BSIC cho phép máy di động phân biệt giữa các trạm gốc khác nhau ở cạnh nhau.
BSIC = NCC + BCC
Trong đó:
MCC MNC LAC CI
3 digits 2 digits MAX 16 BIT MAX 16 BIT
Nhận dạng vùng định vị IMEI 15 chữ số
CGI =MCC+MNC+LAC+CI LAI
NCC: Mã màu mạng di động (PLMN color Code), phân biệt mạng di động GSM, có 3 bít. (phân biệt nhà khai thác ở hai phía của biên giới quốc gia).
BCC: Mã màu trạm gốc (Base Station color Code), nhận dạng trạm gốc, 3 bit (không sử dụng cùng một NCC ở hai mạng GSM cạnh nhau).
Hình 3.8. Mã nhận dạng trạm gốc.
3.9. Số nhận dạng thuê bao cục bộ LMSI (Location Mobile Subcriber Identity). LMSI gồm 4 octet, VLR lu giữ và sử dụng LMSI cho tất cả các thuê bao hiện đang có mặt tại vùng phủ sóng của nó và chuyển LMSI cùng với LMSI cho HLR, HLR sử dụng LMSI mỗi khi cần chuyển các bản tin liên quan đến thuê bao tơng ứng để cung cấp dịch vụ.
3.10. Số chuyển giao HON (Hand Over Number).
HON là việc chuyển tiếp cuộc gọi mà không làm gián đoạn cuộc gọi từ cell này xang cell khác.
Chơng iv: truyền sóng trong thông tin di động Gsm.
42
NCC BCC
3 bit 3 bit
BSIC
Trong thông tin di động, để truyền thông tin và mạng PLMN, GSM (Global System for Mobile Communication) ngời ta sử dụng thiết bị vô tuyến . Bất cứ ai đi lại bằng xe và đồng thời nghe đài truyền thanh, nghe điện thoại, chắc chắn nhận thấy rằng chất lợng của tín hiệu thu đợc thay đổi theo thời gian và vận tốc di chuyển của xe. Đây là sự việc gây khó chiu mà ta cần xét đến trong lĩnh vực thông tin vô tuyến.
Trong chơng này ta sẽ xét đến một số vấn đề chính xẩy ra ở lĩnh vực thông tin vô tuyến tổ ong cùng với các biện pháp giải quyết vấn đề này.
4.1. Suy hao đờng truyền và pha đinh.
Suy hao đờng truyền là quá trình mà ở đó tín hiệu thu yếu dần do khoảng cách giữa máy di động và trạm gốc ngày càng tăng. Đối với không gian tự do: Là không gian giữa anten phát T(x) và anten thu R(x) không có vật cản, với một anten cho trớc thì mật độ công suất thu tỷ lệ nghịch với bình phơng khoảng cách (d) giữa T(x) và R(x).
Suy hao không gian tự do:
Ls ≈ d2 . f2 .
Hay: Ls = 32,4 + 20logf + 20logd (dB)
Trong đó: Ls: Suy hao trong không gian tự do. f: Tần số làm việc (MHz).
d: Khoảng cách giữa anten thu và anten phát (km).
Do mặt đất không lý tởng, cờng độ tín hiệu trung bình giảm tỷ lệ với đại lợng nghịch đảo của khoảng cách luỹ thừa bậc 4 (d4). Tuy nhiên vấn đề này không gây trở ngại đối với hệ thống vô tuyến tổ ong, vì khi mất liên lạc ta phải thiết lập một đờng truyền mới qua một trạm gốc khác.
Trong thực tế, giữa trạm di động và trạm gốc thờng có chứa trớng ngại vật nh: đồi núi, toà nhà .Điều nay dẫn đến hiệu ứng che khuất làm giảm c… ờng độ tín hiệu thu. Khi di động cùng với máy di động cờng độ tín hiệu giảm và tăng cho dù giữa anten T(x) và R(x) có hay không có trớng ngại vật. Đây là một loại pha đinh. Các chỗ “giảm” đợc gọi là chỗ trũng pha đinh. Loại pha đinh do hiệu ứng che tối gây ra đợc gọi là pha đinh chuẩn loga.
Do vậy độ thuê bao ở các thành phố lớn, đòi hỏi phải có nhiều trạm thu phát gốc. Việc sử dụng trạm di động ở thành phố gây ra hiệu ứng nhiều tia và đợc gọi là pha đinh nhiều tia hay pha đinh Raileght. Hiệu ứng này sẩy ra khi tín hiệu truyền nhiều đờng từ anten phát đến anten thu do tín hiệu bị phản xạ nhiều đờng. Điều này nghĩa là tín hiệu thu có thể là tổng của nhiều tín hiệu giống nhau nhng khác pha. Khi ta cộng các tín hiệu này nh là cộng các vectơ, có thể có vectơ gần bằng không, nghĩa là cờng độ tín hiệu gần bằng không, đây là chỗ trũng pha đinh nghiêm trọng.
Khoảng thời gian giữa hai chỗ trũng pha đinh phụ thuộc cả vào tốc độ chuyển
động cũng nh tần số phát.
Độ nhạy máy thu là mức tín hiệu thấp nhất mà máy thu có thể thu đợc. Do pha đinh sẩy ra trên đờng truyền nên để đờng truyền dẫn không bị gián đoạn thì giá trị trung bình chung phải lớn hơn độ nhạy máy thu một lợng (dB) bằng chỗ trũng pha đinh mạnh nhất, chẳng hạn Y(dB). Khi đó ta cần dự trữ pha đinh Y (dB).
4.2. Các phơng pháp phòng ngừa suy hao truyền dẫn do pha đinh.
4.2.1. Phân tập anten.
Phân tập sử dụng đồng thời hai anten thu (hoặc nhiều hơn) chịu ảnh hởng pha đinh độc lập, ý niệm này dẫn đến hai anten R(x) độc lập thu cùng một tín hiệu. Vì thế chúng chịu tác động của các đờng bao pha đinh khác nhau. Tuy nhiên khoảng cách giữa các anten phải đủ lớn để tơng tác giữa các tin hiệu ở hai anten là nhỏ.
4.2.2. Nhảy tần.
Nh đã nói ở trên mẫu pha đinh phụ thuộc vào tần số. điều này nghĩa là chỗ trũng pha đinh sẽ xẩy ra các vị trí khác nhau đối với các tần số khác nhau.
Vì vậy ta có thể lợi dụng hiện tợng này bằng cách thay đổi tần số sóng mang trong một số các tần sô. SFH dùng một bộ tổng hợp tần số có khả năng thay đổi tần số một lần trong một khung. Nhảy tần là một mode tuỳ lựa chọn về phía BSC mà MS phải tuân theo. MS đợc báo về danh sách các tần số sẽ đợc dùng để nhảy tần. Các kênh logic căn bản không có nhảy tần: FCCH, SCH, BCCH. Có 217 lần nhảy tần trong 1 giây tức là 1200bit/1 bớc nhảy.
4.2.3. Mã hoá kênh.
ở truyền dẫn, ngời ta thờng đo chất lợng của tín hiệu đờng truyền bằng số lợng các bit thu đợc chính xác. Nó đợc biểu diễn bằng tỷ số lỗi bit BER (Bit Error Rate) BER càng nhỏ thì càng tốt.
Tuy nhiên do đờng truyền dẫn luôn thay đổi nên ta không thể giảm hoàn toàn xuống không nghĩa là phải cho phép một lợng lõi nhất định và có khả năng khôi phục lại thông tin này hay ít nhất có thể phát hiện các lỗi để không thể sử dụng thông tin này vì nhầm nó là đúng. Điều này đặc biệt quan trọng khi phát đi số liệu.
Bằng mã hoá kênh ta có thể phát hiện và sửa lỗi ở luồng bit thu. Nghĩa là có một loại d thừa giữa các bit, ta mở rộng thông tin từ một số bit thành một số lợng bit lớn hơn, tuy nhiên ta phải gửi đi nhiều bit hơn. Ta đã biết đầu ra CODEC là dòng số 260bit/20ms, 260bit này đợc phân cấp theo tầm quạn trọng. Các cấp khác nhau đợc bảo vệ khác nhau để cho việc bảo vệ hiệu quả nhất.
CRC (Cyclic Redundancy Check): Mã kiểm tra theo chu kỳ. 3bit CRC để mã hoá khối cho các bit cấp Ia.
4bit “o” để khởi tạo lại bộ mã hoá.
- Cấp Ia: 50bit hệ số bộ lọc, biên độ nhóm, thông số LTP.
- Cấp Ib: 132bit con trỏ RPE, xung RPE, thông số LTP.
- Cấp II: 78bit xung RPE, thông số bộ lọc.
Lớp Ia Lớp Ib Lớp II 50bit 132bit 78bit
Lớp Ia Lớp Ib
50bit 132bit
Các bit mã hoá(378bit) 78bit
3 4
Mã hoá khối của các bit lớlow Ia+3bit CRC Mã hoá vòng xoắn R=1/2, k=5 Các bit cấp II không cần bảo vệ
Mã hoá kênh đợc thực hiện qua hai bớc mã hoá khối (block Code) và mã hoá vòng xoắn (Convolutional Code). Mã khối là một mã chu kỳ để phát hiện lỗi cho 50bit cấp Ia. Nếu thêm vào 3bit CRC thì có thể huỷ bỏ toàn bộ cửa sổ sét và bộ ngoại suy sẽ lấp lỗ trống này.
Mã hoá vòng xoắn cho phép sửa sai lỗi và đợc phép áp dụng cho các bit cấp Ia, Ib. ở mã hoá xoắn bộ mã hoá tạo ra khối các bit mã hoá không chỉ phụ thuộc vào các bit của khối bản tin hiện thời đợc dịch vào bộ mã hoá mà còn phụ thuộc vào các khối bản tin trớc.
Cả hai phơng pháp trên đều đợc sử dụng ở GSM. Trợc hết một số bit thông tin đợc mã hoá khối để tạo nên một khối thông tin các bit chẵn lẻ (kiểm tra). Sau đó các bit này đợc mã xoắn để tạo nên các bit đợc mã hoá. Cả hai bớc trên đều áp dụng cho cả thoại và số liệu, mặc dù sơ đồ mã hoá cho chúng khác nhau. Lý do sử dụng mã hoá kép là vì ta muốn sửa lỗi nếu có thể (mã hoá xoắn) và sau đó có thể nhận biết (mã hoá khối) xem liệu thông tin bị lỗi có dùng đợc hay không.
4.2.4. Ghép xen (Interleaving).
Trong thông tin di động do các pha đinh sâu lâu các lỗi bit thờng sẩy ra các cụm dài. Mã hoá kênh và đặc biệt là mã hoá xoắn chỉ hiệu quả nhất khi phát hiện và sửa lỗi ngẫu nhiên đơn lẻ và các cụm lỗi không quá dài. Để đối phó với vấn đề này ta chia khối bản tin cần gửi thành các cụm ngắn rồi hoán vị các cụm này với các cụm của khối bản tin khác, nhờ vậy khi sẩy ra cụm lỗi dài mỗi bản tin chỉ mất đi cụm nhỏ, nên phần còn lại của bản tin vẫn cho phép các cụm mã hoá kênh khôi phục đợc lại bản tin đúng sau khi đă sắp xếp laị các cụm của bản tin theo thứ tự nh ở phía phát. Quá trình nói trên đợc gọi là ghép xen.
Chẳng hạn ta có 4 khối bản tin và chia mỗi khối thành 4 cụm đợc đánh số từ 1 đến 4 sau đó hoán vị các cụm với nhau bằng cách ghép chung các cụm 1 vào một khối, các cum 2 vào một khối .Giả sử đầu thu cụm 2 bị mất (lỗi) sau khi đă sắp…
xếp lại các khối bản tin chỉ mất có cụm 2, các cụm 1,3,4 còn lại sẽ cho phép mã hoá kênh khôi phục lại khối đúng.
46
Hình 4.2. Ghép xen.
4.3. Kết nối truyền số liệu trong GSM
IWF
Hình 4.3. Mô hình truyền số liệu
Một ví dụ làm rõ phơng pháp truyền số liệu trong mạng GSM:
- Dòng số liệu đi ra từ một máy tính xách tay (laptop) với tốc độ cực đại là 9,6Kb/s theo tiêu chuẩn RS232. Thông thờng một Modem sẽ chèn thêm các bit và truyền dòng số liệu này với tốc độ 12Kb/s. nhng trong ví dụ này máy laptop đợc trang bị thêm (Data Card) trong khe cắm mỡ rộng PCMCIA đễ thay đổi dòng số liệu (Data and Contron) trở thành tốc độ 12Kb/s và kết nối Laptop với điện thoại di động. 1 1 1 1 2 2 2 2 1 2 3 4 1 X 3 4 1 X 3 4 1 X 3 4 1 2 3 4 1 X 3 4 Cáckhối Bản tin đợc ghép xen Ghép xen MODEM RATE ADAPTER PSTN MSC XCDR (TRAU) BSC BTS M PCMCIA DTE 9,6Kb\s 9,6Kb\s 12(16)Kb\s 12(64)kb\s 12(33,8)kb\s
- Điện thoại di động thực hiện chèn thêm các bit bảo vệ chống lỗi và truyền đi trên sóng mang dòng số liệu với tốc độ 33,8Kb/s. Dòng số liệu này chiếm toàn bộ một khe thời gian và đợc truyền tải nh một kênh thoại thông thờng.
- Tại BSS (BTS/BSC) thực hiện tách bỏ các bít bảo vệ chống lỗi của dòng số liệu 12Kb/s và truyền tải tới TRAU với tốc độ 16Kb/s (BSS xử lý dòng số liệu, ghép, tách kênh đồng thời truyền dẫn tới TRAU trên luồng E1). Sau khi đợc truyền tải và sử lý qua TRAU (XCDR) tốc độ dòng số liệu 12Kb/s (16Kb/s) trở thành 64Kb/s (XCDR chuyển đổi tốc độ dòng số liệu thành 64Kb/s và truyền tải tới MSC).
- Tại MSC chuyển tiếp các tín hiệh đang sử dụng trong mạng GSM tới khối liên hợp chức năng (IWF). Khối IWF đợc trang bị Modul tơng thích tốc độ dòng số liệu, tại đây dòng số liệu tốc độ 64Kb/s do MSC truyền tải tới đợc xử lý bóc tách thành dòng số liệu nối tiếp 12Kb/s sau đó trở lại thành dòng số liệu nguyên gốc 9,6Kb/s, tơng tự nh dòng số liệu từ laptop đợc truyền tới Modem.
- Khi thực hiện kết nối từ mạng ISDN hoặc mạng chuyển tiếp gói số liệu, các gói tin hoặc dòng số liệu đợc sắp xếp tơng tự nh đi ra từ DCE (Data Circuit terminating Equipmen) và không cần thiết phải có Modem hoặc (PAD- Packet Assembler/Dissembler) để kết nối mạng ISDN với mạng GSM. Sự lựa chọn thích ứng với DCE đợc khẳng định một lần nữa tại khối IWF khi mà kết nối và tơng thích tốc độ để truyền số liệu trong mạng GSM là không thay đổi.
4.4. Cấu trúc khung TDMA.
Nh đã biết, GSM900 có 124 dải thông tần bắt đầu từ tần số 890,2MHz. Mỗi dải thông tần là một khung TDMA có 8 khe thời gian. Mỗi khe 15/26 = 577ms, một khung dài 4,26ms. Khung đờng lên trễ 3 khe thời gian so với khung đờng xuống. Nhờ trễ này mà MS có thể sử dụng một khe thời gian có cùng số thứ tự ở cả đờng lên lẫn đờng xuống để truyền tin bán song công.
Về mặt thời gian các kênh vật lý ở một giải thông tần vô tuyến đợc đánh số khung FN (frame Number) từ 0 đến 2715647 trong một siêu khung (3h 28ph 53,760ms). Một siêu khung có 2048 siêu khung (6,12s). Một siêu khung có 51 đa khung x 26 khung/1 đa khung x 51 khung/1 đa khung. Ngời ta gọi khuôn mẫu tin
tức ở 1 khe thời gian là một cụm. Cụm là một khái niệm chung gian giữa kênh vật lý và kênh logic. Cấu trúc cụm khác nhau là để tải các dữ liệu khác nhau, có 5 loại cụm khác nhau:
- Cụm bình thờng NB (Normal Burst): NB mang kênh lu lợng và kênh điều khiển.
- Cụm hiệu chỉnh tần số FB (Frequency Correction Burst): Cụm này đợc sử dụng để đồng bộ tần số cho trạm di động FB mang kênh hiệu chỉnh tần số (FCCH) cho hớng xuống để hiệu chỉnh tần số của MS theo chuẩn của hệ thống.
- Cụm đồng bộ SB (Synchronous Burst): Cụm này đợc dùng để đồng bộ thời gian cho trạm di động SB mang kênh đồng bộ SCH (Synchronous Channel) cho hớng xuống để đồng bộ thời của MS với BTS. Mang thông tin số khung (FN) của TDMA và BSIC.
- Cụm giả DB (Dummy Burst): Truyền trên BCCH khi không có thông tin, gồm các bit hỗn hợp chỉ cho hớng xuống.
Cụm truy cập AB (Access Burst): Cụm này đợc sử dụng để thâm nhập ngẫu nhiên và thâm nhập chuyển giao (handover) cụm chứa bít thông tin, bit đồng bộ và bit bảo vệ dài (68,25bit) là vì khi MS truy cập hệ thống (ngẫu nhiên hoặc chuyển giao) nó không biết trớc đợc thời gian nên tăng khoảng bảo vệ là cần thiết. AB sử dụng cho RACH và TCH.
0 1 2 2045 2045 2047
0 1 49 50
0 1 25
0 1 TCH 24 25 0 1 BCCH 49 50
Một đa khung = 26 khung (120ms) Một đa khung = 51 khung (235ms)
546às
Hình 4.4. Cấu trúc khung TDMA
4.5. ứng dụng báo hiệu số 7.
Báo hiệu trong mạng di động phức tạp hơn trong mạng điện thoại thông thờng vì thuê bao di động (MS) có thể di chuyển quanh mạng, nên phải có yêu cầu cập nhật vị trí địa lý của các MS và để sử lý sự thay đổi sang kênh lu lợng mới khi MS di chuyển từ ô này sang ô khác. Điều này phải có một hệ thống báo hiệu nhanh và mạnh.
50
0 1 2 3 4 5 6 7
TB3 57bit mã hoá F1 26 chuỗi bit F1 57 bit mã hoá TB3 GP 8,25 hớng dẫn
TB3 142 bit cố định TB3 GP 8,25
TB3 57bit mã hoá F1 26 chuỗi bit F1 57 bit mã hoá GP 8,25 hớng dẫn
TB3 39bit mã hoá 64 chuỗi bit đồng bộ 39 bit mã hoá TB3 GP 8,25
TB3 41 chuỗi bit đồng bộ 36 bit mã hoá TB3 GP 68,25
SS VLR VLR VLR HLR MSC EIR BSS ISDN-UP TUP MAP ISDN-U P BSSMAP MAP MAP MAP
Hình 4.5. Sơ đồ báo hiệu trong mạng GSM.
Trong mạng GSM thì các MSC đóng vai trò là các điểm chuyển tiếp báo hiệu (STP), ngoài ra còn có các nút khác đó là VLR, HLR, EIR, AUC, BSC, BTS, MS.
Phần ứng dụng BSS (BSS MAP) là giao thức báo hiệu giữa MSC và BSS, MSC và BSS đợc nối với nhau bởi đờng PCM. Ngoài số kênh thoại hoặc kênh số liệu còn có các khe thời gian dự trữ cho báo hiệu số liệu, báo hiệu khi đấu nối thiết lập
