Bài Giảng Các Hệ Thống Điện Thoại Di Động

Chương 3:Các hệ thống điện thoại di động  3.1Các hệ thống điện thoại di động hệ thứ    3.1.1Hệ thống điện thoại di động kỹ thuật tương tự 3.1.2 Advanced Mobile Phone System (AMPS) 3.2 Các hệ thống điện thoại di động hệ thứ hai   3.2.1 Giới thiệu 3.2.2 Global System for Mobile Communication (GSM) Các hệ thống điện thoại di động hệ thứ  Hệ thống điện thoại di động kỹ thuật tương tự  Hệ thống điện thoại di động Mobile Telephone System (MTS)    Sự đột phát công nghệ thời Có nhiều giới hạn: máy thu phát lớn, sử dụng phổ không hiệu quả, chuyển mạch gọi thủ công Thời kỳ điện thoại di động điện thoại di động hệ thứ (1G)   Áp dụng khái niệm tế bào Phát triển tưởng tượng người tìm hệ thống Hệ thống điện thoại di động kỹ thuật tương tự   Vẫn sử dụng số nơi Bắc Mỹ Các hệ thống hệ thô sơ sử dụng tín hiệu tương tự    Không có mật mã hoá Chất lượng gọi Sử dụng phổ không hiệu quả: sóng mang RF tận hiến cho người sử dụng Hệ thống điện thoại kỹ thuật tương tự  US  Advanced Mobile Phone System (AMPS)       Không có truyền liệu Các kênh cách 30KHz Kênh tiếng nói dùng Frequency Modulation (FM) Kênh điều khiển dùng Binary Frequency Shift Keying (BFSK), 10 kbps Lược đồ sử dụng tần số: cụm 12 nhóm cụm nhóm Hai nhà cung cấp dịch vụ hoạt động: bên dùng 25 MHz phổ Hệ thống điện thoại di động kỹ thuật tương tự  Châu Âu  Rất nhiều hệ thống triển khai        Total Access Communication System (TACS): Anh, Ý, Tây ban nha, Áo Nordic Mobile Telephone (NMT) C-450: Đức, Bồ đào nha Radiocom 2000: Pháp Radio Telephone Mobile System (RTMS): Ý Tất sử dụng FM kênh thoại Frequency Shift Keying (FSK) cho kênh điều khiển Quyết định chuyển giao dựa mức độ điện thiết bị di động nhận BS, trừ C-450 dựa thời gian trễ RTT Hệ thống điện thoại kỹ thuật tương tự  Nhật    Nippon Telephone and Telegraph (NTT) IDO: sử dụng biến thể TACS châu Âu, NTACS DDI Cellular Group: biến thể TACS, JTACS/NTACS Advanced Mobile Phone System (AMPS)      Các kênh AMPS AMPS đại diện tiêu biểu cho hệ thống hệ thứ Phát triển Bell Labs Cấp phát tần số AMPS: băng thông cấp phát nằm phần 800 MHz phổ Các kênh AMPS      Băng tần hoạt động AMPS × 25 = 50 MHz, 824-849 MHz 869894 MHz Hai nhà cung cấp dịch vụ hoạt động, sở hữu 25 MHz, gọi băng tần A B Hai tập kênh A, B, gồm kênh đánh số từ 1-333 334-666 Các kênh điều khiển: 313-333 334-354, 312 kênh thoại 21 kênh điều khiển cho nhà cung cấp dịch vụ 16 kênh thoại điều khiển kênh điều khiển Advanced Mobile Phone System (AMPS)  Các kênh AMPS   Các kênh thoại Forward Voice Channel (FVC) (từ BS đến MS) Reverse Voice Channel (RVC) (từ MS đến BS) cấp cho MS thiết lập gọi Mỗi MS trạng thái nhàn rỗi chốt vào kênh điều khiển mạnh để nhận thông tin trạng thái     Forward Control Channel (FOCC): luồng liệu truyền liên tục từ BS đến MS, 10 kbps Reverse Control Channel (RECC) Supervisory Audio Tone (SAT) gửi kênh thoại Signaling Tone (ST) dùng cho tín hiệu điều khiển Advanced Mobile Phone System (AMPS)  Các hoạt động mạng  Có định danh sử dụng AMPS  Electronic Serial Number (ESN): 32 bit, xác định AMPS MS    Gồm trường: bit manufacturers code (MFR), bit không sử dụng, 18 bit serial number MS System Identification Numbers (SIDs): 15 bit xác định nhà khai thác dịch vụ Mobile Identification Number (MIN): 34 bit, số điện thoại di động AMPS  Khởi hoạt      Sự kiện MS nhận tham số hệ thống, cấu hình sử dụng hai mạng AMPS Sự kiện MS quét 21 kênh điều khiển mạng AMPS để nhận thông điệp điều khiển từ mạng Kênh điều khiển với chất lượng tín hiệu đáp ứng chọn Sự kiện MS nhận thông điệp từ kênh điều khiển tham số hệ thống mạng Sự kiện Các thông tin nhận đuợc buớc dùng cập nhật Nếu SID mạng không trùng với SID cấu hình, MS chuẩn bị thực chuyển mạng (roaming) Sự kiện MS thông báo định danh cho mạng: gửi MIN, ESN, SIDS qua RECC TCH Kênh chung (Common channels) hay kênh điều khiển (Control channels)  MS truy nhập kênh chung chế độ nhàn rỗi tận hưởng    Trong chế độ nhàn rỗi: trao đổi thông tin tín hiệu để chuyển sang chế độ tận hưởng Trong chế độ tận hưởng: kiểm tra BS xung quanh thông tin chuyển giao thông tin khác Sử dụng cấu trúc đa khuông 51 khuông Kênh chung (Common Channels) Kênh chung (Common Channels)  Gồm loại kênh        Broadcast Control Channel (BCCH): truyền quảng bá liên tục chiều xuống thông tin định danh BS, tần số … Frequency Correction Channel (FCCH) Synchronization Channel (SCH): truyền quảng bá chiều xuống, đồng MS với cấu trúc khe cell qua xác định kỳ bùng nổ đánh số khe Random Access Channel (RACH): chiều lên, kênh Aloha phân khe dùng để yêu cầu kênh truy nhập Paging Channel (PCH): quảng bá chiều xuống, thông báo cho MS gọi đến Access Grant Channel (AGCH): dùng để cấp cho MS SDCCH sau nhận yêu cầu qua RACH Slow Associated Control Channel (SACCH): chiều xuống lên, kênh lưu lượng, dành cho báo tín hiệu tốc độ thấp, không khẩn cấp Fast Associated Control Channel (FACCH): chiều xuống lên, kênh báo tín hiệu tốc độ cao, sử dụng cho thiết lập goi, xác thực người dùng, lệnh chuyển giao Kiến trúc kỳ bùng phát    Có kiểu bùng phát GSM Bùng phát thường có chiều dài 156.25 bit, truyền 0.577 ms, cho tốc độ gộp 270.833 kbps, tốc độ cho người dùng 33.9 kbps, tốc độ thực tế 9.6 kbps FEC mật mã hoá Các kiểu bùng phát      Bùng phát thường F, Frequency control burst, dùng kênh FCCH S, Synchronous control burst, dùng kênh SCH Access control burst, dùng kênh RACH Dummy burst Bùng phát thường   Truyền liệu tiếng nói Gồm phần:      Phần lưu lượng: mang theo lưu lượng tiếng nói liệu, thông tin báo tín hiệu cho xử lý gọi (thiết lập, trì, kết thúc gọi) Phần học: dành cho MS BS “học” kênh Phần bit bị lấy mất: dùng để thông tin mang theo liệu hay thông tin điều khiển, dùng chuyển giao, sử dụng FACCH, làm giảm chất lượng thoại để truyền tải thông tin điều khiển Phần đầu đuôi: tăng giảm dần mức điện Phần gác: tránh lỡ khe thời gian thời gian trễ lan truyền, hay khoảng cách xa MS BS Các bùng phát khác  F hay Frequency control burst   S hay Synchronous control burst     Đồng hoá thời gian MS BS Chứa thông tin vị trí định danh khe khuông TDMA Chứa thông tin khác định danh BS, mã số quốc gia … Access control burst   Đồng hoá MS với tần số hệ thống Thông tin liên quan đến khả thành công yêu cầu truy nhập kênh ngẫu nhiên Dummy burst  Lấp khe trống Mã hoá kênh    GSM sử dụng mã hoá cuộn (convolutional encoding) ken khối (block interleaving) để tránh cho tiếng nói bị lỗi bit truyền 260 bit sau 20 ms Các bit chia làm lớp      Lớp Ia: 50 bit, nhậy cảm với lỗi bit Lớp Ib: 132 bit, nhậy cảm vừa với lỗi bit Lớp II: 78 bit, nhậy cảm với lỗi bit Sau mã hoá: 456 bit sau 20 ms, tốc độ 22.8 kbps khối 57 bit truyền khe, bùng phát mang mẫu khác (ken khối) Các hoạt động mạng    Khả chuyển mạng yêu cầu hoạt động đăng ký, xác thực, định tuyến, cập nhật vị trí Việc chia không gian thành cell đòi hỏi chế chuyển giao Các chức Network Subsystem, chủ yếu sử dụng Mobile Application Part (MAP) dựa Signaling System No (SS7) Quản lý di động     Nhóm cell vào vùng vị trí (location area) Khi MS vào vùng vị trí khác, Location Update Identifier (LAI) gửi đi, cập nhật lại HLR HLR gửi thông tin MS cho MSC/VLR thông báo cho MSC/VLR cũ để kết thúc việc đăng ký MS Thực thủ tục cập nhật theo chu kỳ Thủ tục detach/attach (tháo gỡ/sát nhập) Chuyển giao      Chuyển giao gọi cell thuộc hai MSC khác Có thể khởi đầu MS MSC Do MSC: cân tải lưu lượng Do MS: quét BCCH 16 cell, chọn cell tốt chuyển thông tin cho BSC MSC Thuật toán chuyển giao   Minimum acceptable performance: tăng điện để cải thiện tín hiệu, chuyển giao chất lượng tín hiệu không tăng Power budget: trì chất lượng tín hiệu mức xác định không thay đổi mức độ điện năng, giảm vấn đề giao thoa, ranh giới, tiêu thụ lượng, phức tạp Quản lý điện    mức điện năng: 20, 8, 5, 2, 0.8 W BS MS trì mức điện thấp mà bảo đảm chất lượng tín hiệu (BER) chấp nhận MS đo BER chuyển cho BS để định thay đổi mức điện Khởi hoạt        MS chốt vào tần số mạnh tìm FCCH MS tìm SCH đồng thời gian với BS MS xác định BCCH đọc tham số hệ thống LAC MS sử dụng RACH để yêu cầu SDCCH BS trao quyền truy nhập qua AGCH MS tiến hành thủ tục cập nhật vị trí để thông báo cho mạng vị trí LAC cũ lưu nhớ Thủ tục xác thực MS thực HLR VLR cập nhật MS nhận gọi Thiết lập gọi đến MS       BS báo cho MS gọi đến qua PCH MS sử dụng RACH để yêu cầu SDCCH BS chấp nhận yêu cầu qua AGCH MS trả lời qua SDCCH Thủ tục xác thực MS tiến hành Thiết lập Temporary Mobile Station Identifier (TMSI) mà có tác dụng thời gian gọi MS cấp phát TCH cho gọi Xác thực bảo mật  Xác thực      Khoá bí mật lưu SIM AuC AuC sinh số ngẫu nhiên gửi cho MS MS dùng khoá để sinh signed response (SRES) Nếu giá trị tính MS AuC giống MS xác thực Bảo mật, mật mã hoá lưu lượng  Số ngẫu nhiên khoá bí mật dùng để mật mã hoá lưu lượng