He thong GSM.doc

He thong GSM

Phần 1

Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSMChơng 1 : Cấu trúc tổng quát của hệ thống GSM I- Giới thiệu chung về hệ thốngthông tin di động

Ngày nay do nhu cầu về thông tin ngày càng tăng và trở nên quan trọng trong đời sống vật chất cũng nh tinh thần của xã hội Nó đòi hỏi phải đợc đáp ứng bởi một công nghệ mới để thoả mãn nhu cầu về dung lợng, chất lợng và các dịch vụ đa dạng.

Mạng viễn thông tổ ong là một trong những ứng dụng kĩ thuật viễn thông có nhu cầu lớn nhất và phát triển nhanh nhất Nó chiếm số phần trăm lớn và không ngừng gia tăng trong toàn bộ thuê bao trên toàn thế giới Trong tơng lai các hệ thống tổ ong sử dụng kĩ thuật số sẽ trở thành phơng thức thông tin vạn năng.

GSM-Groupe Special Mobile hay Sytem for Mobile communication-nhóm đặc trách thông tin di động hay hệ thống thông tin di động toàn cầu

GSM là tiêu chuẩn điện thoại di động số toàn Châu Âu do viện tiêu chuẩn viễn thông qui định, là một tiêu chuẩn chung Nghĩa là các thuê bao di động có thể sử dụng các máy di động của họ trên toàn Châu Âu.

Với hệ thống GSM mới này bằng việc sử dụng tần số tốt hơn và kĩ thuật chia ô nhỏ làm cho số thuê bao đợc phục vụ sẽ tăng lên.

Ngoài ra GSM còn cung cấp một số tính năng nh thông tin số liệu tốc độ cao, faxcimile, và dịch vụ thông báo ngắn Các máy di động sẽ nhỏ hơn và tiêu tốn ít công suất hơn các thế hệ trớc.

Nớc ta ngày nay điện thoại di động ngày càng phổ biến và mạng này phát triển một cách rất nhanh Bắt đầu bằng việc phủ sóng các thành phố lớn, đến các đ-ờng cao tốc, các vùng có nhu cầu lu lợng lớn và dần dần phủ sóng toàn quốc.

Do thời gian có hạn nh đợc sự chỉ bảo tận tình các thầy cô trong tổ bộ môn và đặc biệt là thầy giáo hớng dẫn GS.PTS Vũ Anh Phi và ThS Nguyễn Xuân Nghĩa cùng tất cả các anh chị của phòng Kĩ thuật-Khai thác của Trung tâm thông tin di động VMS Khu vực I, cùng giúp đỡ nhiệt tình của mọi ngời thân trong gia đình Em đã trình bày hoàn thành bản luận văn, đa ra đợc các tính năng mới đợc cung cấp và giải thích kĩ thuật sử dụng để đảm bảo các tính năng này.

Qua đây em xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến tất cả thầy cô, bạn bè đã tạo điều kiện, động viên em trong lúc còn rất bỡ ngỡ làm luận văn.

II- Cấu trúc tổng quan của hệ hống GSM EIR : Thanh ghi nhận dạng thiết bị

MSC : Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động (gọi tắt là : tổng đài vô tuyến)

BSS : Hệ thống trạm gốc BTS : Đài vô tuyến gốc BSC : Đài điều khiển gốc MS : Máy di động

OMC: Trung tâm khai thác và bảo dỡng ISDN: Mạng số liên kết đa dịch vụ

PSPDN:Mạng chuyển mạch công cộng theo gói gốc BSS Mỗi hệ thống trên chứa một khối chức năng, ở đó thực hiện tất cả các chức năng của hệ thống Các khối chức năng thực hiện ở các thiết bị khác nhau

Là một thiêt bị có thể xách tay và ở thiết bị này về mặt vật lí anten không gắn với phần thiết bị chứa kết cuối di động Các máy này có thể thực hiện tất cả các mức công suất cần thiết trong hệ thống

Các máy xách tay có thể đợc lắp trên ôtô và thờng gồm một khối cắm rút mang đi đợc và một bộ thích ứng lắp trên ôtô.

Các máy cầm tay

Là một thiết bị xách tay và ở đây anten có thể cắm với phần thiết bị chứa kết cuối di động.

Các máy cầm tay đợc thiết kế để ngời sử dụng cầm tay đợc dễ dàng.

Các máy cầm tay có thể đợc lắp trên ôtô và thờng gồm một máy cầm tay tiêu chuẩn cắm vào một giao tiếp ở ôtô Giao tiếp này cho phép nạp acqui và nối ghép với anten lắp bên ngoài

GSM, MS đợc phân thành năm loại theo công suất đỉnh danh định nh sau:

+ Modun nhận dạng thuê bao SIM (Subscriber Identity Module)

SIM chính là một bộ phận của quản lí thê bao

SIM chứa chức năng bảo mật và để nhận thực thuê bao

SIM là một modun tháo rút để cắm và mỗi khi sử dụng Có hai phơng án đ-ợc đa ra:

SIM card IC

Là một modun có một giao tiếp với bên ngoài theo tiêu chuẩn ISO về các card IC SIM có thể là một bộ phận của card đa dịch vụ, trong đó viễn thông di động GSM là một trong các ứng dụng.

Ha noi national university 15/6/1999 3

SIM dạng cắm

Là một modun riêng hoàn toàn đợc tiêu chuẩn hoá trong hệ thống GSM.Nó đ-ợc dự định lăp đặt bán cố định ở ME(là máy di đọng không có SIM)

SIM sẽ đảm bảo các chức năng sau nếu nó nằm trong khai thác của mạng

Quản lí thông tin liên quan đến thuê bao di động chỉ có thể thực hiện khai thác mạng GMS khi SIM có một số IMSI đúng.

SIM phải có khả năng sử lí một số nhận dạng cá nhân PIN, thậm chí cả khi không bao giờ sử dụng nó.PIN bao gồm 4 đến 8 chữ số Một PIN ban đầu đợc nạp bởi bộ hoạt động dịch vụ ở thời điểm đăng kí Sau đó ngời sử dụng có thể thay đổi PIN cũng nh độ dài của PIN Ngời sử dụng có thể quyết định có sử dụng chức năng PIN hay không bằng một chức năng SIM-ME đợc gọi là chức năng cấm PIN Việc cấm nay giữ nguyên cho đến khi ngời sử dụng cho phép kiểm tra lại PIN.

Nhân viên đợc phép của hãng khai thác có thể chặn chức năng cấm PIN khi đăng kí thuê bao, nghĩa là thuê bao khi bị chặn chức năng cấm PIN phải sử dụng PIN.

Nếu đa PIN sai ,ngòi sử dụng nhận đợc một chỉ thị Sau khi đa vào ba lần sai liên tiếp SIM bị chặn, thậm chí cả khi rút SIM ra hay tắt MS.

Việc chặn SIM đặt nó vào trạng thái cấm các khai thác mạng GSM Dới sự điều khiển của khoá giả toả chặn cá nhân có thể giả toả chặn.

Khoá giải toả chặn cá nhân là số có 8 chữ số Nếu đa vào chữ số sai ,ngời sử dụng nhận đợc chỉ thị Sau 10 lần liên tiếp đa vào sai, SIM bị chặn ngay cả khi đã

Anten của MS đợc nối với bộ thu phát qua một bộ ghép đôi cho phép thu phát cùng lúc bởi một anten Tín hiệu nhận đợc ở bộ thu của MS sẽ đợc chuyển đổi từ băng VHF (cao tần) 850 MHz thành băng IF (trung tần) qua bộ tổng hợp tần số Tín hiệu IF đợc đa qua bộ lọc thông qua giải SAW với băng 1,25 MHz và chuyển đổi thành tín hiệu số qua bộ ADC (biến đổi tơng tự thành số), tiếp tục tín hiệu đợc gửi đến bốn bộ liên quan (một bộ tìm kiếm để cung cấp đờng truyền dẫn cho ba bộ thu số liệu) Số liệu từ ba bộ thu số liệu đợc tổ hợp tốc độ lớn nhất để xác định tỉ lệ tín

Ha noi national university 15/6/1999 4

hiểu trên nhiễu Đầu ra của bộ tổ hợp với các tốc độ khác nhau lớn nhất đợc chuyển tới bộ giải mã lấy ra một tốc độ đã đợc chèn vào từ các trình tự tín hiệu đợc tổ hợp trớc đó và đầu ra đợc giải mã nhờ bộ giải mã chuẩn hớng hoá hớng đi, sử dụng thuật toán Vitebi Bít giải mã đợc sử lí bởi bộ mã hoá tiếng

Ngợc lại tiếng nói từ MS truyền tới BTS phải qua bộ mã hoá tiếng nói số và đ-ợc mã hoá theo sóng mang Sau đó nó đđ-ợc chuyển thành RF và đa qua bộ tổng hợp tần số để sắp xếp tín hiệu theo tần số ra riêng Các tín hiệu này đợc khuếch đại tới mức đầu ra cuối cùng và chuyển tới anten qua bộ ghép đúng

-Thiết bị đầu cuối: Để thực hiện các dịch vụ của ngời sử dụng (thoại,fax, số liệu)

- Kết cuối di động: Để thực hiện truyền dẫn ở giao diện vô tuyến và mạng - Thích ứng đầu cuối: Bộ thích ứng đầu cuối trong MS có vai trò cửa nối thông thiết bị đầu cuối với kết cuối di động Khi lắp đặt các thiết bị đầu cuối trong môi trờng di động MS có bộ thích ứng đầu cuối tuân theo tiêu chuẩn ISDN Còn thiết bị đầu cuối thì có giao diện với Modem

+ Các tính năng đợc dùng của máy di động

Tính năng của máy di động đợc hiểu nh một bộ phận của thiêt bị hay chức năng liên quan trực tiếp đến sự vận hành của MS Các tính năng này đợc phân thành :Bắt buộc và tuỳ chọn Các tính năng này đợc nhà sản xuất đảm bảo sẽ không mâu thuẫn với giao tiếp vô tuyến, cũng nh không gây nhiễu đến mạng hoặc MS khác hay bản thân MS của mình Do vậy cần có sự phối hợp điều khiển tập hợp tối thiểu các tính năng

Các tính năng cơ bản của MS:

.Hiển thị số bị gọi (bắt buộc)

Hiển thị các tín hiệu trong quá trình cuộc gọi (bắt buộc) Chỉ thị Quốc Gia /mạng PLMN (bắt buộc)

Chọn Quốc Gia /mạng PLMN (bắt buộc) Quản lí nhận dạng đăng kí thuê bao

Hiển thị PIN không đủ năng lực (bắt buộc)

Nhận dạng thiết bị máy tin di động quốc tế IMEI (bắt buộc) Chỉ thị và xác nhận bản tin ngắn

Chỉ thị thông báo ngắn bị tràn Giao tiếp DTE/DCE

Giao tiếp đầu cuối ISDN ‘S’

Điều khiển các dịch vụ phụ

Các tính năng bổ sung :

Quay số rút gọn Gọi số thoại cố định Lặp lại số thoại

Khai thác không nhấc máy

Cấm các cuộc gọi ra Chỉ thị chất lợng thu Tự kiển tra (bắt buộc)

Máy đo đơn vị tính cớc cuộc gọi Máy di động nhiều ngời sử dụng

b BASE STATION SUBSYSTEM-BSS (Phân hệ trạm gốc)

BSS phối ghép trực tiếp với MS bằng thiết bị BTS qua giao diện vô tuyến, nếu BTS bao gồn các thiết bị phát, thu vô tuyến và quản lí vô tuyến.

BSS thực hiện đấu nối MS với NSS, tức là kết nối thuê bao di động MS với ng-ời sử dụng viễn thông khác, vậy BSS phải phối ghép với NSS bằng thiết bị BSC, BSC phối ghép với MSC trong NSS.

c BASE STATION CONTROLER - BSC (Bộ điều khiển trạm gốc)

BSC là khối chức năng điều khiển và giám sát các BTS và các liên lạc vô tuyến trong hệ

BSC điều khiển công suất, BSC quản lí giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển của BTS và MS Đó là các lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và quản lí chuyển giao BSC đợc nối với BTS ở một phía và MSC ở phía SS BSC là một tổng đài nhỏ có khả năng tính toán nhất định Vai trò chủ yếu của BSC là quả lí các kênh vô tuyến và quả lí chuyển giao Một BSC có thể quản lí hàng chục BTS Tạo thành một trạm gốc Một tạp hợp các trạm gốc gọi là phân hệ trạm gốc Giao diện A đợc qui định giữa BSC với MSC Sau đó giao diện Abis cũng đợc qui định giữa BSC và BTS.

Nhiệm vụ quan trọng nhất của BSC là đảm bảo khả năng sử dụng tiềm năng vô tuyến cao nhất Điều này dợc thực hiện khi BSC điều khiển một phần chính của mạng vô tuyến Chỉ có thể san bằng đợc sự mất cân đối của tải lợng khi số thuê bao lớn.

Vị trí tối u của BSC ở đờng truyền dẫn giữa MSC và trạm vô tuyến gốc thay đổi tuỳ theo cách thực hiện Giải pháp hấp dẫn nhất trong nhiều trờng hợp là đặt MSC và BSC cùng một chỗ Điều này phù hợp với sự phân tán MSC để giảm tối thiểu giá truyền dẫn ở PSTN Trong nhiều trờng hợp kích thớc kinh tế nhất của một MSC băng kích thớc của một BSC phù hợp.

Việc đặt ở cùng một chỗ cũng giảm các thâm nhập truyền dẫn và giảm giá thành truyền dẫn.

Mặt khác một số vị trí thích hợp cho BSC nh lại không thích hợp cho MSC dô thiếu thuê bao Khi đó có thể đặt một BSC ở xa và khi số lợng thuê bao đạt đến mức

Tóm lại BSC đợc ấn định các trách nhiệm chức năng chính sau: -Điều khiển cuộc nối của trạm di động.

d BASE TRANSCEIVER STATION-BTS (Đài vô tuyến gốc)

BTS gồm tất cả các thiết bị giao tiếp truyền dẫn và vô tuyến cần thiết ở trạm vô tuyến (Hệ thống anten , bộ khuếch đại tần và các thiết bị số cần thiết ) dù trạm phủ một hay nhiều ô Nhiệm vụ chức năng chủ yếu của nó là truyền dẫn vô tuyến Về mặt vật lí BTS phải đợc đặt ở vị trí gần anten để đạt đợc sự bao phủ vô tuyến cần thiết BTS nh là một môdem vô tuyến phức tạp Khối chuyển đổi mã và tốc độ TRAU là quan trọng nhất của BTS.TRAU thực hiện mã hoá và giải mã thoại rất đặc thù cho thông tin di động số Cellular TRAU cũng thực hiện thích ứng tốc độ truyền số liệu TRAU có thể đặt cách xa BTS chẳng hạn giữa BSC và MSC

Mỗi BTS làm việc ở tập hợp các kênh vô tuyến khác với kênh vô tuyến ở ô lân cận để chống nhiễu giao thoa đồng kênh.

- Các chức năng tiềm năng chung (biểu thị các tiềm năng chung của TRS

đ-ợc sử dụng cho lu thông với các MS thuộc về một ô) bao gồm:

Quảng bá thông tin của hệ thống BSC xác định các thông báo về thông tin của hệ thống đợc lu giữ và định kì quảng bá bởi hệ thống con thu phát TRS ở kênh điều khiển quảng bá BCCH Nếu ở máy thu-phát TRX đợc dành cho BCCH xảy ra sự cố, sự cố đợc báo cáo đến BSC, BSC gửi thông tin BCCH đến một TRX mới đợc

BSC ấn định một kênh DCCH cho báo hiệu giữa MSC và MS ở DCCH sau đó MS đợc ấn định một TCH cho thông tin tiếng và số liệu.

ấn định tức thời TRS phát đi một lệnh ở kênh CCCH từ BSC đến MS là nó sẽ sử dụng một kênh trong ô

- Các chức năng tiềm năng riêng ( biểu thị tất cả các chức năng TRS đợc sử

dụng cho thông tin với các MS thuộc về phần TRS phục vụ một ô)bao gồm:

Đa kênh vào hoạt động BSC ra lệnh cho TRS đa vào hoạt động một tiềm năng kênh riêng để sử dụng bằng một kênh logíc liên kết của mình Khi một kênh dợc ấn định BSC thông báo TRX về các thông số nh kiểu kênh, mã kênh v.v

Huỷ hoạt động kênh TRS huỷ hoạt động kênh

Khởi đầu mật mã Khởi đầu mật mã đợc TRS thực hiện trên cơ sở khoá mật mã

Khoá mật mã đợc tính toán ở thủ tục nhận thực từ thông số RAND và khoá riêng của thuê bao.

Ha noi national university 15/6/1999 7

Phát hiện chuyển giao Khi một kênh đợc thiết lập cho chuyển giao, TRS “nghe” kênh thâm nhập ngẫu nhiên

- Các chức năng kênh mặt đất (là nhóm các chức năng thực hiện, chuyển đổi

và thích ứng số liệu) bao gồm:

Chuyển đổi mã tiếng Chuyển đổi mã hoá tiếng đợc thực hiện giữa 64 Kb/s và 13 Kb/s Chức năng này đợc đặt ở xa trong TRAU ở BSC

Thích ứng tốc độ Thích ứng tốc độ đợc thực hiện giữa 64 Kb/s và 3,6; 6 hay 12 Kb/s chức năng này đựoc đặt ở xa trong TRAU ở BSC

Điều khiển trong băng của TRAU ở xa Thông tin điều khiển đợc bổ xung đến số liệu và tiếng dẫn đến tổng tốc độ kênh là 16 Kb/s Bốn kênh thông tin đợc ghép chung vào một kênh 16 Kb/s giữa BSC và TRS

VAD/DTX Một bộ phát hiện sự hoạt động của tiếng (VAD) phát hiện ống nói gần có nói không.Trờng hợp im lặng nó đợc chỉ thị đến phần vô tuyến và phần phát vào không khí sẽ bị ngắt.

Truyền dẫn không liên tục (DTX) Nếu MS tắt, TRS bổ sung tạp âm dễ chịu

- Mã hoá và ghép kênh (là chức năng lập khuôn dạmg thông tin ở các kênh

vật lí) bao gồm:

Ghép kênh ở đờng vô tuyến Các kênh logíc dợc ghép chung ở các kênh vật lí Mã hoá và ghép xen kênh Luông bit đợc lập khuôn dạng cho từng khe thời gian ở kênh vật lí.

Mật mã / Giải mật mã tiếng nói đợc mật mã và giải mật mã bằng khoá mật mã Mật mã và giải mật mã đựợc thực hiện ở các bit mang thông tin quan trọng Khoá mật mã đợc tạo ra ở AUC và nạp vào TRX Số ngẫu nhiên (RAND) đợc gửi đến MS.

-Điều khiển hệ thông con vô tuyến (đảm bảo đIều khiển các tiềm năng vô

Đo chất lợng Các phép đo chất lợng và cờng độ tín hiệu đợc thực hiện ở tất cả các kênh riêng hoạt động trên đờng lên (MS đến BTS) Các phép đo này đợc thực hiện trong thời gian hoạt động của kênh Các kết quả đo từ MS về chất lợng đờng xuống (BTS đến MS), cờng độ tín hiệu và các mức tín hiệu của BTS xung quanh đợc gửi đi và sử lí ở BSC.

Đồng bộ thời gian Một tín hiệu đợc phát đi từ TRS đến MS để định trớc thời gian truyền dẫn đến TRS để bù trừ thời gian trễ gây ra do truyền sóng TRX liên tục giám sát và cập nhật đồng bộ thời gian Cùng với số liệu đo cho đờng lên, đồng bộ thời gian hiện thời cũng đợc báo cáo cho BSC

Điều khiển công suất của TRS và MS Công suất của TRS và MS đợc điều khiển từ BSC để giảm tối thiểu mức công suất phát để giảm nhiễu đồng kênh.

Phát Phát vô tuyến bao gồm nhảy tần Nhảy tần đợc thực hiện bằng chuyển mạch băng tần cơ sở với các máy phát khác nhau cho từng tần số

Thu tín hiệu vô tuyến bao gồm cả cân băng và phân tập

Sự cố đờng truyền vô tuyến Sự cố đợc phát hiện và báo cáo cho BSC

- Điều khiển TRX chức năng nay gồm các lệnh:

Ha noi national university 15/6/1999 8

LAPD Kết cuối đờng báo hiệu giữa BSC và TRS

Báo cáo lỗi Phát hiện và báo cáo lỗi ở thông báo từ BSC.

Sự cố lối thông TRS phát hiện đờng lối thông nào bị gián đoạn ở đờng vô tuyến hay không

Chuẩn tần số Thông tin định thời đợc lấy ra từ các đờng PCM từ BSC Số khung Có thể đặt và đọc số khung từ bộ đếm số khung

nhau ở TRS cho lu lợng và/ hoặc cho khai thác ) bao gồm :

Phát vô tuyến: Thiết lập tần số và công suất ra cho các máy phát

Thu vô tuyến: Thiết lập tần số cho các máy thu kể cả máy thu không nhảy tần và máy thu nhảy tần.

Điều khiển vô tuyến: Định nghĩa việc sắp xếp thông tin hệ thống ở các khe thời gian

Kết hợp kênh logíc: Sắp xếp các kênh logíc ở các kênh vật lí

ấn định nhận dạng ô: Thiết lập mã mầu trạm cơ sở và mã mầu trạm PLMN.

- Điều khiển bảo dỡng tại chỗ :

Chức năng này đợc sử dụng không cần nối với BSC ở BTS thiết bị này chỉ có các chỉ thị trạng thái và cảnh báo để cung cấp tổng quan Tất cả các chỉ thị trình bày chi tiết và điều khiển công nhân đợc thực hiện ở đầu cuối bảo dỡng tại chỗ (LMT)

- Quản lí đờng báo hiệu

TRX quản lí đờng báo hiệu giữa BSC và MS

- Giám sát và kiểm tra chức năng

Đợc thực hiện theo hai cách sau:

Các kiểm tra lắp trong đợc thực hiện khi khai thác bình thờng

Các kiểm tra đợc thực hiện ở các lệnh đặc biệt hay các đIều khiển đặc biệt

Là giao diện giữa GSM và PSTN, nó có trách nhiệm kết nối và giám sát cuộc gọi đến MS và từ MS đi Có nhiều chức năng đợc thực hiện trong MSC, ví dụ lập mã và xác nhận

MSC có giao diện với BSS phía MS và có giao diện với các mạng ngoài Một MSC cổng làm nhiệm vụ phối ghép thích ứng với mạng ngoài bảo đảm thông tin giữa thuê bao di động và thuê bao cố định MSC thờng là một tổng đài lớn thích ứng với vùng đô thị một triệu dân c.

Để kết nối MSC với các mạng khác cần phải thích ứng các đặc điểm truyền dẫn PLMN với các mạng đó Các thích ứng này gọi là các chức năng tơng tác IWF (Inter Working Functions) Đảm trách TWF là thiết bị thích ứng thủ tục và truyền dẫn IWF cho phép PLMN kết nối với các mạng PSTN, ISDN, PSPDN, CSPDN IWF có thể đợc thực hiện kết hợp trong MSC hay có thể đợc thực hiện ở thiết bị riêng.

f HOME LOCATION REGISTER-HLR (Bộ định vị thờng trú )

Trong GSM mỗi một hoạt động đợc lu giữ số liệu cùng những thông tin về tất cả thuê bao Phụ thuộc vào PLMN chi tiết này.

Những dữ liệu lu dữ này có thể đợc thực hiện trên một hoặc nhiều HLR

Những thông tin đợc lu giữ trong các dữ liệu là sự chỉ định của thuê bao và phục vụ yêu cầu.

Bất kể MS ở đâu, HLR đều lu dữ mọi thông tin liên quan đến việc cung cấp các dịch vụ viễn thông kể cả vị trí hiện thời của MS HLR thờng là một máy tính đứng riêng có khả năng quả lí hàng trăm ngàn thuê bao, nh không có khả năng chuyển mạch Một chức năng nữa của HLR là nhận dạng thông tin do AUC cung cấp (số liệu bảo mật về tính hợp pháp của thuê bao).

g VISITOR LOCATION REGISTER- VLR (Bộ ghi định vị tạm trú )

VLR đợc thực hiện trong cùng một hệ chuyển mạch MSC , ở dây tức là bằng MSC/VLR.

VLR chứa đựng những thông tin tạm thời về thuê bao di động có mặt trong vùng phục vụ MSC/VLR xác định VLR là một cơ sở dữ liệu đợc nối với một hay nhiều MSC Các số liệu định vị thuê bao MS lu giữ trong VLR chính xác hơn số liệu tơng ứng trong HLR.

Chức năng của VLR thờng đợc liên kết với chức năng MSC MSC/VLR thực hiện chuyển mạch các cuộc gọi và tạo nên điểm điều khiển để cập nhật vị trí và chuyển giao MSC chủ yếu chịu trách nhiệm cho thiết lập cuộc gọi (bao gồm cả thủ tục nhận thực ), điều khiển cuộc gọi và tính cớc.

Các chức năng VLR chịu trách nhiệm lu giữ và cập nhật số liệu thuê bao (xem bộ ghi tạm trú ) MSC/VLR coi tất cả các thuê bao là tạm trú MSC cổng (GMSC) nối PLMN với các mạng khác Đây là điểm mà các cuộc gọi đến các thuê bao di động đi vào mạng PLMN GMSC có phơng tiện hỏi, nghĩa là GMSC có các chức năng để nhận thông tin từ HLR về vị trí hiện thời của thuê bao Nó cũng có các chức năng định tuyến lại cuộc gọi đến trạm di động theo thông tin nhận đợc từ việc

Cấu trúc phần cứng của cả hai MSC/VLR và GMSC chủ yếu là nh nhau Trung kế

Trung kế PSTN

ETC :Mạch đầu cuối tổng đài

ST :Đầu cuối báo hiệu ch số 7CCITT

Cấu trúc của MSC/VLR

Gồm hệ thống điều khiển (APZ 212) với một hệ thống chuyển mạch (APT 210 08/R5) Hệ thống chuyển mạch chứa một chuyển mạch nhóm để chuyển mạch các cuộc gọi, các đầu cuối báo hiệu (ST) để thực hiện báo hiệu phù hợp với báo hiệu kênh chung số 7 CCITT và các giao tiếp trung kế đợc gọi là các mạch đầu cuối tổng đài (ETC) để giao tiếp các hệ thống PCM (các trung kế )

Một đầu cuối báo hiệu sử dụng một khe thời gian 64 Kbit/s ở một hệ thống PCM.

Chuyển mạch nhóm đảm bảo việc nối thông bán cố định giữa khe thời gian này và đầu cuối báo hiệu.

Để loại trừ ảnh hởng của hồi âm gây ra do trễ thời gian, các bộ triệt hồi âm đ-ợc trang bị Không thể tránh đđ-ợc thời gian trễ xảy ra ở phần vô tuyến Thời gian trễ này gây ra do quá trình xử lí tiếng bằng phơng pháp số phức tạp.

h AUTHENTICATION CENTER-AUC (Trung tâm nhận thực)

Với lí do an toàn về chất lợng, ngôn ngữ, dữ liệu và báo hiệu sẽ đợc mã hoá và đợc nhập dới dạng kí hiệu ở đầu vào, chìa khoá bí mật đợc cất giữ trong AUC và đợc sử dụng trong MS.

Ban đầu AUC sẽ đợc thực hiện bằng một hoặc nhiều thông tin riêng lẻ, đợc nối đến HLR.

AUC chủ yếu chứa một số các máy tính cá nhân AUC đợc coi nh một thiết bị đầu vào/ra (I/O),lúc đầu nó đợc nối bằng các lệnh chuẩn.

Chức năng AUC là cung cấp cho HLR các thông số nhận thực và khoá mật mã để sử dụng cho bảo mật

i GATE MSC-GMSC (Tổng đài di động cổng)

Nếu một ngời nào đó ở mạng cố định PSTN muốn thực hiện một cuộc gọi đến một thuê bao GSM Tổng đàI ở PSTN sẽ nối cuộc gọi này đến một MSC có trang bị một chức năng đợc gọi là chức năng cổng Tổng đàI này đợc gọi là tổng đàI cổng GMSC GMSC sẽ phảI tìm ra vị trí của MS cần tìm bằng cách hỏi HLR nơI MS đăng kí HLR trả lời vùng MSC hiện thời Lúc này MSC định tuyến lạI cuộc gọi đến MSC cần thiết và VLR ở đây sẽ biết chi tiết về vị trí MS.

ở một mạng GSM tất cả các cuộc gọi kết cuối di động đều đợc định tuyến đến GMSC GMSC có chức năng hỏi định tuyến cuộc gọi

j EQUIPMENT IDENTIFICATION REGISTER-EIR (Bộ ghi nhận thực

thiết bị)

Trong GSM có sự khác biệt giữa bộ phận mã hoá và thiết bị di động Ta thấy AUC sẽ đợc nhập vào dới dạng kí hiệu khi nhập vào Các thiết bị di động đợc kiểm tra trong EIR Để ngăn chặn sự đánh cắp và những dạng không đợc phê chuẩn mà MS sẽ dùng EIR đợc nối với MSC qua một đờng báo hiệu Nó cho phép MSC kiểm tra sự hợp lệ của thiết bị Bằng cách này có thể cấm MS có dạng không đợc phê chuẩn.

Cần nhớ rằng việc nhận thực đăng kí thuê bao bằng các thông số từ AUC

k OPERATION and SUPPORT SUBSYSTEM-OSS (Phân hệ khai thác và - Điều khiển chuông

Hệ thống OSS đợc nối đến tất cả các thiết bị ở hệ thống chuyển mạch và nối đến BSC.

Ngày nay OSS đợc xây dựng theo nguyên lí TMN (Telecommunication Management Network) mạng quản lí viễn thông Với tất cả các thiết bị khai thác và bảo dỡng, hỗ trợ tạo thành một mạng thống nhất liên kết với các thiết bị xử lí lu l-ợng Một khi đã tập trung hoá nh thế, các giao diện giữa các thiết bị sử lí lu lợng và thiết bị OSS đợc qui định.

Một mặt OSS đợc nối đến các phần tử của máy.

3- Cấu trúc địa lí của mạng

Mọi mạng điện thoại cần một cấu trúc nhất định để định tuyến các cuộc gọi vào đến tổng đài cần thiết và cuối cùng đến thuê bao bị gọi ở một mạng di động cấu trúc này rất quan trọng do tính lu thông của các thuê bao di động trong mạng.

- Vùng mạng GMSC

Các đơng truyền giữa mạng GSM/PLMN và mạng PSTN/ISDN hay các mạng PLMN khác ở các mức tổng đài trung kế quốc gia hay quốc tế Tất cả các cuộc gọi vào GSM/PLMN sẽ đợc định tuyến qua GMSC GMSC làm việc nh một đài trung kế vào cho GSM/PLMN.Đây là nói chức năng hỏi định tuyến cuộc gọi cho các cuộc gọi tới MS.Một vùng mạng GMS/PLMN đợc chia thành một hay nhiều vùng phục vụ MSC/VLR.

- Vùng phục vụ MSC/VLR

Vùng MSC/VLR là bộ phận của mạng đợc một MSC quản lí để định tuyến một cuộc gọi đến một thuê bao di động, đờng truyền qua mạng sẽ đợc nối đến MSC ở vùng phục vụ MSC/VLR nơi thuê bao đang ở.

Vùng phục vụ là một bộ phận của mạng đợc định nghĩa nh là một vùng mà ở đó có thể đạt đến một trạm di động nhờ việc trạm này đợc ghi lại ở một bộ ghi định vị VLR khách.

Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR đợc chia thành một số vùng địng vị - Vùng định vị

Vùng định vị là một phần của vùng phục vụ MSC/VLR, mà ở đó trạm di động có thể chuyển động tự do mà không cần cập nhật thông tin về vị trí cho tổng đài MSC điều khiển vùng định vị này.

Vùng định vị này là vùng mà ở đó một thông báo tìm gọi sẽ đợc phát quảng bá để tìm thuê bao di động bị gọi Vùng định vị có thể có một số Cell và phụ thuộc vào một hay vài BSC nhng nó chỉ phụ thuộc MSC/VLR.

Chơng 2:Vô tuyến số và các giao diện sử dụng trong hệ GSM

I-Vô tuyến số tổng quát

Thông tin di động số Cellular đời mới hiện nay sử dụng tần số vô tuyến từ 800 MHz trở lên Với tần số nói trên và giả thiết nguồn phát đặt trong một không gian tự do và truyền sống lí tởng Suy hao đờng truyền sẽ tỷ lệ thuận với bình phơng cự li Trong môi trờng di động thì chất lợng của tín hiệu luôn thay đổi theo thời gian chẳng hạn khi đi xuyên qua một đờng hầm giữa hai quả đồi Hiệu ứng đặc biệt này gọi là che tối hay fadinh chậm ở đây ta sẽ xét đến các tình huống phát sinh khi thu tín hiệu

1- Suy hao đờng truyền và fadinh

- Suy hao đờng truyền là quá trình mà ở đó tín hiệu thu yếu dần do khoảng cách giữa trạm di động và gốc ngày càng tăng.Không có vật cản ở giữa ta thu đợc

Vấn đề này không là trở ngại ở hệ thống vô tuyến Cellular Vì trớc khi mất liên lạc ta phải thực hiện một đờng truyền mới qua một trạm gốc khác.

Tuy nhiên ít khi sử dụng trạm di động của mình ở một môi trờng không có chớng ngại.

Các chớng ngại nh toà nhà, đồi núi làm dẫn đến hiệu ứng che tối vì vậy làm giảm cờng độ tín hiệu thu Khi di động cùng đài di động cờng độ tín hiệu giảm và tăng cho dù giữa anten thu và phát có hay không có chớng ngại Đây là một loại fadinh làm cho cờng độ tín hiện tăng giảm Chỗ giảm gọi là chỗ trũng của fadinh loại fadinh này gọi là fadinh chuẩn logarit Loại này có dạng phân bố xung quanh một giá trị trung bình,nếu ta lấy log cờng độ tín hiệu Thời gian giữa hai chỗ trũng fadinh thờng là vài giây khi di động lắp trên xe và chuyển động.

Một hiện tợng khác khi mật độ thuê bao máy di động cao hơn ở các thành phố Thì việc sử dụng trạm di động ở thành phố dẫn đến một hiệu ứng nhiễu đợc gọi là fadinh nhiều tia hay Raile Hiệu ứng này xảy ra khi tín hiệu truyền nhiều đờng từ anten phát đến anten thu.

Tín hiệu thu không đợc thu trực tiếp từ anten phát Tx mà từ nhiều phơng khác nhau từ các điểm phản xạ , chẳng hạn các toà nhà giữa các anten không có khoảng nhìn.

Các tín hiệu này đạt đến trạm di động do nhiều lần phản xạ từ các toà nhà lớn Do vậy tín hiệu thu là tổng của nhiều tín hiệu giống nhau nh khác pha (và khác biên độ ở mức nhất định) Khi ta cộng các tín hiệu này thì có thể vectơ tổng gần bằng không nghĩa là cờng độ tín hiệu rất gần không dẫn đến chỗ trũng fadinh rất nghiêm trọng

Khoảng thời gian giữa hai chỗ trũng fadinh phụ thuộc cả vào tốc độ chuyển động cũng nh vào tần số phát Một cách gần đúng có thể nói khoảng cách giữa hai chỗ trũng gần bằng một nửa bớc sóng.ở dải 900 MHz khoảng 17 cm Vậy nếu xe chạy với vận tốc 50Km/h thì thời gian gữa hai chỗ trũng sẽ nh sau:

V=14m/s

λ =1/3 m ⇒ T=λ /2V=12 ms

Ha noi national university 15/6/1999 15

Mẫu fadinh phụ thuộc tần số

ở một khoảng cách nhất định X mét so vớ Tx Tín hiệu thu có thể nh sau:

Còng độ tín hiệu Rx phụ thuộc khoảng cách

Vậy độ nhạy của máy thu là tín hiệu vào yếu nhất cần thiết cho mọi tín hiệu ra qui định.

Giả sử cần thu X w để có thể phát hiện đợc thông tin gửi đế từ anten Tx Vậy tín hiệu này phải nhỏ hơn X w thì mất dẫn đến không thể qui hoạch hệ thống của mình theo giá trị trung bình chung của cờng độ tín hiệu Vậy phải có một lợng dự trữ fadinh từ giá trị trung bình chung đến độ nhạy của máy thu bằng chỗ tăng của fadinh sâu nhất nh hình trên.

Do vậy cần phải có các biện pháp chống lại fadinh

2- Phân tán thời gian

Việc sử dụng truyền dẫn số nảy sinh một vấn đề khác: phân tán thời gian Vấn đề này bắt nguồn từ phản xạ nhng khác với fadinh nhiều tia tín hiệu phản xạ đến từ một vật ở xa anten Rx vào khoảng vài Km.

Sự phân tán thời gian dẫn đến giao thoa giữa các kí hiệu (ISI) ISI thể hiện ở chỗ các kí hiệu lân cận giao thoa với nhau và ở phía thu khó quyết định đợc kí hiệu nào (hay thực sự kí hiệu nào đợc phát) Chuỗi 0,1 đợc phát từ trạm di động nếu tín hiệu phản xạ đến chậm hơn tín hiệu đi thẳng một bit thì máy thu phát hiện 1 từ sóng phản xạ đồng thời phát hiện 0 từ sóng đi thẳng Do đó kí hiệu 1 giao thoa với kí hiệu 0.ở GSM tốc độ bit là 270 Kbit/s dẫn đến một bit có độ lâu 3,7 Ms Vì thế một bit t-ơng ứng với 1,1 Km , nếu có phản xạ từ một Km phiá sau trạm di động thì tín hiệu phản xạ phải đi một quãng đờng dài hơn tín hiệu đi thẳng 2Km.

Suy ra phản xạ trộn một tín hiệu trễ 2 bit so với tín hiệu mong muốn với tín hiệu mong muốn này.

3- Các phơng pháp phòng ngừa suy hao truyền dẫn do fadinh

Ta đã trình bày về các vấn đề này Bây giờ ta xét các phơng pháp giải quyết chúng.

- Phân tập anten

Là sử dụng hai kênh thu chịu ảnh hởng fadinh độc lập Thờng ít có nguy cơ cả hai anten bị chỗ trũng fadinh sâu cùng một lúc do vậy hai anten thu độc lập thu cùng một tín hiệu sẽ chịu tác động của các đờng bao fadinh khác nhau.

Khi kết hợp các tín hiệu từ hai anten có thể giảm mức độ fadinh khoảng cách giữa hai anten đủ lớn để tơng quan giữa các tín hiệu ở hai anten nhỏ.

Thực tế thờng là vài mét Cần tăng khoảng cách đối với các tần số thấp hơn ở 900MHz có thể tăng 6 dB với cự li giữa hai anten là 5-6 m.

- Nhảy tần

Nh đã đề cập ở trên khi nói đến fadinh Raile Mẫu fadinh phụ thuộc vào tần số Điều này có nghĩa là chỗ trũng của fadinh sẽ xảy ra ở các vị trí khác nhau Đơn giản ta có thể nói rằng để lợi dụng hiện tợng này ta thay đổi tần số sóng mang trong một số các tần số Khi cuộc gọi đang tiến hành và nếu gặp một chỗ trũng fadinh thì sẽ chỉ mất một phần thông tin Bằng cách sử lí phức tạp ta có thể khôi phục lại toàn bộ thông tin.

- Mã hoá kênh

ở truyền dẫn số ngời ta thờng đo chất lợng của tín hiệu đợc truyền bằng số lợng các bit thu đợc chính xác Điều này dẫn đến biểu diễn tỉ số bit lỗi(BER) BER nói lên bao nhiêu bít trong tổng số bít bị phát hiện là mắc lỗi Tất nhiên ta muốn số này hay tỷ số này nhỏ nhất Tuy nhiên do đờng truyển dẫn luôn luôn thay đổi không thể giảm số này tới không Nghĩa là ta phải cho phép một số lợng lỗi nhất định và ngoài ra có khả năng khôi phục thông tin này hay ít nhất có thể phát hiện các lỗi để

không sử dụng thông tin này vì nhầm là đúng Điều này đặc biệt quan trọng klhi phát đi số liệu đối với lỗi có thể chấp nhận lỗi ít hơn.

Do vậy ta phải dùng mã hoá kênh, có thể phát hiện hoặc sửa lỗi ở luồng bít thu nghĩa là sẽ có một loại bít d thừa giữa các bít Ta mở rộng thông tin một bít thành thông tin có lợng bít lớn hơn do vậy phải gửi đi nhiều bít hơn cân thiết nhng

ở ví dụ này ta phát hiện hai lỗi và sửa một lỗi

Có thể chia các mã kiểm tra lỗi thành hai loại: Các mã khối và các mã xoắn ở mã khối ta thêm một số bít thông tin nhất định.

Do các mã khối từ các bít kiểm tra trong khối mã chỉ phụ thuộc vào các bít thông tin ở khối bản tin.

Còn ở mã hoá xoắn bộ mã hoá đợc tạo ra các bít mà không chỉ phụ thuộc vào các bít của khối bản tin hiện thời đợc dịch vào bộ mã hoá, nó còn phụ thuộc vào các

Do vậy mã khối thờng đợc sử dụng khi có báo hiệu định hớng theo khối chẳng hạn ở vô tuyến di động mặt đất tơng tự khi có số liệu đợc phát đi theo khối nó thờng đợc sử dụng để phát hiện lỗi khi thực hiện ( ARQ) yêu cầu lặp lại tự động.

Khi phát hiện lỗi ta yêu cầu phát lại còn mã hoá xoắn liên quan đến sửa lỗi Khi không có phơng tiện ARQ Khi số hoá tiến và phát nó to không thể phát lại vì điều này dẫn đến chậm trễ quá lớn

Do vậy cả hai phơng pháp đều đợc sử dụng ở GSM.

Tiếng đợc cát thành các đoạn 20 ms và đợc số hoá sau đó mã hoá bộ mã hoá tiếng cung cấp 260 bít cho 20 ms Các bít này chia thành :

+50 bít rất quan trọng +1332 bít quan trọng

+78 bít không quan trọng lắm

Ba bít chẵn lẻ đợc bổ xung vào 50 bít rất quan trọng ( Mã hoá khối ) 53 bít này cùng với 132 bít quan trọng và 4 bít đuôi đợc mã hoá xoắn để tạo thành 378 bít (tỷ lệ 1:2 ) các bít còn lại không đợc bảo vệ đợc minh hoạ ở hình sau:

- Ghép xen

Trong thực tế các lỗi bít thờng đợc xảy ra thành cụm Đó là vì các chỗ trũng fadinh lâu làm ảnh hởng nhiều bít liên tiếp Tiếc rằng mã hoá kênh hiệu suất nhất khi phát hiện và hiệu chỉnh các lỗi đơn cũng nh các cụm lỗi không quá dài Để giải quyết vấn đề này chúng ta cần phải tìm cách tách riêng các bít liên tiếp của một bảng tin sao cho các bít này đợc gửi đi theo cách không liên tiếp và đợc thực hiện

Giả thiết mỗi khối bản tin gồm 4 bít Ta lấy các bít đầu của bốn khối liên tiếp và đặt các bít số này vào cùng một khối , bốn bít mới ta gọi là một khung Cũng làm nh vậy với các bits thứ 2,3,4 củat bốn khối bản tin Sau đó ta phát các khung này đi Khi truyền dẫn có thể khối 2 bị mất Khi không ghép xen thì toàn bộ khối bản tin này sẽ mất, nh khi ghép xen thì chỉ có bít thứ hai của từng khối là bị mắc lỗi Nhờ mã hoá kênh mà ta có thể khôi phục lại đợc thông tin của tất cả các khối.

ở GSM bộ mã hoá kênh cung cấp 456 bít cho từng 20 ms tiếng Các bít này đợc ghép xen để tạo ra các khối 57 bít.

ở một cụm bình thờng có khoảng trống 2ì57 bít Nếu ta lấy 2ì57 bít từ cùng một khung và đặt chúng vào cùng một cụm thì việc mất cụm này dẫn đến tổng số bít mất là 25% quá lớn đối với việc xử lí mã hoá kênh cho nên cần bổ xung mức ghép xen nữa giữa hai khung tiếng Điều này làm tăng thời gian trễ ở hệ thống nhng khi đó cho phép mất toàn bộ cụm mà chỉ ảnh hởng 12,5% số bít của mỗi khung tiếng và

- Phơng pháp chống phân tán thời gian

Ta thấy phân tán thời gian là nguyên nhân gây ra giao thao giữa các kí hiệu (ISI) nh thế nào Các kí hiệu phân tán về mặt thời gian và các kí hiệu cạnh nhau gây nhiễu giao thoa lẫn nhau đây là nguyên nhân của các khó khăn ở máy thu khi ta cố gắng quyết định, xác định là thông tin nào đã đợc gửi đi.

Kênh có thể là dây dẫn, cáp quang… Mỗi loại kênh có các nét riêng của mình liên quan đến độ rộng băng tần, suy hao… Máy thu tối u phải phù hợp cho từng dạng kênh truyền dẫn, nghĩa là phải hiểu rõ kênh, nếu không nó không phải là máy thu tối u Nh vậy ta phải lập mô hình toán học của kênh và điều khiển máy thu của ta đến mô hình này Ta xét kênh nh một bộ lọc Bộ lọc này đợc kích thích bởi một tín hiệu biết trớc và sau đó ta so sánh đầu ra với đầu vào đã biết Việc so sánh này cho phép ta đáp ứng xung của bộ lọc.

Nh vậy nếu ta biết tín hiệu gì đợc giử đi và phân tích tín hiệu thu đợc ta có thể tìm đợc đáp ứng xung của kênh, và thành lập mô hình kênh Khi thành lập đợc một mô hình kênh Điều phải làm là tạo ra tất cả các chuỗi bít có thể có và đa chúng qua mô hình kênh của ta, chuỗi đầu vào mà từ đó nhận đợc một chuỗi đầu ra giống nó nhất đợc gọi là chuỗi nguyên thuỷ hay chuỗi đợc phát

Với thí dụ này N=3 thu đợc 010, N=3 cho 9 khả năng của chuỗi vào để đa ra mô hình kênh giống nó nhất Cho nên chọn chuỗi 001 là chuỗi đợc phát Về ngnuyên lí bộ cân bằng GSM làm nh trên nnh không thực hiện ở mức bít mà đó là các giá trị thực.Theo qui định GSM bộ cân băng cần có khả năng sử lí một tín hiệu phản xạ trễ đến 14,8 às tơng ứng với thời gian là 4 bít.

Dẫn đến tín hiệu phản xạ cũng bị ảnh hởng bởi fadinh Raile do phản xạ ở vùng gần Tuy nhiên tín hiệu này có mẫu fadinh độc lập so với tín hiệu đi thẳng vì thế bộ cân bằng có thể lợi dụng để đạt hiệu quả cao Vậy khi tín hiệu phản xạ trễ không quá 15às thì chất lợng tín hiệu thu dợc sẽ đợc cải thiện hơn.

ở GSM ta có N = 116 cho lên thực hiện điều trên là khó khăn Vì nếu so sánh 10 triệu tổ hợp trong 1s thì phải mất 66ì10 năm để tính toán tất cả các tổ

hợp điều này không cho phép Vì thế phải sử dụng thuật toán mà ở đó ta không cần thử tất cả các chuỗi đó (Veterbi).

Nguyên lý là khi tính toán ta loại bỏ các tổ hợp không có khả năng là tín hiệu vào cho nên giảm đợc lợng tính toán không cần thiết.

II- Các giao diện sử dụng trong GSM.

1.MS BTS hay Um Interface (Air).

Air Interface là giao diện vô tuyến tên gọi chung của đầu nối giữa trạm di động MS và BTS Giao tiếp sử dụng khái niệm TDMA với một khung TDMA cho một tần số mạng Mỗi khung gồm 8 khe thời gian TS ( Time slot), hớng từ BTS đến MS là đờng xuống và ngợc lại từ MS đến BTS là đờng lên

-Khái niệm kênh:

+Kênh vật lý: Một khe thời gian của một khung TDMA ở một sóng mang đợc

gọi là một kênh vật lý Có 8 kênh vật lý trên một sóng mang ở GSM Thông tin đợc phát đi trong TS đợc gọi là cụm.

+Kênh Logic: Rất nhiều loại thông tin cần truyền giữa TS và BTS ( số liệu,

tiếng nói, báo hiệu, điều khiển) Ta nó về các kênh Logic khác nhau dựa trên loại thông tin cần truyền Các kênh Logic này đợc sắp xếp ở các kênh logic khác nhau Ví dụ tiếng nói đợc gửi đi trên kênh lu thông, kênh này đợc ấn định một kênh vật lý nhất định trong thời gian truyền dẫn.

Mạng GSM PLMN đợc dành 124 sóng mang song công ở dải tần: Đờng lên 890ữ915 MHz (MS phát,BTS thu).

Đờng xuống 935ữ960 MHz (BTS phát, MS thu) Khoảng cách giữa sóng mang 200 KHz

+ Kênh lu thông (TCH):

TCH mang thông tin tiếng đợc mã hoá hoặc số liệu của ngời sử dụng Là kênh đờng lên và xuống, điểm đến điểm.

Có hai dạng kênh đợc định nghĩa:

ở tốc độ tổng 22,8 kbit/s với tiếng nói và 9,6kbit/s với số liệu.

Lm hay TCH bán tốc mang thông tin ( tiếng đợc mã hoá hay số liệu) ở tố

độ tổng 11,4 kbit/s với tiếng nói và 4,8kbit/s với số liệu.

+ Các kênh điều khiển :

Các kênh này mang tín hiệu báo hiệu hay số liệu đồng bộ Ba loại kênh đợc định nghĩa kênh quảng bá, kênh điều khiển chung và riêng Sau đó chúng lại đợc chia nhỏ :

Các kênh quảng bá (BCH):

Kênh hiệu chỉnh tần số (FCCH) : kênh này mang thoiong tin để hiệu chỉnh tần số của MS Là kênh đờng xuống điểm tới đa điểm.

Kênh đồng bộ (SCH): kênh nmày mang thông tin để đồng bộ khung (số khung TDMA) của MS và nhận dạng BTS (BSIC) Kênh đờng xuống điểm tới đa điểm.

Kênh điều khiển quảng bá thông tin chung trên cơ sở một kênh cho một BTS (thông tin riêng của ô) Là kênh đờng xuống điểm tới đa điểm.

Các kênh điều khiển chung (CCCH):

Kênh tìm gọi (PCH): kênh này đợc sử dụng để tìm gọi MS Kênh đờng xuống ,điểm tới đa điểm.

Kênh thâm nhập ngẫu nhiên (RACH): Kênh này đợc MS dùng để yêu cầu dành một SDCCH hoặc để trả lời tìm gọi, hoặc để thâm nhập khi khởi đầu hay đăng kí cuộc gọi MS Kênh đờng lên, điểm đến điểm.

Kênh cho phép thâm nhập (AGCH): kênh này đợc sử dụng để dành một SDCCH hay trực tiếp một TCH cho một MS Kênh đờng lên /xuống, điểm đến điểm.

Các kênh điều khiển riêng (DCCH):

Kênh điều khiển riêng đứng một mình (SDCCH)đợc sử dụng để báo hiệu hệ thống khi thiết lập một cuộc gọi trớc khi ấn định một TCH Chẳng hạn đăng kí và nhận thực đợc thực hiện ở đây Kênh đờng lên /xuống, điểm đến điểm.

Kênh điều khiển liên kết chậm (SACCH) kênh này liên kết với một TCH hay một SDCCH Đây là một kênh số liệu liên tục mang thông tin liên tục nh các thông báo đo đạc từ trạm di động về cờng độ tín hiệu thu từ ô hiện thời và các ô lân cận Thông tin cần cho chức năng chuyển giao Nó cũng đợc sử dụng để điều chỉnh công suất của MS và để đồng bộ thời gian Kênh đờng lên/xuống, điểm đến điểm.

Kênh điều khiển liên kết nhanh (FACCH), là kênh liên kết với TCH FACCH làm việc ở chế độ lấy cắp Nghĩa là nếu trong khi truyền dẫn cần trao đổi thông tin báo hiệu với hệ thống ở tốc độ cao hơn nhiều so với khả năng của SACCH, khi đó các cụm 20 ms tiếng (số liệu) đợc lấy cắp cho mục đích báo hiệu Đây là trờng hợp khi chuyển giao (handover) Ngời sử dụng sẽ không nghe thấy gián đoạn khi bộ giải mã tiếng thay thế 20 ms tiếng thiếu bằng một chuỗi nội suy

- Cụm :Khuôn mẫu thông tin ở một khe thời gian trên kênh TDMA đuợc gọi

là một cụm, nghĩa là trong các khoảng thời gian đồng đều (cứ tám khe thời gian một lần ở kênh TDMA) ta gửi đi một cụm của một loại thông tin (xét từ MS).

Có năm loại cụm khác nhau

Cụm bình thờng:

Cụm này dợc sử dụng để mang thông tin TCH và các kênh điều khiển trừ RACH ,SCH, FCCH.

Các bít đợc mật mã gồm 57 bít số liệu hay tiếng đợc mật mã cộng với một ‘Cờ lấy cắp’ chỉ thị xem cụm này có bị lấy cắp cho báo hiệu FACCH hay không.

Cụm bình thờng

Chuỗi hớng dẫn là một mẫu bít biết trớc để bộ cân bằng có thể thành lập một mô hình kênh Sở dĩ chuỗi hớng dẫn đợc đặt ở giữa vì kênh này luôn thay đổi Khi đặt nó ở đây có thể hi vọng rằng kênh này không quá khác khi nó tác động lên các bít thông tin Nếu ta đặt chuỗi hớng dẫn ở đẩu một cụm thì mẫu kênh do ta tạo ra sẽ không đúng với các bít ở cuối cụm.

Các bít đuôi (TB) luôn là (0,0,0).Các bít này giúp cho bộ cân bằng biết đợc đâu là đầu và cuối của mẫu bít, vì thuật toán của bộ cân bằng cần điểm khởi đầu và kết thúc.

Khoảng bảo vệ (GP) là một khoảng trống Nếu có cực đại 8 ngời sử dụng trên một sóng mang sử dụng các khe thời gian khác nhau , ta cần đảm bảo rằng họ không chồng lấn lên nhau trong quá trình truyền dẫn Trong thực tế rất khó đồng bộ các cụm chính xác (không có GP) vì các trạm di động luôn luôn chuyển động trong quá trình cuộc gọi, vì thế các cụm của các trạm di động hơi ‘trợt’ so với nhau, thậm chí cả khi sử dụng phơng pháp đồng bộ thời gian thích ứng 8,25 bít tơng ứng với 30

às GP cho phép máy phát dịch lên và dịch xuống trong giới hạn do khuyến nghị GSM qui định.

Cụm hiệu chỉnh tần số:

Cụm này đợc sử dụng để điều chỉnh tần số của trạm di động Nó tơng đơng nh sóng mang không bị điều chế Các lặp lại của cụm này gọi là FCCH.

Các bít cố định đều là không, nên bộ đều chế sẽ cung cấp một sóng mang

Các bít đuôi: giống nh cụm bình thờng.

Khoảng bảo vệ (các bít): giống nh cụm bình thờng.

Cụm này đợc sử dụng để đồng bộ thời gian của trạm di động nó chứa một chuỗi đồng bộ dài dễ dàng nhận biết và mang thông tin của số khung TDMA cùng với mã nhận dạng trạm cơ sở, các lặp lại của các cụm này cũng đợc gọi là SCH.

Cụm đồng bộ

Số khung TDMA : Một trong các tính năng của GSM là bảo vệ thông tin của

ngời sử dụng để chống nghe trộm Điều này đợc thực hiện nhờ mật mã hoá thông tin trớc khi nó phát hiện Thuật toán để tính khoá mật mã sử dụng số khung TDMA nh một thông số vào, và vì thế mỗi khung phải có một số khung là một chu trình 3,5 giờ (2715 648 khung TDMA) Ngoài ra khi biết số TDMA, trạm di động sẽ biết loại kênh logíc nào đang đợc truyền ở kênh điều khiển,TS0.

BSIC đợc trạm di động sử dụng để kiểm tra nhận dạng BTS khi đo cờng độ tín hiệu (để tránh đo nhầm ở các ô đồng kênh) Nó cũng đợc sử dụng để phát hiện sự thay đổi PLMN (ngời khai thác).

Cụm thâm nhập :

Cụm này đợc sử dụng để thâm nhập ngẫu nhiên và có khoảng bảo vệ để dành cho phát cụm từ trạm di động, vì trạm này ở lần thâm nhập đầu tiên không biết định trớc thời gian (hay sau khi chuyển giao đến BTS mới) Trạm di động có thể ở xa BTS, nghĩa là cụm đầu sẽ đến muộn và không có định trớc thời gian ở cụm đầu, cụm này phải ngắn hơn để tránh chồng lấn cụm này với khe thời gian sau.

Cụm thâm nhập

Khung thời gian cơ sở , khe thời gian và các cấu trúc cụm

Cụm giả:

Cụm này đợc phát từ BTS trong một số trờng hợp Cụm này không mang thông tin Khuôn mẫu giống nh cụm bình thờng với các bít mật mã đợc thay băng

§iÒu khiÓn (th«ng tin) §iÒu khiÓn (gi¸m s¸t) C/R LÖnh/Tr¶ lêi FCS KiÓm tra tæng khung

SAPI ChØ thÞ ®iÓm th©m nhËp dÞch vô TEL NhËn d¹ng ®iÓm ®Çu cuèi

Ghép SDCCH+SACCH ở TS 1.

Ghép TCH

2 BTSBSC : Hay Abis Interface (LAPD)

Có hai loại kênh thông tin giữa BSC và BTS:

Kênh thông tin tốc độ 64 Kbít/s mang tiêng và dữ liệu cho các kênh vô tuyến

Các kênh báo hiệu tốc độ 64 Kbít/s mang thông tin tín hiệu hoặc cho bản thân BTS hoặc cho MS, đợc phát ở một trong các kênh vô tuyến.

Ta thấy rằng khe thời gian TS 0 để đồng bộ, khe thời gian TS 1 dành cho báo hiệu và các khe thời gian còn lại dành cho tiếng và số liệu Vì đồng bộ thông tin đợc truyền trên một kênh (64 Kbít/s)., nên cần có một htủ tục đặc biệt để biến đổi thông tin phù hợp với khe thời gian 64Kbít/s và sau đó biến đổi ngợc lại ở đầu thu Điều này đợc thực hiện ở giao thức LAPD (Lớp hai) Phía phát tạo lập khung LAPD, cắt mảnh nó thành một số byte và truyền nó trên kênh báo hiệu ở đờng PCM.

Các đờng logíc giữa BSC và BTS có giao tiếp Abis Giao tiếp này gồm ba lớp OSI Lớp một là lớp vật lí ,chịu trách nhiệm truyền dẫn vật lí các số ‘0’ và ’1’ trong môi trờng và chứa các qui định về kích thớc, hình dạng các xung Điều khiển (thông tin) Điều khiển (giám sát) C/R Lệnh/Trả lời FCS Kiểm tra tổng khung

SAPI Chỉ thị điểm thâm nhập dịch vụ TEL Nhận dạng điểm đầu cuối

OSI2 LAPD LAPD OSI1 Vật lí Vật lí

Giao thức LAPD

Giao thức LAPD cung cấp hai loại tín hiệu Chuyển thông tin với không công nhận với không đảm bảo là thông tin đợc đa đến ngời nhận thành công chuyển thông tin công nhận (trờng hợp thờng gặp hơn) trong đó mỗi tín hiệu đều đợc công nhận và hệ thống khẳng định là khung đã đạt đến nơi nhận một cách thành công Thông tin do lớp hai cung cấp đfợc lớp hai biến đổi thành các khung LAPD.

Cấu trúc khung

Cờ 0 111 111 0 (7E HEX) định biên khung Chỉ cần một cờ giữa hai khung là đủ Phía thu sẽ tìm cờ 0 111 111 0để đồng bộ việc khởi đầu khung Bây giờ điều gì sẽ xảy ra nếu có sáu số một ở thông tin Điều này đợc giải quyết bằng phơng pháp “chèn bít”, nghĩa là phía phát chèn một số 0 sau năm số 1 liên tiếp Phía thu sẽ hiểu đợc điều này và loại bỏ “số không đợc chèn”

Độ dài thông tin có thể thay đổi.

Địa chỉ và TEI đợc s dụng để thâm nhập đúng phần tử và đúng chức năng ở đầu thu.

Ta có đờng truyền giữa BSC và BTS với giao tiếp Abis, ở phần cứng của một đờng PCM và một trong số các kênh ở PCM đợc dành cho báo hiệu nhờ giaop thức LAPD Có một số chức năng ở BTS Trớc hết có một máy thu phát (máy TRX) cũng đợc sử dụng cho báo hiệu đến các MS (các kênh báo hiệu) Ngoài ra còn có chức năng điều khiển ở BTS, chẳng hạn nhảy tần và các chức năng chung cho một đài nh các cảnh báo ngoài, nguồn nuôi và cơ sở thời gian Điều khiển (thông tin) Điều khiển (giám sát) C/R Lệnh/Trả lời FCS Kiểm tra tổng khung

SAPI Chỉ thị điểm thâm nhập dịch vụ TEL Nhận dạng điểm đầu cuối

SAPI là địa chỉ để thâm nhập các chức năng khác nhau nh TRX, BCF và các thủ tục quản lí lớp hai Sau đây là danh sách các giá trị của SAPI đợc sử dụng trong GSM:

SAPI Các chức năng

0 Các thủ tục báo hiệu vô tuyến 62 Các thủ tục khai báo và bảo dỡng 63 Các thủ tục quản lí lớp hai

TEI là địa chỉ để thâm nhập các phần tử khác nhau nh một TRX để báo hiệu vô tuyến.

3 MSC  BSC : Hay A Interface

MSC và BSC đợc nối với nhau bằng một đờng PCM Ngoài một số kênh tiếng/số liệu còn có một khe thời gian dành cho báo hiệu Số liệu báo hiệu liên quan đến việc thiết lập cuộc gọi, chuyển giao, giải phóng… sử dụng kênh này (kênh có thể phục vụ một hay nhiều trạm thu phát gốc BTS) Các giao thức để báo hiệu giữa

xác định xem thông báo qua BSC- BTS trường số liệu có trong suốt không, đây là trường người sử dụng hợp của các thông báo DTAP, chẳng hạ : Bits

Bít 0,1và 2 ở DLCI trình bày giá trị SAPI được sử dụng ở đường vô tuyến, chẳng hạn : SAPI = 0 báo hiệu kênh vô tuyến

BSSAP điều khiển hai nhóm tín hiệu:

Các thông tin báo truyền trực tiếp giữa MSC và MS đợc nối thông suốt qua BSC Đây là các thông báo điều khiển cuộc gọi và quản lí di động.

Các thông báo quản lí BSS giữa MSC và BSC/BTS Đây là các thông báo để quản lí tiềm năng, điều khiển chuyển giao …

BSSAP có hai chức năng cho ngời sử dụng khác nhau cho các nhóm nói trên: Phần ứng dụng truyền trực tiếp (DTAP) và phần ứng dụng quản lí BSS (BSSMAP).

Ngoài ra còn có chức năng phân phối để phân biệt giữa hai nhóm tín hiệu.

Các thông báo DTAP và BSSMAP đợc đặt vào một SCCP nh một đờng số liệu của ngời sử dụng Dới đây là cấu trúc trờng số liệu ngời sử dụng cho hai loại thông báo này Số liệu phân phối gồm hai thông số : phân biệt (Discrimination) và nhận dạng nối thông đờng số liệu- DLCI (chỉ DTAP thôi).

xác định xem thông báo qua BSC- BTS trường số liệu có trong suốt không, đây là trường người sử dụng hợp của các thông báo DTAP, chẳng hạ : Bits

Bít 0,1và 2 ở DLCI trình bày giá trị SAPI được sử dụng ở đường vô tuyến, chẳng hạn : SAPI = 0 báo hiệu kênh vô tuyến

xác định xem thông báo qua BSC- BTS trường số liệu có trong suốt không, đây là trường người sử dụng hợp của các thông báo DTAP, chẳng hạ : Bits

Bít 0,1và 2 ở DLCI trình bày giá trị SAPI được sử dụng ở đường vô tuyến, chẳng hạn : SAPI = 0 báo hiệu kênh vô tuyến

cHơng III: Các TRƯờNG hợP THÔNG TIn

I- tổng quan các thủ tục thông tin

Trớc khi khảo sát các thủ tục thông tin khác nhau, hãy khảo sát tình huống đặc biệt của một PLMN có tất cả các thuê bao lu động Vì thế ta sẽ quan sát một máy di động (MS) ở một số tình huống sau:

MS tắt máy

Mạng sẽ không thể tiếp cận đến máy vì nó sẽ không trả lời thông báo tìm gọi Nó sẽ không thông báo cho hệ thống về các sự thay đổi vùng định vị MS đợc coi là rời mạng.

MS bật máy trạng thái rỗi

Hệ thống có thể tìm gọi thành công MS MS đợc coi là nhập mạng trong khi chuyển động, MS, kiểm tra rằng nó luôn luôn đợc nối đến một kênh quảng bá đợc thu tốt nhất Quá trình này đợc gọi là lu động MS cũng cần thông báo cho hệ thống về các thay đổi vùng định vị Quá trình này đợc gọi là cập nhật vị trí

MS bận

Mạng vô tuyến có thể có một kênh thông tin (kênh tiếng) dành cho luồng số tới từ MS Trong khi chuyển động MS phải có khả năng chuyển đến kênh thông tin mới Quá trình này đợc gọi là chuyển giao (handover).

Để quyết định chuyển giao, hệ thống diễn giải thông tin nnhận đợc từ MS và BTS Quá trình náy đợc gọi là định vị.

Cơ bản chúng ta có hai tình huống khác nhau: MS rỗi hay bận và đợc coi nh chuyển động liên tục theo một phơng nhất định ở cả hai trờng hợp hệ thống cần duy trì một đờng linh hoạt thông qua gia tiếp vô tuyến để truyền dẫn tới từ MS Bây giờ ta xét các trờng hợp khác nhau này và các thủ tục cần thiết tơng ứng.

II- Lu động (Roaming) và cập nhật vị trí

Ta coi rằng MS chuyển động theo một phơng liên tục MS đợc khoá đến một tần số vô tuyến xác định, tần số có CCCH va BCH ở khe thời gian 0 Khi MS rời xa BTS nối với nó cờng độ tín hiệu sẽ giảm ở một điểm nhất định không xa biên giới lí thuyếtt giữa ô một và ô hai cờng độ tín hiệu yếu đến mức mà MS quyết định thay đổ đến tần số mới phụ thuộc một trong các ô lân cận đó Để chọn tần số tốt nhất MS liên tục đo cờng dộ tín hiệu của từng tần số trong số các tần số nhất định của ô lân cận Thờng MS phải tìm đợc tần số BCH/CCCH từ BTS có cờng độ tín hiệu hơn tần số cũ Sau khi tự khoá đến tần số mới này, MS sẽ tiếp tục nhận các thông báo tìm gọi / các thông báo quảng bá vùng nào tín hiệu của tần số mới vẫn đủ tốt Quyết định về việc thay đổi tần số BCH /CCCH sẽ thực hiện mà không cần thông báo cho mạng, nghĩa là mạng mặt đất không tham gia vào quá trình này.

Khả năng chuyển động vô định đồng thời với việc thay đổi “nối thông“ MS ở giao tiếp vo tuyến, ở thời điểm cần thiết để đảm bảo chất lợng thu đợc gọi là lu động ( roaming).

Ha noi national university 15/6/1999 34

Điều gì sẽ xảy ra khi MS chuyển động từ ô hai đến ô ba khi ô hai và ô ba không cùng một vùng định vị.

Ta có thể dễ dàng thấy MS không hề biết cấu hình của mạng chứa nó nh thế nào Để gửi cho MS thông tin về vị trí chính xác của nó, hệ thống phát đi nhận dạng vùng định vị MS (LAI) liên tục ở giao tiếp vô tuyến bằng BCCH

Khi đi vào ô ba MS nhận thấy vùng mới bằng cách thu BCCH Vì thông tin về vị trí có tầm quan trọng rất lớn, mạng phải đợc thông báo về sự thay đổi này, ở điện thoại di động quá trình này đợc gọi là đăng kí cỡng bức MS không còn các nào khác là sẽ cố gắng thâm nhập vào mạng để cập nhật vị trí của mình ở MSC/VLR Quá trình này đợc gọi là cập nhật vị trí.

Sau khi đã phát đi vị trí mới của mình đến mạng MS sẽ tiếp tục chuyển động ở vùng mới nh đã mô tả ở trên Từ quan điểm mạng ta có thể đa ra các trờng hợp khác nhau khi MSC/VLR phải gửi thông tin về vùng định vị mới đến các khối khác.

Hai trờng hợp khác nhau khi MS buộc phải cập nhật vị trí của mình

1) MS chuyển động từ ô ba đến ô bốn, BTS bốn đợc nối đến mạng qua một đ-ờng nối đến BSC mới nh vẫn tới cùng một MSC/VLR.

Ha noi national university 15/6/1999 35

2) MS chuyển từ ô ba đến ô năm đợc nối đến mạng qua một đờng nối đến một BTS mới và đế một MSC/VLR mới: Nghĩa là MS đã đạt đến một vùng phục vụ MSC/VLR mới.

Khảo sát

Trờng hợp lu động giữa các vùng định vị khác nhau của cùng một vùng phục vụ MSC/VLR và cập nhật vi trí.

Vùng định vị cho MS đợc ghi lại ở MSC/VLR Vì MS không chuyển đến vùng phục vụ MSC/VLR mới nên thủ tục cập nhật vị trí sẽ tiến hành nh sau:

Trờng hợp lu động giữa các vùng phục vụ MSC/VLR khác nhau và cập nhật vị trí.

Trong trờng hợp một cuộc gọi vào cho MS, việc chuyển tử một vùng phục vụ MSC/VLR này đến một vùng phục vụ MSC/VLR khác có nghĩa là tuyến đi qua mạng cũng sẽ khác Để tìm đợc tuyến đúng, hệ thống phải tham khảo bộ ghi định vị thờng trú HLR Vì thế MSC/VLR sẽ phải cập nhật HLR về địa chỉ của MSC/VLR cho MS của chúng ta Sau khi cập nhật vị trí thành công ở HLR, hệ thống sẽ huỷ vị trí cũ, HLR gửi một thông báo huỷ vị trí cho tổng đài MSC/VLR cũ để xoá vị trí cũ của MS liên quan.

II- Thủ tục nhập mạng đăng kí lần đầu

Khi bật máy, nó sẽ quét giao tiếp vô tuyến để tìm ra tần số đúng Tần số mà MS tìm kiếm sẽ chứa thông tin quảng bá cũng nh thông tin tìm gọi BCH/CCCH có

Ha noi national university 15/6/1999 36

thể có MS sẽ tự khoá đến tần số đúng nhờ việc hiệu chỉnh tần số thu và thông tin dồng bộ.

Vì đây là lần đầu MS đợc sử dụng nên phần mạng chịu trác nhiệm xử lí thông tin tới từ MS (chính là MSC/VLRở cùng một vùng phục vụ nh MS) hoàn toàn không có thông tin về MS mới này.

MS không có chỉ thị nào về nhận dạng vùng định vị mới Khi đó MS sẽ lập tức cố gắng thâm nhập đến mạng và nói cho hệ thống rằng nó là MS mới ở vùng định vị này bằng cách gửi đi một thông báo cập nhật vị trí cập nhật mạng đến MSC/VLR(LAI là bộ phận của thông tin quảng bá đợc liên tục phát ở giao tiếp vô tuyến).

Từ giờ trở đi MSC/VLR sẽ coi rằng MS hoạt động và đánh dấu trờng dữ liệu của MS bằng một cờ nhập mạng, cờ này liên quan đến IMSI.

IV-Thủ tục rời mạng

Thủ tục rời mạng liên quan đến IMSI Thủ tục rời mạng của IMSI cho phép MS thông báo cho mạng rằng thuê bao di động sẽ tắt nguồn Lúc này tìm kiếm thuê bao di động bằng tìm gọi sẽ không xảy ra.

Ha noi national university 15/6/1999 37