4.1.1. Giới thiệu về GSM
GSM (Global System for Mobile Communication) - hệ thống viễn thơng tồn cầu, sử dụng tần số 900 MHz cũng như 1800 MHz ở Châu Âu và 1900 MHz ở Bắc Mỹ. GSM hỗ trợ truyền thoại với tốc độ 13 kbit/s và truyền số liệu với tốc độ 9,6 kbit/s. Mạng GSM sử dụng phương pháp đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA kết hợp đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA.
4.1.2. Lịch sử mạng GSM
Vào đầu thập niên 1980, tại Châu Âu người ta phát triển một mạng điện thoại di động chỉ sử dụng trong một vài khu vực. Sau đó vào năm 1982 nó được chuẩn hóa bởi CEPT (European Conference of Postal and Telecommunications Administrations) và tạo ra Groupe Spéccial Mobile (GSM) với mục đích sử dụng chung cho tồn Châu Âu.
Mạng điện thoại di động sử dụng công nghệ GSM được xây dựng và đưa vào sử dụng đầu tiên bởi Radiolinja ở Phần Lan.
Vào năm 1989 công việc quản lý tiêu chuẩn và phát triển mạng GSM được chuyển cho viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (European Telecommunications Standards Institute - ETSI) và các tiêu chuẩn, đặc tính phase 1 của cơng nghệ GSM được cơng bố vào năm 1990. Vào cuối năm 1993 đã có hơn 1 triệu thuê bao sử dụng mạng GSM của 70 nhà cung cấp dịch vụ trên 48 quốc gia.
4.1.3. Các chỉ tiêu kỹ thuật của mạng GSM
Hệ thống thông tin di động GSM cho phép chuyển vùng tự do của các thuê bao trong châu Âu, có nghĩa là một thuê bao có thể thâm nhập sang mạng của nước khác khi
di chuyển qua biên giới. Trạm di động GSM – MS (GSM Mobile Station) phải có khả năng trao đổi thơng tin tại bất cứ nơi nào trong vùng phủ sóng quốc tế.
Về khả năng phục vụ:
- Hệ thống được thiết kế sao cho MS có thể dùng được trong tất cả các nước có mạng.
- Cùng với phục vụ thoại, hệ thống phải cho phép sự linh hoạt lớn nhất cho các loại dịch vụ khác liên quan tới mạng số liên kết đa dịch vụ (ISDN).
- Tạo một hệ thống có thể phục vụ cho các MS trên các tàu viễn dương như một mạng mở rộng cho các dịch vụ di động mặt đất.
Về chất lượng phục vụ và an toàn bảo mật:
- Chất lượng của thoại trong GSM phải ít nhất có chất lượng như các hệ thống di động tương tự trước đó trong điều kiện vận hành thực tế.
- Hệ thống có khả năng mật mã hố thơng tin người dùng mà khơng ảnh hưởng gì đến hệ thống cũng như không ảnh hưởng đến các thuê bao khác không dùng đến khả năng này.
Về sử dụng tần số:
- Hệ thống cho phép mức độ cao về hiệu quả của dải tần mà có thể phục vụ ở vùng thành thị và nông thôn cũng như các dịch vụ mới phát triển.
- Dải tần số hoạt động là 890-915 và 935-960 Mhz.
- Hệ thống GSM 900Mhz phải có thể cùng tồn tại với các hệ thống dùng 900Mhz trước đây.
Về mạng:
- Kế hoạch nhận dạng dựa trên khuyến nghị của CCITT. - Kế hoạch đánh số dựa trên khuyến nghị của CCITT.
- Hệ thống phải cho phép cấu trúc và tỷ lệ tính cước khác nhau khi được dùng trong các mạng khác nhau.
- Trung tâm chuyển mạch và các thanh ghi định vị phải dùng hệ thống báo hiệu được tiêu chuẩn hoá quốc tế.
- Chức năng bảo vệ thông tin báo hiệu và thông tin điều khiển mạng phải được cung cấp trong hệ thống
4.1.4. Băng tần sử dụng trong mạng GSM
Hệ thống GSM làm việc trong băng tần 890 – 960 MHz, chia làm 2 phần: - Băng lên (Uplink) từ 890 – 915 MHz cho các kênh vô tuyến từ MS đến BTS - Băng xuống (Downlink) từ 935 – 960 MHz cho các kênh vô tuyến từ BTS đến MS
Mỗi băng rộng 25MHz, chia làm 124 sóng mang tương đương với 124 kênh vô tuyến. Các sóng mang cạnh nhau cách nhau 200KHz. Mỗi kênh sử dụng 2 tần số riêng biệt cho đường lên và cho đường xuống. Các kênh này được gọi là kênh song công. Khoảng cách giữa 2 tần số là không đổi và bằng 45MHz. Kênh vô tuyến này có 8 khe thời gian, mỗi khe thời gian là một kênh vật lý để trao đổi giữa BTS và MS.
Ngoài băng tần cơ sở cịn có băng tần GSM mở rộng và băng tần DCS: - Băng tần GSM mở rộng: 882 – 915MHz và 927 – 960 MHz - Băng tần DCS: 1710 – 1785 MHz và 1805 – 1880 MHz
4.1.5. Phương pháp truy nhập trong mạng GSM
Mạng GSM sử dụng phương pháp TDMA (Time Division Multiple Access) kết hợp FDMA (Frequency Division Multiple Access).
Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA:
Khi có yêu cầu một cuộc gọi thì một kênh vô tuyến được ấn định. Các thuê bao khác nhau dùng chung một kênh nhờ cài xen thời gian. Mỗi thuê bao được cấp một khe thời gian trong cấu trúc khung tuần hoàn 8 khe.
Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA:
Phục vụ các cuộc gọi theo các kênh tần số khác nhau. Người dùng được cấp phát một kênh trong tập hợp các kênh trong lĩnh vực tần số. Phổ tần số được chia thành 2N dải tần số kế tiếp, cách nhau một khoảng bảo vệ. Mỗi dải tần được gán cho một kênh liên lạc, N dải dành cho liên lạc hướng lên, N dải còn lại cho liên lạc hướng xuống.
Các kênh tần số được sử dụng ở GSM nằm trong dải tần quy định 900 MHz xác định theo công thức:
FL = 890,2+0,2(n-1) MHz FU = FL(n) + 45 MHz 1 ≤ n ≤ 124
Trong đó:
FL: Tần số ở nửa băng thấp FU: Tần số ở nửa băng cao
0,2 MHz: Khoảng cách giữa các kênh lân cận 45 MHz: Khoảng cách thu phát
n: Số kênh tần vô tuyến
Để cho các kênh lân cận không gây nhiễu cho nhau mỗi BTS phủ một ô của mạng phải sử dụng các tần số cách xa nhau và các ô sử dụng các tần số giống nhau hoặc gần nhau cũng phải xa nhau.
Truyền dẫn ở GSM được chia thành các cụm (Burst) chứa hàng trăm bit đã được điều chế. Mỗi cụm được phát đi trong một khe thời gian 577 µs ở trong một kênh tần số có độ rộng 200KHz. Mỗi một kênh tần số cho phép tổ chức các khung thâm nhập theo thời gian, mỗi khung bao gồm 8 khe thời gian từ TS0 đến TS7.