M· nhËn d¹ng tr¹m gèc BSIC

BSIC cho phép máy di động phân biệt giữa các trạm gốc khác nhau ở cạnh nhau.

BSIC = NCC + BCC

MCC MNC LAC CI

3 digits 2 digits MAX 16 BIT MAX 16 BIT

Nhận dạng vùng định vị IMEI 15 ch÷ sè CGI =MCC+MNC+LAC+CI MCC MNC LAC LAI 1- 2 digits Max 16 bÝt LAI = MCC + MNC + LAC 3 digits

Đồ án tốt nghiÖp Trong ®ã:

NCC: M· màu mạng di động (PLMN color Code), phân biệt mạng di ®éng GSM, cã 3 bít. (phân biệt nhà khai thác ở hai phía cđa biªn giíi qc gia).

BCC: MÃ màu trạm gốc (Base Station color Code), nhËn d¹ng tr¹m gèc, 3 bit (khơng sử dụng cùng một NCC ở hai mạng GSM c¹nh nhau).

H×nh 3.8. M· nhËn d¹ng tr¹m gèc.

3.9. Sè nhận dạng thuê bao cục bé LMSI (Location Mobile Subcriber Identity).

LMSI gåm 4 octet, VLR l-u gi÷ và sử dụng LMSI cho tất cả các thuê bao hiện đang có mặt tại vïng phđ sãng cđa nã vµ chun LMSI cïng víi LMSI cho HLR, HLR sö dụng LMSI mỗi khi cần chuyển các bản tin liên quan đến thuê bao t-ơng ứng để cung cấp dịch vụ.

3.10. Sè chuyÓn giao HON (Hand Over Number).

HON là việc chuyển tiếp cuộc gi m khụng lm giỏn đoạn cuộc gọi từ cell này xang cell khác.

NCC BCC

3 bit 3 bit

BSIC

Đồ án tốt nghiệp

Ch-¬ng iv: truyền sóng trong thơng tin di động Gsm.

Trong thông tin di động, để truyền thông tin và mạng PLMN, GSM (Global System for Mobile Communication) ng-êi ta sư dơng thiÕt bị vô tuyến . Bất cứ ai i li bng xe và đồng thời nghe đài truyền thanh, nghe điện thoại, chắc chắn nhËn thÊy r»ng chÊt l-ỵng cđa tÝn hiệu thu đ-ợc thay đổi theo thời gian và vận tèc di chun cđa xe. Đây là sự việc gây khó chiu mà ta cần xÐt ®Õn trong lÜnh vùc th«ng tin v« tuyÕn.

Trong ch-ơng này ta sẽ xét đến một số vấn ®Ị chÝnh xÈy ra ë lÜnh vùc th«ng tin v« tun tỉ ong cïng víi các biện pháp giải quyết vấn đề này.

4.1. Suy hao đ-ờng truyền và pha ®inh.

Suy hao đ-ờng truyền là q 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) khơng có vật cản, với một anten cho tr-ớc thì mật độ cơng suất thu tỷ lệ nghịch với bình ph-ơng khoảng cách (d) giữa T(x) và R(x).

Suy hao kh«ng gian tù do:

Ls  d2 . f2 .

Hay: Ls = 32,4 + 20logf + 20logd (dB)

Trong ®ã: Ls: Suy hao trong kh«ng gian tù do. f: Tần số làm việc (MHz).

d: Khoảng cách giữa anten thu và anten phát (km).

Do mặt đất khơng lý t-ởng, c-ờng độ tín hiệu trung bình giảm tỷ lệ với đại l-ợng nghịch đảo của khoảng cách luỹ thừa bËc 4 (d4). Tuy nhiên vấn đề này không gây trở ngại đối với hệ thống vơ tuyến tổ ong, vì khi mất liên lạc ta ph¶i thiÕt lËp mét đ-ờng truyền mới qua một trạm gốc khác.

Trong thực tế, giữa trạm di động và trạm gốc th-ờng có chứa tr-ớng ngại vật nh-: đồi núi, tồ nhà….§iỊu nay dẫn đến hiệu ứng che khuất làm giảm c-ờng ®é tÝn hiƯu thu. Khi di động cùng với máy di động c-ờng độ tín hiệu giảm và tăng cho dù giữa anten T(x) và R(x) có hay khơng có tr-ớng ngại vt. õy l mt loi

Đồ án tốt nghiệp

pha đinh. Các chỗ giảm được gọi là chỗ trũng pha đinh. Loại pha đinh do hiÖu øng che tèi gây ra đ-ợc gọi là pha đinh chuẩn loga.

Do vậy độ thuê bao ở các thành phố lớn, địi hỏi phải có nhiều trạm thu phát gốc. Việc sử dụng trạm di động ở thành phố gây ra hiệu ứng nhiều tia và đ-ợc gọi là pha đinh nhiều tia hay pha đinh Raileght. HiƯu øng nµy sÈy ra khi tÝn hiƯu trun nhiỊu ®-êng từ anten phát đến anten thu do tín hiệu bị phản xạ nhiều đ-ờng. Điều này nghĩa là tín hiệu thu cã thĨ lµ tỉng cđa nhiỊu tÝn hiƯu gièng nhau nh-ng kh¸c pha. Khi ta cộng các tín hiệu này nh- là cộng các vectơ, có thể có vectơ gần bằng khơng, nghĩa là c-ờng độ tín hiệu gần bằng khơng, 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 đ-ợc. Do pha đinh sẩy ra trên đ-ờng truyền nên để đ-ờng truyền dẫn khơng bị gián đoạn thì giá trị trung bình chung phải lớn hơn độ nhạy máy thu một l-ợng (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 ph-ơng pháp phòng ngừa suy hao truyền dẫn do pha đinh.

4.2.1. Ph©n tËp anten.

Ph©n tËp sử dụng đồng thời hai anten thu (hoặc nhiều hơn) chịu nh h-ng pha inh độc lập, ý nim này dẫn ®Õn hai anten R(x) ®éc lËp thu cïng mét tÝn hiệu. Vì thế chúng chịu tác động của các ®-êng bao pha đinh khác nhau. Tuy nhiờn khong cỏch gia các anten phải đủ lớn để t-ơng tác giữa các tin hiệu ở hai anten lµ nhá.

4.2.2. Nhảy tần.

Nh- đà 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 t-ợng 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 lùa chän vÒ phÝa BSC

Đồ án tốt nghiệp

mà MS phải tuân theo. MS đ-ợc báo về danh sách các tần số sẽ đ-ợc dùng để nhảy tần. Các kênh logic căn bản khơng có nhảy tần: FCCH, SCH, BCCH. Có 217 lần nhảy tần trong 1 giây tức là 1200bit/1 b-ớc nhảy.

4.2.3. MÃ hoá kênh.

ë truyền dẫn, ng-ời ta th-ờng đo chất l-ợng cđa tÝn hiƯu ®-êng trun b»ng số l-ợng các bit thu đ-ợc chính xác. Nó đ-ợc biểu diễn bằng tỷ số lỗi bit BER (Bit Error Rate) BER cµng nhỏ thì càng tốt.

Tuy nhiên do đ-ờng truyền dẫn luôn thay đổi nên ta khơng thể giảm hồn tồn xuống không nghĩa là phải cho phép một l-ợng lõi nhất định và có khả năng khơi phục lại thơng tin này hay ít nhất có thể phát hiện các lỗi để khơng thể sử dụng thơng tin này vì nhầm nó là đúng. Điều này đặc biệt quan trọn g khi phát đi số liệu.

Bằng mà hố kênh ta có thể phát hiện và sửa lỗi ở luồng bit thu. NghÜa lµ cã một loại d- thừa giữa các bit, ta mở rộng thông tin từ một số bit thành một số l-ỵng bit lín hơn, tuy nhiên ta phải gửi đi nhiều bit hơn. Ta đà biết đầu ra CODEC là dòng số 260bit/20ms, 260bit này đ-ợc phân cấp theo tầm quạn trọng. Các cấp khác nhau đ-ợc bảo vệ khác nhau để cho việc bảo vệ hiệu quả nhất.

CRC (Cyclic Redundancy Check): M· kiÓm tra theo chu kú. 3bit CRC để mà hố khối cho c¸c bit cÊp Ia.

Líp Ia Líp Ib Líp II 50bit 132bit 78bit

Líp Ia Líp Ib

50bit 132bit

C¸c bit m· ho¸(378bit) 78bit

3 4

M· ho¸ khèi cđa c¸c bit lílow Ia+3bit CRC

M· ho¸ vịng xoắn R=1/2, k=5

C¸c bit cÊp II không cần bảo vệ

Đồ án tốt nghiệp

4bit o để khởi tạo lại bé m· ho¸.

- CÊp Ia: 50bit hƯ sè bé lọc, biên độ nhóm, thơng số LTP. - CÊp Ib: 132bit con trá RPE, xung RPE, th«ng sè LTP. - CÊp II: 78bit xung RPE, th«ng sè bé läc.

Mà hố kênh đ-ợc thực hiện qua hai b-ớc mà hoá khối (block Code) và mà hố vịng xoắn (Convolutional Code). Mà khối là một mà chu kỳ để phát hiện lỗi cho 50bit cấp Ia. Nếu thêm vào 3bit CRC thì có thể huỷ bá toµn bé cưa sỉ sÐt vµ bộ ngoại suy sẽ lấp lỗ trống này.

Mà hố vịng xoắn cho phép sửa sai lỗi và đ-ợc phép áp dụng cho c¸c bit cÊp Ia, Ib. ở mà hố xoắn bộ mà hoá tạo ra khối các bit mà hố khơng chỉ phụ thuộc vào các bit của khối bản tin hiện thời đ-ợc dịch vào bộ mà hố mà cịn phụ thuộc vào các khối b¶n tin tr-íc.

C¶ hai ph-ơng pháp trên đều đ-ợc sử dụng ở GSM. Tr-ợc hết một số bit thơng tin đ-ợc mà hố khối để tạo nên một khối thông tin các bit chẵn lẻ (kiểm tra). Sau đó các bit này đ-ợc mà xoắn để tạo nên các bit đ-ợc mà hoá. Cả hai b-ớc trên đều áp dụng cho cả thoại và số liệu, mặc dù sơ đồ mà hoá cho chúng khác nhau. Lý do sư dơng m· ho¸ kÐp là vì ta muốn sửa lỗi nếu có thể (mà hố xoắn) và sau đó có thể nhận biết (mà hố khối) xem liệu thơng tin bị lỗi có dùng đ-ợc hay kh«ng.

4.2.4. GhÐp xen (Interleaving).

Trong thơng tin di động do các pha đinh sâu lâu các lỗi bit th-ờng sẩy ra các cụm dài. Mà hoá kênh và đặc biệt là mà hoá xoắn chỉ hiệu quả nhất khi phát hiện và sửa lỗi ngẫu nhiên đơn lẻ và các cụm lỗi khơng q 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 mà hoá kênh khôi phục đ-ợc lại bản tin đúng sau khi đă sắp xếp laị các cơm cđa b¶n tin theo thứ tự nh- ở phía phát. Q trình nói trên đ-ợc gọi là ghép xen.

Chẳng hạn ta có 4 khối bản tin và chia mỗi khối thành 4 cụm đ-ợc đánh s ố từ 1 ®Õn 4 sau ®ã hoán vị các cụm với nhau bằng cách ghép chung cỏc cm 1 vo

Đồ án tốt nghiệp

mét khèi, các cum 2 vào một khối.Gi s u thu cm 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 mà hố kênh khi phc li khối đúng.

Hình 4.2. GhÐp xen.

4.3. KÕt nèi trun sè liƯu trong GSM

IWF

Hình 4.3. Mơ hình truyền sè liƯu

Mét vÝ dơ làm rõ ph-ơng pháp truyền số liệu trong mạng GSM: 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 C¸ckhèi Bản tin đ-ợc ghép xen GhÐp xen MODEMRATE ADAPTER PSTN MSC XCDR (TRAU) BSC BTS M PCMCIA DTE 9,6Kb\s B/ S 9,6Kb\s 12(16)Kb\s 12(64)kb\s 12(33,8)kb\s

Đồ án tốt nghiệp

- Dịng 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 th-ờng một Modem sẽ chèn thêm các bit và truyền dòng số liệu này với tốc độ 12Kb/s. nh-ng trong ví dụ này máy laptop đ-ợc 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.

- Điện thoại di ®éng thùc hiƯn chÌn thêm các bit bảo vệ chống lỗi và truyền đi trên sóng mang dịng số liệu với tốc độ 33,8Kb/s. Dòng số liệu này chiÕm toµn bé mét khe thêi gian vµ đ-ợc truyền tải nh- một kênh thoại thông th-êng.

- 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 trun dÉn tíi TRAU trªn lng E1). Sau khi đ-ợc truyền tải vµ sư lý qua TRAU (XCDR) tốc độ dịng số liƯu 12Kb/s (16Kb/s) trë thµnh 64Kb/s (XCDR chun ®ỉi tèc ®é dßng sè liu thành 64Kb/s và trun tải tới MSC).

- Tại MSC chuyển tiếp các tÝn hiƯh ®ang sư dơng trong mạng GSM tới khối liên hợp chức năng (IWF). Khối IWF đ-ợc trang bị Modul t-ơng thích tốc độ dịng số liệu, tại đây dòng số liệu tốc độ 64Kb/s do MSC trun t¶i tíi đ-ợc xử lý bóc tách thành dịng số liệu nối tiếp 12Kb/s sau đó trở lại thành dòng số liệu nguyên gốc 9,6Kb/s, t-ơng tự nh- dịng số liệu từ laptop đ-ợc trun tíi Modem.

- Khi thực hiện kết nối từ mạng ISDN hoặc m¹ng chun tiÕp gãi sè liƯu, các gói tin hoặc dịng số liệu đ-ợc sắp xếp t-ơng tự nh- đi ra từ DCE (Data Circuit terminating Equipmen) và không cần thiết phải cã Modem hc (PAD- Packet Assembler/Dissembler) để kết nối mạng ISDN với mạng GSM. Sù lùa chän thÝch ứng với DCE đ-ợc khẳng định một lần nữa tại khèi IWF khi mµ kÕt nối và t-ơng thích tốc độ để truyền số liệu trong mạng GSM là khơng thay ®ỉi.

Đồ án tốt nghiệp

Nh- đà biết, GSM900 có 124 dải thơng tần bắt đầu từ tần số 890,2MHz. Mỗi dải thơng tần là một khung TDMA có 8 khe thời gian. Mỗi khe 15/26 = 577ms, một khung dài 4,26ms. Khung đ-ờng lên trễ 3 khe thời gian so với khung đ-ờng xng. Nhê trƠ nµy mµ MS cã thĨ sư dơng mét khe thêi gian cã cïng sè thø tù ë cả đ-ờng lên lẫn đ-ờng xuống để truyền tin bán song công.

Về mặt thời gian các kênh vật lý ở một giải thông tần vô tuyến đ-ợc đánh số khung FN (frame Number) từ 0 đến 2715647 trong một siêu khung (3h 28ph 53,760ms). Mét siªu khung cã 2048 siªu khung (6,12s). Mét siêu khung có 51 đa khung x 26 khung/1 đa khung x 51 khung/1 đa khung. Ng-ời ta gọi khuôn mÉu tin tøc ë 1 khe thêi gian lµ mét cơm. 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:

- Cơm b×nh th-êng NB (Normal Burst): NB mang kênh l-u l-ợng và kênh điều khiÓn.

- Cơm hiƯu chØnh tÇn sè FB (Frequency Correction Burst): Cụm này đ-ợc sử dụng để đồng bộ tần số cho trạm di động FB mang kênh hiệu chỉnh tần số (FCCH) cho h-ớng xuống để hiệu chỉnh tần số cđa MS theo chn cđa hƯ thèng.

- Côm đồng bộ SB (Synchronous Burst): Cụm này đ-ợc dùng để ®ång bé thêi gian cho trạm di động SB mang kênh đồng bộ SCH (Synchronous Chan nel) cho h-íng xng ®Ĩ ®ång bé thêi cđa MS víi BTS. Mang th«ng tin sè khung (FN) ca TDMA và BSIC.

- Cm giả DB (Dummy Burst): Truyền trên BCCH khi khơng có thơng tin, gồm các bit hỗn hợp chØ cho h-íng xng.

Cơm truy cập AB (Access Burst): Cụm này đ-ợc sử dụng để thâm nhập ngẫu nhiên và thâm nhập chuyển giao (handover) cụm chứa bít thơng 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 khơng biết tr-ớc đ-ợc thời gian nên tăng khoảng bảo vệ là cần thiÕt. AB sư dơng cho RACH vµ TCH.

Đồ án tèt nghiÖp

546s

H×nh 4.4. CÊu tróc khung TDMA

4.5. øng dơng b¸o hiƯu sè 7.

B¸o hiƯu trong mạng di động phức tạp hơn trong mạng điện thoại thơng th-ờng vì th 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 l-u l-ỵng míi khi MS di chuyển từ ô này sang 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 Mét ®a khung = 26 khung (120ms) Mét ®a khung = 51 khung

(235ms)

0 1 2 3 4 5 6 7 Mét ®a khung = 26 khung (4615ms)