Tìm hiểu kiến trúc và kĩ thuật ghép kênh trong mang GMS

Tìm hiểu kiến trúc và kĩ thuật ghép kênh trong mang GMS

1 MỤC LỤC Mở Đầu Ngày thông tin liên lạc đả trở thành nhu cầu quan trọng sống Ngoài dịch vụ mà điện thoại cố định có như: truyền thoại, nhắn tin, Fax, liệu, …vv Thông tin di động cịn cung cấp tính ưu việt chất lượng dịch vụ, tính bảo mật thơng tin, thiết bị nhỏ gọn, linh hoạt việc di chuyển, dịch vụ ngày đa dạng truyền hình di động, truyền video chất lượng cao, kết nối mạng internet với việc phát triển hệ thống thông tin di động lên hệ thống thông tin di động băng rộng (3G) vv Cùng với phát triển ngành thơng tin liên lạc ngành cơng nghiệp viễn thơng đả phát triển mạnh mẻ mang lại nhiều lợi nhuận cho nhà khai thác Để đáp ứng nhu cầu khách hành nhà cung cấp dịch vụ đả liên tục nâng cấp hệ thống mạng, chất lượng đường truyền, đa dạng dịch vụ, đồng thời giảm cước dịch vụ, điều đả mang lại cho họ số lượng thuê bao khổng lồ tăng nhanh Một công nghệ quan trọng sử dụng phổ biến không Việt Nam mà cịn nước giới cơng nghệ GSM (Global System for Mobile communication-Hệ thống thông tin di động toàn cầu) Ở Việt Nam nhà cung cấp dịch vụ viễn thông lớn như: Vinaphone, MobiFone, Viettel sử dụng công nghệ GSM Được phát triển từ năm 1982 với kỷ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) giải pháp tăng dung lượng hệ thống mã hố tín hiệu đảm bảo tính an tồn liệu đồng thời đảm bảo chất lượng dịch vụ để đáp ứng nhu cầu hàng triệu khách hàng Hệ thống GSM sử dụng SIMCARD có kích thước nhỏ gọn để cắm vào máy di động mà có người sử dụng thời điểm thiết bị nhận dạng an tồn GMS cơng nghệ truyền sóng kỹ thuật số, cho phép số người dùng truy nhập vào kênh tần số mà không bị kẹt cách định vị khe thời gian cho người dùng kênh Song song tồn phát triển với cơng nghệ GSM cịn có cơng nghệ khác CDMA (cơng nghệ đa truy cập theo mã) công nghệ tiên tiến đối thủ GSM lính vực công nghệ truyền thông di động, Việt Nam công nghệ nhà khai thác dịch vụ như: S-Fone, Hà Nội Telecom, ETC Công nghệ GSM địi hỏi vốn đầu tư ban đầu tốn CDMA Đây lý CDMA chưa phát triển rộng rãi Việt Nam Trong tìm hiểu nhóm em tìm hiểu kiến trúc kĩ thuật ghép kênh mạng GSM 4 I LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN HƯ thèng th«ng tin di động từ lâu đà ớc mơ lớn ng ời, ớc mơ đà trở thành hiÖn thùc kü thuËt cho phÐp Sù thùc sóng vô tuyến đợc thực từ cuối kỷ 19 Tuy nhiên, việc đ a hệ thống thông tin di động vào phục vụ đợc thực sau chiến tranh giới lần thứ 2, mà công nghệ điện tử cho phép Đó dịch vụ thông tin đặc biệt, cho phép nối thông gọi không cần dây dẫn Ngay di chuyển, thuê bao di động trao đổi thông tin đ ợc với Do phát triển ngày cao công nghệ điện tử thông tin, mạng thông tin ngày phổ biến, giá ngày hạ độ tin cậy ngày tăng lên Quá trình phát triển mạng thông tin đà trải qua giai đoạn sau: - Giai on th nhõt: Sau 1946, khả phục vụ nhỏ, chất lợng không cao, giá dắt - Giai đoạn thứ hai: Tõ 1970 – 1979, cïng với phát triển thiết bị điện tử tổ hợp cỡ lớn vi xử lý, ta thực đ ợc hệ thống phức tạp Bởi vùng phủ sóng anten phát máy di động bị hạn chế nên hệ thống đợc chia thành vài trạm nhận cho trạm phát - Giai on th ba : Từ1979 -1990, mạng tổ ong tơng tự Các trạm thu phát đợc đặt theo ô tổ ong Mạng cho phép sử dụng lại tần số cho phép chuyển giao ô gọi Các mạng điển hình là: + AMPS (Advanced Mobile Phone Service): đợc đa vào hoạt động Mỹ năm 1979 +NMT ( Nordic Mobile Telephone): hệ thống n ớc Bắc Âu đ ợc đa vào sử dụng vào tháng 12/1981 +TACS ( Total Access Communication System): đợc đa vào phục vụ Vơng quốc Anh năm 1985 Tất mạng dựa mạng truyền điện thoại tơng tự điều chế tần số Chúng sử dụng tần số 450 900 Mhz Vùng phủ sóng chỉở mức quốc gia phục vụ đợc vài trăm thuê bao Hệ thống lớn Anh làTACS đạt triệu thuê bao vào năm 1990 - Giai on th t : Từ đầu năm 1980, sau hệ thống NMT đà hoạ động thành công biểu số hạn chế Một yêu cầu cho dịch vụ di động lớn vợt qua số mong đợi nhà thiết kếhệ thống nên hệ thống không đáp ứng đợc Hai hệ thống khác hoạt động phục vụ cho tất thuê bao châu Âu, nghĩa thiết bị mạng truy nhập vào mạng khác Ba thiết kế mạng lớn phục vụ cho châu Âu không nớc đáp ứng đợc vốn đầu t lớn Tất hạn chế dẫn đến nhu cầu phải thiết kế hệ thống loại đợc làm theo kiểu chung để dùng cho nhiều nớc Năm 1988, viện tiêu chuẩn viễn thông châu âu ETSI (Europe Telecommunication Standard Institute) đà thành lập nhóm đặc trách di động GSM (Groupe Special Mobile) GSM có nghĩa hệ thống thông tin di động toàn cầu (Global System for Mobile Communication) GSM tiêu chuẩn điện thoại di động số toàn châu Âu sử dụng dải tần số 900Mhz Năm 1990, Vơng quốc Anh ®−a hƯ thèng DCS (Digital Cellular System) DCS dựa hệ thống GSM với việc sử dụng tần số 1800Mhz Hiện nay, để đáp ứng nhu cầu ngày tăng dịch vụ viễn thông mới, hệ thống thông tin di động tiến tới hệ thứ ba hệ thứ ba này, hệ thống thông tin di động có xu hoà nhập thành tiêu chuẩn có khả phục vụ tốc độ lên đến 2Mbit/s Việt Nam, hệ thống thông tin di động số GSM đợc đa vào từ năm 1993, đợc khai thác v phat trien hiệu II MC ĐÍCH VÀ PHẠM VI SỬ DỤNG 2.1 Các đặc tính chủ yếu hệ thống GSM • Có thể phục vụ số lớn dịch vụ tiện ích cho thuê bao thông tin thoại truyền số liệu * Đối với thoại có dịch vụ: - Chuyển hướng gọi vô điều kiện - Chuyển hướng gọi thuê bao di động bận - Cấm tất gọi quốc tế - Giữ gọi - Thông báo cước phí - Nhận dạng số chủ gọi * Đối với dịch vụ số liệu: - Truyền số liệu Dịch vụ nhắn tin: gói thơng tin có kích cỡ 160 ký tự lưu giữ • Sự tương thích dịch vụ GSM với dịch vụ mạng sẵn có: * PSTN – Publich Switched Telephone Network (Mạng điện thoại chuyển mạch côngcộng) * ISDN – Integrated Service Digital Network (mạng số tổ hợp dịchvụ) giao diện theo tiêu chuẩn chung Cho phép thuê bao lưu động (roaming) nước với sử dụng hệ thống GSM cách hồn tồn tự động Nghĩa thbao mang máy di động nơi mạng tự động cập nhật thơng tin vị trí thuê bao đồng thời thuê bao gọi nơi mà không cần biết thuê bao khác đâu • Sử dụng băng tần 900 MHz với hiệu cao kết hợp hai phương pháp TDMA, FDMA • Giải hạn chế dung lượng: Thực chất dung lượng tăng lên nhờ việc sử dụng tần số tốt kỹ thuật chia ô nhỏ, số thuê bao phục vụ tăng lên • Tính linh hoạt cao nhờ sử dụng loại máy thông tin di động khác nhau: máy cầm tay, máy xách tay, máy đặt tơ • Tính bảo mật: Mạng kiểm tra hợp lệ thuê bao GSM thẻ đăng ký SIM (Subcriber Identity Module) Thẻ SIM sử dụng mật PIN (Personal Identity Number) để bảo vệ quyền sử dụng người sử dụng hợp pháp SIM cho phép người sử dụng sử dụng nhiều dịch vụ cho phép người dùng truy nhập vào PLMN (Public Land Mobile Network) khác Đồng thời hệ thống GSM cịn có trung tâm nhận thực AuC, trung tâm cung cấp mã bảo mật chống nghe trộm cho đường vô tuyến thay đổi cho thuê bao 7 2.2 Băng tần sử dụng hệ thống thông tin di động GSM Hệ thống GSM làm việc băng tần 890 – 960MHz Băng tầnnày chia làm phần: - Băng tần lên (Uplink band): 890 – 915 MHz cho kênh vô tuyến từ trạm di động đến hệ thống trạm thu phát gốc - Băng tần xuống (Downlink band): 935 – 960 MHz cho kênh vô tuyến từ trạm thu phát gốc đến trạm di động Mỗi băng rộng 25MHz, chia thành 124 sóng mang Các sóng mang cạnh cách 200KHz Mỗi kênh sử dụng tần số riêng biệt, cho đường lên, cho đường xuống Các kênh gọi kênh song công Khoảng cách hai tần số không đổi 45 MHz, gọi khoảng cách song công Kênh vô tuyến mang khe thời gian mà khe thời gian kênh vật lý để trao đổi thông tin trạm thu phát trạm di động Ngồi băng tần sở cịn có băng tần GSM mở rộng băng tần DCS (Digital Cellular System) III BẢN CHẤT VÀ NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG 3.1 Mơ hình mạng GSM Mạng GSM mạng viễn thơng phân cấp nối theo mơ hình Các phần tử cấp ngang hàng (hình 1.4) Có thể chia mạng GSM thành cấp tương ứng: Hình 1.2: Mơ hình mạng phân lớp GSM Tổng đài liên tỉnh: Cấp liên tỉnh hiểu cấp cao mạng GSM Tương đương với cấp liên tỉnh hệ thống NSS mà đặc trưng trung tâm chuyển mạch MSC Một MSC quản lý nhiều BSC phân nhánh theo hình Tổng đài nội hạt: Hệ thống BSS tương đương với tổng đài nội hạt Trong BSS BSC quản lý nhiều BTS Giữa BTS BSC nối theo hình vòng sử dụng Một BSC tương đương tổng đài host BTS tương đương với tổng đài vệ tinh Hình 1.2 : Kiều nối hình vòng BSS Tổng đài tập trung thuê bao: Là thuê bao di động, chúng di chuyển từ cell sang cell khác kết nối từ tổng đài nội hạt tới tổng đài vệ tinh không cô định, kết nối kết nối vô tuyến động 3.2 Mạng truy cập GSM Mạng GSM sử dụng đa truy cập phân chia theo thời gian kết hợp phân chia theo tần số cho phép tận dụng tối đa băng tần cấp tăng dụng lượng hệ thống Xu hướng tiết kiệm băng thông, thời gian truy cập ngắn độ trể nhỏ GSM băng tần 900MHz sử dụng phương pháp truy cập TDMA kênh với độ rộng băng tần sóng mang 200kHz sử dụng truyền dẫn có liên kết để MS truy cập vào mạng 3.2.1 Các kênh vật lý GSM sử dụng phối hợp đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA) Phân chia theo tần số: Phân bố tần số GSM quy định nằm khoảng 890 - 960MHz với bố trí kênh tần số sau: • Dải tần số tuyến lên (từ MS đến BTS) 25MHz: 890 – 915MHz = 890MHz + (0,2MHz) x n n = 0,1, ,124 • Dải tần đường xuống (từ BTS đến MS) 25MHz: 935 – 960 MHz = +45MHz Như có 125 kênh đánh số tứ -> 124 riêng kênh dành cho khoảng bảo vệ Hệ thống GSM mở rộng (E-GSM) có băng tần rộng thêm 10MHz hai phía nhờ số kênh tăng thêm 50 kênh Phân bố tần số dải sau: • = 890MHz +(0,2MHz) * n; = 890MHz +(0,2MHz) * (n – 1024); • n =0,1, 124 n=974,975, ,1023 + 45MHz Như kênh bổ sung đánh số từ 974->1023 sử dụng kênh thấp 974 để làm khoảng bảo vệ.Đối với hệ thống DCS-1800 băng tần công tác 1710-1880 MHz phân bố tần số sau: • = 1710MHz + (0,2MHz) * (b-511); • = + 95MHz n=512,513, ,885 Như có 375 kênh đánh số từ 412 -> 884Trong thông tin di động sử dụng phương pháp lặp lại tần số để tránh nhiểu kênh lân cân tăng dung lượng 10 hệ thống Một phương pháp đặc biệt để tăng dung lượng hệ thống kết hợp phân chia theo thời gian phân chia theo tần số Truyền dẩn vô tuyến GSM chia thành cụm (Burst) chứa hàng trăm bit điều chế Mỗi cụm phát khe thời gian có độ rộng 15/26ms~ 577us kênh tần số có độ rộng 200kHz nói Hình 1.3: Đa truy cập kết hợp TDMA FDMA Mổi kênh tần số cho phép tổ chức khung truy cập theo thời gian có độ dài 4,62ms, khung bao gồm khe thời gian từ 0->7, khe gọi timeslots (TS0, TS1, , TS7) Hình 1.4a: Tổ chức khung TDMA 11 Tất khung TDMA tất kênh tần số đường lên lẩn đường xuống đồng Tuy nhiên để MS sử dụng khe thời gian cho đường lên lẩn đường xuống mà thu phát đồng thời khởi đầu khung TDMA đường lên trể timeslots Hình 1.4b: Phân khung TDMA Cấu trúc cụm (Burst): Một cụm khe thời gian có độ dài 577us Trong hệ thống GSM tồn dạng cụm khác Nội dung cụm (hình 1.8) sau: - Cụm bình thường (NB: Normal Burst): cụm sử dụng để mang thông tin kênh lưu lượng kênh kiểm tra Đối với kênh lưa lượng TCH cụm chứa 144 bit mã mật mã, bit cờ lấy cắp (chỉ cho kênh TCH) 58 bit thông tin, cặp bit 000 (tail bíts) để đảm bảo giải mã viterbi bắt đầu kết thúc trạng thái đả biết, 26 bit hướng dẫn (phản ánh tương đối tình trạng truyền sóng cho máy thu từ cân viterbi xây dựng mơ hình kênh thời điểm để loại bỏ ảnh hưởng nhiểu pha định đa tia) 12 khoảng bảo vệ 8,25 bit tránh ảnh hưởng kênh lân cận Tổng cộng có 156,25 bits - Cụm hiệu chỉnh tần số (FB: Frequency Correction Bits): Cụm sử dụng để đồng tần số cho trạm di động Cụm chứa 142 bit cố định để tạo dịch tần số +67,7kHz tần số định danh, cặp bit 000 chuổi bít khơng sau sau điều chế GMSK cho sóng hình sin hồn tồn quanh tần số 68kHz cao tần số sóng mang RF, 8.25 bit dùng cho khoảng bảo vệ - Cụm đồng (SB: Synchronisation Burst): cụm dùng để đồng thời gian cho trạm di động Cụm chứa 2*39 bit thông tin mật mã hóa để mang thơng tin chi tiết cấu trúc khung (về số khung (FN)) khung TDMA BSIC (Base Station Identity Code), căp bit đuôi 000 để đảm báo bắt đầu kết thúc khung mang thông tin cấn thiết, burst đồng burst mà MS giải điều chế lý mà chuổi hướng dẩn kéo dài 64 bit cho phép lớn độ rộng trể đa đường, thêm khoảng bảo vệ 8,25 bit - Cụm truy nhập (AB: Access Burst): cụm sử dụng MS để truy nhập ngẫu nhiên khởi tạo mạng chuyển giao Nó burst đường lên mà BTS sẻ giải điều chế từ MS đặc thù Cùng với burst đồng bộcụm chứa 41 bit hướng dẫn để kéo dài thoải mái trình giải điều chế, cụm chứa 36 bit thông tin, bit đuôi đầu, bit đuôi cuối khoảng bảo vệ 68,25 bit để bù trể cho lan truyền MS BTS để phù hợp với cấu trúc cụm cho khe thời gian 13 Hình 1.5: Khuôn dạng burst GSM - Cụm giả (DB: Dummy Burst): Cụm giả phát từ BTS số trường hợp để lấp kín khe thời gian không hoạt động kênh BCCH Cụm không mang thơng tin có cấu trúc giống NB bít mật mã thay bit hỗn hợp Tổ chức khung đa khung siêu khung: Mổi khung TDMA cho sóng mang Một khung có khe thời gian đánh số từ đến Nguyên lý mật mã hoá hệ thống GSM dùng thơng số số khung TDMA Vì trạm thu phát gốc phải đánh số khung dạng chu trình (khơng thể đánh số khung đến vơ tận) Số cịn sử dụng thuật tốn nhảy tần Số chọn 2715648 tương ứng 28 phút 53 giây 760 ms Cấu trúc gọi siêu siêu khung Một siêu siêu khung chia thành 2048 siêu khung với khoảng thời gian phút 12 giây Siêu khung chia thành đa khung Có hai loại đa khung:  Đa khung 26 khung, đa khung sử dụng cho kênh TCH, SACCH, FACCH 51 đa khung hợp thành siêu khung  Ở đa khung điều khiển 51 khung để đảm bảo thuê bao GSM (ở tế bào phục vụ hay lân cận) nhận SCH FCCH từ BCH mà không phụ thuộc vào việc dùng khung khe thời gian Đa khung sử dụng cho kênh báo hiệu logic BCCH, CCCH, FCCH SACCH (26 đa khung thành siêu khung) Cấu trúc khung cho kênh lưu lượng toàn tốc (TCH/F) chiếm khe thời gian khung TDMA (hình 1.9a) 12 khe khung TDMA đa khung 26 sử dụng cho kênh TCH/F từ khung tới 11 khe thời gian tiếp (khe 12 đa khung 26) theo không sử dụng cho truyền dẫn, khoảng thời gian rổi khe “idle” 12 khe khung TDMA đa 14 khung sử dụng cho TCH/F Khe thời gian lại đa khung 26 sử dụng cho kênh SACCH Hình 1.6a ứng dụng cho đường lên đường xuống Chú ý cấu trúc đa khung thể hình 1.9a gắn cho kênh TCH/F chiếm giữ khe thời gian đánh số lẻ Trên khe thời gian đánh số chẵn khe thời gian vị trí khe thời gian rỗi khe dành cho kênh SACCH trao đổi Hình 1.7b thể ghép kênh lưu lượng bán tốc TCH1&TCH0 lên khung TDMA đa khung 26, khung thứ 13 16 dành cho kênh SACCH0 SACCH1 Hình 1.6a: Cấu trúc khung cho kênh lưu lượng toàn tốc TCH/F khe thời gian Cấu trúc khung cho kênh điều khiển đặt khe thời gian TS0 thể hình 1.6b Trong trường hợp đa khung 51 khung với thời gian 235ms Toàn kênh ngoại trừ kênh TCH sử dụng cấu trúc đa khung 51 khung Mỗi đa khung điều khiển BCCH/CCCH có độ dài 235.4 ms(gồm 51 khung TDMA) mapping TS0 sóng mang có chứa kênh BCCH/CCCH (khơng phải sóng mang có chứa tổ hợp kênh này), đa khung 51 có độ dài 235.4 ms có TS dùng để phát thơng tin kênh SCH, cụ thể TS0 khung thứ (bắt đầu tính từ khung thứ đến khung thứ 50), TS0 khung thứ 11, TS0 khung thứ 21, 31, 15 41 Tức sau 10 khung (10 x 4.615 ms) thơng tin SCH (có chứa số hiệu khung) lại phát 1lần Kênh logic FACCH dùng có yêu cầu chuyển giao hội thoại, chiếm 20 m kênh TCH cấp cho MS gọi "stealing" Thời gian tối đa phải chờ MS để thu số khung TDMA khoảng thời gian từ sau TS0 cuối đa khung 51 kênh vật lý BCCH (TS0 sóng mang BCCH trạm BS) dành cho kênh logic SCH, hết TS0 dành cho SCH đa khung 51 kênh vật lý BCCH Do yêu cầu điều khiển chuyển giao diễn đàm thoại cần phải nhanh mà kênh SACCH lại có tốc độ chậm (chỉ có lần đa khung 26 kênh TCH, đủ để: • Đường xuống, BS gửi yêu cầu điều khiển công suất time alignment cho MS; • Đường lên, MS gửi náo cáo đo lường công suất cho BS phục vụ điều khiển HO tính tốn điều khiển cơng suất/time alignment) Do người ta "lấy cắp" kênh TCH chiều đàm thoại để truyền tin tức điều khiển HO (vì lúc chất lượng thoại lúc q rồi, có để kênh TCH không truyền thoại tiếp nữa) Việc lấy cắp diễn sau: • Ngắt khơng truyền tin tức gọi kênh logic TCH; • Truyền tín hiệu điều khiển chuyển giao kênh Việc phân biệt kênh TCH TCH, FACCH thực nhờ cờ lấy cắp bít nằm sau đoạn 56 bít mã thơng tin thứ burst TCH (nằm trước 26 bít training) bít nằm đầu trước đoạn 56 bít mã thơng tin thứ hai burst TCH (ngay sau 26 bit training) Bít cờ ăn cắp kênh TCH lúc dùng cho FACCH cịn TCH (đang truyền liệu thoại đàm thoại) 16 Hình 1.6 b: Cấu trúc khung cho nhóm kênh điều khiển TS0 3.2.2 Các kênh logic Trong GSM có hai loại kênh logic kênh lưu lượng TCH kênh điều khiển CCH Hình 1.7a: Sơ đồ hệ thồng kênh logic mạng GSM Kênh lưu lượng (TCH): Các kênh lưu lượng phân thành loại: toàn tốc (13kbps) hay 17 bán tốc (6,5kbps) Ở chế độ toàn tốc người dùng chiếm hoàn toàn khe thời gian khung liên tiếp, bán tốc khe phân cách khung TCH không dùng TS0 (khe dành cho điều khiển) 26 khung liên tiếp tạo nên đa khung (trong khung thứ 13 ln chứa liệu điều khiển liên kết chậm, khung thứ 26 khung rỗi chế độ toàn tốc chứa điều khiển liên tiếp chậm chế độ bán tốc) Hình 1.7b: Tổ chức hai kênh lưu lượng bán tốc TCH0/H TCH1/H lên đa khung 26 • Tiếng nói: tiếng nói số hố tốc độ 13kbps, thêm mã kênh sẻ có tốc độ 22,8kbps Với bán tốc tốc độ số hoá 6,5kbps bổ sung thêm mã kênh cho tốc độ 11,4kbps • Dữ liệu tồn tốc: 12kbps (cho tốc độ luồng sở 9,6kbps), 6kbps (cho tốc độ luồng sở 4,8kbps), 3,6kbps (cho tốc độ luồng sở bé 2,4kbps) Các kênh điều khiển: Có loại kênh điều khiển chính: Kênh quảng bá BCH, kênh điều khiển chung CCCH, kênh điểu khiển riêng DCCH Kênh quảng bá BCH: có loại kênh tách biệt 18 • Các kênh hiệu chỉnh tần số FCCH: Các kênh mang thông tin hiệu chỉnh tần số cho trạm MS Chứa khung lặp lại sau 10 khung nhằm đồng tần số nội máy di động MS với tần số trạm gốc BTS • Kênh điểu khiển quảng bá BCCH: Chỉ sử dụng đường xuống Kênh hát quảng bá thông tin tế bào (Cell), mạng tình trạng tế bào (cấu trúc điều khiển, kênh lưu lượng rỗi, sử dụng nghẽn) Từ khung thứ đến khung thứ đa khung (4/51 khung) chứa liệu BCCH khe TS0 • Kênh đồng SCH: Kênh mang thông tin để đồng khung cho trạm di động MS nhận dạng BTS, sử dụng cho đường xuống Khung SCH chứa khung sau FCCH cho phép máy di động xác định trạm sở phục vụ đồng khung với trạm gốc Số khung FN từ 0->2715647 gửi mã xác định trạm gốc (BSIC) liệu SCH Vì máy di động xa BS đến 30Km nên thường phải hiệu chỉnh thời gian để đồng đồng hồ với trạm gốc (tính đến thời gian truyền sóng) BS phát lệnh bổ sung thời gian đến MS thông qua SCH Các kênh điều khiển dùng chung CCCH: Có loại • Kênh tìm gọi PCH: Cung cấp tin nhắn từ BTS đến MS để tìm gọi MS, PCH phát IMSI thuê bao yêu cầu đáp lại tuyến lên RACH Ngoài PCH dùng cung cấp tin quảng bá tế bào dạng ASCII • Kênh truy cập ngẫu nhiên RACH: Kênh tuyến lên để máy di động MS đáp lại lời tìm gọi để MS đề nghị khởi phát gọi (cung cấp kênh) RACH dùng sơ đồ truy cập ALOHA chiếm tất khung nằm TS0 Khi thiết lập dịch vụ BS phải trả lời RACH cách phân kênh dành kênh điều khiển dành riêng SDCCH để báo hiệu gọi Kết nối (số hiệu kênh phân) thơng báo qua AGCH • Kênh trợ giúp truy cập AGCH: Hoạt động tuyến xuống, liệu mang thị cho MS chuyển sang kênh vật lý xác định (một khe ARFCN) với kênh điều khiển riêng AGCH tin CCCH cuối gữi từ 19 trạm BS trước MS ngẳt khỏi kênh điều khiển (dùng để đáp lại RACH gữi ngược từ khung trước đó) Kênh điều khiển dành riêng DCCH: Dùng cho gọi cụ thể Cũng có loại giống kênh lưu lượng có chức năng, dạng thức giống chiều đồng thời khe ngồi TS0, ARFCN • Kênh điều khiển dành riêng đứng SDCCH: mang liệu báo hiệu hiệu chỉnh kết nối MS BS trước phân TCH SDCCH đảm bảo MS BS kết nối lúc BS MSC kiểm tra thuê bao phân TCH SDCCH dùng đê gửi tin nhận thực, báo hiệu đồng máy di động với cấu trúc khung để chờ TCH, chúng kênh vật lý khác hay chiếm TS0 BCH lúc có u cầu chậm lưu lượng BCH CCCH • Kênh điều khiển liên kết chậm SACCH: kênh liên kết với TCH hay SDCCH, tuyến xuống chúng mang thông tin điều khiển đến MS (mức công suất, đặt lại timing) Ở tuyến lên chúng mang thông tin độ mạnh tín hiệu nhận được, chất lượng kênh TCH kết đo mức BCH từ tế bào lân cận Dữ liệu mang khe (khi có người dùng) khung thứ 13 26 • Kênh liên kết nhanh FACCH: mang thông tin khẩn cấp (giống loại tin SDCCH) xen vào TCH lúc (ví dụ yêu cầu chuyển giao) cách thay vào khe TCH đặt lại bit cờ hiệu - cờ lấy lén) Kênh quảng bá ô CBCH: Kênh sử dụng đường xuống để phát quảng bá ô cho tin ngắn SMSCB CBCH sử dụng kênh vật lý SDCCH 20 Cấu hình kênh logic đặt vào kênh vật lý: Hình 1.8: Tổ hợp kênh logic lên kênh vật lý 3.3 Kĩ thuật ghép kênh GSM Có hai kỹ thuật ghép kênh sử dụng thuật ngữ tế bào vô tuyến : 3.3.1 Frequency Division Duplexing (FDD) FDD với nghĩa thiết bị truyền vật mang tổ chức tần số mang khác nhau, công nghệ vô tuyến sử dụng trải phổ theo cặp Trạm phải có khả gửi nhận tín hiệu truyền thời gian Phương thức tổ chức kiểu gọi duplex mode offset mode Các băng truyền tín hiệu nhận tín hiệu tách biệt tần số offset FDD hiệu trường hợp giao thông mạng đối xứng Trong trường hợp FDD có khuynh hướng bị lãng phí băng thơng trình chuyển giao từ bên phát sang bên nhận Vì địi hỏi phải có hệ thống mạch điện phức tạp Một ưu điểm khác FDD khiến việc bố trí sóng vô tuyến dễ dàng hiệu Khi mà trạm sở không lắng nghe trạm khác (như 21 trường hợp tín hiệu truyền nhận dải băng thơng khác nhau), khơng thể tương tác với trạm khác Trong thoại, hệ thống FDD phải đảm bảo thời gian an toàn trạm cở sở kế cận (tăng hiệu trải phổ) dồng hóa trạm sở, chúng truyền nhận thời điểm (tăng độ phức tạp mạng lưới giảm độ phức tạp phân phối băng thông khiến cho tất thiết bị nhận khu vực sử dụng tỉ số uplink/downlink nhau) Trong FDD có hai dải tần số đối xứng sử dụng, chứa kênh truyền tín hiệu, chứa kênh nhận tín hiệu 3.3.2 Time Division Duplexing (TDD) Time Division Duplexing (TDD) ứng dụng đa truy cập kênh theo thời gian để tách tín hiệu phát đí tín hiệu phản hồi TDD có nghĩa thiết bị truyền tín hiệu gọi thoại ghép kênh theo thời gian dải tần số tương tự thiết bị nhận gọi thoại TDD có ưu điểm lớn trường hợp có tính bất đối xứng tỉ số nhận truyền liệu Một kich thước liệu truyền tăng lên dung lượng truyền thơng tự động xác định khả mang thêm liệu đường truyền bị giảm xuống Tương tự với bên tải (nhận) liệu Với hệ thống vô tuyến khơng chuyển dịch nhanh, lợi ích khác đường truyền vô tuyến truyền nhận giống nhau, đồng nghĩa với công nghệ beamforming làm việc tốt với hệ thống TDD Trong hệ thống GSM, hai công nghệ TDMA FDMA sử dụng Ca sử dụng kênh vô tuyến chia thành khe thời gian, với người sử dụng gán cho tổ hợp tần số /khe thời gian cụ thể Vì thế, thuê bao sử dụng tổ hợp tần số/khe thời gian cho trước thời gian cụ thể IV PHÂN TÍCH ƯU NHƯỢC ĐIỂM 22 GSM (Global Hệ thống thông tin liên lạc di động) công nghệ di động sử dụng để truyền thoại di động dịch vụ liệu Trong số tất công nghệ di động sử dụng ngày nay, GSM phổ biến Tuy nhiên có thuận lợi bất lợi : 4.1 Ưu điểm Trong mạng GSM, Tín hiệu kĩ thuật số sử dụng để trao đổi điện thoại tháp phát sóng, làm tăng hiệu phương diện :Dữ liệu số giọng nói nén ghép kênh hiệu so với mã hóa Analog nhờ sử dụng nhiều hình thức mã hóa, cho phép nhiều gọi mã hóa dải băng tần.Và Nhờ tính bảo mật cao Hệ thống kĩ thuật số thiết kế giảm bớt lượng sóng radio phát từ điện thoại Nhờ vậy, thiết kế điện thoại GSM nhỏ gọn hơn, đồng thời giảm chi phí đầu tư tháp phát sóng Nhiều dịch vụ kèm theo truyền liệu, fax, SMS (tin nhắn), Mạng GSM trở nên phổ biến công nghệ triển khai số dịch vụ liệu Email,SMS, fax… 4.2 Nhược điểm Vấn đề lớn đặt cho nhà khai thác dịch vụ thông tin di động GSM tốc độ dung lượng Hệ thống GSM khơng cịn trì sức mạnh thành cơng nhà khai thác sử dụng nhiều hệ công nghệ GSM kể để khai thác tảng mạng Khi số lượng thuê bao tăng lên nhanh đỏi hỏi tốc độ bắt đầu bộc lộ hạn chế hệ thống GSM: - Chuyển mạch kênh khơng thích hợp với tốc độ số liệu cao - Sự lãng phí tài nguyên kênh trạng thái mở lưu lượng qua Do hạn chế dung lượng tần số sóng mang (mỗi tần số cho phép tối đa kênh thoại lúc) việc sử dụng lại tần số gây nhiễu trùng tần số (C/I) nên vấn đề khó khăn đặt cho nhà khai thác dịch vụ thành phố lớn tập trung thuê bao với mật độ lớn làm để đáp ứng dung lượng khách hàng mà không làm suy giảm chất lượng dịch vụ 23 V KẾT LUẬN VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận Sự đời GSM đặt móng phát triển cơng nghệ tiên tiến mở hội phát triển cho dịch vụ gia tăng Các kho ứng dụng trực tuyến, ứng dụng qua qua di động như: toán qua di động, Mobile TV, dịch vụ mạng xã hội di động… phát triển mạnh Và doanh thu từ ứng dụng quảng cáo qua di động theo dự báo hãng nghiên cứu thị trường Juniper Research tăng từ mức triệu USD vào năm 2010 lên 732 triệu USD vào năm 2014 5.2 Khuynh hướng phát triển Viễn thơng số ngành giữ đà tăng trưởng kinh tế suy thoái Trong điện thoại cố định phát triển cầm chừng, chí phát triển âm số khu vực dịch vụ di động liệu ngày phát triển mạnh mẽ Trong bối cảnh vậy, việc có đầu tư phát triển 3G với vốn đầu tư lớn hay không trở thành vấn đề cho nhiều nhà mạng giới + HSPA tiếp tục công nghệ băng rộng di động chủ đạo HSPA (cơng nghệ truy nhập gói tốc độ cao) gồm có hai giao thức băng rộng di động, gọi HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access: Truy cập gói Đường xuống tốc độ cao) HSUPA (High-Speed Uplink Packet Access: Truy cập Gói Đường lên tốc độ cao), vận hành thiết bị 3G HSDPA dùng thiết bị cầm tay 3G tải (download) liệu với tốc độ 7Mbps, hãng AT&T, Samsung Vodafone phát triển Tính đến thời điểm mạng HSPA đạt 125 triệu thuê bao 107 quốc gia, đối thủ HSPA WiMAX theo dự báo đến năm 2014 24 đạt 75 triệu thuê bao Điều khẳng định HSPA tiếp tục công nghệ băng rộng di động chủ đạo năm tới Theo công bố Hiệp hội GSM, có 245 nhà cung cấp sử dụng công nghệ HSPA, 65 nhà mạng khác giai đoạn thử nghiệm, triển khai Trung bình tháng có thêm khoảng bốn triệu kết nối dịch vụ 1.380 thiết bị đầu cuối lựa chọn công nghệ từ 134 nhà cung cấp khác toàn giới Một nghiên cứu Juniper Research khẳng định HSPA công nghệ băng rộng di động "chiếm lĩnh" thị trường năm tới chiếm gần 70% tổng số thuê bao băng rộng di động Trong đó, nghiên cứu khác Informa Telecoms & Media dự đoán HSDPA chiếm 65% thuê bao băng rộng di động 3,5G khắp giới với 2,8 tỉ thuê bao vào năm 2014 Pringle đưa nhận định HSPA công nghệ băng rộng di động chiếm lĩnh năm tới, sau bị bắt kịp công nghệ 4G LTE + Bùng nổ lưu lượng liệu Theo dự báo Telecom Informa, liệu thoại tăng chậm, thuê bao cố định phát triển chững lại thuê bao di động tiếp tục bùng nổ, kéo theo lưu lượng liệu tăng với tốc độ chóng mặt Lưu lượng liệu qua mạng đến năm 2012 dự báo tăng gấp 25 lần so với cuối năm 2008 kéo theo doanh thu từ liệu tăng gấp lần Đồng thời tham gia thị trường công nghệ LTE tạo động lực cạnh tranh làm cho giá cước Mb liệu giảm từ 0,6 Euro xuống 0,1 Euro vào năm 2012 Sự phát triển bùng nổ liệu kéo theo tăng trưởng ấn tượng doanh thu nhà mạng trở thành động lực thúc đẩy nhà mạng triển khai cơng nghệ mà điển hình Femtocell Femtocell giúp nhà khai thác di động giảm chi phí khai thác (OPEX) tăng hiệu cho chi phí đầu tư ban đầu giải pháp phân phối tài nguyên vô tuyến nơi hộ gia đình, văn phịng 25 + Th bao 3G chiếm gần 50% thị phần Tính tới tháng 9/2009 theo số liệu thống kê hiệp hội GSM có khoảng 571 triệu thuê bao 3G (cả CDMA/EV-DO UMTS/HSPA) tổng số 4,6 tỉ thuê bao di động toàn cầu, chiếm khoảng 12% Tuy nhiên theo dự báo Informa giai đoạn từ 2009-2014, tốc độ phát triển thuê bao 3G đạt trung bình 50% năm đến cuối năm 2014 đạt mốc 3,2 tỉ thuê bao, chiếm khoảng 46% thị phần thuê bao di động toàn cầu Đây cho giai đoạn phát triển ấn tượng thuê bao 3G giai đoạn tiền đề để 3G thức chiếm lĩnh thị trường di động từ năm 2015 Hình 1.9 : Cơng nghệ GSM chiếm 88.11% thị phần tiền đề cho chiếm lĩnh thị trường 3G công nghệ UMTS/HSPA (Nguồn: Informa & Media) Tuy nhiên phát triển thuê bao 3G chủ yếu tập trung công nghệ UMTS/HSPA với khoảng 2,8 tỉ thuê bao, chiếm 84% số thuê bao 3G Điều cho dễ hiểu số lượng th bao 3G khơng nhiều mà chủ yếu chuyển từ thuê bao 2G lên 3G, cơng nghệ GSM – cơng nghệ để phát triển lên 3G UMTS/HSPA chiếm tới 80,11% thị phần  ... Việt Nam Trong tìm hiểu nhóm em tìm hiểu kiến trúc kĩ thuật ghép kênh mạng GSM 4 I LỊCH SỬ PHT TRIN Hệ thống thông tin di động từ lâu đà ớc mơ lớn ng ời, ớc mơ đà trở thành thực kỹ thuật cho... Kênh sử dụng đường xuống để phát quảng bá ô cho tin ngắn SMSCB CBCH sử dụng kênh vật lý SDCCH 20 Cấu hình kênh logic đặt vào kênh vật lý: Hình 1.8: Tổ hợp kênh logic lên kênh vật lý 3.3 Kĩ thuật. .. 2,4kbps) Các kênh điều khiển: Có loại kênh điều khiển chính: Kênh quảng bá BCH, kênh điều khiển chung CCCH, kênh điểu khiển riêng DCCH Kênh quảng bá BCH: có loại kênh tách biệt 18 • Các kênh hiệu