ tín hiệu đo được ở một thời điểm bất kỳ thấp hơn so vớicường độ đó ở một thời điểm bất kỳ thấp hơn so với cường độ đo ở một thời điểmtrước đó

Cường độ tín hiệu nhận được (Received Signal Strength Indicator – RSSI):Cường độ tín hiệu tại thiết bị thu

Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ tín hiệu tại receiver: Khoảng cách (hoặcdelay), Slow fading (hiện tượng mờ chậm), Fast fading (Hiệu ứng Doppler vàMultipath – lệch pha)

3.2.3.2 Mô hình lan truyền không dây

Một mô hình lan truyền không dây (Radio propagation model) là một mô hìnhtoán học được xây dựng để mô tả quá trình lan truyền vô tuyến dưới dạng hàm tần số,khoảng cách và các điều kiện khác

Các mô hình được sử dụng để dự đoán nắng lượng nhận được hoặc việc suy hao

Phần 1 - Chương 3: Truyền dẫn sóng vô tuyến

 Line – of – Sight Model (Mô hình đường nhìn thẳng)

- Free Space Model (Mô hình không gian tự do)

- Path Loss Model (Mô hình suy hao đường truyền)

 Land Propagation Model (Mô hình lan truyền mặt đất)

- Mô hình lan truyền phạm vi rộng

- Mô hình lan truyền phạm vi hẹp

 Empirical Model (Mô hình thực nghiệm)

- Mô hình cho môi trường ngoài trời

- Mô hình cho môi trường trong nhà

3.2.3.3 Hiện tượng Fading

Hiện tượng Fading là hiện tượng thăng giáng thất thường của cường độ điệntrường tại điểm thu Nguyên nhân Fading có thể do thời tiết và địa hình làm thay đổiđiều kiện truyền sóng Khi xảy ra Fading, tại điểm thu cường độ sóng thu được lúcmạnh lúc yếu thậm chí có lúc mất thông tin Fading nguy hiểm nhất là Fading nhiềutia Người ta chia hiện tượng Fading thành Fading phẳng và Fading lựa chọn tần số

Phần 1 - Chương 4: Giao diện vô tuyến

CHƯƠNG 4: GIAO DIỆN VÔ TUYẾN4.1 Phương pháp truy nhập trong thông tin di động

Có 3 kỹ thuật đa truy cập phổ biến là FDMA, TDMA và CDMA, ngoài ra còn có 2 kỹ thuật ít phổ biến hơn là OFDMA (còn khá mới) và SDMA

 Đa truy cập theo phân chia tần số FDMA (Frequency Division Multiple

Access)

Hình 3.1: Đa truy nhập theo phân chia tần số FDMA

Theo kỹ thật này, mỗi một người sử dụng trong một tế bào (cell) được phânchia một dải tần số (băng tần) nhất định, các băng tần của những người sử dụngkhác nhau sẽ không trùng nhau (non-overlap) Người sử dụng gửi và nhận tínhiệu trong băng tần mình được phân chia và tất cả mọi người trong mạng đềugửi/nhận tín hiệu đồng thời Vì rằng mỗi người sử dụng truyền và nhận tín hiệutrong băng tần của mình cho nên những người sử dụng trong một tế bào (cell)không gây nhiễu cho nhau (lý tưởng) Tuy nhiên, do yêu cầu cần có một sốlượng lớn người sử dụng trong mạng, các băng tần sẽ được sử dụng lại ở các tếbào khác Chình vì vậy có thể có những người sử dụng ở tế bào A gây nhiễucho một người sử dụng ở tế bào B gần đó do hai người sử dụng này dùng chungmột băng tần Nhiễu này gọi là nhiễu đồng kênh (co-channel interference)

 Đa truy nhập theo phân chia thời gian TDMA (Time Division Multiple

Access)

Hình 3.2: Đa truy nhập theo phân chia thời gian TDMA

Phần 1 - Chương 4: Giao diện vô tuyến

Trong cách truy nhập này, mỗi người sử dụng được phân chia một khoảng thờigian, gọi là khe thời gian (time-slot) nhất định để truyền và nhận thông tin.Trong khe thời gian mà người sử dụng A truyền và nhận tín hiệu thì tất cả mọingười sử dụng khác trong cùng tế bào đó không được truyền và nhận tín hiệu.Như vậy mọi người sử dụng trong cùng một tế bào cũng không gây nhiễu chonhau (lý tưởng) bởi ở một thời điểm cụ thể chỉ có một người duy nhất truyền vànhận tín hiệu Tuy nhiên, cùng thời điểm đó cũng có thể có một người sử dụng

ở tế bào bên cạnh truyền và nhận tín hiệu cho nên trong cách truy cập này cũng

có nhiễu đồng kênh

 Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA (Code Division Multiple Access)

Hình 3.3: Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA

Đây là một cách truy nhập khác hẳn hai cách trên Theo cách này, tất cả mọingười sử dụng trong một tế bào cùng truyền/nhận thông tin một lúc và trêncùng một băng tần số Do vậy vấn đề nhiễu lẫn nhau giữa những người sử dụngtrong cùng một tế bào, giữa những người sử dụng ở các tế bào cạnh nhau (doviệc sử dụng lại tần số ở các tế bào cạnh nhau) là một vấn đề lớn nhất trongcách truy cập CDMA này Để khắc phục vấn đề này, mỗi người sử dụng trongmột tế bào sẽ được gán một mã (code) đặc biệt và không có hai người sử dụngnào trong cùng một tế bào có cùng một mã (có nghĩa là mỗi người có một mãriêng biệt) Máy thu sẽ căn cứ vào mã của mỗi người sử dụng để khử bớt(không thể khử hết) nhiễu của những người sử dụng khác trong cùng một tế bào

và khôi phục tín hiệu của người đó Trong kỹ thật này có nhiễu trong tế bào(intra-cell interference) và nhiễu giữa các tế bào (inter-cell interference)

 Đa truy nhập theo phân chia tần số trực giao OFDMA (Orthogonal

Frequency Division Multiple Access)

Phần 1 - Chương 4: Giao diện vô tuyến

Hình 3.4: Đa truy nhập theo phân chia tần số trực giao OFDMA

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) là một kỹ thuật ghépkênh ra đời từ khá lâu, tương tự như kỹ thuật ghép kênh theo tần số FDM, mộtbăng thông lớn sẽ được chia thành nhiều băng thông nhỏ hơn Trong FDM giữacác băng thông nhỏ này phải có một khoảng tần số bảo vệ, điều này dẫn tớilãng phí băng thông vô ích do các dải bảo vệ này hoàn toàn không chứa đựngtin tức OFDM ra đời đã giải quyết vấn đề này, bằng cách sử dụng tập tần sốtrực giao các băng thông nhỏ này có thể chồng lấn lên nhau, do đó không cầndải bảo vệ, nên sử dụng hiệu quả và tiết kiệm băng thông hơn hẳn FDM Nhờghép kênh theo tần số trực giao và sử dụng khoảng bảo vệ thích hợp OFDM cókhả năng truyền thông tốc độ cao, sử dụng băng thông hiệu quả, chống đượcnhiễu liên sóng mang ICI và chống được fading chọn lọc tần số, chống lạinhiễu ISI và có khả năng cân bằng tín hiệu hiệu quả bằng các bộ Equalizer đơngiản Trong OFDMA, các user sẽ được phân bổ dữ liệu truyền đi trên các sóngmang phụ của kỹ thuật OFDM

 Đa truy nhập phân chia theo không gian SDMA (Space Division Multiple Access)

Hình 3.5: Đa truy nhập phân chia theo không gian SDMA

Kỹ thuật đa truy nhập này khác hẳn với 4 kỹ thuật trên Đó là, tất cả mọi người

sử dụng trong cùng một cell đều có thể truyền/nhận tín hiệu một lúc, trên cùngmột băng thông và không sử dụng mã như trong CDMA Như vậy tín hiệu domọi người sử dụng trong cell và ngoài cell sẽ bị chồng lên nhau (cộng vàonhau) Khử nhiễu do nhiều người sử dụng trong SDMA là một vấn đề vô cùng

Phần 1 - Chương 4: Giao diện vô tuyến

phức tạp Phía BS yêu cầu phải có một dãy các ăng-ten lớn (antenna array) để

có thể khử nhiễu Việc khử nhiễu ở phía BS có thể được thực hiện bằng một số

kỹ thuật như (a) ước lượng hướng đến của tín hiệu (direction of arrival - DOA)của mỗi người sử dụng để tách tín hiệu của mỗi người sử dụng ra khỏi tín hiệuthu được và (b) dựa vào kỹ thuật khử nhiễu kết hợp với lọc (chẳng hạn khửnhiễu mềm kết hợp với bộ lọc MMSE) Trong kỹ thuật đa truy cập này, BS có

sử dụng kỹ thuật beamforming để phát tín hiệu trực tiếp đến người sử dụng

4.2 Các kênh trong giao tiếp vô tuyến

4.1.1 Kênh vật lý

Mỗi một kênh tần số trong GSM được cấp phát cho các MS sử dụng chung theophương pháp phân chia theo thờigian Thời gian sửdụng kênh tần số được tổ chứcthành các khung TDMA, mỗi khung có chiều dài 4615 micro giây và chia làm 8 khethời gian Mỗi khe thời gian có chiề dài 577µs Khi MS có nhu cầu truy xuất vào mạngthì sẽ được cấp phát cho một khe thời gian để làm việc Mỗi khe thời gian được gọi làmột kênh vật lý

TS: Time Slot còn goi là kênh vật lý

Như vậy, một kênh tần số trong GSM có 8 kênh vật lý, mỗi MS khi hoạt động chỉ sửdụng một kênh vật lý để truyền tín hiệu

4.2.2 Kênh Logic

Kênh Logic chia làm 2 loại tổng quát kênh lưu lượng (TCH : Traffic Channel) và

kênh điều khiển (CCH: control channel)

Các kênh lưu lượng là kênh mang thông tin là tiếng nói hay dữ liệu Kênh này gồm 2 loại được định nghĩa như sau:

- Kênh lưu lượng toàn tốc (TCH/F)

- Kênh lưu lượng bán tốc (TCH/H)

Kênh điều khiển chia làm 3 nhóm:

Nhóm kênh điều khiển quảng bá (BCCH)

Nhóm này gồm 3 kênh:

- FCCH (Các kênh điều chỉnh tần số): Mang thông tin hiệu chỉnh tần số cho các trạm MS FCCH chỉ được sử dụng ở đường xuống