b. Điều khiển công suất trong các hệ thống TDMA
CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG ĐIỂN HÌNH 4.1 Mạng GSM-
4.1. Mạng GSM-900
4.1.1. Giới thiệu chung
a. Các tham số cơ bản
Cho tới năm 1992 tại Châu Âu đã có 6 mạng tế bào tại 16 nước, phục vụ tới 1.2 triệu thuê bao. Các mạng này trước đó không tương thích nhau và do đó không đảm bảo khả năng lưu động (roaming). Số thuê bao thấp dẫn đến giá thiết bị và dịch vụ cao. Từ năm 1982 CFPT đã hình thành nhóm chuyên trách về thông tin di động GSM ( Group Speciale Mobile ) nhằm xác định hệ thống thông tin di động cho toàn Châu Âu. Tới năm 1986, nhóm GSM đã lựa chọn được tiêu chuẩn cho các hệ thống vô tuyến di động tế bào số cho Châu Âu với tên gọi GSM ( Global System for Mobile : Hệ thống di động toàn cầu ), hoạt động trên băng tần 900 MHz. Từ năm 1991, các mạng GSM đã được đưa vào hoạt động tai nhiều nứơc Châu Âu. Riêng tại Anh hệ thống này hoạt động tại băng tần 1.8GHz.
∗/ Các tham số cơ bản của GSM :
Các chỉ tiêu kĩ thuật và các thông số của GSM được mô tả chi tiết trong 13 tập khuyến nghị của ETSI (European Telecommunication Standard Institute: Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu ) được thông qua vào tháng tư năm 1988. Các tham số cơ bản của GSM như sau :
+ Băng sóng : 890 – 915 MHz (đường lên ) 935 – 960 MHz (đường xuống )
Các băng sóng này được 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 : băng sóng dược xác định theo : FnI = 890,2 + 0,2 (n-1 ) (MHz ) (đường lên );
FnII = FnI + 45 (MHz ) (đường xuống ). ( n = 1, 2, ….124 )
+ Loại truy nhập:TDMA, ở khe thời gian (TS0-TS7)
+ Mã hoá tiếng nói :RPE=LPC,tốc độ13kb/s(toàn tốc) và 6.5 kb/s(bán dốc) dùng cho pháe 2+
+ Mã kênh:Mã chập tốc độ 1/2 (1 bít vào,2 bít ra), độ dài ràng buộc 5.(mã CC(2,1,5)),kết hợp với mã khối.
50 bít quan trọng nhất trong 1 khung 20ms được mã hoá với 3 bít dư. 53 bít đã mã khối này được ghép với 132 bít mã tiếng nói quan trọng, cùng 4 bít đuôi, tạo nên khối 184 bít và được mã chập tốc độ 1/2, tạo nên khối 378 bít .78 bít mã tiếng nói không quan trọng không được mã.
+ Tốc độ truyền: Sau mã hoá tiếng nói, tốc độ bít là: 260 13 / 20 bit kb s ms = (toàn dốc) Sau khi hoàn tất mã hoá kênh:
456 22,8 / 20 bit kb s ms =
Tốc độ bít của cả 1 kênh vô tuyến, gồm 8 kênh (8 khe thời gian) và các tín hiệu huấn luyện (dò kênh), các bít cờ, khoảng phòng vệ, các bít đòng bộ…, tổng cộng là ≈271 /kb s
+ Ghép xen: Áp dụng 2 lần ,nhờ đó việc mất cả 1 cụm xung TDMA (mất toàn bộ bit trong 1 khe thời gian) chỉ dẫn đến ảnh hưởng tới 12,5% số bit của 1 khung tín hiệu tiếng nói.
+ Điều chế số:GMSK với BT=0,3 (B:Bandwidth : Độ rộng băng tín hiệu,T:Bit time interal: 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 (50kHz so với 150kHz≈ ). 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 giãm xuyên nhiễu giữa 2 sóng mang lân cận 18dB≈ và lớn hơn 50dB giữa các sóng mang xa nhau hơn
+ San bằng: Áp dụng san bằng theo thuật toán, giải quyết được trải trễ tới 16µs
+ Nhảy tần (option):Nhảy tần chậm,tốc độ 217 bước nhảy/s.Tuỳ theo điều kiện địa hình và mức độ nhiễu tổng mà nhà điều hành có thể chọn hoặc không chọn lựa cho nhảy tần. Ở Việt Nam không áp dụng (hiện nay)
+ Công suất
Công suất đỉnh: 2W (cho máy cầm tay),≤20wcho máy đặt trên ô tô; Công suất trung bình :0,25- 2,5w≤ cho các loại nói trên.
Kiểm soát công suất :Có áp dụng điều khiển công suất máy di động theo quy định của trạm gốc (BS).
+ Chuyển điều khiển :
Có áp dụng, bảo đảm khả năng roaming toàn cầu.
Trễ điều khiển đối với chuyển điều khiển khi máy di động chuyển từ cell này sang cell khác không quá 480ms.
b. Sơ đồ khối cơ bản của hệ thống GSM 900.
Hoạt động của hệ thống (vắn tắt): +MS: Bao gồm:
Đầu cuối di động: 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: Modul xác nhận thuê bao, là1 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 liên lạc thông
ME MT BTS BTS BTS BSC BS NMC OMC ADC MSC OMC MSC VLR AVC HLR EIR BS MS MS g g g g g g Um
thường. Sim được cung cấp bởi nhà điều hành mạng (công ty điện thoại di động, như 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 ↔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 lưu đông MSRN)
Quản lý định vị MS bằng dữ liệu về MS (Thuộc vùng của mình), được 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 MSC có kết nối ra ngoài (Tới tổng đài điện thoại của PSTN chẳng hạn)
+VRL: Cơ sở dữ liệu của MSC, ghi trữ thông tin của mọi MS đang hiện diện trong vùng mà MSC quản lý: Bận/rỗi, hiện đang hiện diện trong vùng định vị nào (LA nào).
+AVC: Trung tâm nhận thức 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 mainboard của các máy di động đều có 1 chip ghi số seri sản suất của máy đó, gọi là số của phần cứng. Mạng có thể thông qua EIR đọc được số máy phần cứng đó của MS nhằm kiểm soát đến cả phần cứng máy di động, chống việc lấy cắp máy di động (option, tại Việt Nam chưa áp dụng).
+OMC, NMC và ADC là các khối có chức năng giám sát, điều khiển, quản trị và bảo trì hệ thống, tính cước cuộc gọi…
+ Quản lý di động: GMS toàn cầu
Nhà điều hành No1
( Công ty điện thoại di động) HLR ××× Nhà điều hành NoM
MSC/VLR Vùng phục vụ LA1 × × × LAn BS1 ××× BS1 × × × × ×
BS1 BSk
Như vậy, trừ những yêu cầu đặc biệt (về an ninh quốc gia…) mạng chỉ quản lý vị trí của MS tới vùng định vị LA (location area)
7.Hoạt động của hệ thống GSM với một cuộc gọi từ 1 máy cố định thuộc PSTN (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 đường 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 được sử dụng tại tế bào đó. Sau khi tìm thấy sóng mang điều khiển phát thanh, MS sẽ thực hiện đăng ký nhập mạng để báo với mạng: MS đã nhập mạng, LA mà MS đang hiện diện (số của vùng LA gọi là :Location Area Identity, được phát quảng bá thường xuyên trên sóng mang điều khiển phát thanh). Khi đó tại MSC/VLR mà MS đang hiện diện, bộ ghi VRL 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 đang hiện diện được 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 đang hiện diện.
+Khi một máy điện thoại cố định quay số một máy di động, số máy chẳng hạn là 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 cuộc hỏi định tuyến. Số máy đó được HLR của mạng dịch ra và tra để biết MS bị gọi đang thuộc MSC nào và thông báo cho GMSC.GMSC sẽ kết nối tới MSC đó và báo cho MSC đố rằng MS có số hiệu như vậy có cuộc gọi đến MSC/VLR đó sẽ tra bộ ghi VLR của mình để biết xem MS có rỗi không & 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 channel ) của mình.
+ Khi MS nghe thấy hiệu gọi của mình trên kênh paging, nó sẽ truy nhập mạng và BS sẽ đặt 1 kênh điều khiển 2 chiều ( lên – xuống ) cho nó. Trên kênh đó MS sẽ nhận thực quyền nhập mạng của mình với 1 mạng rồi nhận lệnh chuyển về 1 kênh thoại ( kênh lưu lượng – traffic channel ) để tiến hành đàm thoại.