VÔ TUYẾN SỐ VÀ CÁC GIAO DIỆN SỬ DỤNG TRONG HỆ GSM

VÔ TUYẾN SỐ VÀ CÁC GIAO DIỆN SỬ DỤNG TRONG HỆ GSM I-VÔ TUYẾN SỐ TỔNG QUÁT Thông tin di động số Cellular đời mới hiện nay sử dụng tần số vô tuyến từ 800 MHz trở lên. Với tần số nói trên và giả thiết nguồn phát đặt trong một không gian tự do và truyền sống lí tưởng. Suy hao đường truyền sẽ tỷ lệ thuận với bình phương cự li. Trong môi trường di động thì chất lượng của tín hiệu luôn thay đổi theo thời gian chẳng hạn khi đi xuyên qua một đường hầm giữa hai quả đồi. Hiệu ứng đặc biệt này gọi là che tối hay fadinh chậm. Ở đây ta sẽ xét đến các tình huống phát sinh khi thu tín hiệu. 1- Suy hao đường truyền và fadinh - Suy hao đường truyền là quá trình mà ở đó tín hiệu thu yếu dần do khoảng cách giữa trạm di động và gốc ngày càng tăng.Không có vật cản ở giữa ta thu được kết quả: Ls = d 2 + f 2 Hay theo [db] Ls[db]=33,4[db]+20log(f MHz)+20log(d Km) 33,4 là hằng số tỉ lệ . Vấn đề này không là trở ngại ở hệ thống vô tuyến Cellular. Vì trước khi mất liên lạc ta phải thực hiện một đường truyền mới qua một trạm gốc khác. Tuy nhiên ít khi sử dụng trạm di động của mình ở một môi trường không có chướng ngại. Các chướng ngại như toà nhà, đồi núi làm dẫn đến hiệu ứng che tối vì vậy làm giảm cường độ tín hiệu thu. Khi di động cùng đài di động cường độ tín hiệu giảm và tăng cho dù giữa anten thu và phát có hay không có chướng ngại. Đây là một loại fadinh làm cho cường độ tín hiện tăng giảm. Chỗ giảm gọi là chỗ trũng của fadinh. loại fadinh này gọi là fadinh chuẩn logarit. Loại này có dạng phân bố xung quanh một giá trị trung bình,nếu ta lấy log cường độ tín hiệu. Thời gian giữa hai chỗ trũng fadinh thường là vài giây khi di động lắp trên xe và chuyển động. Một hiện tượng khác khi mật độ thuê bao máy di động cao hơn ở các thành phố. Thì việc sử dụng trạm di động ở thành phố dẫn đến một hiệu ứng nhiễu được gọi là fadinh nhiều tia hay Raile. Hiệu ứng này xảy ra khi tín hiệu truyền nhiều đường từ anten phát đến anten thu. Tín hiệu thu không được thu trực tiếp từ anten phát Tx mà từ nhiều phương khác nhau từ các điểm phản xạ , chẳng hạn các toà nhà giữa các anten không có khoảng nhìn. Các tín hiệu này đạt đến trạm di động do nhiều lần phản xạ từ các toà nhà lớn. Do vậy tín hiệu thu là tổng của nhiều tín hiệu giống nhau như khác pha (và khác biên độ ở mức nhất định). Khi ta cộng các tín hiệu này thì có thể vectơ tổng gần bằng không nghĩa là cường độ tín hiệu rất gần không dẫn đến chỗ trũng fadinh rất nghiêm trọng . Khoảng thời gian giữa hai chỗ trũng fadinh phụ thuộc cả vào tốc độ chuyển động cũng như vào tần số phát. Một cách gần đúng có thể nói khoảng cách giữa hai chỗ trũng gần bằng một nửa bước sóng.Ở dải 900 MHz khoảng 17 cm. Vậy nếu xe chạy với vận tốc 50Km/h thì thời gian gữa hai chỗ trũng sẽ như sau: V=14m/s λ =1/3 m ⇒ T=λ /2V=12 ms Mẫu fadinh phụ thuộc tần số Ở một khoảng cách nhất định X mét so vớ Tx. Tín hiệu thu có thể như sau: Cưòng độ tín hiệu Rx phụ thuộc khoảng cách . Vậy độ nhạy của máy thu là tín hiệu vào yếu nhất cần thiết cho mọi tín hiệu ra qui định. Giả sử cần thu X w để có thể phát hiện được thông tin gửi đế từ anten Tx. Vậy tín hiệu này phải nhỏ hơn X w thì mất dẫn đến không thể qui hoạch hệ thống của mình theo giá trị trung bình chung của cường độ tín hiệu. Vậy phải có một lượng dự trữ fadinh từ giá trị trung bình chung đến độ nhạy của máy thu bằng chỗ tăng của fadinh sâu nhất như hình trên. Do vậy cần phải có các biện pháp chống lại fadinh 2- Phân tán thời gian Việc sử dụng truyền dẫn số nảy sinh một vấn đề khác: phân tán thời gian . Vấn đề này bắt nguồn từ phản xạ nhưng khác với fadinh nhiều tia tín hiệu phản xạ đến từ một vật ở xa anten Rx vào khoảng vài Km. Sự phân tán thời gian dẫn đến giao thoa giữa các kí hiệu (ISI). ISI thể hiện ở chỗ các kí hiệu lân cận giao thoa với nhau và ở phía thu khó quyết định được kí hiệu nào (hay thực sự kí hiệu nào được phát). Chuỗi 0,1 được phát từ trạm di động nếu tín hiệu phản xạ đến chậm hơn tín hiệu đi thẳng một bit thì máy thu phát hiện 1 từ sóng phản xạ đồng thời phát hiện 0 từ sóng đi thẳng. Do đó kí hiệu 1 giao thoa với kí hiệu 0.Ở GSM tốc độ bit là 270 Kbit/s dẫn đến một bit có độ lâu 3,7 Ms. Vì thế một bit tương ứng với 1,1 Km , nếu có phản xạ từ một Km phiá sau trạm di động thì tín hiệu phản xạ phải đi một quãng đường dài hơn tín hiệu đi thẳng 2Km. Suy ra phản xạ trộn một tín hiệu trễ 2 bit so với tín hiệu mong muốn với tín hiệu mong muốn này. 3- Các phương pháp phòng ngừa suy hao truyền dẫn do fadinh Ta đã trình bày về các vấn đề này. Bây giờ ta xét các phương pháp giải quyết chúng. - Phân tập anten Là sử dụng hai kênh thu chịu ảnh hưởng fadinh độc lập. Thường ít có nguy cơ cả hai anten bị chỗ trũng fadinh sâu cùng một lúc do vậy hai anten thu độc lập thu cùng một tín hiệu sẽ chịu tác động của các đường bao fadinh khác nhau. Khi kết hợp các tín hiệu từ hai anten có thể giảm mức độ fadinh. khoảng cách giữa hai anten đủ lớn để tương quan giữa các tín hiệu ở hai anten nhỏ. Thực tế thường là vài mét. Cần tăng khoảng cách đối với các tần số thấp hơn. ở 900MHz có thể tăng 6 dB với cự li giữa hai anten là 5-6 m. - Nhảy tần Như đã đề cập ở trên khi nói đến fadinh Raile. Mẫu fadinh phụ thuộc vào tần số. Điều này có nghĩa là chỗ trũng của fadinh sẽ xảy ra ở các vị trí khác nhau. Đơn giản ta có thể nói rằng để lợi dụng hiện tượng này ta thay đổi tần số sóng mang trong một số các tần số. Khi cuộc gọi đang tiến hành và nếu gặp một chỗ trũng fadinh thì sẽ chỉ mất một phần thông tin. Bằng cách sử lí phức tạp ta có thể khôi phục lại toàn bộ thông tin. - Mã hoá kênh Ở truyền dẫn số người ta thường đo chất lượng của tín hiệu được truyền bằng số lượng các bit thu được chính xác. Điều này dẫn đến biểu diễn tỉ số bit lỗi(BER). BER nói lên bao nhiêu bít trong tổng số bít bị phát hiện là mắc lỗi. Tất nhiên ta muốn số này hay tỷ số này nhỏ nhất. Tuy nhiên do đường truyển dẫn luôn luôn thay đổi không thể giảm số này tới không. Nghĩa là ta phải cho phép một số lượng lỗi nhất định và ngoài ra có khả năng khôi phục thông tin này hay ít nhất có thể phát hiện các lỗi để không sử dụng thông tin này vì nhầm là đúng. Điều này đặc biệt quan trọng klhi phát đi số liệu đối với lỗi có thể chấp nhận lỗi ít hơn. Do vậy ta phải dùng mã hoá kênh, có thể phát hiện hoặc sửa lỗi ở luồng bít thu nghĩa là sẽ có một loại bít dư thừa giữa các bít. Ta mở rộng thông tin một bít thành thông tin có lượng bít lớn hơn do vậy phải gửi đi nhiều bít hơn cân thiết nhưng được độ an toàn cao. Ví dụ : Muốn gửi bít 0 hay 1 ta bổ xung theo cách sau: 0  0000 1  1111 Xét khối mã sau được gửi và thu được Thu được 0000 0010 0110 0111 1101 Quyết định 0 0 x 1 1 Ở ví dụ này ta phát hiện hai lỗi và sửa một lỗi . Có thể chia các mã kiểm tra lỗi thành hai loại: Các mã khối và các mã xoắn. Ở mã khối ta thêm một số bít thông tin nhất định. Khối thông tin Khối mã. Bộ mã hóa khối. Thông tin Kiểm tra Thông tin Do các mã khối từ các bít kiểm tra trong khối mã chỉ phụ thuộc vào các bít thông tin ở khối bản tin. Còn ở mã hoá xoắn bộ mã hoá được tạo ra các bít mà không chỉ phụ thuộc vào các bít của khối bản tin hiện thời được dịch vào bộ mã hoá, nó còn phụ thuộc vào các bít của các khối trước Sơ đồ minh hoạ: Khối bản tin Khối thông tin được mã hoá Thông tin Thông tin Bộ mã hoá xoắn Thông tin được mã hoá Do vậy mã khối thường được sử dụng khi có báo hiệu định hướng theo khối chẳng hạn ở vô tuyến di động mặt đất tương tự khi có số liệu được phát đi theo khối nó thường được sử dụng để phát hiện lỗi khi thực hiện ( ARQ) yêu cầu lặp lại tự động. Khi phát hiện lỗi ta yêu cầu phát lại còn mã hoá xoắn liên quan đến sửa lỗi. Khi không có phương tiện ARQ. Khi số hoá tiến và phát nó to không thể phát lại vì điều này dẫn đến chậm trễ quá lớn. Do vậy cả hai phương pháp đều được sử dụng ở GSM. Tiếng được cát thành các đoạn 20 ms và được số hoá sau đó mã hoá bộ mã hoá tiếng cung cấp 260 bít cho 20 ms. Các bít này chia thành : +50 bít rất quan trọng +1332 bít quan trọng +78 bít không quan trọng lắm Ba bít chẵn lẻ được bổ xung vào 50 bít rất quan trọng ( Mã hoá khối ). 53 bít này cùng với 132 bít quan trọng và 4 bít đuôi được mã hoá xoắn để tạo thành 378 bít (tỷ lệ 1:2 ) các bít còn lại không được bảo vệ được minh hoạ ở hình sau: 456 bít 50 132 78 50+3 132+4 78 Các bít được mã hoá 378 Các bít không 78 được mã hoá - Ghép xen Trong thực tế các lỗi bít thường được xảy ra thành cụm. Đó là vì các chỗ trũng fadinh lâu làm ảnh hưởng nhiều bít liên tiếp. Tiếc rằng mã hoá kênh hiệu suất nhất khi phát hiện và hiệu chỉnh các lỗi đơn cũng như các cụm lỗi không quá dài. Để giải quyết vấn đề này chúng ta cần phải tìm cách tách riêng các bít liên tiếp của một bảng tin sao cho các bít này được gửi đi theo cách không liên tiếp và được thực hiện bằng cách ghép xen . Các khối bản tin Ghép xen Các khối bản tin được ghép xen 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 1` 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 4 4 4 4 Ví dụ: Giả thiết mỗi khối bản tin gồm 4 bít . Ta lấy các bít đầu của bốn khối liên tiếp và đặt các bít số này vào cùng một khối , bốn bít mới ta gọi là một khung . Cũng làm như vậy với các bits thứ 2,3,4 củat bốn khối bản tin. Sau đó ta phát các khung này đi . Khi truyền dẫn có thể khối 2 bị mất. Khi không ghép xen thì toàn bộ khối bản tin này sẽ mất, như khi ghép xen thì chỉ có bít thứ hai của từng khối là bị mắc lỗi. Nhờ mã hoá kênh mà ta có thể khôi phục lại được thông tin của tất cả các khối. 1 x 3 4 1 x 3 4 1 x 3 4 1 x 3 4 1 x 3 4 Ở GSM bộ mã hoá kênh cung cấp 456 bít cho từng 20 ms tiếng. Các bít này được ghép xen để tạo ra các khối 57 bít. 57 bít 8 khung 1 9 17 25 . . . 449 2 10 . . . . . 450 3 11 . . . . . 451 4 12 . . . . . 452 5 13 . . . . . 453 6 14 . . . . . 454 7 15 . . . . . 455 8 16 . . . . . 456 [...]... nhập các chức năng khác nhau như TRX, BCF và các thủ tục quản lí lớp hai Sau đây là danh sách các giá trị của SAPI được sử dụng trong GSM: SAPI 0 62 63 Các chức năng Các thủ tục báo hiệu vô tuyến Các thủ tục khai báo và bảo dưỡng Các thủ tục quản lí lớp hai TEI là địa chỉ để thâm nhập các phần tử khác nhau như một TRX để báo hiệu vô tuyến SAP=0(báo hiệu vô tuyến) TEI-0 TEI-1 TEI-2 TEI-3 TEI-4 TEI-5... Bít của thông số DISCRIMINATION xác định xem thông báo qua BSC- BTS TRƯỜNG SỐ LIỆU có trong suốt không, đây là trường NGƯỜI SỬ DỤNG hợp của các thông báo DTAP, chẳng hạ : Bits b7 = 1 trong suốt 7 6 5 4 3 2 1 0 = 0 không trong suốt Bít 6 và 7 của thông số DLCI xác định kênh logíc nào trên đường vô tuyến sẽ được sử dụng chẳng hạn : b7 b6 0 0 sử dụng FACCH hay SDCCH 0 1 sử dụng SACCH Bít 0, 1và 2 ở DLCI... giảm được lượng tính toán không cần thiết II- CÁC GIAO DIỆN SỬ DỤNG TRONG GSM 1.MS BTS hay Um Interface (Air) Air Interface là giao diện vô tuyến tên gọi chung của đầu nối giữa trạm di động MS và BTS Giao tiếp sử dụng khái niệm TDMA với một khung TDMA cho một tần số mạng Mỗi khung gồm 8 khe thời gian TS ( Time slot), hướng từ BTS đến MS là đường xuống và ngược lại từ MS đến BTS là đường lên -Khái niệm... phần ứng dụng quản lí BSS (BSSMAP) Ngoài ra còn có chức năng phân phối để phân biệt giữa hai nhóm tín hiệu BSSAP Phân phối DTAP BSSMAP Các thông báo DTAP và BSSMAP được đặt vào một SCCP như một đường số liệu của người sử dụng Dưới đây là cấu trúc trường số liệu người sử dụng cho hai loại thông báo này Số liệu phân phối gồm hai thông số : phân biệt (Discrimination) và nhận dạng nối thông đường số liệu-... Điều này được thực hiện ở giao thức LAPD (Lớp hai) Phía phát tạo lập khung LAPD, cắt mảnh nó thành một số byte và truyền nó trên kênh báo hiệu ở đường PCM Các đường logíc giữa BSC và BTS có giao tiếp Abis Giao tiếp này gồm ba lớp OSI Lớp một là lớp vật lí ,chịu trách nhiệm truyền dẫn vật lí các số ‘0’ và ’1’ trong môi trường và chứa các qui định về kích thước, hình dạng các xung OSI3 OSI2 OSI1 BSC... hiệu: Các thông tin báo truyền trực tiếp giữa MSC và MS được nối thông suốt qua BSC Đây là các thông báo điều khiển cuộc gọi và quản lí di động Các thông báo quản lí BSS giữa MSC và BSC/BTS Đây là các thông báo để quản lí tiềm năng, điều khiển chuyển giao … DTAP BSSMAP BSS M S C BSC/BTS M S BSSAP có hai chức năng cho người sử dụng khác nhau cho các nhóm nói trên: Phần ứng dụng truyền trực tiếp (DTAP) và. .. BSC : Hay A Interface MSC và BSC được nối với nhau bằng một đường PCM Ngoài một số kênh tiếng /số liệu còn có một khe thời gian dành cho báo hiệu Số liệu báo hiệu liên quan đến việc thiết lập cuộc gọi, chuyển giao, giải phóng… sử dụng kênh này (kênh có thể phục vụ một hay nhiều trạm thu phát gốc BTS) Các giao thức để báo hiệu giữa MSC và BSC là phần ứng dụng BSS (BSSAP), SCCP và MTP 64 Kbít/s MSC BSSAP... người sử dụng để chống nghe trộm Điều này được thực hiện nhờ mật mã hoá thông tin trước khi nó phát hiện Thuật toán để tính khoá mật mã sử dụng số khung TDMA như một thông số vào, và vì thế mỗi khung phải có một số khung là một chu trình 3,5 giờ (2715 648 khung TDMA) Ngoài ra khi biết số TDMA, trạm di động sẽ biết loại kênh logíc nào đang được truyền ở kênh điều khiển,TS0 BSIC được trạm di động sử dụng. .. lên nhau trong quá trình truyền dẫn Trong thực tế rất khó đồng bộ các cụm chính xác (không có GP) vì các trạm di động luôn luôn chuyển động trong quá trình cuộc gọi, vì thế các cụm của các trạm di động hơi ‘trượt’ so với nhau, thậm chí cả khi sử dụng phương pháp đồng bộ thời gian thích ứng 8,25 bít tương ứng với 30 µs GP cho phép máy phát dịch lên và dịch xuống trong giới hạn do khuyến nghị GSM qui... này được sử dụng để đồng bộ thời gian của trạm di động nó chứa một chuỗi đồng bộ dài dễ dàng nhận biết và mang thông tin của số khung TDMA cùng với mã nhận dạng trạm cơ sở, các lặp lại của các cụm này cũng được gọi là SCH Cụm đồng bộ (SB) 0,577ms 156,25 bit TB Các bít được mật mã Chuỗi đồng bộ Các bít được mật mã TB GP 3 39 64 39 3 8,25 Cụm đồng bộ Số khung TDMA : Một trong các tính năng của GSM là bảo . VÔ TUYẾN SỐ VÀ CÁC GIAO DIỆN SỬ DỤNG TRONG HỆ GSM I-VÔ TUYẾN SỐ TỔNG QUÁT Thông tin di động số Cellular đời mới hiện nay sử dụng tần số vô tuyến. CÁC GIAO DIỆN SỬ DỤNG TRONG GSM. 1.MS BTS hay Um Interface (Air). Air Interface là giao diện vô tuyến tên gọi chung của đầu nối giữa trạm di động MS và