a, Các tham số cơ bản
Cho tới năm 1992 tại châu Âu đã có 6 mạng tế bào tại 16 nớc phục vụ tới 1,2 triệu thuê bao. Tuy nhiên các mạng này không tơng thích với nhau nên không đảm bảo khả năng lu động (roaming). Số thuê bao thấp dẫn đến giá thiết bị và dịch vụ cao. Từ năm 1982, tổ chức CEPT đã thành lập nhóm chuyên trách về thông tin di động GSM (Group Special Mobile) nhằm xác định một hệ thống thông tin di động cho toàn châu Âu. Tới năm 1986, nhóm GSM đã lựa chọn đợc tiêu chuẩn cho các hệ thống vô tuyến di động tế bào số cho châu Âu với tên gọi GSM (Global System for Mobile) hoạt động trên băng tần 900 MHz. Từ năm 1991, các mạng GSM đã đợc đa vào hoạt động tại nhiều nớc châu Âu, riêng tại Anh, hệ thống hoạt động trên băng tần 1,8 GHz.
* Các tham số cơ bản của GSM
Các chỉ tiêu kỹ thuật và các thông số của GSM đợc mô tả chi tiết trong 13 tập khuyến nghị của ESTI (European Telecommunication Standar Insitute: Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu) đợc thông qua vào tháng 4- 1982. Các tham số cơ bản của GSM nh sau:
- Băng sóng:
890- 915 MHz (đờng lên) 935- 960 MHz (đờng xuống)
Các băng sóng này phân bổ cho 2 dải phòng vệ, mỗi dải rộng 200 KHz, 124 cặp kênh vô tuyến (lên- xuống) mỗi kênh rộng 200 KHz.
- Song công: FDD. Tần số sóng mang vô tuyến trên hai băng sóng đợc xác định nh sau: FnI =890,2+0,2(n−1) (MHz) (đờng lên)
(n=1, 2, 3,…124) FnII =FnI +45 (MHz) (đờng xuống)
- Mã hoá tiếng nói: RPE- LPC, tốc độ 13 Kb/s (toàn tốc) và 6,5 Kb/s (bán tốc) dùng cho phase 2+.
- Mã kênh: Mã chập tốc độ 1/2 (1 bit vào, 2 bit ra), độ dài ràng buộc 5. (Mã CC (2, 1, 5)), kết hợp với mã khối.
50 bit quan trọng nhất trong một khung 20 ms đợc mã hoá khối với 3 bit d. 53 bit đã mã khối này đợc ghép với 132 bit mã tiếng nói quan trọng, cùng 4 bit đuôi tạo nên khối 189 bit và đợc mã chập tốc độ 1/2, tạo nên khối 378 bit. 78 bit mã tiếng nói không quan trọng không đợc mã.
- Tốc độ truyền: Sau mã hoá tiếng nói, tốc độ bit sẽ là:
sKb Kb ms bit / 13 20 260 = (toàn tốc) Sau khi hoàn tất mã hoá kênh, tốc độ bit sẽ là:
sKb Kb ms bit / 8 , 22 20 456 =
Tốc độ bit của cả 1 kênh vô tuyến, gồm 8 kênh (8 khe thời gian) và các tín hiệu huấn luyện (dò kênh), các bit cờ, khoảng phòng vệ, các bit đồng bộ…, tổng cộng là 271 Kb/s.
- Ghép xen: áp dụng hai lần, nhờ đó việc mất cả một cụm xung TDMA (mất toàn bộ bit trong một khe thời gian) chỉ dẫn đến ảnh hởng tới 12,5% số bit của một khung tín hiệu tiếng nói.
- Điều chế số: GMSK với BT = 0,3 (B: Bandwidth: độ rộng băng tín hiệu, T: Bit time interral: độ rộng 1 bit), do đó độ rộng băng tín hiệu đã điều chế chỉ vào khoảng 1/3 độ rộng băng tín hiệu băng gốc (50 KHz so với 150 KHz). Độ rộng băng tín hiệu vô tuyến vào quãng 100 KHz (chỉ cỡ 1/3 so với độ rộng băng của tín hiệu PSK nhị phân). Nhờ vậy, suy giảm xuyên nhiễu giữa 2 sóng mang lân cận = 18 dB và > 50 dB giữa các sóng mang xa nhau hơn.
- San bằng: áp dụng san bằng theo thuật toán Viterbi, giải quyết đợc trải trễ tới 16 μs. - Nhảy tần (option): Nhảy tần chậm, tốc độ 217 bớc nhảy/s. Tuỳ theo điều kiện địa hình và mức độ nhiễu tổng mà nhà điều hành có thể chọn hay không chọn lựa cho nhảy tần. ở Việt Nam không áp dụng nhảy tần.
- Công suất:
Công suất đỉnh: 2 W (cho máy cầm tay) và ≤ 20W cho máy đặt trên ô tô. Công suất trung bình: 0,25W ữ 2,5 W cho các loại nói trên.
- Kiểm soát công suất: Có áp dụng điều khiển công suất máy di động theo quy định
Rất quan trọng Quan trọng Không quan trọng
50 132 7853 132 4 53 132 4 Các bit lối ra bộ mã hoá tiếng nói 78 Mã khối Các bit đuôi ghép thêm 378 bit đã đ ợc mã 78 bit 0 mã Sau mã hoá kênh 20 ms
Có áp dụng, bảo đảm khả năng roaming.
Trễ điều khiển đối với chuyển điều khiển khi máy di động chuyển từ Cell này đến cell khác không quá 480 ms.
b, Sơ đồ khối cơ bản hệ thống GSM- 900
• Hoạt động của hệ thống:
- MS: Bao gồm đầu cuối di động TE và máy thu MT , thực hiện các chức năng từ mã hoá tiếng nói tới đầu ra máy phát (tuyến phát) và từ đầu vào máy thu tới lối ra bộ giải mã tiếng nói (tuyến thu).
- Thiết bị đầu cuối TE: Gồm micro, bàn phím, màn hình…Khi nối với một bộ phối hợp đầu cuối TA, máy di động có thể nối tới máy truyền số liệu (modem).
- Sim: Modun xác nhận thuê bao, là một máy tính siêu nhỏ, có bộ nhớ dữ liệu không bị mất khi cắt nguồn. Thiếu card Sim này, MS chỉ có thể gọi các số khẩn cấp mà không thể thực hiện đợc liên lạc thông thờng. Sim đợc cung cấp bởi nhà điều hành mạng (công ty điện thoại di động, nh VMS hay Vinaphone chẳng hạn) khi khách hàng đăng ký thuê bao.
- BS gồm:
Trạm thu phát gốc BTS thực hiện giao tiếp vô tuyến với MS và giao tiếp với đài điều khiển trạm gốc BSC. BTS thực hiện mọi chức năng thu, phát tơng đơng với mã hoá, giải mã tiếng nói và chuyển đổi từ tiếng nói/ tín hiệu PCM (A/D và D/A) về phía BSC.
BSC: Trạm điều khiển BS thực hiện một số chức năng chuyển điều khiển, giao tiếp với MSC thông qua giao diện A (giao diện tiêu chuẩn viễn thông quốc tế). Tuyến liên lạc giữa BSC và MSC là tuyến PCM tiêu chuẩn.
- MSC: Tổng đài di động.
+ Thực hiện chuyển nối các cuộc gọi.
+ Quản lý máy di động bằng địa chỉ tạm thời (số thuê bao di động lu động MSRN). + Quản lý dịch vụ MS bằng dữ liệu về MS (thuộc vùng của mình), đợc ghi trong VLR của mình.
+ Thực hiện nhận thực trạm di động (MS) bằng cách kết hợp với HLR và trung tâm nhận thực của mạng (AVC).
Một số MSC có kết nối ra ngoài (tới tổng đài điện thoại của PSTN chẳng hạn) gọi là các MSC cổng (GMSC). Một mạng GSM-900 có thể gồm có một số MSC/VLR, trong đó một hay tất cả các MSC đều là MSC cổng. BTS BTS BTS BSC BS NMC ADC OMC OMC MSC MSC HLR VLR AVC EIR TE MT MS UM BS MS
- HLR: Cơ sở dữ liệu của mạng, duy trì mọi thông tin về thuê bao và ghi trữ tình trạng của mọi MS thuộc mạng: Rỗi- bận/ hiện đang hiện diện tại MSC nào/ có nhập mạng hay đã dời mạng.
- VLR: Cơ sở dữ liệu của MSC, ghi trữ thông tin của mọi MS đang hiện diện trong vùng mà MSC quản lý: Rỗi- bận/ hiện đang hiện diện trong vùng định vị (LA) nào.
- AVC: Trung tâm nhận thực của mạng, thực hiện kiểm tra quyền truy nhập mạng của MS, thực hiện các thủ tục an ninh mạng.
- EIR: Trung tâm kiểm soát phần cứng máy di động. Trên mọi main board máy di động đều có một chip ghi số seri sản xuất của máy đó, gọi là số của phần cứng. Mạng có thể thông qua EIR đọc đợc số máy phần cứng đó của MS nhằm kiểm soát đến cả phần cứng máy di động, chống việc lấy cắp máy di động.
- OMC, NMC, ADC: Là các khối có chức năng giám sát, điều khiển, quản trị và bảo trì hệ thống, tính cớc cuộc gọi.
- Quản lý di động: Mạng chỉ quản lý vị trí của MS tới vùng định vị LA.
• Hoạt động của hệ thống GSM với một cuộc gọi từ một máy điện thoại cố định
thuộc PSTN (Public Switching Telephone Network: Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng) tới một máy di động
- Khi MS bật nguồn, MS sẽ quét 124 sóng mang đờng xuống của GSM để tìm sóng mang điều khiển phát thanh của tế bào mà nó hiện diện. Sóng mang này có công suất lớn nhất trong các sóng mang đợc sử dụng tại tế bào đó. Sau khi tìm thấy sóng mang điều khiển phát thanh, MS sẽ đăng ký nhập mạng để báo với mạng: MS đã nhập mạng, LA mà MS đang hiện diện (số của vùng LA, gọi là LAI: Location Area Idensity, đợc phát quảng bá thờng xuyên trên sóng mang điều khiển phát thanh). Khi đó, tại MSC/VLR mà MS đang hiện diện, bộ ghi VLR sẽ dựng cờ rỗi của MS và ghi LAI của MS. Tại HLR, cờ nhập mạng của MS sẽ dựng và số hiệu của MSC/VLR mà MS đạng hiện diện đợc ghi lại. Sau khi đăng ký nhập mạng, nếu không gọi đi thì MS chuyển về chế độ rỗi, chờ thu tín hiệu gọi mình và liên tục duy trì đồng bộ, đồng chỉnh với trạm gốc BS của tế bào mà nó đạng hiện diện.
- Khi một máy điện thoại cố định quay số một máy di động, số máy chẳng hạn ABCDXXXXXX thì tổng đài cố định sẽ căn cứ vào các số ABCD để định tuyến tới GMSC. GMSC sẽ gửi các số còn lại tới HLR để thực hiện một cuộc gọi định tuyến. Số máy đó đợc HLR của mạng dịch ra và tra để xác định MS đợc gọi đang thuộc MSC nào và thông báo cho GMSC. GMSC sẽ kết nối tới MSC đó và báo cho MSC đó rằng MS có số hiệu nh vậy có cuộc gọi đến. MSC/VLR đó sẽ tra bộ ghi VLR của mình để biết xem MS có rỗi không và hiện đang ở LA nào. Nếu MS đó đang rỗi thì MSC sẽ ra lệnh báo gọi cho mọi tế bào thuộc LA đó và tất cả BS thuộc LA đó sẽ nhất loạt báo gọi MS trên kênh nhắn gọi (paging chanel) của mình.
- Khi MS nghe thấy hiệu gọi của mình trên kênh paging, nó sẽ truy nhập mạng và BS sẽ đặt trên một kênh điều khiển hai chiều (lên-xuống) cho nó. Trên kênh đó, MS sẽ nhận thực quyền nhập mạng của mình với mạng rồi nhận lệnh chuyển về một kênh thoại (kênh lu lợng- traffic chanel) để tiến hành đàm thoại.