Tổng quan GSM cấu trúc BTS

CẤU TRÚC HỆ THỐNG CON CHUYỂN MẠCH: SSS BSS BSC BTS MS OSS Switching System Information transmission Call connections and information transmission Base Station System SS MSC / VLR EIR GMS

PHẦN I

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GSM

1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG GSM

Hệ thống thông tin di động GSM 900 là hệ thống thống tin di động dùng băng tần xung quanh băng tầng 900MHz( 890 – 960MHz) được chia thành hai dãy tầng:

9 Dãy tần từ 890 – 915MHz dùng cho đường lên từ MS đến BTS (Uplink)

9 Dãy tần từ 935 – 960MHz dùng cho đường xuống từ BTS đến MS (Downlink) Khoảng cách giữa các sóng mang trong hệ thống GSM là 200KHz mà hệ thống GSM 900 có 2 băng tầng rộng 25MHz bao gồm 25MHz/200KHz=125 kênh Trong đó kênh 0 là dãy bảo vệ còn các kênh 1 – 124 được gọi là kênh tần số vô tuyến tuyệt đối Ở Việt Nam băng tầng GSM900 được cấp cho 3 nhà khai thác với sự phân chia như sau:

Ra dio Ne twork P la nning Fre que ncy P la nning

‹ Vietel’s GSM Frequency Bands:

ŠNumber of channels: 39 + 3 guard bands(from 42 to 83)

V I E T E L

82

Joker

Ra dio Ne twork P la nning Fre que ncy P la nning

‹ Vietel’s GSM Frequency Bands:

ŠNumber of channels: 39 + 3 guard bands(from 42 to 83)

V I E T E L

82

Joker

2 CẤU TRÚC HỆ THỐNG CON CHUYỂN MẠCH: (SSS)

BSS

BSC

BTS

MS

OSS Switching System

Information transmission Call connections and information transmission

Base Station System

SS

MSC /

VLR

EIR

GMSC

DTI

AUC

HLR

SMS-GMSC SMS-IWMSC

Giao tiÕp v« tuyÕn Um

Abis A

CÊu trĩc hƯ thèng th«ng tin

GSM/DCS-PLMN

2.1 MSC (Mobile Switching Centre): Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động

MSC chịu trách nhiệm về việc thiết lập sự kết nối các kênh lưu thông:

+ Tới trạm gốc BSS

+ Tới hệ thống chuyển mạch di động MSC khác

+ Và tới những mạng chuyển mạch khác (chẳng hạn tới PSTN, PSDN…)

MSC còn thực hiện chức năng quản lý những vùng định vị, xử lý những dịch vụ cơ sở, dịch vụ bổ sung, thực hiện quá trình tính cước

2.2 HLR(Home Location Register):

Bộ ghi định vị thường trú: nó quản ly ùtoàn bộ dữ liệu thuê bao của vùng phủ, của mạng HLR là một cơ sở dữ liệu nơi mà những thuê bao di động được tạo ra, được tách ra, được cấm hoặc được xóa đi bởi người điều hành

2.3 VLR(Visitor Location Register): (được kết hợp với MSC)

Trong thời gian MS cập nhật vị trí, dữ liệu thuê bao được chuyển từ HLR tới VLR hiện tại Dữ liệu này được lưu trữ trong VLR trong suốt thời gian mà MS di chuyển trong vùng này VLR sẽ cung cấp dữ liệu cho thuê bao bất kỳ lúc nào nó cần cho việc xử lý một cuộc gọi Nếu một thuê bao di động di chuyển đến vùng phục vụ VLR khác thì một cập nhật vị trí xảy ra lần nữa, VLR mới yêu cầu dữ liệu thuê bao từ HLR chịu trách nhiệm về thuê bao di động

2.4 AuC(Authencation Centre) và EIR(Equipment Identification register):

Một thuê bao muốn truy cập mạng, VLR kiểm tra Sim card của nó có được chấp nhận hay không, nghĩa là nó thực hiện một sự nhận thực VLR sử dụng những thông số nhận thực được gọi là những bộ ba, nó được tạo ra một cách liên tục và riêng biệt cho mỗi thuê bao di động được cung cấp bởi trung tâm nhận thực AC AC được kết hợp với HLR

EIR kiểm tra tính hợp lệ của thuê bao dựa trên yêu cầu đặc tính thiết bị di động quốc tế IMEI từ MS sau đó gửi nó tới bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR Trong EIR, IMEI của toàn bộ thiết bị di động được sử dụng thì phải được phân chia thành ba danh sách

+ Danh sách màu trắng: chứa thiết bị di động được chấp nhận

+ Danh sách màu xám: chứa thiết bị di động được theo dõi

+ Danh sách màu đen: chứa thiết bị di động không được chấp nhận

EIR kiểm tra IMEI có thích hợp vào một trong ba danh sách hay không và chuyển kết quả tới MSC

3 HỆ THỐNG CON VÔ TUYẾN:

Hệ thống con vô tuyến bao gồm:

+ Thiết bị di động ME

+ Hệ thống trạm gốc BSS

Hệ thống trạm gốc BSS bao gồm:

- Trạm thu phát gốc BTS

- Bộ điều khiển trạm gốc BSC

- Bộ chuyển mã và chuyển đổi tốc độ TRAU

3.1 BSC:

Bộ điều khiển trạm gốc BSC cung cấp những chức năng thông minh điều khiển mọi hoạt động của hệ thống trạm gốc (BSS) Một BSC có thể điều khiển nhiều BTS Nó phân phối sự kết nối các kênh lưu lượng (Traffic channel) từ hệ thống chuyển mạch tới các cell vô tuyến BTS, ngoài ra nó còn thực hiện quá trình chuyển giao cùng với MSC

3.2 BTS:

BTS được thiết lập tại tâm của mỗi tế bào, nó thông tin đến các MS thông qua giao diện vô tuyến Um, nghĩa là nó cung cấp những kết nối vô tuyến giữa MS và BTS BTS được xác định bằng các thông số mô tả như khả năng truyền dẫn, tên của cell, băng tần vô tuyến…

3.3 Hệ thống chuyển mã và chuyển đổi tốc độ TRAU:

TRAU gồm hai khối chức năng:

9 Thực hiện việc chuyển đổi luồng dữ liệu 64kb/s (tiếng nói, dữ liệu) từ MSC thành luồng dữ liệu có tốc độ tương đối thấp tương ứng với giao diện vô tuyến 16kb/s

9 Thực hiện quá trình tách ghép luồng

4 HỆ THỐNG OSS:

Tất cả mọi sự hoạt động, sự kiểm tra và sự bảo trì cho tất cả những thành phần mạng SSS, BSS (BSC, BTS, TRAU) có thể được thực hiện ở trung tâm OMS, gọi là trung tâm vận hành và bảo dưỡng

Hệ thống OMS bao gồm một hoặc nhiều OMC (OMC – R, OMC – S) OMC được liên kết với những phần tử SSS và BSS thông qua một mạng dữ liệu gói X25

5 HỆ THỐNG GPRS:

+ Đối với hệ thống GSM tốc độ truyền dữ liệu được giới hạn là 9,6kbit/s, với hình thức chuyển mạch mạch

+ Hệ thống GPRS (General packet radio sevice) sẽ là giải pháp để đáp ứng đòi hỏi cho việc truyền dữ liệu tốc độ cao dựa trên mạng chuyển mạch gói Tốc độ dữ liệu có thể lên đến 160kbit/s

Khi tốc độ dữ liệu tăng lên thì ta có thể tích hợp được nhiều dịch vụ số trên mạng

Lúc này trên mạng PLMN tồn tại 2 hệ thống song song:

- Hệ thống chuyển mạch mạch cho thoại

- Hệ thống chuyển mạch gói cho dữ liệu

Thành phần của hệ thống GPRS

• MFS: Multi BSS fast packet sever

- Thực hiện những chức năng điều khiển gói

- Quản lý tài nguyên vô tuyến cho GPRS cho một vài BSS

- Quản lý giao diện với mạng GPRS

• SGSN: serving GPRS support node

- Định tuyến gói MS

- Điều khiển thâm nhập, điều khiển bảo vệ

- Giao diện với HLR

- VLR cho GPRS

• GGSN: Gateway GPRS support node

- Là phần của mạng GPRS

- Định tuyến IP, link tới một hoặc vài mạng dữ liệu

- Làm việc với mạng chuyển mạch gói bên ngoài

PHẦN 2

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BTS

1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BTS

1.1 Khái niệm về BTS

BTS là một thiết bị dùng để phát tín hiệu ra môi trường vô tuyến đến các máy dị động và thu tín hệu từ các máy di động cũng thông qua môi trường vô tuyến Nó thông tin đến các MS thông qua giao diện vô tuyến Um và kết nối với bộ điều khiển trạm góc BSC(Base Station Controller) thông qua giao diện Abis

1.2 Vị trí của BTS trong hệ thống GSM

CẤU TRÚC M ẠNG GSM

R adio tower

R adio tower

BSC

T C

M F S

SGN

HLR

BTS

BTS

GGSN

PSTN

INTERNET

IP GPRS BACKBONE

BSS

OM C-R

MSC

Sơ đồ trên mô tả vị trí của BTS trong hệ thống mạng GSM Các BTS được đặt khắp nơi trong vùng có kế hoạch phủ sóng và nó được kết nối tới bộ điều khiển trạm gốc BSC (Base Station Controller) Ngoài ra vị trí của BTS còn phụ thuộc vào cấu hình kết nối tới BSC, chẳng hạn như có các cấu hình sau:

-Sectorised configuration

-Multipion configuration

-Chain configuration

-Star configuration

1.3 Phân loại BTS

Thiết BTS bị mà công ty ta sử dụng ở khu vực phía nam là loại thiết bị A9100 của hãng ALCATEL nó gồm có 2 loại chính đó là:

1.3.1.MBI:

Là loại BTS dùng trong phòng kín, trong loại BTS nầy lại chia thành 2 dạng, đó là dạng nhỏ MBI3, nó chỉ gồm có 3 subrack với trọng lượng lớn nhất là 150kg; loại còn lại là MBI5 nó gồm có 5 subrack với trọng lượng tối đa là 270kg Kích thước và hình dạng được được mô tả như sau:

Ngòai những subrack chính dùng để lắp đặt những thiết bị chính của BTS thì nó còn có những khe nhỏ xen giữa những subrack dùng để lắp đặt các quạt để làm mát cho thiết bị của BTS và một khu vực dùng cho việc đấu nối cáp tín hiệu và cáp cảnh báo cho BTS

1.3.2 MBO:

Là loại BTS có thể đặt ở ngoài trời và cũng giống như BTS MBI nó cũng có 2 dạng là MBO1 với trọng lượng lớn nhất là 255kg và MBO2 là dạng mở rộng của MBO1 với trọng lượng tối đa là 425kg Kích thước và hình dáng được mô ta mô tả như sau:

Cũng tương tự như MBI, MBO cũng có những tầng quạt và khu vực dùng để đấu nối cáp tín hiệu và cáp cảnh báo Ngoài ra nó còn có thêm các khu vực dùng để lắp đặt ắc qui và những khu vực dùng cho việc lắp đặt các thiết bị truyền dẫn

2 CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG BTS

2.1 Cấu trúc chung của hệ thống BTS

KIẾN TRU ÙC CA ÙC KHO ÁI CHƯ ÙC N A ÊN G CU ÛA HỆ

THO ÁN G BTS

C L O C K

T R A N S

O M U

S U M

A b is

B T S -T E

Hệ thống BTS gồm có các khối chức năng sau :

+ TRE

2.2 Cấu trúc và chức năng của các khối trong hệ thống BTS

2.2.1 Khối SUMA

Transmission

& Clock

O&M

RI

BSII SWITCH

2 Mbit/s

2 Mbit/s

2 Mbit/s

MMI

Abis 1 XCLOCK

CLKI

BSII 0,1

KIẾN TRÚC SUMA

- XCLK (External clock): là đồng hồ bên ngoài

- CLKI: là hệ thống đồng hồ chủ được phân phối tới TRE vàAN

- MMI: thông qua serial link để kết nối tới BTS – Terminal, thực hiện quản lý lỗi…, tác động trực tiếp đến hệ thống bằng một số lệnh đơn giản

- XBCB: External BTS control bus

- BCB: BTS control bus (trạng thái, cấu hình, cảnh báo…)

- BSII: mang thông tin TCH, RSL, OML,IOM-CONF

- SUMA: là khối trung tâm của một BTS, một BTS chỉ có một SUMA bất kể số sector và TRX là bao nhiêu

Những chức năng SUMA:

- Quản lý link truyền dẫn Abis (lên đến 2 giao diện Abis)

- Tạo xung đồng hồ cho tất cả các modul BTS, các đồng hồ này có thể được đồng bộ từ một đồng hồ tham chiếu bên ngoài: Abis link, GPS, BTS khác, có thể được tạo ra trong kiểu xung rỗi bởi một bộ phát tần số bên trong

- Thực hiện chứng năng vận hành và bảo dưỡng cho BTS

- Quản lý ghép các dữ liệu TCH, RSL, OML, QMUX

- Điều khiển chức năng AC/DC khi chúng được tích hợp bên trong BTS

- Điều khiển nguồn (dung lượng, điện áp, nhiệt độ)

- Thiết lập điện áp và dòng cho việc nạp pin

2.2.2.Khối TRE

KIẾN TRÚC CƠ SỞ CỦA TRE

TRED

TREA

TREP PSI

RFI

CLKI BSII

LEDS DEBUG

- RFI: giao diện này được sử dụng để loop vòng

- PSI: giao diện này để cung cấp nguồn

- PRI: Power Supply & Remote Interface được sử dụng để phân phối nguồn

- CUI: giao diện này được sử dụng để thâm nhập trực tiếp đến các thành phần khác nhau của TRE (truyền dữ liệu điều khiển, cấu hình giữa TRED và TREA)

- CUI cũng mang những tín hiệu đồng hồ tham chiếu đến các thành phần của TRE

- I2CE: giao diện này được sử dụng để TRED nhận dữ liệu được lưu trữ trên TREA

- RCD: giao diện này được sử dụng để thông báo việc kiểm tra tín hiệu DC từ giao diện RFI (TREA) đến TRED

- ADR (Addressing)

- DEBUG: giao diện này được sử dụng trong suốt quá trình phát triển để kiểm tra các TRE (từ MMI)

Modul TRE thực hiện những chức năng Telecom

2.2.2.1.Chức Năng Các Khối Trong TRE

a TRED:

Hệ thống TRED chiệu trách nhiệm về phần số của TR:

+ Xử lý điều khiển và báo hiệu, nó chịu trách nhiệm quản lý các chức năng O&M của TRE

+ Ghép kênh, nhảy tần, mật mã và giải mật mã

+ Mã hoá (DEC)

+ Giải điều chế (DEM)

+ Mã hoá và phát (ENCT)

+ Đầu cuối BCB

b TREA:

+ Điều chế

+ Điều khiển và biến đổi cao tần phần phát (TXRFCC)

+ Tổng hợp phần phát (TXSYN)

+ Biến đổi trung tần phần thu (RXIF)

+ Tổng hợp phần thu (RXSYN)

+ Giải điều chế trung tần (ISD)

+ RF loop

+ TRE PA board bao gồm bộ khuếch đại công suất, nó đảm nhiệm khuếch đại công suất tín hiệu cao tần bởi TXRFCC Nó cũng cung cấp VSWR và kiểm tra nguồn, RF loop

c TREP: Cung cấp nguồn cho TRE (DC/DC)

2.2.3.Khối ANC

CO M BIN IN G M O DE

Duplexer

Filter Filter

LN A Spliter

Duplexer

Filter Filter

LN A Spliter Spliter Spliter Spliter Spliter

TRE 1

TX RX RX d

TR E 2

T X R X R X d

TRE 3

R X d RX TX

TRE 4

R X d R X T X B ridge

B ridge

ANC kết nối 4 máy phát đến 2 antenna

Phân phối tín hiệu nhận được từ mỗi antenna đến 4 máy thu (thu thường và thu phân tập)

Modul này bao gồm 2 cấu trúc giống nhau, mỗi cấu trúc bao gồm:

+Antenna: nó có chức năng là phát sống ra môi trường vô tuyến và thu sống từ máy di động phát đến

+ Một khối duplexer: dùng để kết hợp hai hướng phát và thu trên cùng một antenna

+ Một khối LNA: khối nầy có chức năng khuếch đại tín hiệu mà antenna thu được lên mức đủ lớn để cho TRE có thể xử lí được

+ Hai khối Spliter: khối này có chức năng tách tín hiệu thu của 2 TRE

+ WBC: bộ này có chức năng kết hợp hai đường phát lại với nhau để đi trên cùng một đường đến bộ duplexer Thực tế ta chỉ dùng bộ này khi ta dùng hơn

2 TRX trên cùng một sector, nếu không dùng kết hợp thì ta phải gở cầu ra và kết nối trực tiếp với duplexer mà không thông qua bộ WBC

Khi qua bộ ANC tín hiệu sẽ bị suy hao là 3.3dBm

3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA BTS

3.1 Kết nối các khối chức năng trong hệ thống BTS

Giao tiếp bên trong BTS được thực hiện thông qua các bus BCB và BSII

BSII 1

BSII 2

BTS TERM

Abis

KẾT NỐI BÊN TRONG

OMU

TRANS&

CLOCK

TRE

ANx

ANy

FACB

AC/DC&BATTEIES

ISL

ISL

ISL

ISL

ISL

TRE FW/SW O&M/TELECOM

ANx FW

ISL pilot EBCB

BSC

OML/IOM/IOM-CONF

TCH/RSL

3.1.2 BCB(Base Station Control Bus):

BCB: Bus điều khiển BTS dược kết nối dến tất cả các module trong BTS

Nó được sử dụng để trao đổi thông tin giữa SUMA và các module khác Bus nầy chỉ sử dụng cho mục đích vận hành và bảo dưỡng

Luồng thông tin

Bus BCB được xác lập ở hai chế độ đó là master bus hay là slave bus Master được gọi là pilot, slave được gọi là terminal Một dụng cụ đặc biệt bên ngoài được kết nối đến XBCB có thể được sử dụng như là một pilot

Cho mỗi module, việc thêm vào hay lấy ra được kiểm tra bởi việc quét các bus điều khiển

Việc mất bất cứ đặc tính nào được cung cấp bởi BCB thì không gây ra lỗi trong quá trình hoạt động của BTS như là: cảnh báo, truy nhập remote inventory…

Thông tin về bản kiểm kê module có thể truy nhập thậm chí khi module switch off Nhưng mà SUMA phải được switch on

3.1.2 BSII (Base Station Internal Interface):

BSII là giao diện chính bên trong BTS

Luồng thông tin

BSII được sử dụng để mang các loại thông tin sau:

• TCH

• RSL

• OML cho SUM_OMU

• Các báo hiệu bên trong: phát quảng bá từ SUM_OMU đến các thực thể được kết nối đến BSII các thông tin IOM_CONF(thông tin về cấu hình ), những thông điệp O&M bên trong giửa OMU và TRE/Anx/TRANS&CLOCK, những thông điệp cho kiểm tra

3.2 Nguyên lý hoạt động của BTS

Nguyên lý hoạt động của BTS dưa trên quá trình xử lý các tín hiệu mà nó nhận được từ máy di động và từ BSC

3.2.1.Tín Hiệu Từ BSC Gởi Đến

Tín hiệu từ BSC đưa tới BTS thông qua giao diện Abis trên đường truyền PCM gồm có các tín hiệu sau:

™ -tín hiệu thoại TCH (traffic channel)

™ -tín hiệu báo hiệu RSL (radio signalling link)

™ -tín hiệu vận hành bảo dưỡng OML (operation maintenance link)

™ -tín hiệu truyền dẫn Qmux

Các tín hiệu này được phân bố trên khung PCM như sau:

TS31 OML

RSL

SYN TCH TCH

TCH

TCH TCH TCH TCH TCH Qmux CẤU TRÚC KHUNG PCM TRÊN GIAO DIỆN ABIS

9 Trong cấu trúc khung PCM thì khe thời gian TS0 được sử dụng cho mục đích đồng bộ

9 TS1 dược sử dụng để truyền tín hiệu Qmux

9 Các khe thời gian còn lại được sử dụng để truyền dử liệu TCH, tín hiệubáo hiệuvô tuyến và tín hiệu vận hành bảo dưỡng( RSL/OML)

9 Các khe thời gian trong khung PCM được chia thành 4 nibble mỗi nibble 16Kbps được sử dụng cho một kênh lưu lượng TCH

9 Trong khung PCM ở giao diện Abis thì một RSL chiếm toàn bộ một khe thời gian trong khung và số RSL phụ thuộc vào số TRX mà một BTS có Tức là số lượng của RSL sẽ bằng số TRX

9 Trong khung PCM còn có tín hiệu OML tín hiệu nầy sử dụng trong quá trình khai thác và bảo dưỡng Một OML sẽ chiếm một TS trong khung PCM và số lượng đường OML sẽ phụ thuộc vào số BTS Mỗi OML sẽ phục vụ chỉ cho một BTS

9 Ngoài ra trong BTS cải tiến cung cấp ghép kênh thống kê Tức là sử dụng khe thời gian 64Kbps sử dụng truyền cho 4RSL và 1OML, tức là thực hiện quá trình ghép 4 RSL với 1OML

9 Cung cấp đường truyền Qmux qua giao diện abis:

o Trong quá trình hoạt động ngoài những thông tin báo hiệu và thông tin về vận hành và bảo dưỡng thì BTS cũng cần được điều khiển bởi BSC Quá trình điều khiển nầy được thực hiện bởi khối TSC của BSC Lệnh điều khiển nầy được đưa vào khung thời gian PCM ở khe thời gian TS1 Tín hiệu nầy chiếm 1 nibble 16Kbps Thông qua giao diện Abis nó sẽ giởi tín hiệu điều khiển đến khối TRANS