01 N-2 N-1 Ng0g1gN-2gN-1 gN
3.2 Cấu hỡnh chung mạng thụng tin di động
3.2.1 Giới thiệu chung
Mạng thụng tin di động số tế bào hiện nay cú hai kỹ thuật truy nhập chớnh là TDMA và CDMA. Tuy đú là hai kỹ thuật khỏc nhau, nhưng núi chung cấu hỡnh của chỳng cú rất nhiều điểm giống nhau. Phần này đề cập đến cấu hỡnh mạng CDMA lấy trờn cơ sở cấu hỡnh mạng GSM.
Tuy nhiờn, ở mỗi nhà sản xuất khỏc nhau cấu hỡnh cụ thể của mạng CDMA cũng rất khỏc nhau. Trong phần này sẽ trỡnh bày một cấu hỡnh điển hỡnh của mạng CDMA:
MS : Mobile station : Trạm di động BS : Base station : Trạm gốc
MX : Mobile Exchange : Tổng đài di động
HLR : Home Location Register : Bộ đăng ký định vị thường trỳ. BTS :Base Transceiver Station : Trạm thu phỏt gốc
BSM : Base station Manager : Bộ quản lý trạm gốc BSC : Base station Controller: Bộ điều khiển trạm gốc
ASS : Access Switching Subsystem: phõn hệ chuyển mạch truy cập INS : Interconnection Network Subsystem: Phõn hệ liờn kết mạng. CCS : Central Control Subsystem: Phõn hệ điều khiển trung tõm
PSTN: Public Swictched Telephone Network: Mạng điện thoại cố định. 3.2.2 Mỏy thuờ bao di động.
Mỏy thuờ bao di động cú cấu trỳc gồm Anten MS nối tới bộ anten song cụng cho phộp một anten dựng chung cho cả phỏt và thu, điều hướng ở kờnh vụ tuyến nào đú cú dải thụng 1,25 MHz. Sau đú, tớn hiệu được chuyển xuống trung tần, được lọc và đưa đến bộ chuyển đổi ADC. Tiếp theo tớn hiệu số được đưa đến cỏc vi mạch đặc chủng ASIC (Application specific Integrated Circuit). Chức năng chủ yếu của ASIC là Moderm của MS (MSM – Mobile Station Moderm). MSM cú ba phần chớnh: cỏc bộ giải điều chế, bộ điều chế thuờ bao và bộ giải mó Viterbi. Cỏc phần này được mụ tả như sau:
a. Bộ giải điều chế.
Chức năng chủ yếu của bộ giải điều chế là chức năng mỏy thu Rake (quột tỡm). Cỏc bộ tương quan làm việc song song (mỗi bộ tương quan này được gọi là finger - ngún tay). Mỗi finger là một bộ giải điều chế độc lập, cú thể bỏm sỏt tớn hiệu về mặt tần số và về mặt thời gian xỏc định sự tương quan của cỏc tớn hiệu thu được theo dóy PN chỉ nộn phổ cỏc tớn hiệu trong cuộc (tức là tớn hiệu nào đó được trải phổ ở mỏy phỏt bởi cựng một dóy PN). Chỳng đỏp ứng mụi trường truyền dẫn đa đường, cú tăng ớch xử lý đỏng kể và cải thiện S/N. Tớn hiệu dầu ra cỏc finger được cộng theo tỷ lệ S/N của chỳng, do đú được cực đại S/N sau khi cộng. Tớn hiệu pilot phỏt từ trạm gốc cú thể được dựng để xỏc định quan hệ pha sao cho việc cộng được thực hiện theo nguyờn lý tương quan, ngoài ra cũn cú bộ điều chế thứ tư làm nhiệm vụ quỏt tỡm liờn tục tớn hiệu đa dường và gỏn tớn hiệu mạnh nhõts vào cỏc finger, bộ giải điều chế quột tỡm này cũng phục vụ việc chuyển giao.
BTSRF RF GPS CD BIN BCP BSC CIN CCP TSB CKD BSM BSMP ALM b. Bộ điều chế.
Bộ điều chế phục vụ việc xử lý phỏt, xử lý dữ liệu; mó hoỏ vũng xoắn, cài xen khối và trải phổ. Cụng suất phỏt được điều khiển bởi vi xử lý điều khiển, sau đú tớn hiệu được dưa lờn cao tần 850 MHz. Trong bộ điều chế cú cả bộ giải cài xen phục vụ việc thu dữ liệu.
c. Bộ giải mó Viterbi.
Bộ giải mó này dựng thuật toỏn Viterbi. Sau đú, dũng bit được xử lý tiếp theo ở bộ giải mó thoại hoặc người ding số liệu.
3.2.3 Trạm gốc BS.
BS đúng vai trũ giao diện giữa mỏy di động MS và tổng đài di động MX. BS cung cấp đường truyền của cỏc gúi tin. BS cũng cũn là một đầu cuối cố định của giao diện vụ tuyến. Giao diện vụ tuyến cú chức năng điều khiển và đảm bảo phủ súng cho cell. Cấu hỡnh BS bao gồm BSC, BTS và BSM, được trỡnh bày như hỡnh vẽ sau:
Hỡnh 3.2 Cấu hỡnh trạm gốc BS.
RF: Radio Frequency Block: Khối tần số vụ tuyến. CD: CDMA Digital Block: khối xử lý số.
GPS: Global Positionning System: Đồng hồ hệ thống (định vị toàn cầu) BCP: BTS Control Processor: Bộ xử lý điều khiển BTS.
CIN: CDMA Interconnecton Network: Mạng liờn kết. CKD: Clock Distributor: Bộ phõn chia đồng hồ.
TSB: Transcoder & Selector Bank: Bộ chuyển mó và chọn. CCP: Call Control Processor: Bộ xử lý điều khiển cuộc gọi. BIN: BTS Interconnecton Network: Mạng liờn kết BTS
BSMP: Base Station Manager Processor: Bộ xử lý điều hành quản trị trạm gốc. ALM: Alarm: Cảnh bỏo.
a. Phõn hệ phỏt thu của trạm gốc BTS:
BTS được bố trớ theo địa lý từng cell, ở xa BSC. BTS bao gồm một hệ thống anten, thiết bị tần số vụ tuyến ( cỏc mỏy phỏt mỏy thu ) và cỏc phương tiện số để liờn lạc với BSC. BTS bao gồm RF, CD, GPS, BCP và BIN.
BCP là bộ xử lý điều khiển quản trị chung trờn một BTS. BCP gồm cú một bộ xử lý điều khiển quột để liờn kết khối số, để xử lý cuộc gọi, quản lý địa chỉ vận hành và bảo dưỡng BTS.
Khối xử lý số CD dựng để xử lý tớn hiệu CDMA, đú là cỏc cụng việc CODEC, MODERM định thời, phối ghộp giữa cỏc dải quạt của BTS. Khối tần số vụ tuyến RF cú cỏc chức năng: giữ mức tạp õm thấp, khuyếch đại, lọc, chuyển đổi tần số xuống và lờn, kết hợp và phõn bố đa tần số.
Mạng liờn kết của BTS được gọi là BIN, nú cung cấp cỏc đường truyền điều khiển và đường truyền lưu lượng tới cỏc khối trong BTS và BSC.
Đồng hồ hệ thống GPS bảo đảm định thời cho toàn bộ hệ thống. b. Bộ điều khiển của trạm gốc (BSC)
BSC kết hợp chặt chẽ với cỏc tổng đài di động MX. BSC cú trỏch nhiệm cấp
phỏt cỏc kờnh ở giao diện vụ tuyến, điều khiển cụng suất và thực hiện chuyển
giao mềm cho cỏc MS trong vựng phục vụ của nú. BSC bao gồm CIN, CKD,
TSB và CCP.
ASS AS ASS-T ASS-M ISN CCS AMS LRS HLR PSTN BCS
Mạng liờn kết CIN cung cấp cỏc đường truyền dẫn chung giữa cỏc khối. Bộ chuyển mó và chọn TSB mó húa thoại, phõn bố cỏc bộ chọn, đúng và mở gúi, điều khiển cụng suất, thực hiện chuyển giao cứng trong cell.
Bộ xử lý cuộc gọi CCP cấp phỏt và quản trị cỏc tài nguyờn, thực hiện chuyển giao mềm cựng với điều khiển cuộc gọi.
Bộ phõn chia đồng hồ CKD đồng bộ định thời từ đồng hồ GPS cho cỏc phần tử trong mạng.
Cỏc bản tin giữa BTS và BSC được truyền trờn cỏc tuyến T1 hay E1 với tốc độ 1,544 Mbit/s hay 2,048 Mbit/s. Dũng bit cỏc gúi được chuyển từ cỏc byte 8 bit song song ở CIN, rồi chuyển đến MX qua CCP.
c. Bộ quản lý trạm gốc (BSM) BSM bao gồm BSMP và ALM.
Bộ xử lý quản trị trạm gốc BSMP hỗ trợ một giao diện giữa người khai thỏc và mỏy, tiến hành điều hoà tải theo chương trỡnh, vận hành và bảo dưỡng trạm gốc. Bộ cảnh bỏo ALM xử lý cảnh bỏo cỏc sự kiện sai hỏng.
3.2.4 Tổng đài di động MX.
MX bao gồm ba phõn hệ ASS, INS và CSS. MX cung cấp cỏc dịch vụ căn bản và dịch vụ phụ cho MS. MX cú bộ đăng ký tạm trỳ VLR để lưu giữ tạm thời cỏc tin tức về thuờ bao. MX được thực thi thành một hệ thống điều khiển phõn bố cú đẳng cấp. MX cũng điều khiển sự trao đổi thụng tin giữa cỏc bộ xử lý. MX được module hoỏ theo chức năng và cú cấu hỡnh dự phũng. Hỡnh vẽ sau trỡnh bày cấu hỡnh MX.
Hỡnh 3..3 Cấu hỡnh tổng đài di động MX.
ASS: Access Swtching Subsystem: Phõn hệ chuyển mạch truy cập. ASS-7 để truy cập mạng bỏo hiệu SS7.
HLR AES AES NIS DBS OMS MX
ASS-T để truy cập trung kế PSTN ASS-M để truy cập thuờ bao di động
INS: Interconnecton Network Subsystem: Phõn hệ mạng liờn kết. CCS: Central Control Subsystem: Phõn hệ điều khiển trung tõm
AMS: Administration & Maintenace Subsystem: Phõn hệ quản trị và bảo dưỡng LRS: Location Register Subsystem: Phõn hệ dăng ký vị trớ.
Phõn hệ chuyển mạch truy cập ASS chia thành cỏc khối nhỏ hơn tương ứng cỏc đối tượng truy cập khỏc nhau.
Phõn hệ liờn kết INS cung cấp sự đấu nối cho ASS và CSS bao gồm khối AMS và LRS. Mỗi cuộc gọi cần được gỏn vào một bộ chọn và một vocoder tương ứng. Chất lượng thoại được đỏnh giỏ bằng S/N trong từng cửa sổ 20 ms của vocoder. Nếu thu là phõn tập thỡ chuyển mạch số sẽ chọn ra đường truyền tốt nhất. CCS cộng tỏc với CCP để dịnh tuyến cuộc gọi giữa MX và BS, cấp phỏt mó trải phổ PN cho cuộc gọi xột.
3.2.5 Bộ đăng ký định vị thường trỳ HLR
HLR lưu giữ thụng tin vĩnh cửu và thụng tin tạm thời, như định vị MS, nhận dạng thuờ bao, cỏc dịch vụ số, số liệu tớnh cước. Hỡnh vẽ dưới mụ tả cấu hỡnh HLR, trong đú AES cung cấp đường truyền dẫn giữa cỏc bộ xử lý ứng dụng, NIS hỗ trợ cỏc chức năng lớp thấp hơn cho bỏo hiệu số 7.
Hỡnh 3.4 Cấu hỡnh bộ định vị trường trỳ HLR.
AES: Aplication Entity Subsystem: Phõn hệ ứng dụng DBS: Database Subsystem: Cơ sở dữ liệu.
NIS: Network Interface Subsystem: Phõn hệ phối ghộp mạng.
OMS: Operation & Maintenace Subsystem: Phõn hệ khai thỏc và bảo dưỡng.
Mã PN Mã PN Bản tin gốc đuợc phục hồi Phát PN Máy thu và bộ giải điều chế Bộ điều chế và máy phát B C A Phát PN Nguồn dũ liệu 3.3 Thủ tục thu phỏt tớn hiệu
Hỡnh 3.5 Sơ đồ phỏt thu CDMA
• Tớn hiệu số liệu thoại (9,6 Kb/s) phớa phỏt được mó hoỏ, lặp, chốn và được nhõn với súng mang f o và mó PN ở tốc độ 1,2288 Mb/s (9,6 Kb/s x 128). • Tớn hiệu đó được điều chế đi qua một bộ lọc băng thụng cú độ rộng băng
1,25 MHZ sau đú phỏt xạ qua anten.
• ở đầu thu, súng mang và mó PN của tớn hiệu thu được từ anten được đưa đến bộ tương quan qua bộ lọc băng thụng độ rộng băng 1,25 MHz và số liệu thoại mong muốn được tỏch ra để tỏi tạo lại số liệu thoại nhờ sử dụng bộ tỏch chốn và giải mó.
