HON là việc chuyển tiếp cuộc gọi mà không làm gián đoạn cuộc gọi từ cell này xang cell khác.
CHƯƠNG IV: TRUYỀN SÓNG TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM.
Trong thông tin di động, để truyền thông tin và mạng PLMN GSM người 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 lượng của tín hiệu thu được 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 chương 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 đường truyền và pha đinh.
Suy hao đường truyền là quá trình mà ở đó tín hiệu thu yếu dần do khoảng cách giữ máy di động và trạm gốc ngày càng tăng. Đối với không gian tự do: Là không gian giữ anten phát T(x) và anten thu R(x) không có vật cản, với một anten cho trước thì mật độ công suất thu tỷ lệ nghịch với bình phương 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 tưởng, cường độ tín hiệu trung bình giảm tỷ lệ với đại lượng 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 đường truyền mới qua một trạm gốc khác.
Trong thực tế, giữa trạm di động và trạm gốc thường có chứa trướng ngại vật như: đồi núi, toà nhà….Điều nay dẫn đến hiệu ứng che khuất làm giảm cường độ tín hiệu thu. Khi di động cùng với máy di động cường độ tín hiệu giảm và tăng cho dù giữa anten T(x) và R(x) có hay không có trướng ngại vật. Đây là một loại pha đinh. Các chỗ “giảm” được gọi là chỗ trũng pha đinh. Loại pha đinh do hiệu ứng che tối gây ra được 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 được gọi là pha đinh nhiều tia hay pha đinh Raileght. Hiệu ứng này sẩy ra khi tín hiệu truyền nhiều đường từ anten phát đến anten thu do tín hiệu bị phản xạ nhiều đường. Điều này nghĩa là tín hiệu thu có thể là tổng của nhiều tín hiệu giống nhau nhưng khác pha. Khi ta cộng các tín hiệu này như là cộng các vectơ, có thể có vectơ gần bằng không, nghĩa là cường độ tín hiệu gần bằng không, đây là chỗ trũng pha đinh nghêm trọng.
Khoảng thời gian giữa hai chỗ trống pha đinh phụ thuộc cả vào tốc độ chuyển động cũng như tần số phát.
Độ nhạy máy thu là mức tín hiệu thấp nhất mà máy thu có thể thu được. Do pha đinh sẩy ra trên đường truyền nên để đường truyền dẫn không bị gián đoạn thì giá trị trung bình chung phải lớn hơn độ nhạy máy thu một lượng (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 phương pháp phòng ngừa suy hao truyền dẫn do pha đinh.
4.2.1.Phân tập anten.
Phân tập tập sử dung đồng thời hai anten thu (hoặc nhiều hơn) chịu ảnh hưởng 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 đường bao pha đinh khác nhau. Tuy nhiên khoảng cách giữa các anten phải đủ lớn để tương tác giữa các tin hiệu ở hai anten là nhỏ.
4.2.2. Nhảy tần.
Như đẵ 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 tượng 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 chon về phía BSC mà MS phải tuân theo. MS được báo về danh sách các tần sô sẽ được dùng để nhải tần. Các kênh logic căn bản không
có nhảy tần: FCCH, SCH, BCCH. Có 217 lần nhảy tần trong 1 giây tức là 1200bit/1bước nhảy.
4.2.3.Mã hoá kênh.
Ở truyền dẫn, người ta thường đo chất lượng của tín hiệu đường truyền bằng số lượng các bit thu được chính xác. Nó được biểu diễn bằng tỷ số lỗi bit BER (Bit Error Rate) BER càng nhỏ thì càng tốt.
Tuy nhiên do đường truyền dẫn luôn thay đổi nên ta không thể giảm hoàn toàn xuống không nghĩa là phải cho phép một lượng lõi nhất định và có khả năng khôi phục lài thông tin này hay ít nhất có thể phát hiện các lỗi để không thể sử dụng thông ti này vì nhầm nó là đúng. Điều này đặc biệt quan trọngkhi 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 dư thừa giữa các bit, ta mở rộng thông tin từ một số bit thành một số lượng bit lớn hợn, tuy nhiên ta phải gửi đi nhiều bit hơn. Ta đã biết đầu ra CODEC là dòng số 260bit/20ms, 260bit này được phân cấp theo tầm quạn trọng. Các cấp khác nhau được 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. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Cấp II: 78bit xung RPE, thông số bộ lọc.
Mã hoá kênh được thực hiện qua hai bước 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.
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 vòng xoắn cho phép sửa sai lỗi và được 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 được dịch vào bộ mã hoá mà còn phụ thuộc vào các khối bản tin trước.
Cả hai phương pháp trên đều được sử dụng ở GSM. Trược hết một số bit thông tin được mã hoá khối để tạo nên một khối thông tin các bit chẵn lẻ (kiểm tra). Sau đó các bit này được mã xoắn để tạo nên các bit được mã hoá. Cả hai bước 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 được hay không.
4.2.4. Ghép xen (Interleaving).
Trong thông tin di động do các pha đinh sâu lâu các lỗi bit thường 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 được lại bản tin đúng sau khi đă sắp xếp laị các cụm của bản tin theo thứ tự như ở phía phát. Quá trình nói trên được gọi là ghép xen.
Chẳng hạn ta có 4 khối bản tin và chia mỗi khối thành 4 cụm được 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.
Hình 4.2. ghép xen 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 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 2 3 4 1 X 3 4 Các khối bản tin Cáckhối Bản tin được ghép xen Ghép xen
4.3. Cấu trúc khung TDMA.
Như 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 đường lên trễ 3 khe thời gian so với khung đường xuống. Nhờ trễ này mà MS có thể sử dụng một khe thời gian có cùng số thứ tự ở cả đường lên lẫn đường xuống để truyền tin bán song công.
Về mặt thời gian các kênh vật lý ở một giải thông tần vô tuyến được 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 kgung có 51 đa khung x 26 khung/1 đa khung x 51 khung/1 đa khung. Người ta gọi khuôn mẫu tin tức ở 1 khe thời gian là một cụm. Cụm là một khái niệm trung gian 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 thường NB (Normal Burst): NB mang kênh lưu lượng và kênh điều khiển.
- Cụm hiệu chỉnh tần số FB (Frequency Correction Burst): Cụm này được sử dụng để đồng bộ tần số cho trạm di động FB mang kênh hiệu chỉnh tần số (FCCH) cho hướng xuống để hiệu chỉnh tần số của MS theo chuẩn của hệ thống.
- Cụm đồng bộ SB (Synchronous Burst): Cụm này được dùng để đồng bộ thời gian cho trạm di động SB mang kênh đồng bộ SCH (Synchronous Channel) cho hướng suống 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 hướng xuống.
Cụm truy cập AB (Access Burst): Cụm này được 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 trước được thời gian nên tăng khoảng bảo vệ là cần thiết. AB sử dụng cho RACH và TCH.
546µs
4.4. Ứng dụng báo hiệu số 7.
Báo trong mạng di động phức tạp hơn trong mạng điện thoại thông thường 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 lưu lượng mới khi MS di chuyển từ ô này xang ô khác. Điều này phải có một hệ thống báo hiệu nhanh và mạnh.
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)
0 1 2 3 4 5 6 7 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Một đa khung = 26 khung (4615ms)
TB3 57bit mã hoá F1 26 chuỗi bit F1 57 bit mã hoá TB3 GP 8,25 hướng dẫn
TB3 142 bit cốđịnh TB3 GP 8,25
TB3 57bit mã hoá F1 26 chuỗi bit F1 57 bit mã hoá GP 8,25
hướng 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 Một siêu siêu khung = 2048 siêu khung (3h28ph 53,760ms)
Hình 4.4. 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 được nối với nhau bởi đường 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 cuộc gọi, chuyển giao, giải phóng cuộc gọi.
ISUP: Là giao thức báo hiệu giữa các tổng đài trong mạng ISDN. Trong mạng di động, ISUP được sử dụng để báo hiệu giữa các MSC và báo hiệu giữa các tổng đài di động với mạng cố định và di động khác như PSTN, ISSDN.
LAPD và LAPDm: không thuộc báo hiệu số 7.
LAPD: Thủ tục truy nhập đường truyền kênh D. Được sử dụng để báo hiệu giữa BSC và BTS. Việc đấu nối giữa BSC và BTS là nhờ một kênh PCM, ở đó một trong các kênh được dành cho báo hiệu, sử dụng giao thức LAPD.
LAPDm: Thủ tục truy nhập đường truyền kênh D có biến đổi. Là giao thức sử dụng cho báo hiệu giữa bộ thu phát ở BTS và trạm di động MS. Giao diện giữa MS và bộ thu phát
SS VLR VLR VLR HLR MSC EIR BSS BSC BTS MS ISDN ISDN ISDN ISDN ISDN-UP TUP MAP ISDN-U P BSSMAP LAPD LAPDm MAP MAP MAP
được gọi là giao diện không gia. Mục dích của giao thức LAPDm là để truyền dẫn báo hiệu qua kênh vô tuyến được an toàn.
4.5. Quá trình cuộc gọi và chuyển giao.
4.5.1.Một số trạng thái của trạm di động MS
MS tắt máy hoặc ngoài vùng phục vụ: Mạng không thể tiếp cận đến máy di động vì nó không trả lời thông báo tìm gọi cũng như không gửi thông báo cập nhật vị trí. Khi đó mạng cho rằng MS ddaw rời mạng.
MS bật máy, trạng thái rỗi: Hệ thống có thể tìm gọi MS, nó được coi là đã nhập mạng. Trong khi di chuyển MS luôn kiểm tra xem nó có được nối vói một kênh quảng bá của một cell nào đó hay không. ở trạng thái này, MS cũng thông báo cho hệ thống những thông tin về cập nhật vị trí sau những khoảng thời gian nhất định.
MS bận: Mạng luôn luôn có một kênh TCH song công nối giữa MS và BTS. Khi
chuyển động, MS phải có khả năng chuyển đến một kênh thông tin mới . Quá trình này được gọi là chuyển giao (Handover). Để quyết định chuyển giao thì hệ thống phải căn cứ vào những thông số đo đạc từ MS và BTS. Quá trình này được gọi là định vị.
Cập nhật vị trí: Mạng có thể yêu cầu MS cập nhật vị trí khi MS bật nguồn lên. yêu cầu này thể hiện ở một cờ trong BCCH. Nếu tắt nguồn thì MS cũng tự động thông báo cho mạng. Khi MS được bật nguồn lên ở một vùng định vị mới (so vơi dữ liệu đã lưu trữ về nó ở lần bật trước) hoặc khi MS chuyển động đến vùng định vị mới, thì MS khởi động thủ tục cập nhật vị trí để thông báo cho mạng về vị trí mới của MS.
Quá trình này bao gồm:
1. MS phát hiện rằng nó đẵ vào LAI mới (truyền trên BCCH) thì khởi tạo thủ tục cập nhật định vị. BSS cấp cho MS một kênh SDCCH.
2. MS phát bản tin yêu cầu cập nhật định vị trên SDCCH đến MSC. MSC gửi LAI mới và TMSI của ms đến VLR và đến HLR nếu cần.
3. Nhận thực và mật mã hoá.
4. VLR cấp phát TMSI mới cho MS (gửi đồng thời tới MSC).
5. MSC lưu trữ các giá trị mới của TMSI và LAI và SIM. MS gửi bản tin hoàn thành định vị lại TMSI cho MSC. MSC gửi phúc đáp đến VLR.
Hình 4.5. quá trình cập nhật định vị MS. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
4.5.2. Nhận thực và mật mã:
1. Thực hiện việc nhận thực khi thiết lập cuộc gọi, cập nhật định vị, dịch vụ phụ.
HLR/AUC đưa ra các thông số nhận thực (bộ 3: RAND/SRES/Kc). Bộ 3 được gửi tới VLR phụ trách MS xét. VLR lưu trữ bộ 3 để thực hiện quá trình nhận thực tiếp theo.