Thông tin di động gsm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BÁO CÁO THỰC TẬP ĐỀ TÀI: MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM Giáo viên hướng dẫn : Thầy Trần Tuấn Hưng Sinh viên thực hiện : Nguyễn Hồng Thúy Lớp : CĐ ĐT-TH K14A -T36 Hà nội - 2008 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay trong cuộc sống hàng ngày thông tin liên lạc đóng một vai trò rất quan trọng không thể thiếu được, nó quyết định nhiều mặt hoạt động của xã hội, giúp con người nắm bắt nhanh chóng các giá trị văn hoá, kinh tế, khoa học kỹ thuật rất đa dạng và phong phú. Bằng những bước phát triển thần kỳ, các thành tựu công nghệ Điện Tử – Tin Học – Viễn Thông làm thay đổi cuộc sống con người từng giờ từng phút , nó tạo ra một trào lưu "Điện Tử – Tin Học – Viễn Thông " trong mọi lĩnh vực ở thế kỷ 21. Lĩnh vực Thông Tin Di Động cũng không nằm ngoài trào lưu đó. Cùng với nhiều công nghệ khác nhau Thông Tin Di Động đang không ngừng phát triển đáp ứng nhu cầu thông tin ngày càng tăng cả về số lượng và chất lượng, tạo nhiều thuận lợi trong miền thời gian cũng như không gian. Chắc chắn trong tương lai Thông Tin Di Động sẽ được hoàn thiện nhiều hơn nữa để thoả mãn nhu cầu thông tin tự nhiên của con người. Để nhằm nâng cao hiểu biết về công nghệ thông tin trong lĩnh vực mạng Viễn Thông, em đã chọn đề tài" Thông Tin Di Động GSM". Ngày nay GSM (Global System for Mobile communication: Hệ thống thông tin toàn cầu) với những ưu điểm nổi bật như: dung lượng lớn, chất lượng kết nối tốt, tính bảo mật cao…đã có một chỗ đứng vững chắc trên thị trường Viễn thông Việt Nam. Vì thời gian có hạn và trình độ còn hạn chế nên báo cáo này không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong được sự quan tâm, giúp đỡ của thầy cô và bạn bè để em có thêm kiến thức vững chắc khi ra trường. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô khoa Điện tử- Viễn thông, bạn bè, và đặc biệt là thầy Trần Tuấn Hưng đã tận tình chỉ bảo em hoàn thành bản báo cáo thực tập tốt nghiệp này. CHƯƠNG 1. CẤU HÌNH MẠNG GSM 1.1 Giới thiệu chung về mạng thông tin di động GSM 1.1.1. Vài nét lịch sử về mạng GSM Hệ thống thông tin di động từ lâu đã là một ước mơ lớn của con người, và ước mơ này đã trở thành hiện thực ngay khi kỹ thuật cho phép. Sự thực hiện đầu tiên bằng sóng vô tuyến được thực hiện từ cuối thế kỷ 19. Tuy nhiên việc đưa hệ thống thông tin di động vào phục vụ chỉ được thực hiện sau chiến tranh thế giới lần thứ 2, khi mà công nghệ điện tử cho phép. Đó là một dịch vụ thông tin đặc biệt, nó cho phép nối thông các cuộc gọi không cần dây dẫn. Ngay đó ngay cả khi di chuyển, các thuê bao di động vẫn trao đổi thông tin được với nhau. Do sự phát triển ngày càng cao của công nghệ điện tử và thông tin, mạng thông tin ngày càng phổ biến, giá cả ngày một hạ và độ tin cậy ngày càng tăng lên. Quá trình phát triển của mạng thông tin đã trải qua các giai đoạn sau: - Giai đoạn thứ nhất: Sau 1946, khả năng phục vụ nhỏ, chất lượng không cao, giá cả dắt. - Giai đoạn thứ hai: Từ 1970 – 1979, cùng với sự phát triển của các thiết bị điện tử tổ hợp cỡ lớn và các bộ vi xử lý, ta có thể thực hiện được một hệ thống phức tạp hơn. Bởi vì vùng phủ sóng của anten phát của các máy di động bị hạn chế nên hệ thống được chia thành một vài trạm nhận cho một trạm phát. - Giai đoạn thứ ba: Từ1979 -1990, là mạng tổ ong tương tự. Các trạm thu phát được đặt theo các ô tổ ong. Mạng này cho phép sử dụng lại tần số và cho phép chuyển giao giữa các ô trong cuộc gọi. Các mạng điển hình là: + AMPS (Advanced Mobile Phone Service): được đưa vào hoạt động tại Mỹ năm 1979. +NMT ( Nordic Mobile Telephone): là hệ thống của các nước Bắc Âu và được đưa vào sử dụng vào tháng 12/1981. +TACS ( Total Access Communication System): được đưa vào phục vụ tại Vương quốc Anh năm 1985. Tất cả các mạng trên dựa trên mạng truyền điện thoại tương tự băng điều chế tần số. Chúng sử dụng tần số 450 hoặc 900 Mhz. Vùng phủ sóng của nó chỉ ở mức quốc gia và phục vụ được vài trăm thuê bao. Hệ thống lớn nhất ở Anh là TACS đạt hơn một triệu thuê bao vào năm 1990. - Giai đoạn thứ tư: Từ đầu những năm 1980, sau khi các hệ thống NMT đã hoạt động thành công thì nó cũng biểu hiện một số hạn chế. Một là do yêu cầu cho dịch vụ di động quá lớn vượt qua con số mong đợi của các nhà thiết kế hệ thống nên hệ thống này không đáp ứng được. Hai là các hệ thống khác nhau đang hoạt động không thể phục vụ cho tất cả các thuê bao ở châu Âu, nghĩa là thiết bị của mạng này không thể truy nhập vào mạng khác. Ba là nếu thiết kế một mạng lớn phục vụ cho cả châu Âu thì không một nước nào có thể đáp ứng được vì vốn đầu tư quá lớn. Tất cả những hạn chế trên dẫn đến một nhu cầu là phải thiết kế một hệ thống loại mới được làm theo kiểu chung để có thể dùng cho nhiều nước. Năm 1988, viện tiêu chuẩn viễn thông châu âu – ETSI (Europe Telecommunication Standard Institute) đã thành lập nhóm đặc trách di động – GSM (Groupe Special Mobile). GSM còn có nghĩa là hệ thống thông tin di động toàn cầu (Global System for Mobile Communication). GSM là tiêu chuẩn điện thoại di động số toàn châu Âu sử dụng dải tần số 900Mhz. Năm 1990, Vương quốc Anh đưa ra hệ thống DCS (Digital Cellular System). DCS dựa trên hệ thống GSM với việc sử dụng tần số 1800Mhz. Hiện nay, để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về các dịch vụ viễn thông mới, các hệ thống thông tin di động đang tiến tới thế hệ thứ ba. Ở thế hệ thứ ba này, các hệ thống thông tin di động có xu thế hoà nhập thành một tiêu chuẩn duy nhất và có khả năng phục vụ ở tốc độ lên đến 2Mbit/s. Ở Việt Nam, hệ thống thông tin di động số GSM được đưa vào từ năm 1993, hiện nay đang được hai công ty VMS và GPC khai thác rất hiệu quả. Trong năm 2004 này công ty Vietel cũng sẽ cung cấp dịch vụ này. 1.1.2. Các chỉ tiêu kỹ thuật của mạng GSM Hệ thống thông tin di động GSM cho phép chuyển vùng tự do của các thuê bao trong châu Âu, có nghĩa là một thuê bao có thể thâm nhập sang mạng của nước khác khi di chuyển qua biên giới. Trạm di động GSM – MS (GSM Mobile Station) phải có khả năng trao đổi thông tin tại bất cứ nơi nào trong vùng phủ sóng quốc tế. Về khả năng phục vụ : - Hệ thống được thiết kế sao cho MS có thể dùng được trong tất cả các nước có mạng. - Cùng với phục vụ thoại, hệ thống phải cho phép sự linh hoạt lớn nhất cho các loại dịch vụ khác liên quan tới mạng số liên kết đa dịch vụ (ISDN). - Tạo một hệ thống có thể phục vụ cho các MS trên các tầu viễn dương như một mạng mở rộng cho các dịch vụ di động mặt đất. Về chất lượng phục vụ và an toàn bảo mật: - Chất lượng của thoại trong GSM phải ít nhất có chất lượng như các hệ thống di động tương tự trước đó trong điều kiện vân hành thực tế. - Hệ thống có khả năng mật mã hoá thông tin người dùng mà không ảnh hưởng gì đến hệ thống cũng như không ảnh hưởng đến các thuê bao khác không dùng đến khả năng này. Về sử dụng tần số: - Hệ thống cho phép mức độ cao về hiệu quả của dải tần mà có thể phục vụ ở vùng thành thị và nông thôn cũng như các dịch vụ mới phát triển. - Dải tần số hoạt động là 890-915 và 935-960 Mhz. - Hệ thống GSM 900Mhz phải có thể cùng tồn tại với các hệ thống dùng 900Mhz trước đây. Về mạng: - Kế hoạch nhận dạng dựa trên khuyến nghị của CCITT. - Kế hoạch đánh số dựa trên khuyến nghị của CCITT. - Hệ thống phải cho phép cấu trúc và tỷ lệ tính cước khác nhau khi được dùng trong các mạng khác nhau. - Trung tâm chuyển mạch và các thanh ghi định vị phải dùng hệ thống báo hiệu được tiêu chuẩn hoá quốc tế. - Chức năng bảo vệ thông tin báo hiệu và thông tin điều khiển mạng phải được cung cấp trong hệ thống. 1.2. Cấu trúc hệ thống GSM Một hệ thống GSM có thể được chia thành nhiều phân hệ sau đây: - Phân hệ chuyển mạch (SS: Switching Subsystem) - Phân hệ trạm gốc (BSS: Base Station Subsystem) - Phân hệ khai thác (OSS: Operation Subsystem) - Trạm di động (MS: Mobile Station) BSS MS AUC HLR MSC VLR EIR SS BSC BTS OSS ISDN PSPDN CSPDN PSTN PLMN H×nh 1. M« h×nh hÖ thèng GSM 1.2.1. Phân hệ chuyển mạch SS Hệ thống con chuyển mạch bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của GSM cũng như các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lý di động của thuê bao. Chức năng chính của SS là quản lý thông tin giữa những người sử dụng mạng GSM với nhau và với mạng khác. Hệ thống con chuyển mạch SS bao gồm các khối chức năng sau: - Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động (MSC: Mobile Services Switching Center). - Bộ ghi định vị tạm trú (VLR: Visitor Location Register) - Bộ ghi định vị thường trú (HLR: Home Location Register) - Trung tâm nhận thức (AUC: Authentication Center) - Bộ nhận dạng thiết bị (EIR: Equipment Identity Register) - Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động cổng (GMSC: Gateway Mobile Services Switching Center) 1.2.1.1. Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động cổng MSC Ở SS, chức năng chuyển mạch chính được MSC thực hiện. Nhiệm vụ chính của MSC là điều phối việc thiết lập cuộc gọi đến những người sử dụng mạng GSM. Một mặt MSC giao tiếp với phân hệ BSS, mặt khác nó giao tiếp với mạng ngoài. MSC làm nhiệm vụ giao tiếp với mạng ngoài được gọi là MSC cổng. Việc giao tiếp với mạng ngoài để đảm bảo thông tin cho người sử dụng mạng GSM đòi hỏi cổng thích ứng (các chức năng tương tác IWF: Interworking Function). SS cũng cần giao tiếp với mạng ngoài để sử dụng các khả năng truyền tải của các mạng này cho việc truyền tải số liệu của người sử dụng hoặc báo hiệu giữa các phần tử của mạng GSM. MSC thường là một tổng đài lớn điều khiển và quản lý một số các bộ điều khiển trạm gốc . Để kết nối MSC với một số mạng khác, cần phải thích ứng các đặc điểm truyền dẫn của GSM với các mạng này. Các thích ứng này được gọi là các chức năng tương tác IWF (Interworking Function) bao gồm một thiết bị để thích ứng giao thức và truyền dẫn. Nó cho phép kết nối với các mạng: PSPDN (Packet Switched Public Data Network: mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói), hay CSPDN (Circuit Switched Public Data Network: mạng số liệu công cộng chuyển mạch kênh), nó cũng tồn tại khi các mạng khác chỉ đơn thuần là PSTN hay ISDN. IWF có thể được thực hiện trong cùng chức năng MSC hay có thể ở thiết bị riêng, ở trường hợp hai thì giao tiếp giữa MSC và IWF được để mở. Để thiết lập một cuộc gọi đến người sử dụng GSM, trước hết cuộc gọi phải được định tuyến đến một tổng đài cổng GMSC mà không cần biết đến hiện thời thuê bao đang ở đâu. Các tổng đài cổng có nhiệm vụ lấy thông tin về vị trí của thuê bao và định tuyến cuộc gọi đến tổng đài đang quản lý thuê bao ở thời điểm hiện thời (MSC tạm trú). Để vậy trước hêt các tổng đài cổng phải dựa trên số thoại danh bạ của thuê bao để tìm đúng HLR cần thiết và hỏi HLR này. Tổng đài cổng có một giao diện với các mạng bên ngoài với mạng GSM. Về phương diện kinh tế, không phải bao giờ tổng đài cổng cũng đứng riêng mà thường được kết hợp với MSC. 1.2.1.2. Bộ ghi định vị thường trú HLR Là cơ sở dữ liệu quan trọng nhất của mạng GSM, lưu trữ các số liệu và địa chỉ nhận dạng cũng như các thông số nhận thực của thuê bao trong mạng. Các thông tin lưu trữ trong HLR gồm: nhận dạng thuê bao IMSI, MSISDN, VLR hiện thời, trạng thái thuê bao, khoá nhận thực và chức năng nhận thực, số lưu động trạm di động MSRN. HLR chứa những cơ sở dữ liệu bậc cao của tất cả các thuê bao trong GSM. Những dữ liệu này được truy nhập từ xa bởi các MSC và VLR của mạng. 1.2.1.3. Bộ ghi định vị tạm trú VLR VLR là cơ sở dữ liệu thứ hai trong mạng GSM. Nó được nối với một hay nhiều MSC và có nhiệm vụ lưu giữ tạm thời số liệu thuê bao của các thuê bao hiện đang nằm trong vùng phục vụ của MSC tương ứng và đồng thời lưu giữ số liệu về vị trí của các thuê bao nói trên ở mức độ chính xác hơn HLR. Các chức năng VLR thường được liên kết với các chức năng MSC. 1.2.1.4. Trung tâm nhận thực AUC AUC quản lý các thông tin nhận thực và mật mã liên quan đến từng cá nhân thuê bao dựa trên một khoá nhận dạng bí mật để đảm bảo toàn số liệu cho các thuê bao được phép. Khoá này cũng được lưu giữ vĩnh cửu và bí mật trong bộ nhớ ở MS. Bộ nhớ này có dang Simcard có thể rút ra và cắm lại được. AUC có thể được đặt trong HLR hoặc MSC hoặc độc lập với cả hai. Khi dăng ký thuê bao, khoá nhận thực được ghi nhớ vào Simcard của thuê bao cùng với IMSI của nó. Đồng thời khoá nhận thực cũng được lưu giữ ở trung tâm nhận thực AUC để tạo ra bộ ba thông số cần thiết cho quá trình nhận thực và mật mã hoá: - Số ngẫu nhiên RAND - Mật khẩu SRES - Khoá mật mã 1.2.1.5. Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR Quản lý thiết bị di động được thực hiện bởi bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR. EIR lưu giữ tất cả các dữ liệu liên quan đến phần thiết bị di động ME của trạm di động MS. EIR được nối với MSC thông qua đường báo hiệu để kiểm tra sự được phép của thiết bị bằng cách so sánh tham số nhận dạng thiết bị di động quốc tế IMEI (International Mobile Equipment Identity) của thuê bao gửi tới khi thiết lập thông tin với số IMEI lưu giữ trong EIR phòng trường hợp đây là những thiết bị đầu cuối bị đánh cắp, nếu so sánh không đúng thì thiết bị không thể truy nhập vào mạng được. 1.2.2. Phân hệ trạm gốc BSS BSS thực hiện nhiệm vụ giám sát các đường ghép nối vô tuyến, liên kết kênh vô tuyến với máy phát và quản lý cấu hình của các kênh này. Đó là: - Điều khiển sự thay đổi tần số vô tuyến của đường ghép nối (Frequency Hopping) và sự thay đổi công suất phát vô tuyến. - Thực hiện mã hoá kênh và tín hiệu thoại số, phối hợp tốc độ truyền thông tin. - Quản lý quá trình chuyển giao Handover. - Thực hiện bảo mật kênh vô tuyến. Phân hệ BSS gồm hai khối chức năng: bộ điều khiển trạm gốc (BSC: Base Station Controller) và các trạm thu phát gốc (BTS: Base Transceiver Station). Nếu khoảng cách giữa BSC và BTS nhỏ hơn 10m thì các kênh thông tin có thể được kết nối trực tiếp (chế độ Combine), ngược lại thì phải qua một giao diện A-bis (chế độ Remote). Một BSC có thể quản lý nhiều BTS theo cấu hình hỗn hợp của 2 loại trên. 1.2.2.1. Trạm thu phát gốc BTS Một BTS bao gồm các thiết bị phát thu, anten và xử lý tín hiệu đặc thù cho giao diện vô tuyến. Có thể coi BTS là các Modem vô tuyến phức tạp có thêm một số các chức năng khác. Một bộ phận quan trọng của BTS là TRAU (Transcoder and Rate Adapter Unit: khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ). TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình mã hoá và giải mã tiếng đặc thù riêng cho GSM được tiến hành, ở đây cũng thực hiện thích ứng tốc độ trong trường hợp truyền số liệu. TRAU là một bộ phận của BTS, nhưng cũng có thể đặt cách xa BTS và thậm chí trong nhiều trường hợp được đặt giữa BSC và MSC. BTS có các chức năng sau: - Quản lý lớp vật lý truyền dẫn vô tuyến - Quản lý giao thức cho liên kết số liệu giữa MS và BSC - Vận hành và bảo dưỡng trạm BTS - Cung cấp các thiết bị truyền dẫn và ghép kênh nối trên giao tiếp A-bis 1.2.2.2. Bộ điều khiển trạm gốc BSC BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến qua các lệnh điều khiển từ xa BTS và MS. Các lệnh này chủ yếu là các lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và quản lý chuyển giao (Handover). Một phía BSC được nối với BTS còn phía kia nối với MSC của SS. Trong thực tế, BSC là một tổng đài nhỏ có khả năng tính toán đáng kể. Một BSC có thể quản lý vài chục BTS tuỳ theo lưu lượng các BTS này. Giao diện giữa BSC và MSC là giao diện A, còn giao diện giữa nó với BTS là giao diện A-bis. Nhân viên khai thác có thể từ trung tâm khai thác và bảo dưỡng OMC nạp phần mềm mới và dữ liệu xuống BSC, thực hiện một số chức năng khai thác và bảo dưỡng, hiển thị cấu hình của BSC. BSC có thể thu thập số liệu đo từ BTS và BIE (Base Station Interface Equipment: Thiết bị giao diện trạm gốc), lưu trữ chúng trong bộ nhớ và cung cấp chúng cho OMC theo yêu cầu. 1.2.2.3. Bộ chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ TRAU Trong GSM, tín hiệu thoại trên giao diện vô tuyến được mã hoá ở tốc độ 13Kbps sử dụng mã hoá tiền định tuyến LPC. Để thích ứng tốc độ này các tốc độ mạng hội thoại cố định PSTN cần có bộ chuyển đổi mã TRAU để chuyển đổi giữa 13Kbps PCM giữa MS và MSC. TRAU có thể được đặt tại BTS, BSC hoặc tại MSC. Để giảm thiểu chi phí truyền dẫn, thường TRAU đặt ở MSC. Khi đó cần thêm báo hiệu bổ xung vào tiếng thoại 13Kbps để truyền thông tin điều khiển từ bộ chuyển đổi mã từ xa dặt ở BTS đến TRAU. 1.2.3. Trạm di động MS(Mobile Station) Trạm di động là thiết bị duy nhất mà người sử dụng có thể thường xuyên nhìn thấy của hệ thống. MS có thể là: máy cầm tay, máy xách tay hay máy đặt trên ô tô. Ngoài việc chứa các chức năng vô tuyến chung và xử lý cho giao diện vô tuyến MS còn phải cung cấp các giao diện với người sử dụng (như micrô, loa, màn hiển thị, bàn phím để quản lý cuộc gọi) hoặc giao diện với môt số các thiết bị khác (như giao diện với máy tính cá nhân, Fax…). Hiện nay, người ta đang cố gắng sản xuất các thiết bị đầu cuối gọn nhẹ để đấu nối với trạm di động. Ba chức năng chính của MS: - Thiết bị đầu cuối thực hiện các chức năng không liên quan đến mạng GSM. - Kết cuối trạm di động thực hiện các chức năng liên quan đến truyền đẫn ở giao diện vô tuyến. - Bộ thích ứng đầu cuối làm việc như một cửa nối thông thiêt bị đầu cuối với kết cuối di động. Cần sử dụng bộ thích ứng đầu cuối khi giao diện ngoài trạm di động tuân theo tiêu chuẩn ISDN để đấu nối đầu cuối, còn thiết bị đầu cuối lại có thể giao diện đầu cuối – modem. Máy di động MS gồm hai phần: Module nhận dạng thuê bao SIM ( Subscriber Identity Module) và thiết bị di động ME (Mobile Equipment). Để đăng ký và quản lý thuê bao, mỗi thuê bao phải có một bộ phận gọi là SIM. SIM là một module riêng được tiêu chuẩn hoá trong GSM. Tất cả các bộ phận thu, phát, báo hiệu tạo thành thiết bị ME. ME không chứa các tham số liên quan đến khách hàng, mà tất cả các thông tin này được lưu trữ trong SIM. SIM thường được chế tạo bằng một vi mạch chuyên dụng gắn trên thẻ gọi là Simcard. Simcard có thể rút ra hoặc cắm vào MS. Sim đảm nhiệm các chức năng sau: - Lưu giữ khoá nhận thực thuê bao cùng với số nhận dạng trạm di động quốc tế IMSI nhằm thực hiện các thủ tục nhận thực và mật mã hoá thông tin. - Khai thác và quản lý số nhận dạng cá nhân PIN(Personal Identity Number) để bảo vệ quyền sử dụng của người sở hữu hợp pháp. PIN là một số gồm từ 4 đến 8 chữ số, được nạp bởi nhà khai thác khi đăng ký lần đầu. 1.2.4. Phân hệ khai thác OSS Phân hệ khai thác OSS thực hiện ba chức năng chính sau: Khai thác và bảo dưỡng mạng: Khai thác là các hoạt động cho phép nhà khai thác mạng theo dõi hành vi của mạng như: tải của hệ thống, mức độ chặn, số lượng chuyển giao giữa hai ô…, nhờ vậy nhà khai thác có thể giám sát được toàn bộ chất lượng của dịch vụ mà họ cung cấp cho khách hàng và kịp thời xử lý các sự cố. Khai thác cũng bao gồm việc thay đổi cấu hình để giảm những vấn đề xuất hiện ở thời điểm hiện tại, để chuẩn bị lưu lượng cho tương lai, để tăng vùng phủ. Ở hệ thống viễn thông hiện đại, khai thác được thực hiện bằng máy tính và được tập trung ở một trạm. Bảo dưỡng có nhiệm vụ phát hiện, định vị và sửa chữa các sự cố hỏng hóc. Nó có một số quan hệ với khai thác. Bảo dưỡng cũng bao gồm cả các hoạt động tại hiện trường nhằm thay thế thiết bị có sự cố. Hệ thống khai thác và bảo dưỡng có thể được xây dựng trên nguyên lý TMN (Telecommunication Management Network: Mạng quản lý viễn thông). Lúc này, một mặt hệ thống khai thác và bảo dưỡng được nối đến các phần tử của mạng viễn thông ( các MSC, BSC, HLR và các phần tử mạng khác trừ BTS, vì thâm nhập đến BTS được thực hiện qua BSC). Mặt khác, hệ thống khai thác và bảo dưỡng lại được nối đến một máy tính chủ đóng vai trò giao tiếp người máy. Theo tiêu chuẩn GSM, hệ thống được gọi là OMC (Operation and Maintenance Center: Trung tâm khai thác và bảo dưỡng). Quản lý thuê bao: Bao gồm các hoạt động quản lý đăng ký thuê bao. Nhiệm vụ đầu tiên là nhập và xóa thuê bao khỏi mạng. Đăng ký thuê bao cũng có thể rất phức tạp, bao gồm nhiều dịch vụ và các tính năng bổ sung. Nhà khai thác phải có thể thâm nhập được tất cả các thông số nói trên. Một nhiệm vụ quan trọng khác của khai thác là tính cước các cuộc gọi. Cước phí phải được tính và gửi đến thuê bao. Quản lý thuê bao ở GSM chỉ liên quan đến HLR và một số thiết bị OSS riêng chẳng hạn mạng nối HLR với các thiết bị giao tiếp người máy ở các trung tâm giao dịch với thuê bao. Simcard cũng đóng vai trò như một bộ phận của hệ thống quản lý thuê bao. Quản lý thiết bị di động: Quản lý thiết bị di động được bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR thực hiện. EIR lưu giữ tất cả các dữ liệu liên quan đến trạm di động MS. EIR được nối đến MSC qua đường báo hiệu để kiểm tra sự được phép của thiết bị. Một thiết bị không được phép sẽ bị cấm. Trong hệ thống GSM, EIR được coi là hệ thống con SS. CHƯƠNG 2. VÔ TUYẾN SỐ – GIAO TIẾP VÔ TUYẾN SỐ 2.1. Vô tuyến số tổng quát Ở phần này đề cập đến việc sử dụng thiết bị vô tuyến để truyền thông tin giữa trạm di động và mạng PLMN GMS thay vì dùng dây. Một số vấn đề quan trọng khi quy hoạch tần số là sự hạn chế bởi đại lượng nhiễu của hệ thống tổ ong. 2.1.1. Suy hao đường truyền và pha đinh Suy hao đường truyền là quá trình mà ở đó tín hiệu thu yếu dần đo khoảng cách giữa trạm di động và trạm gốc tăng mà không có mặt cản giữa anten phát và thu. Suy hao trong không gian tự do: Ls » d2.f2 Ls (dB) = 33,4 (dB) + 20logF(MHz) + 20logd(km) d: là khoảng cách giữa anten phát Tx và thu Rx. f: tần số phát (Công thức trên chỉ đúng với các hệ thống vô tuyến di động gần BS.) Môi trường sử dụng của MS thường có chướng ngại vật gây hiệu ứng che tối làm giảm cường độ tín hiệu thu. Khi di động cùng với đài di động cường độ tín hiệu giảm và tăng dù giữa Tx và Rx có hay không có chướng ngại. Hiệu ứng này gọi là pha đinh chuẩn log. Thời gian giữa 2 chỗ trũng pha đinh khoảng vài giây khi máy di động MS là loại lắp trên xe và chuyển động. MS Phađinh chuẩn logarit Trong trường hợp môi trường thông tin có mật độ thuê bao dày và nhiều chướng ngại ta có pha đinh nhiều tia hay raile, xảy ra khi tín hiệu truyền nhiều đường từ anten Tx đến Rx. Ở hiện tượng pha đinh raile, tín hiệu thu được là tổng các tín hiệu phản xạ khác pha, khác biên độ. Những tín hiệu này khi cộng lại như các véctơ tạo nên một véctơ tổng gần bằng không có nghiã là cường độ tín hiệu bằng 0. Đây là chỗ trũng pha nghiêm trọng. Khoảng thời gian giữa hai chỗ trũng phađinh phụ thuộc vào tốc độ chuyển động và tần số phát. MS Phađinh Raile Ở một khoảng cách nhất định (x mét) so với anten phát Tx, tín hiệu thu được minh hoạ như sau: Độ nhạy máy thu m X + 15 X + 10 X Dự trữ padinh Giá trị trung bình cục bộ Chỗ trũng padinh Giá trị trung bình chung Cường độ tín hiệu thu (Rx), Fc = 900MHz Độ nhạy máy thu là mức tín hiệu vào yếu nhất cần thiết cho một tín hiệu ra qui định. Khi quy hoạch hệ thống, để chống lại pha đinh thì giá trị trung bình chung được lấy lớn hơn độ nhạy máy thu lượng Y(dB) băng chỗ trũng pha phađinh mạnh nhất, Y(dB) được gọi là dự trữ phađinh. 2.1.2. Phân tán thời gian Hiện tượng này có nguồn gốc từ phản xạ từ một vật ở xa anten thu Rx vài km. Nó dần đến giao thoa giữa các ký hiệu ISI tức là giao thoa giữa các ký hiệu lân cận với nhau. Ở GSM tốc độ bit là 270kB/s, mỗi bit tương ứng với 3,7s và tương ứng với khoảng cách là 1,1km. Khi có phản xạ từ 1km phía sau trạm di động thì tín hiệu phản xạ phải qua gương đường dài trễ tín hiệu đi thẳng 2km. Tín hiệu mong muốn sẽ được trộn với tín hiệu 2bit. Hệ thống GSM được thiết kế có thể hạn chế phân tán thời gian nhờ sử dụng một bộ cân bằng mà có thể thực hiện cân bằng một số nhất định tín hiệu phản xạ nhưng không phải là tất cả. Bộ cân bằng của GSM có thể đạt được sự cân bằng cho các tín hiệu phản xạ chậm khoảng 4 bít so vơí tín hiệu đến trực tiếp, tương ứng với 15 ms. Tuy nhiên nếu tín hiệu phản xạ mà đến trễ hơn thế thì bộ cân bằng không thể đáp ứng được. Giai đoạn mà bộ cân bằng có thể đáp ứng được gọi là mã số thời gian. Trong cửa sổ thời gian đó sẽ tăng cường độ tín hiệu đến trực tiếp. Tổng các tín hiệu phản xạ có thể nhỏ hơn 15ms phải ít nhất nhỏ hơn 9 lần tổng các tín hiệu trong cửa sổ. Tỉ số này gọi là tỉ số sóng mang trên sóng phản xạ (C/R). C/R được tính bằng tỉ số giữa năng lượng trong cửa sổ và năng lượng ngoài cửa sổ của bộ cân bằng. C/R càng nhỏ thì chất lượng càng kém. Vị trí đặt BTS ảnh hưởng rất lớn đến tỉ số này nên đặt không hợp lí sẽ gây nên phân tán thời gian lớn. Các vùng có địa hình như miền núi, thành phố nhiều nhà cao tầng, vùng hồ xây dựng nhiều thềm, bậc thường có tỉ số C/R nhỏ. Thông thường tín hiệu phản xạ phải đi qua quãng đường lớn hơn 4,5 Km so với tín hiệu trực tiếp thì mới có trễ hơn 1,5ms tuy nhiên nếu tín hiệu phản xạ đó không mạnh tức là tỉ số C/R lớn hơn 1 số cho phép thì không ảnh hưởng đến vùng sóng phục vụ. Ngược lại nếu tín hiệu phản xạ mạnh nhưng trễ vẫn thuộc cửa sổ thì sẽ tăng độ mạnh của tín hiệu đi thẳng. Chỉ khi C/R nhỏ phân tán thời gian lớn thì mới có yêu cầu thay đổi vi trí BTS, hoặc dùng phương pháp đặt thêm BTS phụ trợ. Khi sét vấn đề này cân phải căn cứ vào các vị trí cân đối giữa MS và BTS bởi vì mỗi vị trí dù là cách nhau không lớn thì có thể C/R cách nhau rất lớn. * Nhiễu đồng kênh: Nhiễu giao thoa đồng kênh là nhiễu do tín hiệu thu không mong muốn có cùng tần số và tín hiệu thu mong muốn. Tỉ số giữa mức sóng mang không mong muốn là tỉ số nhiễu giao thoa đồng kênh (C/I). Tỉ số này phụ thuộc vào những yếu tố như: + Mẫu sử dụng lại tần số: khoảng cách giữa hai Cell cùng tần số ảnh hưởng lẫn nhau. + Vị trí địa hình. + Các vùng phản xạ địa phương. + Kiểu Angten, tính định hướng, chiều cao Angten. + Các sóng gây nhiễu địa phương có cùng tần số. Tỉ số này gây ảnh hưởng rất mạnh đến chất lượng tín hiệu, dẫn đến sai tín hiệu, giải mã sai gây nên sót cuộc gọi hoặc thất bại trên đường nối vô tuyến. Tiêu chuẩn GSM cho phép C/I nhỏ nhất là 10. Ngoài ra trong thông tin vô tuyến tín hiệu còn bị ảnh hưởng các kênh lân cận là các kênh gần tần số với tín hiệu thu, dải tần của chúng trùng lên nhau ở mức lớn. Trong trường hợp này cũng gây nhiếu gọi là nhiễu giao thoa kênh lân cận (C/A) trong thực tế các tần số của các BTS cùng vị trí thường gây ảnh hưởng cho nhau. Tín hiệu thu được khi đo đạc thường gồm rất nhiều loại tín hiệu và nhiễu như đã kể trên. Khi đo đạc ta có thể xác định tỉ số C/(I+R+A), đánh giá mức độ hoặc lỗi có thể xác định được tỉ số này phải nhờ đến các máy đo chuyên dụng BTS 0 0 1 1 Phân tán thời gian 2.1.3. Các phương pháp phòng ngừa suy hao truyền dẫn do phađinh Để cải thiện máy thu và chất lượng của tín hiệu thu, có 4 phương án để thực hiện như sau: Phân tập anten (phân tập không gian): Do 2 anten thu ít có nguy cơ bị chỗ trũng phađinh sâu cùng một lúc, nên ta sử dụng 2 anten Rx độc lập thu cùng tín hiệu rồi kết hợp các tín hiệu này lại ta sẽ có một tín hiệu ra khỏi bộ kết hợp ít bị phađinh hơn. Khoảng cách giữa hai anten phải đủ lớn để tương quan giữa các tín hiệu ở hai anten nhỏ. 2 1 Tín hiệu 1 Tín hiệu 2 CĐTH SS Anten Nhảy tần: Với pha đinh raile, mẫu phađinh phụ thuộc vào tần số nghĩa là chỗ trũng phađinh xảy ra ở các vị trí khác nhau đối với các tần số khác nhau. Như vậy ta có thể thay đổi tần số sóng mang trong một số tần số khi cuộc gọi đang tiến hành, khi gặp chỗ trũng phađinh chỉ một phần thông tin bị mất. Mã hoá kênh: Ở truyền dẫn số người ta đo chất lượng của tín hiệu được chủ yếu bằng số lượng các bit thu được chính xác, dẫn đến biểu diễn tỷ số bit lỗi BER. BER không thể bằng không do đường truyền dẫn luôn luôn thay đổi. Nghĩa là ta phải cho phép một lưọng lỗi nhất định và có khả năng khôi phục thông tin này hoặc có thể phát hiện tránh sử dụng thông tin lỗi. BER quan trọng với phát số liệu hơn Voice. Ở phương pháp mã hoá kênh ta phải phát đi một lượng thông tin có số bit lớn hơn nhưng sẽ đạt độ an toàn chống lỗi cao hơn. Mã hoá kênh có thể phát hiện và sửa lỗi ở từng bit thu. Mỗi kênh kiểm tra lỗi được chia thành mã khối và mã xoắn. Ở mã khối, một số bit kiểm tra được bổ xung vào một số bit thông tin nhất định. Các bit kiểm tra chỉ phụ thuộc vào các bit thông tin ở khối bản tin. Ở mã hoá xoắn, bộ mã hoá tạo ra khối các bit mã 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 bit của khối trước. Mã hoá khối thường được sử dụng khi có báo hiệu định hướng theo khối và sử dụng để phát hiện lỗi khi thực hiện “Yêu cầu tự động phát” ARQ. Mã hoá xoắn liên quan nhiều hơn đến sửa sai lỗi. Cả hai mã này được sử dụng ở GSM. Hai bước mã hoá được dùng cho cả tiếng và số liệu. Ghép xen: Các lỗi bit thường xảy ra theo từng cụm do các chỗ trũng phađinh lâu làm ảnh hưởng nhiều bit liên tiếp. Để giải quyết hiện tượng lỗi bit quá dài ta dùng phương pháp ghép kênh xen để tách các bit liên tiếp của một bản tin sao cho các bit này gửi đi không liên tiếp. 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 4 4 4 4 Các khối bán tin ghép xen Các khối bán tin được ghép xen Một khung Khi truyền dẫn khung 2 có thể mất nếu không ghép xen toàn bộ khối bản tin sẽ mất nhưng ghép xen sẽ đảm bảo chỉ thị thứ hai ở từng khối là bị mắc lỗi: 1 x 3 4 1 x 3 4 1 x 3 4 1 x 3 4 Mã hoá kênh có thể khôi phục lại thông tin của tất cả các khối. ở GSM bộ mã hoá kênh cung cấp 456 bit cho từng 20ms tiếng và đựoc ghép xen để tạo ra các khối 57bit. 2.1.4. Phương pháp chống phân tán thời gian Mô hình truyền dẫn: Máy phát Máy thu tối ưu Kênh Máy thu tối ưu là máy thu hiểu rõ kênh. Ta lập mô hình toán học của kênh và điều chỉnh máy thu đến mô hình. Kênh được xét như một bộ lọc và được kích thích bởi một tín hiệu biết trước. So sánh đầu ra với đầu vào ta có đáp ứng xung của bộ lọc. Đáp ứng xung của bộ lọc cho ta biết được tín hiệu ra đối với tín hiệu vào, như vậy ta có thể tìm được đáp ứng xung của kênh và lập mô hình kênh khi phân tích một tín hiệu thu được. 2.1.5. Truyền dẫn số và tín hiệu tương tự Trong trường hợp truyền tiếng nói là dạng sóng liên tục khác với truyền số liệu ta phải thực hiện lấy mẫu tín hiệu tương tự, lượng tử và mã hoá tín hiệu ở dạng số “1” và “0”. Các mẫu tương tự được trình bày bằng một tập hợp hữu hạn các mức được xác định bởi số các bit ta cần sử dụng để trình bày một mẫu. Ở hệ thống viễn thông số chọn số mức rời rạc hoá =256 mức (8bit) với mỗi mẫu ta trình bày giá trị tương tự bằng một giá trị đã được lượng tử hoá ở 8bit. Với tốc độ lấy mẫu 8kHz ta có tốc độ bit: 8000mẫu/s x 8bit = 64kb/s. Quá trình này được gọi là điều chế xung mã PCM gồm 3 bước: Lượng tử Lấy mẫu Mã hoá Đường truyền PCM 64 kb/s Ta đặt nhiều kênh trên cùng một đường truyền PCM (ghép kênh) để tránh lãng phí. Nếu ghép 32 kênh trên một đường truyền PCM thì tốc độ bit của nó là 32x64kb/s=2,048Mb/s. Thiết bị ghép kênh điều khiển việc gán các khe thời gian 0,1 gửi đi ở khe 1,...Trong 32 kênh truyền thì kênh 0 dùng cho đồng bộ, kênh 16 dùng cho báo hiệu còn 30 kênh còn lại dùng cho tiếng thoại. Phần trình bày trên là ví dụ về đa thâm nhập phân chia theo thời gian TDMA. Một phương pháp khác với TDMA là FDMA (đa thâm nhập phân chia tần số) được dùng ở quảng bá vô tuyến, mỗi kênh được dành cho một băng tần riêng. Kỹ thuật này được sử dụng ở hệ thống di động tổ ong tương tự, mỗi cuộc gọi ở một ô sử dụng một băng tần (hai băng khi truyền song công). Sau đây là so sánh giữa TDMA và FDMA: FDMA 0 1 2 3 4 5 6 7 MS1 MS2 MS2 MS5 TDMA Đồng bộ thời gian: Khi sử dụng TDMA ở vô tuyến, mỗi trạm di động sử dụng khe thời gian Ts của mình nhưng khi khoảng cách giữa MS và BS tăng lên gây trễ thời gian truyền tín hiệu và trễ này lớn quá thì thông tin phát đi từ MS ở khe Ts n sẽ trùng với tín hiệu thu được của BS tại khe Ts n+1 của MS khác. Để kiểm tra thời gian đến và các lệnh được gửi đến MS ta có quá trình định trước thời gian mỗi khi MS di chuyển ra xa. Mã hoá tiếng: Ở một số hệ thống di động tổ ong FDMA khoảng cách giữa các kênh là 25kHz (NMT, TACS) và ở GSM khoảng cách này bằng 200kHz. So sánh TDMA 200kHz và FDMA 25kHz ta có hiệu quả sử dụng tần số như nhau. Khi sử dụng phương pháp điều chế pha tối thiểu Gauss (GMSK) độ rộng băng thông bị chiếm sẽ rất lớn. Để đảm bảo băng tần cho phép ta giảm tối thiểu tốc độ bit cho từng kênh tiếng bằng cách mã hoá tiếng (Vocodes) và mã hoá theo dạng sóng. Mã hoá theo kiểu phát âm Vocodes giúp ta nhận biết được tiếng nói nhưng rất “tổng hợp” và ta khó nhận ra ai phát âm. Sử dụng mã hoá sóng (mã hoá PCM đồng đều) thông tin trực tiếp chính thực dạng sóng được phát đi với tốc độ đòi hỏi cao và cho ta một chất lượng cũng rất cao. Tốc độ bit ở bộ mã hoá dạng sóng thay đổi gần từ 16kb/s đến 64kb/s đối với bộ mã hoá PCM đồng đều. Ngoài ra ta còn có các bộ mã hoá cho phép được mô tả như một sự pha trộn giữa Vocodes và mã hoá dạng sóng. Các bộ mã hoá lai ghép lấp kín chỗ trống giữa các bộ mã hoá Vecodes và dạng sóng với tốc độ bit từ 5kb/s, chất lượng theo tốc độ bit. GMS sử dụng bộ mã hoá ghép lai gọi là mã hoá tiền định tuyến tính-Tiền định thời gian dài-kích thích xung đều: bộ LPC-LPT-RPE. 2.2. Nguyên tắc khi chia kênh theo khe thời gian 2.2.1. Khái niệm kênh Mạng GSM/PLMN dành 124 sóng mang song công ở dải tần: - Đường lên (MS – BTS): 890 – 915Mhz - Đường xuống (BTS – MS): 935 – 960Mhz Khoảng cách giữa sóng mang 200Khz, trên mỗi sóng mang thực hiện ghép kênh theo thời gian ứng với mỗi khung TDMA, mỗi khung gồm 8 khe thời gian (Time Slot). Số kênh ở GSM là 124x8(khe) =922kênh. 2.2.1.1. Kênh vật lý Một khe thời gian ở một tần số vô tuyến dành để truyền tải thông tin ở đường vô tuyến của GSM. Mỗi một kênh tần số vô tuyến được tổ chức thành các khung TDMA dài 4,62ms gồm có 8 khe thời gian (mỗi khe dài 577ms). Tại BTS, các khung TDMA ở các kênh tần số ở cả đường lên và đường xuống đều được đồng bộ, tuy nhiên khung đường lên trễ 3 khe so với khung đường xuống. Nhờ có trễ này mà 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 kênh tần số được tổ chức theo cấu trúc khung, đa khung, siêu đa khung, siêu siêu khung như sau: Hình 2. Tổ chức khung, đa khung Một siêu siêu khung = 2048 siêu khung = 2715648 khung (3h28¢53²760ms) 0 1 2 3 4 5 2042 2043 2045 2046 2047 1 siêu khung = 1326 khung TDMA (6,12s) 0 1 2 3 47 48 49 50 0 1 24 25 0 1 24 25 0 1 49 50 0 1 2 3 4 5 6 7 1đa khung = 26 khung(120ms) 1 đa khung = 51 khung(235ms) 1 khung = 8 khe Một siêu siêu khung được chia thành 2048 siêu khung với thời gian là 6,12s. Siêu khung lại được chia thành các đa khung, có hai loại đa khung: - Đa khung 26 khung chứa 26 khung TDMA. Đa khung này được sử dụng để mang TCH (và SACCH cộng FACCH). 51 đa khung này tạo nên một siêu khung. - Đa khung 51 khung chứa 51 khung TDMA. Đa khung này sử dụng để mang BCH và CCH. 26 đa khung này tạo nên một siêu khung. 2.2.1.2 Kênh logic Các kênh logic được đặc trưng bởi thông tin truyền giữa BTS và MS. Kênh logic được chia làm hai loại: Kênh lưu thông (TCH): mang tiếng được mã hoá hoặc số liệu của người sử dụng, gồm hai dạng kênh: - Bm hay kênh toàn tốc TCH mang thông tin ở tốc độ 22,8Kbps. - Lm hay kênh bán tốc TCH mang thông tin ở tốc độ 11,4Kbps. Các kênh điều khiển: mang tín hiệu báo hiệu hay số liệu đồng bộ, gồm ba loại sau: - Các kênh quảng bá (BCH): + Kênh hiệu chỉnh tần số (FCCH): mang thông tin để hiệu chỉnh tần số của MS. + Kênh đồng bộ (SCH): mang thông tin để đồng bộ khung (số khung TDMA) của MS và nhận dạng BTS (BSIC). + Kênh điều khiển quảng bá (BCCH): phát quảng bá thông tin chung trên cơ sở một kênh cho một BTS. - Các kênh điều khiển riêng (DCCH): + Kênh điều khiển riêng đứng một mình (SDCCH): được sử dụng để báo hiệu hệ thống khi thiết lập một cuộc gọi trước khi ấn định một TCH. Kênh đường lên/xuống, điểm đến điểm. + Kênh điều khiển liên kết chậm (SACCH): liên kết với một TCH hay một SDCCH, là kênh số liệu liên tục mang thông tin liên tục như các thông báo đo đạc từ trạm di động về cường độ tín hiệu thu từ ô hiện thời và các ô lân cận. Thông tin này cần cho chức năng chuyển giao. Kênh này cũng được sử dụng để điều chỉnh công suất của MS và để đồng bộ thời gian. Kênh đường 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 bằng cách thay đổi lưu lượng tiếng hay số liệu bằng báo hiệu. - Các kênh điều khiển chung (CCCH): + Kênh tìm gọi (PCH): được sử dụng để tìm gọi MS. + Kênh thâm nhập ngẫu nhiên (RACH): MS sử dụng kênh này để yêu cầu dành SDCCH hoặc để trả lời tìm gọi, hoặc để thâm nhập khi khởi đầu, hoặc đăng ký cuộc gọi MS. + Kênh cho phép thâm nhập (AGCH): được sử dụng để dành một SDCCH hay trực tiếp một TCH cho một MS. 2.2.2. Cụm Cụm là mẫu thông tin ở một khe thời gian trên kênh TDMA, cứ 8 khe thời gian một lần ở kênh TDMA được phát đi thì có 1 cụm của một loại thông tin. - Cụm bình thường ( NB): mang thông tin ở TCH và các kênh điều khiển trừ RACH, SCH và FCCH. TB 3 Các bit được mật mã 58 Chuỗi hướng dẫn 26 Các bit được mật mã 58 TB 3 GP 8,25 0,577 ms 156,25 bit + Các bit được mật mã gồm 57bit số liệu hay tiếng và một “cờ lấy cắp”. + Chuỗi hướng dẫn là mẫu bit biết trước để bộ cân bằng có thể thành lập một mô hình kênh. + Các bit đuôi TB luôn là “0,0,0” giúp bộ cân bằng xác định đầu và cuối mẫu bit. + Khoảng bảo vệ GP là một khoảng trống cho phép máy phát dịch lên hay dịch xuống trong giới hạn do khuyến nghị GSM qui định. - Cụm hiệu chỉnh tần số(FB): Điều chỉnh tần số của MS, nó tương đương sóng mang chưa bị điều chế. Lặp lại của một cụm gọi là FCCH. TB 3 TB 3 GP 8,25 0,577 ms 156,25 bit Các bit cố định “0” 142 - Cụm đồng bộ (SB): Dùng để đồng bộ thời gian của MS TB 3 Các bit được mật mã 39 Chuỗi đồng bộ 64 Các bit được mật mã 39 TB 3 GP 8,25 + Khối đồng bộ dài dễ dàng nhận biết và mang thông tin số khung TDMA cùng mã nhận dạng trạm cơ sở BS. Lặp lại của cụm gọi là SHC. Số khung TDMA giúp MS biết loại kênh lôgíc nào đang được truyền ở kênh điều khiển. Một chu trình đánh số khung là 3,5 giờ với mỗi khung TDMA thời gian là 6,615ms. - Cụm thâm nhập (AB): Sử dụng để thâm nhập ngẫu nhiên và có GP để dành cho phát cụm từ trạm di động. TB 3 Chuỗi đồng bộ 41 Các bit được mật mã 36 TB 3 GP 8,25 - Cụm giả: Được phát đi từ BTS và không chứa thông tin khuôn mẫu giống như cụm bình thường với các bit mật mã được thay bởi các bit hỗn hợp có mẫu bit xác định. 2.2.3. Chia kênh logic theo khe thời gian Xét một BTS với n sóng mang (song công) ký hiệu là C0, C1,…, Cn, mỗi sóng mang có 8 khe thời gian lần lượt là Ts0, Ts1,…, Ts7. Các kênh logic được sắp xếp ở C0 như sau: - Các kênh điều khiển BCCH, FCCH, SCH, PCH, AGCH được sắp xếp trên Ts0 đường xuống, còn kênh RACH ở Ts0 đường lên. Chu kỳ lặp 51 Ts. - Ts1 được sử dụng để sắp xếp các kênh điều khiển riêng SDCCH và SACCH, chu kỳ lặp 102 Ts. - Từ Ts2 đến Ts7 là các kênh lưu thông TCH, chu kỳ lặp 26Ts. Các sóng mang khác (C1 – Cn): chỉ được sử dụng cho kênh lưu lượng TCH, nghĩa là Ts0 đến Ts7 đều là TCH. Các khung TDMA 0 1 2 ….. 7 0 1 2 ….. 7 0 1 2 ….. F S B C F S C C F S C C F S C C BCH CCCH đường xuống Hình 3. Ghép các BCH và CCCH ở Ts0 F (FCCH): tại đây trạm di động đồng bộ tần số của mình S (SCH): trạm di động đọc số khung TDMA và BSIC B (BCCH): trạm di động đọc các thông tin chung về ô này C (CCCH): có thể tìm gọi một trạm di động và dành một SDCCH 0 1 2 ….. 7 0 1 2 ….. 7 0 1 2 ….. 51 khung liên tiếp R R R R R R R R R …….. RACH đường lên Hình 4. Ghép RACH ở Ts0 Các Ts 2-7 của C0 sử dụng cho các kênh lưu thông TCH được sắp xếp ở các kênh vật lý như hình 5. Hình vẽ TS2, đường xuống ở C0. Thông tin ở Ts 2 tạo thành một TCH. Tất cả có 26 Ts. Sau Ts để trống lại bắt đầu lại. T (TCH): chứa tiếng hay số liệu được mã hoá. A (SACCH): nằm ở Ts 13, là báo hiệu điều khiển. Các khung TDMA 26 TS TCH đường xuống 0 1 2 …. 7 0 1 2 …. 7 0 1 2 …. T T T T … T A T T . . . Hình 5. Ghép TCH Cấu trúc đường lên cũng tương tự như đường xuống. Điểm khác nhau duy nhất là sự dịch về mặt thời gian, Ts2 ở đường xuống không xảy ra ở cùng thời gian như Ts2 ở đường lên. Thời gian dịch là ba khe thời gian. CHƯƠNG 3. CÁC DỊCH VỤ CỦA GSM 3.1. Dịch vụ thoại Là dịch vụ quan trọng nhất của GSM. Nó cho phép các cuộc gọi hai hướng diễn ra giữa người sử dụng GSM với thuê bao bất kỳ ở một mạng điện thoại nói chung nào. Tốc độ truyền thoại trong GSM là 13kbps. Dịch vụ cuộc gọi khẩn là một loại dịch vụ khác bắt nguồn từ dịch vụ thoại. Nó cho phép người dùng có thể liên lạc với các dịch vụ khẩn cấp như cảnh sát hay cứu hoả mà có thể có hay không có SIM card trong máy di động. 3.2. Dịch vụ số liệu GSM được thiết kế để đưa ra rất nhiều dịch vụ số liệu. Các dịch vụ số liệu được phân biệt với nhau bởi người sử dụng phương tiện (người sử dụng các mạng điện thoại PSTN, ISDN,…), bởi bản chất các luồng thông tin đầu cuối (dữ liệu thô, fax, videotex, teletex…), bởi phương tiện truyền dẫn (gói hay mạch, đồng bộ hay không đồng bộ…) và bởi bản chất thiết bị đầu cuối. Tốc độ truyền số liệu trên mạng GSM là 9,6kbps. 3.3. Dịch vụ nhắn tin ngắn SMS Là một loại dịch vụ số liệu. Dịch vụ nhắn tin ngắn SMS cho phép các thuê bao GSM gửi cho nhau các bản tin chữ dài không quá 160 kí tự. Có thể sử dụng một trung tâm dịch vụ để một thuê bao đọc bản tin đến đó. Sau đó bản tin sẽ được phát đến thuê bao. Nếu thuê bao ở ngoài vùng phủ của hệ thống hay tắt nguồn, bản tin sẽ được lưu giữ và gửi đI khi thuê bao lại sẵn sàng. Có thể thu hay gửi đi các thông báo ngắn ở trạng tháI rỗi hay trong quá trình cuộc gọi. 3.4. Dịch vụ Wap Dịch vụ Wap được bắt đầu xây dựng và triển khai lần đầu tiên cách đây ba năm ( vào giữa năm 1997). Dịch vụ giao thức ứng dụng không đây (Wap) ngày nay đã trở nên phổ biến. Tiêu chí của dịch vụ rất đơn giản: cho phép thuê bao dùng điện thoại di động, máy nhắn tin hoặc những thiết bị viễn thông khác có hỗ trợ Wap có thể truy cập một cách có giới hạn vào các trang wed để xem thông tin về thị trường chứng khoán, xem tin tức, gửi và nhận email v.v… Mặc dù Wap sử dụng các công nghệ và khái niệm từ thế giới wed và Internet nhưng các thiết bị Wap không thể truy cập trực tiếp vào các nguồn tài nguyên wed trên Internet mà phải nhờ qua Wap gateway. 3.5. Các dịch vụ mới của GSM 2,5G Cuối năm 2003 các nhà cung cấp dịch vụ điện thoại di động ở Việt Nam đã đưa ra hai dịch vụ mới trên nền GSM 2,5G là dịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS) và nhắn tin đa phương tiện (MMS). Dịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS: General Packet Radio Service): GPRS là dịch vụ truyền dữ liệu chuyển mạch gói được phát triển trên nền tảng công nghệ GSM, cho phép người dùng có thể chuyển các gói dữ liệu tốc độ cao qua máy di động. Do vậy GPRS sẽ là nền tảng cho việc phát triển các ứng dụng thương mại di động và dịch vụ MMS, truy cập WAP-Internet tốc độ cao. GPRS cho phép truyền dữ liệu có thể đạt tới 171,2kbps. Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện (MMS: Multimedia Messaging Service): Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện MMS cho phép những người dùng điện thoại di động có thể trao đổi những bức ảnh tĩnh (JPG) hoặc các hình động (GIF), âm thanh hoặc giọng nói, những đoạn video (Streaming video) và văn bản lên đến 1000 kí tự. Với dịch vụ MMS, các tin nhắn không chỉ được gửi giữa các máy điện thoại di động mà còn từ máy điện thoại di động gửi đến email và ngược lại. KẾT LUẬN Mạng thông tin di động số đã và đang phát triển hết sức nhanh chóng. Nó cùng các dịch vụ khác đã góp một phần không nhỏ trong công cuộc hiện đại mạng viễn thông Việt Nam. Bước sang kỷ nguyên mới, nhiều nước đã đưa ra nhiều mạng thông tin di động mới đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người trong việc trao đổi thông tin nhanh nhạy, chính xác và thuận tiện. Trong tương lai, thông tin di động chắc chắn sẽ phát triển và phát huy hết tiềm năng thế mạnh của nó, đi đầu trong kỷ nguyên mới, kỷ nguyên công nghệ thông tin. Vì vậy việc nghiên cứu mạng thông tin di động là hết sức cần thiết. Một lần nữa em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy giáo Trần Tuấn Hưng đã giúp đỡ em hoàn thành bản báo cáo này. PHỤ LỤC: CÁC TỪ VIẾT TẮT AB Access Burst Cụm truy nhập AGCH Access Grant Channel Kênh cho phép truy nhập AMPS Advanced Mobile Phone System Hệ thống điện thoại di động tiên tiến ARQ Automatic Repeat Request Yêu cầu lặp lại tự động AUC Authentication Center Trung tâm nhận thực BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá BCH Broadcast Channel Kênh quảng bá BER Bit Error Rate Tỷ số bit lỗi BIE BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc BSIC Base Station Identity Code Mã nhận dạng trạm gốc BSS Base Station System Hệ thống trạm gốc BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc C/A Carrier to adjacent ratio Tỷ số sóng mang trên sóng lân cận C/I Carrier to interference ratio Tỷ số sóng mang trên nhiễu C/R Carrier to reflection ratio Tỷ số sóng mang trên sóng phản xạ CCCH Common Control Channel Kênh điều khiển chung CCITT International Telegraph & Telephone Consultative Committee Uỷ ban t vấn quốc tế về điện thoại và điện báo CSPDN Circuit Switched Public Data Network Mạng số liệu công cộng chuyển mạch kênh DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng DCS Data Communication Subsystem Phân hệ thông tin số liệu EIR Equipment Identity Register Thanh ghi nhận dạng thiết bị ETSI European Telecommunication Standards Institude Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu FACCH Fast Associated Control Channel Kênh điều khiển liên kết nhanh FB Frequency Correction Burst Cụm hiệu chỉnh tần số FCCH Frequency Correction Channel Kênh hiệu chỉnh tần số FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số GMSC Gateway MSC MSC cổng GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung GSM Global System for Mobile Communication Thông tin di động toàn cầu HLR Home Location Register Thanh ghi định vị thờng trú IMEI International Mobile Equipment Identity Nhận dạng thiết bị di động quốc tế IMSI International Mobile Subscriber Identity Nhận dạng thuê bao di động quốc tế ISDN Integrated Service Digital Network Mạng số đa dịch vụ ISI Intersymbol Interference Nhiễu giao thoa giữa các kí hiệu IWF Inter Working Function Chức năng tơng tác LA Location Area Vùng định vị LAC Location Area Code Mã vùng định vị LAI Location Area Identity Nhận dạng vùng định vị ME Mobile Equipment Thiết bị di động MMS Multimedia Messaging Service Dịch vụ nhắn tin đa phơng tiện MS Mobile Station Trạm di động MSC Mobile services Switching Center Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động MSISDN Mobile Station ISDN Number Số ISDN trạm di động MSRN Mobile Station Roaming Number Số lu động trạm di động NB Normal Burst Cụm bình thờng NMT Nordic Mobile Telephone Điện thoại di động Bắc Âu OMC Operation and Maintenance Center Trung tâm bảo dỡng và vận hành OSS Operation and Support System Hệ thống khai thác và hỗ trợ PCH Paging Channel Kênh tìm gọi PCM Pulse Code Modulation Điều chế xung mã PIN Personal Identification Number Số nhận dạng cá nhân PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng PSPDN Packet Switch Public Data Network Mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói PSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng RACH Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên RAND Random number Số ngẫu nhiên SACCH Slow Associated Control Channel Kênh điều khiển liên kết chậm SB Synchronization Burst Cụm đồng bộ SCH Synchronization Channel Kênh đồng bộ SDCCH Stand alone Dedicated Control Channel Kênh điều khiển riêng đứng một mình SIM Subscriber Identity Module Môđun nhận dạng thuê bao SMS Short Message Service Dịch vụ nhắn tin ngắn SRES Signed Response Mật khẩu SS Switching System Hệ thống chuyển mạch TACS Total Access Communication System Hệ thống thông tin truy nhập toàn bộ TCH Traffic Channel Kênh lu lợng TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian TMN Telecommunication Management Network Mạng quản lý viễn thông TRAU Transcoder/Rate Adaptation Unit Khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ VLR Visitor Location Register Thanh ghi định vị tạm trú WAP Wireless Application Protocol Giao thức ứng dụng không dây