Đề tài Thực trạng tổng quan về hệ thống thông tin di động

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG I.1 - Lịch sử phát triển. Dịch vụ điện thoại di động bắt đầu xuất hiện ở các dạng sử dụng được vào đầu những năm 1960, khi đó nó chỉ là các sửa đổi thích ứng của các hệ thống điều vận. Các hệ thống điện thoại di động đầu tiên này ít tiện lợi và dung lượng thấp. Năm 1980 hệ thống điện thoại tổ ong điều tần sử dụng kỹ thuật đa thâm nhập phân chia theo tần số xuất hiện. Nhưng các hệ thống tổ ong tương tự không thể đáp ứng được nhu cầu ngày càng tăng do có quá nhiều hạn chế : Phân bổ tần số rất hạn chế. Dung lượng thấp. Tiếng ồn khó chịu và nhiễu hệ thống xảy ra khi máy di động dịch chuyển trong môi trường phading đa tia . Không đáp ứng được các dịch vụ mới hấp dẫn đối với khách hàng. Không cho phép giảm đáng kể giá thành của thiết bị di động và cơ sở hạ tầng Không đảm bảo tính bí mật của các cuộc gọi. Không tương thích giữa các hệ thống khác nhau. Do đó cần chuyển sang sử dụng kỹ thuật thông tin số cho thông tin di động cùng với các thông tin di động cùng với các kỹ thuật đa thâm nhập mới . Năm 1982 hệ thống thông tin di đông số sử dung kỹ thuật đa thâm nhập phân chia theo thời gian(TDMA) ra đời ở Châu Âu có tên là GSM (Global System for Mobile Communication). Tháng 5/1986 giải pháp TDMA băng hẹp được lựa chọn cho dịch vụ viễn thông chung Châu Âu ở băng tần 900 Mhz. Năm 1985 công nghệ CDMA bắt đầu phát triển và phiên bản đầu tiên là CDMA IS_95A. Các mạng CDMA được đưa vào khai thác ở Hàn Quốc, HongKong, Argentina, Brasil,Chile...Để tăng dung lượng của hệ thống thông tin di động, tần số các hệ thống này đang được chuyển từ vùng 800-900 Mhz vào vùng 1,8-1,9 GHz. I.2 - Tổng quan về hệ thống điện thoại di động tổ ong. Toàn bộ vùng phục vụ của hệ thống điện thoại di động tổ ong được chia thành nhiều vùng nhỏ , gọi là các ô , mỗi ô có một trạm gốc phụ trách và được điều khiển bởi tổng đài sao cho thuê bao vẫn có thể duy trì cuộc gọi một cách liên tục khi di chuyển giữa các ô. Trong hệ thống điện thoại di động tổ ong thì tần số các máy di động là không cố định ở một kênh nào đó mà kênh đàm thoại được xác định nhờ kênh báo hiệu và máy di động được đồng bộ về tần số một cách tự động . Vì vậy các ô kề nhau nên sử dụng tần số khác nhau còn nếu cách xa hơn thì có thể tái sử dụng tần số đó . Để cho phép các máy di động có thể duy trì cuộc gọi liên tục trong khi di chuyển giưã các ô thì tổng đài sẽ điều khiển các kênh báo hiệu hoăc kênh lưu lượng theo sử dụng của máy di động để chuyển đổi tần số của máy di động đó thành một tần số thích hợp một cách tự động. F2 F3 F6 F1 F4 F5 F7 F6 F5 F1 F7 F4 F3 F2 Hiệu quả sử dụng tần số của hệ thống điện thoại di động tăng lên vì các kênh RF giữa các BS kề nhau có thể được định vị một cách hiệu quả nhờ việc tái sử dụng tần số và do đó dung lượng thuê bao được phục vụ sẽ tăng lên. I.3 - Các đặc tính cơ bản của hệ thống thông tin di động . Sử dụng băng tần được cấp phát hiệu quả để đạt được dung lượng cao do sự hạn chế của dải tần vô tuyến sử dụng cho thông tin di động . Đảm bảo được chât lượng truyền dẫn yêu cầu: Hệ thống phải có khả năng hạn chế tối đa ảnh hưởng của nhiễu và pha đinh cùng với các CODEC đặc biệt có chất lượng truyền dẫn cao . Đảm bảo an toàn thông tin tốt nhất. Để chống nghe trộm cần mật mã hoá thông tin của người sử dụng có một khoá nhận dạng bí mật riêng CARD được lưu giữ ở bộ nhớ an toàn. ở hệ thống GSM SIM-CARD được sử dụng. Người thuê bao cắm thẻ này vào máy di động và chỉ có người này mới có thể sử dụng nó. Giảm tối đa rớt cuộc gọi khi thuê bao di động chuyển từ vùng phủ này sang vùng phủ khác. Cho phép phát triển các dịch vụ mới nhất là các dịch vụ phi thoại. Mang tính toàn cầu, cho phép chuyển mạng quốc tế ( International Roaming ) . Các thiết bị cầm tay phải gọn nhẹ và tiêu tốn ít năng lượng. I.4 - Cấu trúc mô hình hệ thống thông tin di động. MSC BSC OS AUC IWF BTS Các VLR khác HLR VLR EIR AUC MSC DMI Trạm gốc Các bộ quản lý di động X E A L O I Abis I D H C F Pi B G Ai Di Mi Um PSTN PSPDN ISDN PLMN DCE TAÂ Các mạng ngoài W Rx S Rx R TE2 TE2 TE2 MT0 MT1 TAP MT2 MS TE1 TE2 TE2 Sm Rm Rm HÌNH 1. Mô hình tham khảo hệ thống thông tin di động. Các phần tử cơ bản của mô hình: MS ( Mobile Station ): trạm di động. BTS ( Base station transceiver station ): trạm thu phát gốc. BSC ( Base station controller ): bộ điều khiển trạm gốc. MSC ( Mobile service switching center ): trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động. HLR ( Home localtion register ): bộ ghi định vị thường trú. VLR ( Visitor localtion register ): bộ ghi định vị tạm trú. GMSC: MSC cổng. AUC ( Authetication center ): quản lý thuê bao và trung tâm nhận thực. EIR ( Equipment identity register ): quản lý thiết bị di động. OS ( Operation system ): khai thác và bảo dưỡng mạng. Switched public data network :mạng số liệu công cộng chuyển mạch theo mạng. Trạm di động MS : MS là thiết bị mà người sử dụng có thể thường xuyên nhìn thấy của hệ thống. MS có thể là thiết bị đặt trong ôtô hay thiết bị xách tay hoặc thiết bị cầm tay. Ngoài việc chứa các chức năng vô tuyến chung và xử lý cho giao diện vô tuyến , MS còn cung cấp giao diện với người sử dụng ( loa, micro, màn hiển thị ,bàn phím để quản lý cuộc gọi ) hoặc giao diện với các thiết bị khác ( như giao diện máy tính cá nhân ,fax...). Chức năng các thiết bị trong MS: Thiết bị đầu cuối ( TE ) thực hiện các chức năng không liên quan đến mạng di động : fax,máy tính.... Kết cuối trạm di động ( MT ) : Thực hiện các chức năng liên quan đến truyền dẫn ở giao diện vô tuyến . Bộ thích ứng đầu cuối ( TAF ) : Làm việc như một cửa nối thông thiết bị đầu cuối với kết cuối di động . Cần sử dụng bộ thích ứng đầu cuối khi giao diện trạm di động tuân theo tiêu chuẩn ISDN để đấu nối đầu cuối còn thiết bị đầu cuối lại có giao diện đầu cuối -modem. 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 số bộ phận quan trọng của BTS là TRAU ( Transcoder/adapter rate unit: khối chuyển đổi mã và tốc độ ) . TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình giải mã và mã hoá tiếng đặc thù riêng cho hệ thống di động được tiến hành ,ở đây cũng thực hiện thích ứng tốc độ trong trường hợp truyền số liệu. Tuy là một bộ phận của BTS nhưng cũng có thể đặt nó cách xa BTS và thậm chí trong nhiều trường hợp nó được đặt giữa BSC và MSC. Bộ điều khiển trạm gốc (BSC): BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả các giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển từ xa của 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 được nối với MSC. Trong thực tế BSC là một tổng đài có khả năng tính toán đáng kể .Vai trò chủ của yếu nó là quản lý các kênh ở giao diện vô tuyến và chuyển giao . Một BSC trung bình có thể quản lý tới hành chục BTS ( phụ thuộc vào lưu lượng của các BTS này ). BTS cũng có thể kết hợp chung với BSC vào một trạm gốc. Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động (MSC) : Ở hệ thống thông tin di động , chức năng chuyển mạch chính được thực hiện bởi MSC. Nhiệm vụ của MSC là điều phối việc thiết lập cuộc gọi đến các người sử dụng mạng thông tin di động . Một mặt MSC giao diện với BSC , mặt khác nó giao diện với mạng ngoài .MSC giao diện với mạng ngoài gọi là MSC cổng.Việc giao diện với mạng ngoài để đảm bảo thông tin cho người sử dụng mang thông tin di động đòi hỏi cổng thích ứng ( các chức năng tương tác , IWF : Interworking function ) . Mạng thông tin di động cũng cần giao diện 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 MSC thường là một tổng đài lớn điềukhiển và quản lý một số các bộ điều khiển trạm gốc ( BSC ). Để kết nối MSC với một số mạng khác cần phải thích ứng các đặc điểm truyền dẫn của mạng thông tin di động với các mạng này. IWF bao gồm 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 ), nó cũng tồn tại khi các mạng khác chỉ đơn thuần là PSTN ( Public switched telephone network: mạng điện thoại chuyển mạch công cộng ) hay ISDN ( Intergrater services digital network : mạng số đa dịch vụ liên kết ) . IWF có thể thực hiện trong cùng chức năng MSC hay có thể ở thiết bị riêng ( ở trường hợp 2 giao tiếp giữa MSC và IWF được để mở . Bộ ghi định vị thường trú HLR: Ngoài mạng MSC mạng thông tin di động bao gồm cả các cơ sở dữ liệu . Các thông tin liên quan đến việc cung cấp các dịch vụ viễn thông được lưu giữ ở HLR( không phụ thuộc vào vị trí hiện thời của thuê bao ). HLR còn chứa thông tin liên quan đến vị trí hiện thời của thuê bao. Thường HLR là một máy tính đứng riêng không có khả năng chuyển mạch và có khả năng quản lý hàng trămthuê bao .Một chức năng nhỏ của HLR là nhận dạng trung tâm nhận thực AUC, nhiêmh vụ của trung tâm này là quản lý an toàn số liệu ccủa các thuê bao được phép . Bộ ghi định vị tạm trú VLR : VLR là cơ sở dữ liệu thứ 2 trong mạng thông tin di động được nối với một hay nhiều MSC và có nhiệm vụ lưu giữ tạm thời số liệu thuê bao . Các thuê bao 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. MSC cổng (GMSC): Mạng thông tin di động có thể chứa nhiều MSC VLR , HLR. Để thiết lập một cuộc gọi đến người sử dụng thông tin di động trước hết cuộc gọi phải được định tuyến đến một tổng đài được gọi là GMSC mà không cần biết thuê bao hiện thời 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 tại ( MSC tạm trú ). Để vậy trước hết tổng đài phải dựa trên số thoại danh bạ của thuê bao để tìm đúng HLR cần thiết và hỏi HLR . Tổng dài cổng có 1 giao tiếp với các mạng bên ngoài , thông qua giao tiếp nàynó làm nhiệm vụ cổng để kết nối các mạng bên ngoài với mạng di động . Ngoài ra tổng đài nầy cũng có giao diện số 7 (CCSNo7) để có thể tương tác với các phần tử của mạng thông tin di động. Về phương diện kinh tế không phải bao giờ tổng đài cũng đứng riêng mà nó thường được kết hợp với MSC. 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 2 ô. Nhờ vậy mà nhà khai thác có thể giám sát toàn bộ chất lượng 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 thời ,để chuẩn bị tăng lưu lượng trong tương lai,để tăng vùng phủ .Việc thay đổi có thể thực hiện “mềm “ qua báo hiệu , hoặc thực hiện cứng đòi hỏi sự can thiệp tại hiện trường .ở hệ thống viễn thông hiện đại khai thác được thực hiện bằng máy tính và được tập trung ở 1 trạm. Bảo dưỡng là nhiệm vụ phát hiện ,định vị và sửa chữa các sự cốhỏng hóc. Nó có 1 số quan hệ với khai thác .Các thiết bị ở hệ thống viễn thông hiện đại có khả năng tự phát hiện 1 số sự cố hay dự báo sự cố thông qua tự kiểm tra Trong trường hợp người ta dự phòng cho thiết bị để thiết bị sự cố có thể thay thế bằng thiết bị dự phòng . Sự thay thế này có thể thực hiện tự động. Ngoài ra việc giảm nhẹ sự cố có thể được thực hiện bởi người khai thác bằng điều khiển từ xa . Bảo dưỡng cũng có thể bao gồm các hoạt động tại hiện trường nhằm thay thế thiết bị sự cố. Hệ thống khai thác và bảo dưỡng có thể được xây dựng trên nguyên lý TMN ( Telecominications Management Network : mạng quản lý viễn thông ). Khi này 1 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 của mạng khác trừ BTS vì thâm nhập BTS được thực hiện qua BSC ). Mặt khác hệ thống khai thác và bảo dưỡng lại được nối đến một máy tính chủ động vai trò giao tiếp người máy .Hệ thống này được gọi là OMC ( Operation and Mainternance). Quản lý thuê bao và trung tâm nhận thực (AUC). Quản lý thuê bao, bao gồm các hoạt động quản lý đăng ký thuê bao . Nhiệm vụ đầu tiên là nhập và xoá thuê bao khỏi mạng .Đăng ký thuê bao cũng có thể là rất phức tạp ,bao gồm nhiều dịch vụ và tính năng bổ xung. Nhà khai thác phải có thể thâm nhập được tất cả các hệ thống số nói trên Một nhiệm vụ quan trọng của khai thác là tính cước cuộc gọi . Cước phí phải được tính và được gửi đến thuê bao . Quản lý thuê bao ở mạng thông tin di động chỉ liên quan HLR và một số thiết bị OS riêng , chẳng hạn nối HLR với các thiết bị giao tiếp người máy qua các trung tâm giao dịch với thuê bao .Việc quản lý thuê bao được thực hiện thông qua một khoá nhận dang bí mật duy nhất cho từng thuê bao . AUC quản lý các thông tin nhận thực và mật mã liên quan đến từng cá nhân thuê bao dựa trên khoá bí mật này . AUC có thể được đặt trong HLR hay MSC hay độc lập với cả hai. Khoá này cũng được lưu giữ vĩnh cửu và bí mật trong bộ nhớ MS . ở GMS bộ nhớ này có dạng SIMCARD có thể rút ra và cắm lại được . Quản lý thiết bị di động 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 trạm di động MS .EIR được nối đến MSC thông qua đường báo hiệu để kiểm tra sự được phép của thiết bị .Một thiết bị không được phép sẽ bị cấm . Bộ xử lý bản tin số liệu DMH ( Data Message Handler ). Được sử dụng để thu nhập các dữ liệu tính cước . Các mạng ngoài. Các mạng thông tin này bao gồm mạng điện thoại chuyển mạch công cộng ( PSTN ), mạng số liên kết đa dịch vụ ( ISDN ) , mạng di động công cộng mặt đất ( PLMN ) và mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói ( PSPDN ). Các giao diện. Giao diện A là giao diện giữa trạm gốc và MSC để đảm bảo báo hiệu và lưu lượng ( cả số liệu lẫn tiếng ). Giao diện Abis là giao diện giữa BTS và BSC ,nó chỉ có khi trạm gốc được chia thành BTS và BSC . Giao diện Ai là giao diện tương tự sử dụng hoặc báo hiệu đa tần hai tông ( DTMF ) hay báo hiệu đa tần (MF) . Đây là giao diện giữa MSC và PSTN. Giao diện B là giao diện giữa MSC và VLR. Giao diện C là giao diện giữa MS và HLR . Giao diện D là giao diện giữa HLR và VLR .Đây là giao diện báo hiệu được xây dựng trên cơ sở báo hiệu số 7. Giao diện Di là giao diện số giữa MSC và ISDN . Giao diện E là giao diện lưu lượng và báo hiệu giữa các tổng đài của mạng di động . ( Giữa MSC với MSC ). Giao diện F là giao diện giữa MSC và EIR. Giao diện G là giao diện được sử dụng khi cần thông tin giữa các VLR. Giao diện H là giao diện giữa HLR với AUC. Giao diện I là giao diện giữa bộ xử lý bản tin DMH với MSC. Giao diện Mi là giao diện với mạng thông tin di động khác ( PLMN ). Giao diện O là giao diệnvới hệ thống khác ( MSC với OS ). Giao diện Pi là giao diện giữa MSC và mạng chuyển mạch gói (PSPDN). Giao diện S là giao diện giữa ISDN và TE. Giao diện Um là giao diện vô tuyến giữa BS và MS. Giao diện W là giao diện giữa PSTN với DCE. Giao diện X là giao diện giữa MSC và AUX, giao diện này phụ thuộc vào thiết bị bổ xung kết nối với MSC. Giao diện R là giao diện bộ thích ứng đầu cuối TA ( Terminal Adapter ) với thiết bị đầu cuối TE ( Terminal Equipment ). I.5 - Một số hệ thống đa truy nhập cơ bản trong thông tin di động. Một nguyên tắc quan trọng khi thiết kế các hệ thống vô tuyến di động là vấn đề lựa chọn các hệ thống đa truy nập để có thể sử dụng phổ vô tuyến chung. Đa truy nhập được phân chia làm các phương pháp sau: Đa truy nhập phân chia theo tần số ( FDMA ). Đa truy nhập phân chia theo thời gian ( TDMA ). Đa truy nhập phân chia theo mã ( CDMA ). Ở hệ thống đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA), các trạm di động sử dụng chung một kênh tần số nhưng chỉ được thâm nhập đến trạm gốc trong các khoảng thời gian khác nhau .Trong hệ thống TDMA một khe thời gian được dành riêng cho người sử dụng trong suốt thời gian đàm thoại. Ở hệ thống đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA ,mỗi trạm di động sử dụng chung một kênh với một cặp tần số để thâm nhập đến trạm gốc (BTS).Trong hệ thống FDMA một khe tần số được dành riêng cho người sử dụng trong suốt thời gian đàm thoại. Ở hệ thống đa truy nhập phân chia theo mã CDMA, các trạm di động sử dụng chung một băng tần nhưng sử dụng các mã khác nhau để thâm nhập đến trạm gốc.Trong hệ thống CDMA tất cả các người sử dụng sử dụng cùng một lúc trên một băng tần. Tín hiệu truyền đi chiếm toàn bộ băng tần của hệ thống . Các chuỗi mã được dùng để tách rời kênh truyền giữa các người sửdụng. CHƯƠNG II HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GMS II.1- Mở đầu. Hệ thống TTDĐ số sử dụng kỹ thuật đa thâm nhập phân chia theo thời gian (TDMA) đầu tiên trên thé giới ra đời ở Châu Âu và có tên gọi là GSM. GSM được phát triển từ năm 1982 khi các nước Bắc Âu gửi đề nghị đến CEPT để quy định 1 dịch vụ viễn thông chung ở Châu Âu ở băng tần 900MHz. - 1982 - 1985: Bàn luận về dòng hệ thống số hay tương tự. - 1985: Hệ thống số đựơc quyết định. - 5/1986: Phương thức TDMA băng hẹp được chọn lựa ở Việt Nam hệ thống TTDĐ số đựơc đưa vào từ năm 1993, hiện nay 2 công ty VMS và GPC đang khai thác rất hiệu quả. - Hệ thống TTDĐ GMS sử dụng kết hợp phương pháp đa thâm nhập phân chia theo thời gian ( TDMA ) và phân chia theo tần số ( PDMA ) trong đó mỗi trạm di động để thâm nhập vào mạng được cấp phát 1 cặp tần số và 1 khe thời gian. II.2 - Suy hao đường truyền và pha đinh. II.2.1- Suy hao đường truyền. - Ở thông tin vô tuyến điểm đến điểm do anten đặt cao nên suy hao đường truyền tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách R cách giữa ăngten thu và phát (R2). - Ở TTDĐ ăngten MS đặt gần mặt đất (khoảng 1,5m) nên suy hao tỷ lệ với luỹ thừa n khoảng cách r giữa anten phát và thu (R'') trong đó n > 2. - Tổn hao truyền sóng giữa BS và MS ở ngoài trời. P (R) = N(R, d) + nlg(R/Ro). II.2.2 - Pha đinh. Các MS thường hoạt động ở môi trường có nhiên vật chắn giữa nó và BTS dẫn đến giảm cường độ điện trường thu làm cho cường độ tín hiệu lúc tăng lúc giảm. HÌNH 2. Mô hình pha đinh nhiều tia. Cường độ tín hiệu tại anten thu Thay đổi do pha đinh Ray legh Giảm dần do suy hao Thay đổi do che tối Khoảng cách HÌNH 3. Sự thuộc tín hiệu thu được vào khoảng cách. II.2.3 - Biện pháp chống pha đinh. + Mã hoá kênh chống lõi kết hợp với đan xen tín hiệu. + Sử dụng nhiều sóng mang ( Multi carrier ). + Phân tập. + Cân bằng thích ứng. + Mã phát hiện lỗi: Mã khối tuyến tính. + Mã sửa lỗi: mã xoắn hoặc mã turla. Kỹ thuật phân tập thường được sử dụng trong các hệ thống truyền dẫn: Phân tập không gian. Phân tập tần số. Phân tập thời gian. II.3- Giao diện vô tuyến và truyền dẫn. II.3.1- Quá trình xử lý các tín hiệu số và biến đổi vào sóng vô tuyến. Máy thu/ giải điều chế Giải mật mã Điều chế Cân bằng Veterbi Mật mã hoá Lập khuôn cụm Mã hoá tiếng Mã hoá kênh Ghép xen Giải ghép xen A/D Phân đoạn Giải mã viterbi Giải mã tiếng D/A 3khz KHz 460 bit/20ms 22.8 kbit/s 270 kbit/s ở khe TS 260bit/20ms bit/20ms 160 mẫu 13 bit HÌNH 4. Xử lý tín hiệu số và biến đổi vào sóng vô tuyến ở MS. II.3.2. Các kênh tần số được sử dụng ở GSM. Phân bổ tần số ở GSM được quy định nằm trong dải tần 890-960 MHz với các kênh tần số như sau: fl = 890 MHz + ( 0,2 MHz ) n , n = 0,1 ,2,3,....124. fu = fl + 45 MHz. Các kênh tần số được sử dụng ở GSM gồm 125 kênh , đánh số từ 0 đến 124 , kênh 0 dành cho khoảng bảo vệ , nên không đựoc sử dụng, trong đó: là tần số ở bán băng tần thấp dành cho đường lên ( từ trạm di động đến trạm BTS ) , là tần số ở bán băng tần cao dành cho đường xuống (từ BTS đến trạm di động). Hệ thống GSM mở rộng ( E-GSM ) có băng tần rộng thêm 10 MHz ở cả 2 phía nhờ vậy số kênh sẽ tăng thêm 50 kênh. Phân bố tần số trong trường hợp hệ thống GSM mở rộng : fl = 890 MHz + ( 0,2 MHz ) n, 0 < n < 124 fl = 890 MHz + ( 0,2 MHz ).( n-1024 ), 974 < n < 1023. fu = fl + 45 MHz. Các kênh bổ xung được đánh số từ 974 đến 1023 và kênh thấp nhất 974 để lẫn khoảng bảo vệ nên không sử dụng. Đối với hệ thống DCS- 1800 băng tần làm việc 1710- 1880 MHz, tần số phân bổ cho các kênh như sau : fl = 1710 MHz + ( 0,2 MHz ) ( n - 511 ) 512 < n < 885 fu = fl + 95 MHz. Gồm 374 kênh đánh số từ 512 đến 885 . Để đảm bảo cho các kênh lân cận không lây nhiễu cho nhau mỗi BTS phủ một tế bào của mạng phải sử dụng các tần số cách xa nhau và các ô sử dụng các tần số giống nhau cũng phải xa nhau. II.3.3. Các kênh vật lý. Các kênh vật lý là một khe thời gian ở đầu tần số vô tuyến dành để truyền tải thông tin ở đường vô tuyến của GSM. GSM sử dụng băng tần: 890 - 915 MHz cho đường lên ( MS phát ). 935 - 960 MHz cho xuống ( BTS phát ). - Khoảng cách giữa các sóng mang là 200 Khz. - Trong tương lai khi mở rộng đến hệ thống DCS 1800 băng tần được sử dụng : 1710 - 1785 MHz cho đường lên. 1805 - 1880 MHz cho đường xuống. - Để đảm bảo đảm các quy định về tần số bên ngoài băng phải có một khoảng bảo vệ giữa các biên của băng ( 200 KHz ). Vì thế ở - GSM 900 có 124 kênh tần số vô tuyến bắt đầu. - GSM 900 có 124 kênh tần số vô tuyến từ 890,2 Mhz. - DCS 1800 ta có 374 kênh tần số vô tuyến bắt đầu từ 17192. - Mỗi kênh tần số vô tuyến được tổ chức thành các khung TDMA. Một khe thời gian có độ dài 15 ms » 577 Ms 26 8 khe thời gian của một khung TDMA có độ dài gần bằng 4,62 ms. - Ở BTS các khung TDMA ở tất cả các kênh tần số trên đường lên và đường xuống cũng được đồng bộ. Tuy nhiên khởi đầu của khung TDMA đường lên trễ một khoảng thời gian cố định 3 khe. Lý do trễ để cho phép MS sử dụng cùng 1 khe thời gian ở cả đường lên lẫn đường xuống mà không phải thu phát đồng thời. Đường xuống KTS Khung TDMA Khung TDMA Khung TDMA Đường xuống KTS Khung TDMA Khung TDMA Khung TDMA Đường lên KTS Khung TDMA Khung TDMA Khung TDMA Đường lên KTS Khung TDMA Khung TDMA Khung TDMA KTS Kênh tần số 3TS HÌNH 5. Các khung TDMA. Cấu trúc các cụm. Khe thời gian 15/26 ms tương ứng với độ dài của 156,25 bit là nội dung của một cụm. Có bốn dạng cụm khác nhau trong hệ thống. Chức năng các cụm như sau: + Cụm bình thường ( NB: Normal Burst ): được sử dụng để mang các thông tin về các kênh lưu lượng và các kênh kiểm tra. Đối với kênh lưu lượng TCH cụm này chứa 114 bit được mật mã, ba bit đuôi ( 0,0,0) đầu và cuối, 2 bit cờ lấy cắp ( chỉ cho TCH ), 26 bit hướng dẫn và khoảng thời gian bảo vệ có độ rộng là 8,25 bit. NB được sử dụng cho TCH và các kênh điều khiển trừ RACH, SCH và FCCH. + Cụm hiệu chỉnh tần số ( FB: Frequency Correction Burst ): cụm này được sử dụng để đồng bộ tần số cho trạm di động. Cụm chứa 142 bit cố định bằng 0 để tạo ra dịch tần số + 67,7 KHz trên tần số danh định, ba bit đuôi ( 0,0,0 ) đầu và cuối, khoảng bảo vệ 8,25bit. FB được sử dụng cho FCCH. + Cụm đồng bộ ( SB: Synchronizaation Burst ): được sử dụng để đồng bộ thời gian cho trạm di động. SB chứa 78 bit được mật mã hoá để mang thông tin về FN của TDMA và BSIC ( Base Station Identity Code : Mã nhận dạng trạm gốc ), Ba bit đuôi đầu cuối, chuỗi hướng dẫn kéo dài 64 bit và khoảng bảo vệ 8,25 bit. SB được sử dụng cho SCH. + Cụm thâm nhập ( AB: Access Burst ): được sử dụng để thâm nhập ngẫu nhiên và thâm nhập chuyển giao ( Handover ). AB chứa 36 bit thông tin, 41 bit đồng bộ ( bit hướng dẫn , 8 bit đầu đuôi , 3 bit đuôi và khoảng bảo vệ 68,25bit . Cần có khoảng bảo vệ dài vì khi MS thâm nhập lần đầu ( hay sau chuyển giao ), nó không biết định trước thời gian, khoảng này dành cho khoảng cách 35km. AB được sử dụng cho RACH và TCH. + Cụm giả ( DB: Dummy Burst ) được phát đi từ BTS trong một số trường hợp cụm không mang thông tin. Cụm không mang thông tin. Cụm có cấu trúc như NB nhưng các bit mật mã được thay thế bằng các bit hỗn hợp. II.3.4- Nhảy tần Khả năng nhảy tần đựơc người khai thác mạng sử dụng trên toàn bộ mạng, hoặc 1 phần mạng. Mục đích là đảm bảo sự phân tâp ở đường truyền dẫn (đặc biệt tăng hiệu quả của mã hoá kênh vì ghép xen đôi với MS chuyển đông chậm) và trung bình hoá tỷ số tín hiệu trên nhiễu ( C/I ) để đảm bảo tỷ số này lớn hơn mức ngưỡng. - Nguyên lý nhảy tần như sau: Ở một khe thời gian trạm di động phát ở một tần số, sau đó nó chuyển sang các khe thời gian với tốc độ 217 lần trong 1 giây. Các tần số phát và thu luôn luôn song công (cách nhau 45 MHz), nghĩa là các đường lên và xuống sử dụng cùng 1 chiều nhảy tần. Chuỗi nhảy tần trong cùng 1 ô hoàn toàn trực giao nghĩa là không xẩy ra va chạm giữa các thông tin. Các chuỗi này cũng được không lập với các ô đồng kênh (sử dụng cùng tập tần số). Chuỗi nhảy tần được MS tính toán trên các thông số nhận được từ BTS mỗi khi thay đổi kênh (ấn định ban đầu và Hardover) như sau: + Ấn định ô (CA: Cell Allocation) danh sách các kênh vô tuyến rỗi trong ô. + Ấn định di động (MA: Mobile Allocation) danh sách các kênh dành cho MS để nhảy tần, đây là 1 tập con của CA (cực đại 64), trường hợp không nhảy tần danh sách chỉ có 1 tần số. + Dịch chỉ số ấn định di động ( MAIO: Mobile allocation Index Offset ). + Số chuỗi nhẩy tần ( HSN: Hopping Sequence Number ) Chuẩn của luật nhảy tần trong ô. Để tránh chuỗi nhảy tần MS phải tính chỉ số ấn định di động MAI ( Mobile Allocation Index ) đặc tính cho 1 tần số ở một khung cho trước. MS tính MAI như sau: + Nhảy tần tuần hoàn: HNS = o MAI = (FN + MAIO) mod N Trong đó: FN số khung ( Frame Number ) + Nhẩy tần ngẫu nhiên M = T2 + RNI ABLE (HSN ´ or T1R + T3) M' = M mod (2'' NBIN) T' = T3 mod (2'' NBIN) S = M' nếu M' <N S = (M' + T') nếu M' > N Trong đó: N: Số các tần số ở MA NBIN: số các bit biểu thị N T1R = T1 mod 64 T1, T2, T3 số khung rút gọn RFN ( Reduce Frame Number ). Thường thì các kênh của cùng 1 ô có cùng HS N nhưng MAIO khác nhau. Kênh vật lý chứa BCCH không nhẩy và các khe khác nhau nhảy khác nhau. Đường xuống (ô đang phục vụ ) Rx C0 0 1 2 3 4 5 6 7 C1 Rx C2 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 Đường lên ( ô đang phục vụ ) Tx C0' 0 1 2 3 4 5 6 7 C1' Tx C2' 0 1 2 3 4 5 6 7 Đường xuống ( các ô lân cận ) D0 Đo E0 Đo HÌNH 6. Nhẩy tần ( nhìn từ MS ). II.4. Cấu trúc phân lớp và báo hiệu. II.4.1- Khái niệm: Mạng báo hiệu là một hệ thống được sử dụng để truyền dẫn các thông tin báo hiệu của các loại nguồn sử dụng khác nhau như: điện thoại, số hiệu, khai thác và bảo dưỡng... Một mạng báo hiệu bao gồm các điểm báo hiệu SP (Sigralling Point) và các đoạn nối báo dẫn bao gồm một số các tổng đài (điểm nút) thông tin với nhau qua kênh báo hiệu. Mạng báo hiệu SP SP STP Tổng đài A Tổng đài C Tổng đài B Tập các đoạn nối báo hiệu Kết nối tiếng Đoạn nối báo hiệu Ký hiệu : SP: Signalling point =điểmbáohiệu STP : Signalling Transfer point = điểm truyền báo hiệu HÌNH 7. Mạng báo hiệu. HÌNH 7. Mạng báo hiệu. Các phần tử của mạng báo hiệu. + Các đoạn nối báo hiệu ( SL: Singalling Link ) Các đoạn nối báo hiệu là các phần tử cơ bản trong một mạng báo hiệu dùng để nối 2 điểm báo hiệu với nhau SL đảm bảo truyền các bản tin. + Các điểm báo hiệu SP( SingallingPoint ). Các điểm báo hiệu đảm bảo các chức năng của mạng báo hiệu và có thể phát thu tín hiệu tới các người sử dụng khác nhau. II.4.2 - Mô hình phân lớp và các giao diện ở mạng báo hiệu GSM. GSM sử dụng báo hiệu kênh chung số 7 ( CCS N7: Common Channel Signalling Mumber 7) giữa các tổng đài và báo hiệu thuê bao số của ISDN (PSS1: Digital Subscriba Sigralling 1) cải tiến cho mạng thâm nhập thuê bao vô tuyến. CCSN7 và DSS1 được thiết kế để có thể sắp đặt trên mô hình 7 lớp của OSI. MSC/ VLR, HLR, GMSC, MS BTS BSC MSC PSTN CM I S MM U MAP P / BSSAP TCAP I SCCP SCCP P MTP lớp 3 MTP lớp 3 MTP lớp 2 MTP lớp 2 MTP lớp 1 MTP lớp 1 MT RR BTSM SCCP LAPD Báo hiệu lớp 1 MTP lớp 1 A CM MM RR LAPDm Báo hiệu lớp 1 A-bis RR BTSM LAPD LAPD Báo hiệu Báo hiệu Lớp 1 Lớp 1 Lớp 1 Radio HÌNH 8: Mô hình báo hiệu ở GSM được sắp xếp theo OSI 7 lớp. Ký hiệu: CM : Connection management - Quản lý nối thông. MM: Mobility management - Quản lý di động. RR: Radio resource management - Quản lý tài nguyên vô tuyến. LAPD: link access procedures on D-channel - Các thủ tục thâm nhập đường truyền ở kênh D. BTSM: BTS management- Quản lý trạm gốc. BSSAP.:Base station system application part- Phần ứng dụng hệ thống trạm gốc. SCCP: Signalling connection control part - Phần điều khiển nối thông báo hiệu. MTP: Message transfer part - Phần truyền bản tin. MAP: Mobile application part - Phần ứng dụng di động. TCAP: Transaction capabilities application part - Phần ứng dụng cá khả năng trao đổi. ISUP: ISDN user part - Phần người sử dụng ISDN. TUP: Telephone user part - Phần người sử dụng điện thoại. Các giao diện được ký hiệu bằng các chữ cái từ A đến G. Riêng giao diện giữa BSC và BTS được ký hiệu bằng Abis và giữa BTS và MS được ký hiệu là Um. Các giao thức liên quan đến di động là MAP còn các giao thức liên quan đến kết nối mạch là TUP họăc ISUP ( nếu tổng đài là ISDN ). Trên hình 9 ở phía bên phải của đường thẳng đứng không liên tục là các giao thức cho báo hiệu kênh chung số 7 giữa MSC với VLR, HLR, GMSC và PSTN: gồm có (MAP , TCAP) lớp7, SCCP lớp 3, MTP lớp 1,2,3. ISUP/TUP lớp 4-7. VLR VLR EIR HLR BSS MSC MSC BSC BTS E G A A-bis F Umm PSTN CCSN7 ISUP/TUP CCSN7 ISUP/TUP CCSN7 MAP/TCAP Chú ý :Giao thức giữa các MSC có thể MAP (chuyển giao) hoặc ISUP (khi kết nối cuộc gọi. HÌNH 9: Tổng quan các giao thức và giao diện giữa các phần tử của mạngGSM. II.4.3. Báo hiệu kênh chung số 7 (CCSN7 ) ở GSM. Báo hiêu kênh chung số 7 - CCSN7 đường báo hiệu tách riêng so với đường tiếng. Mạng này không nhất thiết phải có một kênh báo hiệu trên mọi đoạn nối. CCSSN7 có nhiều ưu điểm: + Dung lượng truyền báo hiệu cao, một kênh báo hiệucó thể đảm bảo báo hiệu cho 5000 mạch tiếng . + Cho phép sử dụng nhiều dịch vụ mới . + Cho phép giảm kích thước của thiết bị vì không cần thiết phải ấn định thiết bị báo hiệu riêng cho từng mạch tiếng . + Độ tin cậy cao ( nhờ có mạch dự phòng ) . _ Nếu bản tin báo hiệu được phát đi ở cùng một luồng PCM với kênh tiếng thì nó được gọi là báo hiệu liên kết ( Associated Signalling ) . _ Nếu các bản tin và tiếng được truyền ở các đường PCM khác nhau thì báo hiệu được gọi là tựa liên kết ( Quasi Associated ). Để tránh sự cố và ứ nghẽn đoạn nối báo hiệu có thể chọn các phương pháp trên. Tựa liên kết Tiếng Báo hiệu Liên kết HÌNH 10. Báo hiệu liên kết và tựa liên kết. II.4.3.1. Các kiểu khối tín hiệu. Hệ thống báo hiệu số 7 phát các khung ở dạng các khối tín hiệu. Có ba loại khối tín hiệu, được phân biệt boqỉ chỉ thị độ dài chứa trong các khối này: - Khối tín hiệu bản tin MSU ( Message Signal Unit ): Được sử dụng để truyền thông tin báo hiệu của phần người sử dụng. - Khối tín hiệu trạng thái LSSU(Link Status Signal Unit): Được sử dụng cho các thông tin lớp 2, khởi động một đoạn nối báo hiệu khi xảy ra lỗi trên đoạn đó. - Khối tín hiệu chèn FISU ( Fill In Signal Unit ): Được sử dụng để giám sát lỗi trên đoạn nối và duy trì đoạn nối làm việc khi MSU không làm việc. Trường hợp xảy ra sự cố chỉ còn MSU được phát lại. Các phần tử cơ bản của MSU gồm có : - Cờ: Cờ chỉ thị mở đầu và kết thúc một khối tín hiệu ST ở phía phát tạo cờ có mẫu : 0111110 ( 7E Hex ).ở phía thu sau khi loại bỏ cờ các bit 0 chèn được loại bỏ đồng thời độ dài bit được kiểm tra với độ dài phải thoả mãn tiêu chuẩn là bội của8bit và ít nhất 6byte bao gồm cả cờ mở đầu, nếu không tín hiệu sẽ bị loại bỏ. - Các bit kiểm tra: Lớp 3 của MTP chỉ nhận các bản tin đúng khi được chuyển đến từ lớp hai. Mỗi khối có 16 bit kiểm tra lỗi. Bằng một thuật toán đặc biêt để kiểm tra sựtrùng nhau của các bit thu được và nhận được sau kiểm tra , nếu không sẽ bị loại bỏ. - Hiệu chỉnh: Để đảm bảo sự phát lại trong teường hợp MSU gặp sự cố. Phương pháp hiệu chỉnh lỗi cơ sở cho phép truyền đúng trình tự và không lặp trên đường truyền báo hiệu. - Chỉ thị độ dài: Chỉ thị độ dài có giá trị trong khoảng 0 đến 63 được sử dụng để chỉ thị số byte đứng sau trường chỉ thị độ dài, trước các bit kiểm tra và cũng để chỉ thị dạng khối tín hiệu. L = 0 FISU L =1 hoặc 2 LSSU L > 2 MSU - Byte thông tin dịch vụ SIO: Gồm có chỉ thị dịch vụ ( SI: Service Indicator ) và trường dịch vụ con - xử lý báo hiệu sử dụng để phân phối các bản tin đến người sử dụng. Chỉ thị mạng trong trường dịch vụ cho phép xác định mạng đó là mạng trong nước hay mạng quốc tế. - Nhãn định tuyến: Nhãn định tuyến của MTP được sử dụng để định tuyến bản tin đến SP tương ứng còn các địa chỉ của SIO được sử dụng để định tuyến cuộc gọi đến nơi nhận tương ứng trong điểm nút. - Trường thông tin báo hiệu ( SIF : Signalling Infomation Field ) . Có nhiệm vụ truyền tải thông tin từ phần người sử dụng để lớp 3 định tuyến bản tin qua mạng báo hiệu.đến nơi nhận. II.4.3.2. Phần truyền bản tin ( MTP ). MTP đảm bảo truyền tải và phân phối thông tin của phần người sử dụng qua mạng báo hiệu CCS N 7 với độ tin cậy cao. Ngoài ra nó cũng phản ứng với sự cố của mạng làm ảnh hưởng đến thông tin của người sử dụng. Phần người sử dụng MTP là ISDN-UP,TUP,SCCP. Chức năng của MTP có những chức năng sau: + MTP lớp 1 - các chức năng đoạn nối số liệu báo hiệu. + MTP lớp 2 - các chức năng đoạn nối báo hiệu. + MTP lớp 3 - các chức năng mạng báo hiệu. a. Lớp 1 - Các chức năng đoạn nối số liệu báo hiệu. Lớp 1 mang các đặc tính chức năng điện và vật lý của một đoạn nối số liệu báo hiệu , muốn thâm nhập được vào đường truyền báo hiệu này cần phải có lớp 1, với kênh truyền dấn số 64 kbit/s theo một đường truyền dẫn song phương cho một bản tin bao hiệu giữa 2 điểm báo hiệu. b. Lớp 2 - Các chức năng đoạn nối báo hiệu. Lớp này kiểm tra số liệu nhận được từ đoạn nối số liệu để sửa và phát hiện và lỗi trên đường truyền. đoạn nối báo hiệu bao gồm các đầu cuối báo hiệu ở cả 2 điểm chuyển mạch PCM trung gian qua PCD - D , GSD và ETC. Ngoài ra còn xử lý lưu lượng trên đoạn nối báo hiệu. Các chức năng lớp 2 cùng với đoạn nối số liệu lớp 1 tạo nên vật mang để cung cấp đoạn nối tin cậy cho các bản tin giữa hai điểm báo hiệu. c. Lớp 3 - Các chức năng mạng báo hiệu. + Xử lý bản tin báo hiệu : Bao gồm phân loại, phân phối và định tuyến các bản tin. Chức năng định tuyến được sử dụng ở mọi SP. Chức năng phân loại được sử dụng ở SP để xác định bản tin thu được là bản tin cần nhận hay không. Chức năng phân phối được sử dụng ở các SP để phân phát bản tin thu được đến phần người sử dụng tương ứng. + Quản lý mạng báo hiệu : Chúng có nhiệm vụ lập lại cấu hình trong trường hợp gặp sự cố và điều khiển lưu lượng trong trường hợp ứ nghẽn. Các chức năng này được thực hiện ở các khối quản lý điểm nhận C7DP ( C7 - Destination Management ), quản lý tập đoạn nối C7SL ( C7- Link Set Management ) và quản lý đoạn nối báo hiệu C7SL( C7- Signalling Link Management ). II.4.3.3. Phần điều khiển và nối thông báo hiệu - SCCP. SCCP là một phần mềm cung cấp bổ xung cho MTP để báo hiệu nối thông định hướng cho phép hay không cho phép truyền thông tin báo hiệu liên quan hay không liên quan đến mạch qua mạng báo hiệu số 7. SCCP bao gồm tất cả các chức năng con được thực hiện ở phần mềm sau: + Điều khiển định hướng theo nối thông ( CO: Connection - Oriented ) của SCCP, để xử lý thiết lập, truyền số liệu và giám sát các nối thông logic báo hiệu + Điều khiển không nối thông ( CL: Conectionless ) của SCCP xử lý truyền số liệu không nối thông. + Quản lý SCCP để xử lý các thông tin trạng thái của mạng. Nó được sử dụng để cập nhật bảng định tuyến bản tin. + Định tuyến SCCP để xử lý việc định tuyến các bản tin SCCP trong mạng báo hiệu số 7. Nó dịch tên toàn cầu để nhận địa chỉ mang cụ thể, phân phối các bản tin trên sở số hệ thống con của SCCP ( SSN: Subsystem Number ). II.4.4. Báo hiệu ở BSS. II.4.4.1. Giao diện A. Đây là giao diện giữa MSC và BSC của hệ thống con trạm gốc BSS. Giao diện này được sử dụng cho các bản tin giữa MSC, BSC và các bản tin giữa MSC và MS. Các bản tin giữa MSC và MS sử dụng các giao thức sau: *CM ( Connection Management: quản lý nối thông ) được sử dụng để điều khiển quản lý các cuộc gọi (thiết lập, giải phóng và giám sát suộc gọi), để quản lý các dịch vụ bổ sung và để quản lý các dịch vụ bản tin ngắn. *MM ( Mobility Management: quản lý di động ) được sử dụng để quản lý vị trí cũng như tính bảo mật của trạm di động. Giao thức CM và MM thuộc lớp 3. Các lớp CM và MM được đặt bên trong MSC. Thay cho việc sử dụng các bản tin ISDN-UP tới MS, các bản tin này được biến đổi vào các bản tin CM. Việc bín đổi này được thực hiện ở MSC và biến đổi giữa các bản tin MAP và MM cũng được thực hiện như vậy. Các bản tin điều khiển cuộc gọi như đăng ký các divhj vụ bbổ sung ( trong CM ) cũng được sắp xếp ở bản tin MAP trong MSC. BSSAP ( BSS Aplication Part ) là giao thức được sử dụng để truyền các bản tin CM và MM. Giao thức này cũng được sử dụng để điều khiển trực tiếp BSS, chẳng hạn khi MSC yêu cầu BSC ấn định kênh. BSSAP sử dụng các giao thức MTP và SCCP. Giao thức này bao gồm ba phần sau: *BSSMAP ( BSS Management Aplication Part: phần ứng dụng con quản lỷtạm gốc ) được sử dụng để gửi các bản tin liên quan MS giữa BSC và MSC. *DTAP ( Direct Transfer Aplication Part: phân fứng dụng truyền trực tiếp ) được sử dụng cho các bản tin tới/từ một MS ( CM, MM ) ở chế độ định hướng theo nối thông ( các bản tin này được truyền trong suốt ). Chức năng phân phối dùng để phân laọi giữa các bản tin BSSMAP và DTAP. BSSAP sử dụng các MTP và giao thức SCCP. II.4.4.2. Giao diện Abis. Đây là giao diện giữa BSC và BTS. Các bản tin được trao đổi ở giao diện này có nhiều nguồn gốc và nơi nhận khác nhau: bản tin giữa BSC và BTS (để điều khiển BTS), giữa MS và các phần tử khác nhau của mạng và các bản tin này có thể xuất sứ từ các MS khác nhau ( trên các kênh vô tuyến khác nhau ). Các bản tin lớp 3 từ MS được truyền trong suốt (không bị xử lý) qua BTS và giao diện này. Ngoài hai bản tin lớp 3 nói trên đến giao diện này còn có bản tin quản lý tài nguyên vô tuyến RR ( Radio Resource Management ). Ở phía mạng lớp các bản tin này nằm trong BSC. Chức năng chủ yếu của RR thiết lập, duy trì và giải phóng nối thông các tài nguyên vô tuyến ở các kênh điều khiển riêng. Hầu hết các bản tin RR được truyền trong suốt qua BTS, tuy nhiên có một số bản tin liên quan mật thiết đến thiết bị vô tuyến ở BTS sẽ được sử lý ở BTS bởi giao thức quản lý BTS (BTSM: BTS Management), giao thức này sẽ biến đổi RR và RR’. Một thí dụ về bản tin này là các bản tin mật mã, ở đây khoá mật mã chỉ được gửi đến trạm BTS chứ không được gửi đến MS. Giao thức được sử dụng ở lớp 2 trên giao tiếp vô tuyến được gọi là các thủ tục thâm nhập đoạn nối ở kênh DLAPD ( Link Access Procedures on D Channel ). Kênh D là kênh báo hiệu để phân biệt với kênh B là kênh lưu lượng. Đây là một giao thức của ISDN. LAPD có các chức năng phát hiện lỗi, sửa lỗi và định hạn khung bằng cách đưa vào các cờ ở đầu khung và cuối khung. II.4.4.3. Giao diện vô tuyến Um. Đây là giao diện giữa BTS và MS. Giao thức lớp 2 trên giao diện Um được gọi là LAPDm ( m ký hiệu cho mobile ). Đây là một dạng cải tiến của LAPD. Sự khác nhau giữa LAPD và LAPDm là ở chỗ phát hiện và sửa lỗi ở Um được thực hiện ở chức năng lớp 1. Một điểm khác nhau nữa là các khung của LAPD có thể dài hơn nhiều so với các bản tin của LAPDm vì các khung của LAPDm phải đặt vừa vào các cụm. Giao tiếp Um cụ thể như sau: Lớp báo hiệu 1. Lớp báo hiệu 1 còn được gọi là lớp vật lý trình bày các giao thức cần thiết để truyền các luồng bit trên các kênh vật lý ở môi trường vô tuyến. ở giao diện này các bản tin được gửi đi liên quan đến ấn định các kênh vật lý (thâm nhập ngẫu nhiên) cũng như các thông tin hệ thống của lớp vật lý bao gồm các kết quả đo. Lớp vật lý cũng giao diện với các khối chức năng khác như bộ mã hoá tiếng, các bộ thích ứng đầu cuối để đảm bảo các kênh lưu lượng. Các chức năng lớp 1: *Sắp xếp các kênh logic trên các kênh vật lý. *Mã hoá kênh để sửa lỗi FEC (Forward error Correction)... *Mật mã hoá hoá. *Chọn ô ở chế độ rỗi. *Thiết lập các kênh vật lý riêng. *Đo cường độ trường của các kênh riêng và cường độ trường của các trạm gốc xung quanh. *Thiết lập định trước thời gian và công suất theo sự điều khiển của mạng. Các cổng mà qua đo lớp này cung cấp dịch vụ cho lớp 2 được gọi là các điểm thâm nhập dịch vụ SAP ( Service Access Point ). b. Lớp báo hiệu 2. Mục đích của lớp báo hiệu 2 là cung cấp đường truyền tin cậy giữa trạm di động mạng. Mỗi kênh điều khiển logic được dành riêng một phần tử giao thức riêng. Giao thức của lớp này được gọi là LAPDm được xây dựng trên cơ sở biên bản LAPD ở ISDN. BCCH PCH RACH SDCCH SACCH FACCH AGCH CBCH Bm Ký hiệu: CC: Call Control - Điều khiển cuộc gọi. SS: Suplementary Service - Dịch vụ bổ xung. SMS: Short Message Service - Dịch vụ bản tin ngắn. Lớp báo hiệu 1 Các chức năng quảng bá Lớp báo hiệu 2 RR Quản lý tiềm năng vô tuyến S S SMS C C C C Lớp báo hiệu 3 MM Quản lý di động HÌNH11. Cấu trúc giao thức của giao diện vô tuyến. Tuy nhiên có một vài thay đổi để phù hợp với môi trường truyền dẫn vô tuyến. Chẳng hạn ở đây sử dụng kiểm tra tổng vì mã hoá kênh ở lớp 1 đã thực hiện chức năng này. Một thay đổi khác là một số khung điều khiển như SABM và UA có thể mang thông tin lớp 3, nhờ vậy tiết kiệm thời gian và phổ. Thủ tục này được gọi là PIGGY-BACKING (cõng nhau). Các bản tin LAPD có thể dài tới 249 byte và vì thế chúng được phân đoạn. Các số liệu trao đổi giữa lớp vật lý và lớp đường truyền là 23 byte đối với BCCH, CSDCCH và FACCH, còn đối với SACCH là 21 byte c. Lớp báo hiệu 3. Lớp báo hiệu 3 đảm bảo các thủ tục báo hiệu giữa trạm di động và mạng. Nó được chia thành ba lớp con: RR,MM,CM. *Quản lý tài nguyên vô tuyến (RR). Lớp con quản lý tiềm năng vô tuyến bao gồm các chức năng cần thiết để thiết lập, duy trì và giải phóng đầu nối với các tài ngyên trên các kênh điều khiển riêng. Các chức năng được lớp này thực hiện bao gồm: + Thiết lập chế độ mật mã. + Thay đổi kênh dành riêng khi vẫn ở ô cũ như: từ SDCCH đến kênh lưu lượng. + Chuyển giao từ ô này đến ô khác. + Định nghĩa lại tần số (sử dụng cho nhẩy tần). pở phía mạng các bản tin của lớp này được đặt bên trong BSC. Các bản tin này được truỳen trong suốt qua BTS. *Quản lý di động (MM). Lớp con này chứa các chức năng liên quan đến di động của thuê bao như: + Nhận thực + Ấn định lại TMSI. + Nhận dạng trạm di động bằng cách yêu cầu IMSI hay IMEL. Trạm di dộng có thể thực hiện rời mạng IMSI để thông báo rằng không thể đạt tới trạm này vì thế các cuộc gọi sẽ vào được mạng chuyển hướng hoặc chặn chứ không tìm gọi trạm di động nói tren. Các bản tin tới/từ lớp CM đượ ruyền trong suốt bởi MM. CM ở phía phát yuê cầu thiết lập MM và MM lại yêu cầu thiết lập đấu nối RR. *Quản lý nối thông. Lớp con CM bao gồm ba phần tử: + Điều khiển cuộc gọi ( CC ) cung cấp các chức năng và các thủ tục để điều khiển cuộc gọi ISDN, các chức năng và các thủ tục này đã được cải tiến để phù hợp với mọi đường truyền dẫn vô tuyến. Việc thiết lập lại cuộc gọi hay thay đổi trong quá trìnhgọi các dịch vụ mang chẳng hạn thay đổi từ tiếng sang số liệu là hai thủ tục đặc biệt mới trong CC. CC cũng chứa các chức năng cho các dịch vụ bổ sung đặc biệt như: báo hiệu giữa các người sử dụng + Phần tử đảm bảo các dịch vụ bổ sung ( SS ) xử lý các dịch vụ bổ sung không liên quan đến cuộc gọi như: chuyển hướng cuộc gọi khi không có trả lời, đợi gọi,... + Phần tử đảm bảo dịch vụ bản tin ngắn ( SMS ) cung cấp các giao thức để truyền bản tin ngắn giữa mạng và một trạm di động. d- Tổng kết quá trình tạo khuôn báo hiệu ở giao diện Um. Báo hiệu trên giao diện vô tuyến Lớp 3 Các bản tin lớp 3 không thể dài hơn 249 byte Đường truyền LAPPD có hạn ( kích htước bình thường nhỏ hơn 23 byte ) Lớp 2 Chế độ không công nhận Chế độ công nhận ( đa khung ) hay không công LAPDm ( BCCH, CCCH ) nhận ( SDCCH, FACCH, SACCH ) Bản tin lớp 3 được chia thành các đoạn 20 hay đối với SACCH 18 byte BCCH FACCH SACCH CCCH SDCCH T.TL2 T.TL2 T.TL2 Lớp 1 Vật lý Cộng định thời trước : 1byte Cộng lệnh Đ/K công suất : 1 byte 21+1+1= 23 byte Mã hoá xoắn để hiệu chỉnh Mã Fire để phát hiện lỗi Ghép xen 456 bit trên 4 cụm, hay 8 bán cụm cho FACCH Đến máy phát MAX 249 byte 20 Đệm cho cực đại 249 byte (18) 22 22 1 18 3 20 3 21 byte ( SACCH ) 23 byte ( 184 bit ) 456 bit 57 57 57 57 57 57 57 57 HÌNH 12. Tổng kết khuôn dạng báo hiệu ở giao diện vô tuyến. II.5. Một số trường hợp báo hiệu. II.5.1. Tắt bật máy ở trạm di động. Khi MS mới bật nguồn nó phải đăng ký để nhập mạng. Các bước nhập mạng : Trước hết trạm MS quét để tìm được tần số đúng ở kênh FCCH. Tiếp theo tìm đến kênh đồng bộ SCH để nhận được số khung TDMA cho đồng bộ. 3. Kết thúc cập nhật vị trí để thông báo cho VLR phụ trách và HLR về vị trí của mình. Các cơ sở dữ liệu này sẽ ghi lại lai hiện thời của MS. ( 2 ) ( 3 ) ( 1 ) ( 4 ) Ký hiệu: ( 1 ): Cập nhật vị trí ( LAI mới ) ( 2 ): Yêu cầu cập nhật vị trí ( IMSI ở MSc mới ) ( 3 ): Chấp nhận cập nhật vị trí ( 4 ): Công nhận cập nhật vị trí HLR VLR MSC BSC HÌNH 13. Sơ đồ đăng ký lần đầu khi bật nguồn. II.5.2. Cuộc gọi kết cuối ở trạm di động ( MTC: Mobile Terminated Call ). PSTN (1) ( 2 ) ( 3 ) ( 6a ) ( 5 ) ( 6b ) ( 4 ) (7) (9) (8) (8) (10) ( 9 ) Tổng đài nội hạt GMSC BSC BTS BTS VLR HLR MSC HÌNH 14: Cuộc gọi từ mạng cố định kết cuối ở MS ( MTC ). II.5.3. Các trường hợp chuyển giao ( Handover ). Chuyển giao là quá trình xẩy ra khi lưu lượng của MS được chuyển từ một kênh TCH này sang một kênh TCH khác trong quá trính gọi. Có 2 loại chuyển giao: + Chuyển giao bên trong ô ( Intracell Handover ). + Chuyển giao giữa các ô ( Intercell Handover ) : - Chuyển giao giữa các ô thuộc cùng một BSC: chuyển giao này do BSC điều hành. - Chuyển giao giữa các ô thuộc 2 BTS khác nhau: chuyển giao này liên quan đến cả tổng đài MSC quản lý 2 BTS đó. - Chuyển giao giữa 2 ô thuộc 2 tổng đài MSC khác nhau: liên quan đến cả 2 tổng đài phụ trách các ô đó. Trong hệ thống GSM chỉ có thể chuyển giao cứng do phải thay đổi tần số khi chuyển kênh. II.5.3.1. Chuyển giao giữa hai ô thuộc cùng một BSC. (2) (1) (4) (4) (5) (6) (7) (7) (3) BTS BSC BTS HÌNH 15. Chuyển giao cuộc gọi bên trong BSC. Quá trình chuyển giao thực hiện thứ tự các bước sau: Trong quá trình gọi MS luôn luôn đo cường độ trường và chất lượng ở kênh TCH của nó và cường độ trường của các ô lân cận. MS cho giá trị trung bình của kết quả đo. Hai lần trong một giây MS gửi báo cáo kết quả đo đến BTS cùng với kết quả đo của các ô lân cận tốt nhất. BTS bổ sung thêm kết quả do chính nó đo được ở tren kênh TCH và gửi báo cáo về BSC. Tại BSC nhờ chức năng định vị tích cực để quyết định xem có cần chuyển giao cuộc gọi đến ô khác do chất lượng xấu hoặc nhiễu lớn ở ô đang phục vụ hay không. Trường hợp cần chuyển giao BSC sẽ lệnh cho BTS ở ô mới được chọn tích cực một kênh TCH. Lệnh cho BTS này gửi bản tin đến MS thông báo tần số và khe thời gian cần chuỷên đến. MS điều chỉnh đến tần số mới và gửi bản tin thâm nhập chuyển giao ( HO ) ở khe thời gian tương ứng. MS không sử dụng bất kỳ sự định thời trước. MS cũng nhận thông tin về công suất cần sử dụng ở kênh FACCH lấy cắp từ kênh tiếng. BSC sẽ nhận được nhận thông tin từ BTS là chuyển giao thành công sau khi MS gửi bản tin hoàn thành chuyển giao. 8. Đường tiếng trong chuyển mạch nhóm thay đổi và BTS được ra lệnh tháo gỡ THC cũ cùng với kênh liên kết SACCH Ở chuyển giao bên trong BSC này chínhBSC xử lý mọi việc không có sự can thiệp của MSC . MSC chỉ được thông báo về việc thực hiện chuyển giao. II.5.3.2. Chuyển giao giữa hai ô thuộc hai BSC khác nhau. BSC cũ dựa trên các báo cáo về kết quả đo quyết định đến ô mới trực thuộc một BSC khác. BSC cũ gửi bản tin " Yêu cầu chuyển giao " cùng với nhận dạng ô mới đến MSC. MSC biết BTS điều khiển ô này, nó gửi yêu cầu chuyển giao đến BTS này. BSC lệnh cho BTS mới tích cực một kênh TCH nếu còn kênh rỗi. Khi BTS đã tích cực kênh TCH , nó gửi thông tin về khe thời gian và tần số đến MSC. MSC chuyển thông tin này đến BSC cũ. MS được ra lệnh chuyển đến TCH mới. MS gửi đi cụm thâm nhập chuyển giao ( HO ) ở TCH mới. Ngay sau khi phát hiện được cụm HO, BTS gửi thông tin vật lý chứa dựng trước thời gian và công suát ra đến MS. BSC nhận được thông tin rằng BST đã nhận được cụm HO. BSC chuyển thông tin ở về định trước thời gian và công suất qua MSC. MSC chuyển thông tin nói trên đến BSC cũ. BST cũ giải phóng TCH vàSACCH cũ. II.5.3.3. Chuyển giao giữa các ô thuộc hai tổng đài khác nhau. (8) (1) (8) (8) (9) (10) (6) (2) (7) (10) (5) (11) (4) (3) BTS BSC MSC PSTN HLR BSC MSC BTS HÌNH 16. Chuyển giao cuộc gọi giữa hai MSC. BSC đang phục vụ gửi " Yêu cầu chuyển giao " đến MSC. MSC yêu cầu MSC được chuyển giao. Yêu cầu chuyển giao được gửi đến BSC mới. Nếu có kênh TCH rỗi, BSC yêu cầu BTS tích cực một TCH. MSC nhận được thông tin về kênh TCH mới. Chuyển thông tin này về MSC cũ cùng với số chuyển giao. Đường truyền được thiết lập dến MSC mới. Lệnh chuyển giao được gửi đếnMS cùng với thông tin về khe thời gian và tần sô sẽ được sử dụng ở ô mới. MS phát đi cụm HO ở TCH mới. BSC và MSC mới được thông báo đã hoàn thành chuyển kênh. Một đường mới được thiết lập ở chuyển mạch nhóm và cuộc gọi được chuyển mạch. TCH và SACCH cũ được giải. II.6. Quy hoạch ô ở GSM. II.6.1. Tổng quan. Sự phân bố địa lý của các máy di động, tính chất lưu lượng vủa các thuê bao và chất lượng cần thiết, sự phủ vật lý để phục vụ tạo nên số liệu ban đầu để quy hoạch mạng. Trước hết toàn bộ quy hoạch mạng được xây dựng trên một sơ đồ chuẩn, nghĩa là mô hình lý thuyết dựa trên bố trí địa lý của cấu trúc mạng trạm thu phát gốc (BTS) được đề xuất và ấn định tần số sẽ đảm bảo cước thành công ban đầu trong quá trình quy hoạch. Hình dạng của các ô cơ sở sơ đồ chuẩn này phụ thuộc vào kiểu anten đẳng hướng và anten có hướng tập trung năng lượng ở các dẻ quạt. Nếu chúng ta có hai BTS với các anten vô hướng và ta yêu cầu ranh giới giữa các vùng phủ của các BTS và tập hợp các điểm mà ở đó các cường độ tín hiệu của cả hai BTS như nhau thì ta được đường thẳng. Nếu ta lặp lại quy trình nói trên bằng cách đặt 5 BTS nữa xung quanh BTS gốc thì vùng phủ (ô) có dạng lục giác. Các lục giác trở thành một dạng ký hiệu cho một ô ở mạng vô tuyến. Trong thực tế khi quy hoạch phải xét đến vấn đề là truyền sóng vô tuyến rất phụ thuộc vào địa hình, các tính chất không đồng nhất của bề mặt đất, vì thế các hình lục giác chỉ là các mô hình hết sức đơn giản của các hình mẫu phủ vô tuyến. Ngoài ra sơ đồ địa lý chuẩn dựa trên các hình lục giác hay các mẫu địa lý khác cho ta một cách nhìn ban đầu toàn diện về quy hoạch hệ thống. II.6.2. Lưu đồ công việc quy hoạch ô. Có thể chia lưu đồ công việc quy hoạch ô theo danh mục công việc : Sơ bộ phân bố kênh và vọ trí dài trạm theo tính chất lưu lượng, số thuê bao và chất lượng phục vụ cần thiết. Quyết định mẫu sử dụng lại tần số (cho hệ htống TDMA/FDMA), nghĩa là ấn định tần số và định vị kênh lôgic. Dự kiến vùng phủ sóng trên cơ sở số liệu về đài trạm dự kiến (toạ độ, chiều cao, anten...) và các hạn chế do phân tán thời gian gây ra. Nghiên cứu nhiễu giao thoa: C/(I+R+A). Nhiễu giao thoa đồng kênh: C/I. Phản xạ: C/R. Nhiễu giao thoa kênh lân cận: C/A. Khảo sát mạng: Kiểm tra các điều kiện đài trạm và môi trường vô tuyến. Xây dựng sơ đồ mạng trên cơ sở các đài trạm phù hợp. Nghiên cứu các thông số ấn định. Đo dạc vô tuyến. Vùng phủ vô tuyến cuối cùng và các dự đoán C/(I+R+A). Hoàn thiện các tư liệu thiết kế ô. Lưu đồ các công việc quy hoạch ô Lưu lượng Chất lượng dịch vụ Phân bố: *Các kênh *Các đài trạm Sơ đồ chuẩn các kênh logic Số liệu đài trạm dự kiến C/(I+R+A) Dự đoán truyền sóng vô tuyến đánh giá phân tán thời gian Các thông số định vị Các dự đoán cuối cùng Số lượng thiết kế ô (thông số) Đo đạc vô tuyến Sơ đồ mạng Khảo sát các đài trạm HÌNH 17. Lưu đồ danh mục các công việc quy hoạch ô. II.6.3. Quy hoạch ô ở GSM. II.6.3.1. Mẫu tái sử dụng tần số. Ở giai đoạn đầu của việc quy hoạch tần số , người ta chia vùng địa lý thành các cụm ô có cấu trúc giống nhau và phân bổ sóng mang trong các cụm ô sao cho mỗi ô trong cụm này sử dụng cùng các tần số sóng mang ô tương ứng ở các cụm khác. Các cụm ô này được gọi là mẫu tái sử dụng tần số. Khoảng cách giữa các ô sử dụng cùng tần số được gọi là khoảng cách tái sử dụng tần số . Khoảng cách này được tính theo công thức sau: Trong đó : R là bán kính ô, N là kích cỡ cụm bằng số ô ở cụm. Bảng thí dụ phân bổ 24 tần số cho sơ đồ 3/9 Các nhóm tần số A B C A B C A B C Các kênh 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Riêng đối mẫu 3/9, hai ô cạnh nhau có thể hai kênh tần số lân cận và khi này C/A = 0dB, mặc dù lớn hơn –9dB nhưng đây vẫn là mức nhiễu cao. Để giảm mức nhiễu này cần sử dụng các biện pháp như: điều khiển công suất động, nhẩy tần, phát không liên tục. Ta thấy mẫu 3/9 cho dung lượng cao nhất nhưng bị nhiễu nhiều nhất. II.6.3.2. Vay kênh. Trong một số trường hợp người ta có thể sử dụng phương pháp vay kênh để sử dụng lưu lượng tối ưu. Các ô có lưu lượng cao có thể vay kênh của các ô có lưu lượng thấp. Khi đó cần lưu ý rằng C/A có thể tăng làm tăng nhiễu. Ta thấy nếu D1 ở cụm A vay kênh 23 thì D3 lân cận sẽ chứa kênh lân cận 24 và C/A = 0dB sẽ làm nhiễu tăng thêm. Nếu D1 ở cụm A vay kênh 11 từ C3 thì khoảng cách tái sử dụng giảm 2 lần, C/I sẽ giảm. Từ công thức suy hao trong không gian tự do ta thấy công suất nhiễu đồng kênh tăng bốn lần hay 6dB và nếu lúc trước C/I = 12dB thì nay chỉ còn 6dB thấp hơn so với 9dB cho phép là 3dB. Trong thực tế có thể còn lớn hơn nữa. Vì thế nếu vay kênh thì kênh được vay phải được phát với công suất thấp hơn để vùng phủ sóng của kênh này sẽ hẹp hơn so với hai kênh kia. Như vậy ở vùng gần trạm sẽ có ba kênh phủ, còn xa trạm chỉ còn hai kênh. Ô này được gọi là ô đồng tâm . Phân bổ sóng mang ( cho 24 sóng mang ). A1 B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2 A3 B3 C3 D3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 D2 D3 D1 A1 A3 A2 C1 C3 C2 D3 B1 D1 D2 C1 B3 B2 A1aaaaaaa C3 C2 B1 A2 A3 B2 B3 Cụm B Cụm A HÌNH 19. Một thí dụ về vay kênh. II.6.3.3. Phân đoạn và chia ô và các vùng giáp ranh. Khi ở giai đoạn mà lưu lượng không lớn người ta thường sử dụng ô vô hướng ngang. Khi lưu lượng tăng người ta sử dụng phân đoạn ô bằng cách sử dụng các BTS phát xạ hình quạt. Nếu lưu lượng tăng thêm người ta phải tách ô. Vùng giáp ranh là vùng giữa các ô lớn phục vụ cho nông thôn ( lưu lượng thấp công suất lớn ) và ô nhỏ phục vụ cho đô thị ( công suất nhỏ lưu lượng lớn ). Đặc biệt phải lưu ý đến các vùng này vì nhiễu đồng kênh có thể lớn. II.6.4. Thí dụ về tính toán kích cỡ kênh ở GSM. II.6.4.1. Tính toán kích cỡ cho các kênh ở GSM. Tính toán kích cỡ kênh SDCCH Vì ở kênh SDCCH dễ xảy ra ứ nghẽn đẫn đến máy di động không thể thâm nhập mạng trong quá trình thiết lập cuộc gọi, nên xác suất chặn đối với kênh này phải nhỏ hơn nhiều so với kênh lưu lượng hay nói một cách khác GoS phải tốt hơn. *Đối với cấu hình SDCCH/8. GoS phải tốt hơn so với TCH từ 3 đến 5 lần. *Đối với cấu hình SDCCH/4. GoS phải tốt hơn so với TCH hai lần thời gian chiếm giữ kênh SDCCH phụ thuộc vào các hoạt động xảy ra ở kênh này: Bảng . Thời gian giữ của các hoạt động chiếm kênh Hoạt động Thời gian giữ trung bình.s Thiết lập cuôc gọi Cập nhật vị trí (tự động) Cập nhật vị trí (định kỳ) Nhập IMSI Rời bỏ IMSI Bản tin SMS Các dịch vụ bổ sung 2,5 3,5 3,5 3,5 3,0 6,5 2,5 Tổng thời gian chiếm dụng kênh này trong giờ cao điểm được cho ở bảng dưới: Bảng . Tổng thời gian chiếm dụng kênh giờ cao điểm Hoạt động của thuê bao Các thuê bao tích cực Số hoạt động trên một thuê bao Thời gian cho một hoạt động Tổng thời gian (s) Thiết lập cuộc gọi 80% 2 2,5 2 x 2,5 x 0,8 = 4 Cập nhật vị trí (tự động) 40% 1 3,5 1 x 3,5 x 0,4 = 1,4 Cập nhật vị trí (định kỳ) 60% 4 3,5 2 x 3,5 x 0,6 = 4,2 SMS 10% 1 6,5 1 x 6,5 x 0,1 = 0,65 Dịch vụ bổ sung 20% 1 2,5 1 x 2,5 x 0,2 = 0,5 Nhập IMSI 60 1 3,5 1 x 3,5 x 0,6 =2,1 Rời bỏ IMSI 30% 1 3,0 1 x3 x 0,3 = 0,9 Tổng +20% dự trữ (1+0,2) x 13,75 =16,5 Vì vậy: Lưu lượng giờ cao điểm / thuê bao =16.08/3600 = 4,58 mErl Ngoài các hoạt động nói trên SDCCH còn được sử dụng để phát quảng bá tin tức trong một ô, hoạt động này có thể chiếm riêng một kênh SDCCH. Xét thí dụ sau: Có *Hoạt động ở giờ cao điểm là 30 mErl/thuê bao/ kênh TCH *5 mErl/thuê bao/SDCCH *GoS cho TCH là 3% *GoS cho SDCCH là 1% *Sử dụng 3 sóng mang *Sử dụng cấu hình SDCCH/8 với BCH ở TSO và SDCCH/8 ở TSI trên sóng mang thứ nhất. Ta được số kênh TCH như sau: (3 x 8) – 2 = 22 kênh TCH/ô. Tra bảng Erlang B được: A cho TCH = 15,782 Erl tương ứng với số thuê bao có thể phục vụ là: 15,782/0,03 = 526. Số kênh SDCCH là 8 nên ta được: A cho SDCCH = 3,129 Erl tương ứng với thuê bao là: 3,129/ 0,005 = 626. Vậy có thể dự trữ cho tương lai là: (626 – 526) x 5 mErl = 500 mErl. Kênh CCCH Kênh CCH bao gồm các kênh sau: *Đường xuống: PCH, AGCH *Đường lên: RACH Ở cấu hình không kết hợp khung (CCCH- CONF 0) trong một đa khung có 9 khối CCCH với 4 cụm mỗi khối, còn ở cấu hình có kết hợp đa khung (CCCH-CONF 1) có 3 khối CCCH với 4 cụm mỗi khối. Mỗi bản tin tìm gọi hay cho phép thâm nhập được truyền trên một khối 4 cụm. Trình tự ưu tiên cho các bản tin này như sau: *Ưu tiên cao nhất: các bản tin tìm gọi (PCH) *Ưu tiên thứ hai: các bản tin ấn định tức thì (AGCH) *Ưu tiên thấp nhất: các bản tin từ chối ấn định (AGCH) Ngoài ra cũng có thể dành riêng một số khối cho phép thâm nhập để tìm gọi không độc chiếm CCCH khi lưu lượng tìm gọi quá lớn. Cấu hình không kết hợp đa khung có thể dành 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 khối, còn ở cấu hình kết hợp có thể dành 0,1,2,3 khối. Để tăng dung lượng CCCH có thể sử dụng thêm các khe 2,4,6 ở kênh tần số mang BCCH. Tồn tại ba kiểu bản tin tìm gọi: *Kiểu 1: Có thể tìm hai MS bằng IMSI hoặc TMSI. *Kiểu 2: Có thể tìm ba MS với một theo IMSI và hai theo TMSI. *Kiểu 3: Có thể tìm 4 MS chỉ bằng TMSI. Các bản tin tìm gọi cho từng tạm di động được gửi đến BSS để lưu giữ để được bản tin đầy đủ (kiểu 1,2,3) trong khoảng định thời có thể thay đổi bằng lập cấu hình. Sau đó được phát quảng bá trong LA. Thí dụ : *Sử dụng cấu hình không kết hợp đa khung (CCCH-CONF 0) với CCCH được truyền ở TS0. *Một khối CCCH được dành cho phép thâm nhập. *Bản tin tìm goi kiểu 1. Ta tính dung lượng của PCH. Số bản tin tìm gọi cực đại trên một đa khung là: 9-1=8, vậy số MS có thể tìm gọi: 8 x 2 = 16. Một đa khung 51 khung có thời gian là » 235 ms, vậy dung lượng tìm gọi là: 16 x 1/0,235 = 68 MS/s. Tính toán kích cỡ của kênh CCCH Để tính toán kích kênh CCCH trước tiên ta cần tính riêng cho PCH và AGCH sau đó kết hợp chung hai yêu cầu. Tính toán yêu cầu PCH. Tính toán được thực hiện cho toàn bộ LA. Các thông số cần là: dự báo lưu lượng giờ cao điểm, số tìm gọi / cuộc gọi, kiểu bản tin tìm gọi và dự trữ. Xét thí dụ sau: *LA phục vụ 40.000 thuê bao ( LA với tổng dung lượng 1000Erl và mỗi thuê bao sử dụng 0,025Erl ), số dự báo là 30% thuê bao nhận được một cuộc gọi trong một giờ. *Trung bình hai bản tin tìm gọi trên một cuộc gọi. *Sử dụng kiểu bản tin tìm gọi 1. *Dự trữ 20% . tổng số bản tin tìm gọi trong giờ cao điểm là: 40.000 x 0,3 x 2 = 24.000. Với kiểu 1, mỗi bản tin có thể tìm hai MS, nên cần phát: 24.000/2 = 12.000 bản tin /giờ. Với 20% dự trữ thì cần phát: 1,2 x 12000 = 14.400 bản tin/giờ, tương đương với: 14.400/3600 = 4 bản tin/s. Cấu hình 0 cho phép truyền 9 bản tin ( chín khối ) trong 235 ms ( một đa khung ) thừa đảm bảo cho yêu cầu. Tổng quát ta có công thức sau để xác định yêu cầu kênh tìm gọi: Yêu cầu kênh tìm gọi tính Số cuộc gọi x MT x PF xM Theo số khối / đa khung PMF x 3600 x 4,25 Số cuộc gọi: Số dự báo các cuộc gọi ở LA trong giờ cao điểm. MT: Tỷ kệ các cuộc gọi kết cuối ở MS (30% chẳng hạn). PF : Thừa số xác định số bản tin trên một cuộc gọi. M : Dự trữ. PMF : Thừa cố bản tin tìm gọi xác định số MS được tìm gọi ở một bản tin, phụ thuộc vào một bản tin (PMF = 2 cho kiểu 1). 4,25 : Số đa khung chứa CCCH trong một giây: 1/0,235 = 4,25. Tính toán yêu cầu AGCH Tính toán chỉ giới hạn cho hoạt động trong một ô. Các thông số cần thiết: dự báo lưu lượng ở giờ cao điểm cộng với các hoạt động khác (chẳng hạn cập nhật vị trí, truyền SMS, nhập/rời bỏ IMSI và các dịch vụ bổ sung). Xét thí dụ sau: *Ô có dung lượng là 25Erl. *Thời gian giữ trung bình là 90s. *Tỷ lệ các hoạt động khác so với gọi là: 2 đối cập nhật vị trí, 0,1 đối với SMS, 0,0 đối với dịch vụ bôe sung, 0,2 dối với nhập IMSI và 0,1 đối với rời bỏ IMSI. Lưu lượng cho một cuộc gọi là: 90/3600 = 0,025Erl và mức độ gọi cực đại trong giờ cao điểm là: 25/0,025 = 100 cuộc gọi /giờ. Vì thế: Số cập nhật vị trí trong giờ cao điểm: = 1000 x 2 = 2000 SMS trong giờ cao điểm: = 1000 x 0,1 = 100 Các dịch vụ bổ sung trong giờ cao điểm: = 1000 x 0,2 = 200 Nhập IMSI trong giờ cao điểm: = 1000 x 0,2 = 200 Rời bỏ IMSI trong giờ cao điểm: = 1000 x 0,1 =100 Tổng: = 2.600 Nếu cộng thêm với 1000 cuộc gọi và 20% dự trữ ta được: (2600 + 1000) x 1,2 = 4320 nếu đòi hỏi truyền dẫn các bản tin ấn định tức thì trên AGCH tổng giờ cao điểm tướng ứng với 4320/3600 = 1,2 bản tin/s. Một khối AGCH có thể truyền được hai bản tin ấn định tức thì nên yêu cầu sẽ là: 1,2/2 –0,6 khối AGCH/s. Nhưng trong thức tế một khối AGCH được dành riêng trên một đa khung, nên trường hợp xét vẫn được đảm bảo. Tổng quát: Các khối AGCH (Số cuộc gọi + LU + SMS + IA +ID +SS) x M Cần thiết/đa khung 3600 x 4,25 Trong đó: Số cuộc gọi: Số các cuộc gọi dự báo trong giờ cao điểm. LU: Số các cập nhật vị trí dự báo trong giờ cao điểm. SMS : Số SMS dự báo trong giờ cao điểm. IA : Số nhập IMSI dự báo trong giờ cao điểm. ID : Số rời bỏ IMSI dự báo trong giờ cao điểm. SS L: Số yêu cầu các dịch vụ bổ sung trong giờ cao điểm. M : Dự trữ (1,2 chẳng hạn). CHƯƠNG III ĐO ĐẠC KIỂM TRA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM III.1. Tổng quan. Đo đạc kiểm tra hệ thống thông tin di động là công việc phải thực hiện thường xuyên để đảm bảo chất lượng và hoạt động bình thường của hệ thống. Có thể chia công việc này thành 2 loại: *Đo khi hệ thống không hoạt động. *Đo khi hệ thống đang hoạt động. Công việc thứ nhất được thực hiện để kiểm tra hệ thống trước khi đưa ra lắp đặt hoặc để bảo dưỡng định kỳ hệ thống hoặc để sửa chữa hệ thống bị sự cố. Công việc thứ hai cho phép theo dõi thường xuyên hoạt động của hệ thống để đưa ra những biện pháp xử lý tự động nhằm duy trì chất lượng hoạt động của hệ thống hoặc đưa ra các cảnh báo và các chỉ dẫn để xử lý nhân công các phần bị sự cố của hệ thống. Công việc thứ hai này nằm trong phần khi thác và bảo dưỡng của hệ thống. III.2. Đo trạm di động III.2.1. Cấu trúc chung của một trạm di động. Hầu hết các máy cầm tay được chia thành hai bộ phận: phần vô tuyến thực hiện phát, thu và giải điều chế và phần số thực hiện các chức năng xử lý số, điều khiển và báo hiệu. Các máy cầm tay hiện đại nhất các chức năng này được tính trên một tấm mạch in cùng với một số mạch chuyên dùng. Bộ kết hợp anten ghép chung đường thu và một đường phát vào một anten conectơ hay anten gắn cố định. Máy thu bao gồm mạch vào, mạch lọc thu, bộ trộn hạ tần để biến đổi tín hiệu thu vào trung tần, sau đó khôi phục lại tín hiệu số ở bộ ADC. Tín hiệu trung tần được giả điều chế để lấy ra luồng số. Máy thu Máy phát Kết hợp VCC Bộ tổng hợp Giải điều chế Cân bằng Phân kênh Tạo cụm Ghép kênh Điều chế CODEC kênh CODEC D/A Tiếng A/D Đ/K Báo hiệu D A D A HÌNH 18. Sơ đồ khối của một trạm di động. Mức trung tần được đo để đánh giá cường độ tín hiệu thu được từ trạm gốc chủ cũng như các máy phát ở trạm gốc lân cận khi cần giám sát chúng. Bộ giải điều chế lấy ra từ luồng số trung tần. Do truyền đa tia tín hiệu thu bị méo dạng, vì thế vai trò của bộ cân bằng Viterbi là sửa các méo này. Bộ CODEC kênh thực hiện giải mã hoặc mã hoá kênh cho chuỗi bit nhận được ( hay chưa đến ) bộ phận kênh ( hay ghép kênh ). Bộ này không chỉ xử lý các kênh báo hiệu như SDCCH, FACCH, SACCH mà còn xử lý các kênh tiếng. Nếu CODEC kênh phát hiện rằng cần xử lý kênh báo hiệu thì nó chuyển khung này đến khối điều khiển và báo hiệu, còn khung tiếng được chuyển đến codec tiếng. Trong luồng số cho tiếng có thể xuất hiện kênh báo hiệu FACCH, khi này cờ lấy trộm phải lập 1 khối điều khiển và báo hiệu thực hiện tất cả các chức năng của điều khiển của trạm di động. Các chức năng này bao gồm điều khiển công suất, chọn lựa các kênh cần sử dụng khác nhau và rất nhiều các chức năng khác của trạm di động. Khôí tạo lập khuôn cụm đặt các bit đã mã hoá kênh vào đường phải theo một cấu trúc cụm tương ứng và bổ sung thêm chuỗi hướng dẫn, các bit đuôi, cờ lấy trộm. Bộ ghép kênh ấn định cho mỗi cụm một khe thời gian trong một khung được đánh số để phát đi cụm. Sau khi thực hiện phân loại và sắp xếp, bộ điều chế đặt thông tin này vài mạng trung tần. Máy phát chứa bộ trộn nâng tần để chuyển tín hiệu đã điều chế ở trung tần vào băng tần 900MHz. Bộ khuếch đại công suất tăng tín hiệu phát ra đến mức cần thiết tuỳ theo sự điều khiển từ trạm gốc, bộ lọc phát giới hạn băng tần, phát vào trong kênh tần số được cấp phát, để đảm bảo rằng tần số được phát không gây nhiễu cho các kênh trong mạng GMS hoặc các mạng vô tuyến khác. Bộ tổng hợp tần số đảm bảo cung cấp các chuẩn định thời cho cho đồng hồ bit, đồng hồ khung và các nguồn tần số cho máy phát và máy thu. Bộ dao động nội điều khiển bằng điện áp (VCO) đảm bảo tần số ổn định theo lệnh từ khối điều khiển và báo hiệu. Độ chính xác tần số phát trạm di động được duy trì nhờ kênh FCCH mà tạm này tìm được trên kênh quảng bá. Một số trạm di động có thể không sử dụng trung tần và cấu trúc của các khối điều khiển có thể khác nhau tuỳ thuộc vào vi mạch chuyên dùng (ASIC). III.2.2. Một số tính toán. Các công thức chuyển đổi từ W vào dBm ( Decibell milliwatt ): xW P = 10 lg , dBm LmW Chuyển đổi dBmV vào dBm P = -113 dBm + xdBmm, dBm III.2.3. Kiểm tra máy phát. Để kiểm tra máy phát phải đưa nó vào chế độ phát liên tục bằng cách kích hoạt động kênh lưu lượng. Các máy đo hiện đại đều cho phếp thiết lập cuộc gọi để có kênh lưu lượng bằng menu. III.2.3.1. Đo sai pha và sai tần số. Đo được chia thành hai phép đo: *Đo tĩnh với mô phỏng môi trường truyền sóng lý tưởng, chủ yếu để đánh giá chất lượng của điều chế. *Đo với mô phỏng môi trường truyền sóng thực tế với nhiễu giao thoa ở môi trường truyền sóng đa tia. Để đánh giá ảnh hưởng của môi trường thực tế khi thiết kế. 1. Đo tĩnh Sai pha đo được có thể biểu diễn ở sai pha đỉnh và sai pha trung bình quân phương. Giá trị thứ nhất phải £ 20°, còn giá trị thứ hai phải £5°. Sai tần tần số không đựơc vượt quá 90 Hz. Máy đo không chỉ biểu thị giá trị sai pha mà cả thời gian trễ truyền lan để có thể đánh giá cụm phát có được đặt chính xác vào khe thời gian dành cho nó hay không. 2. Đo với mô phỏng môi trường thực tế Đo được thực hiện với mô phỏng một số môi trường thực tế điển hình bao gồm phản xạ và trễ ở đường truyền vô tuyến. Ngoài ra cũng có thể mô phỏng môi trường có 6 trạm gốc lân cận với nhiều kênh lưu lượng. Để tạo ra môi trường thực tế máy đo có thể có các bộ mô phỏng pha đinh như sau: *RA ( Rural area ) : vùng nông thôn. *HT ( Hilly Terian ) : địa hình đồi núi. TU ( Tupical Urban ) : vùng đô thị. Giới hạn cho sai số tần số cho phép đối với các mô hình trên: Sai tần cực đại ở môi trường truyền sóng đa tia Điều kiện truyền sóng Sai tần cực đại (Hz) RA 250 HT 100 TU 50 TU 3 ± 300 ± 175 ± 135 ±95 Ngoài ra có thể có bộ mô phỏng cân bằng (EQ : Equalzer) để kiểm tra bộ cân bằng. III.2.3.2. Đo công suất. Đo công suất để đánh giá sự đảm bảo của ba thông số sau đây: (1) các mức công suất. (2) mẫu công suất thời gian. (3) định thời cụm ở trạm di động. 1. Đo các mức công suất Được thực hiện ở kênh SACCH đường xuống chứa các thông tin về điều khiển công suất và giá trị về định thời trước. Để đo chỉ cần đưa vào các mức công suất khác nhau, trạm di động sẽ đọc các thông số này từ SACCH và điều chỉnh công suất phù hợp và bằng chức năng biểu thị công suất ở MS ta có thể xác định công suất cho từng trường hợp. Các giới hạn đo công suất. Nhóm công suất Mức công suất Công suất đỉnh 1 1 12 123 123 1234 1234 12345 12345 12345 12345 12345 12345 12345 12345 12345 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 43 dBm±2 41 dBm±3 39 dBm±3 37 dBm±3 35 dBm±3 33 dBm±3 31 dBm±3 29 dBm±3 27 dBm±3 25 dBm±3 23 dBm±3 21 dBm±3 19 dBm±3 17 dBm±3 15 dBm±3 113 dBm±3 Các máy di động đảm bảo mức công suất cao thì cũng đảm bảo các mức công suất thấp hơn (thí dụ: máy cấp 3 sẽ đảm bảo tất cả tất cả các công suất từ cấp này đến cấp 15). Mẫu công suất phụ thuộc thời gian được thể hiện ở hình dưới. Cụm phát được đặt vào trong khe thời gian với sai số ± 1 bit (3.69ms). +4 +1 -1 -6 -30 ( 147 bit của một cụm ) -70 10ms 8ms 10ms 542,8ms 10ms 8ms 10ms HÌNH 19. Mẫu phụ thuộc công suất vào thời gian. Các giá trị của các thông số đo nói trên được biểu thị trên màn hình của máy đo bao gồm: Công suất đỉnh, thời gian trễ ở các giá trị thống kê (hiện thời, trung bình, cực tiểu, cức đại), đánh giá kết quả đo (đạt: PASS). III.3. Kiểm tra máy thu. Nguyên lý đo máy thu ở hệ thống GMS dựa trên kỹ thuật đo BER. Phía phát phát đi một chuỗi bit giả ngẫu nhiên đến máy di động, sau đó chuỗi bit này được đáu vòng lại máy đo để đánh giá BER . Để tạo ra chuỗi bit giả ngẫu nhiên thiết bị đo sử dụng kỹ thuật mật mã hoá. Do một phần của chuỗi mật mã hoá được tạo ra từ số khung nên chuỗi bit được điều chế ở tần số vô tuyến sau đó được lấy ra ở máy thu để kiểm tra sẽ thay đổi theo từng cụm thậm chí ngay cả khi số liệu phát không thay đổi. Vì thế chuỗi bit đưn giản 010101... được sử dụng để tạo ra chuỗi kiểm tra ngẫu nhiên. Như vậy trước hết chuỗi 010101... được mật mã hoá, sau đó được điều chế và đưa đến trạm MS cần đo. Để đo cần đấu vòng giữa bộ giải mật mã và mã hoá kênh. Một lệnh đặc biệt được gửi đến MS qua đường báo hiệu để thực hiện đấu vòng nội bộ. Khi nhận được lệnh này SIM-CARD được trạm di động kiểm tra xem có phải là TEST-CARD hay không, nếu đúng thì đấu vòng được thực hiện. Rồi MS gửi trả lời công nhận đến thiết bị kiểm tra. III.3.1. Đo BER. Kỹ thuật đo BER xét từng bit trong khung tiếng và số liệu để tính toán BER.Ta sử dụng kênh toàn tốc để kiểm tra, thì 260 bit sẽ được phát và so sánh với mỗi khung tiếng sau khi đã qua máy thu. Tỷ số bit lỗi dư, RBER ( Residual Bit Error Rate ). RBER chỉ được thực hiện ở khung tiếng, khi các khung này không bị coi là xấu hay hỏng. Các khung bị coi là xấu nếu đối với các bit là việc kiểm tra CRC không đạt. Điều này cũng sẽ xảy ra nếu lỗi ở các bit loại là không sửa được bởi mã xoắn ở bộ giải mã kênh. RBER chỉ được tính toán cho các khung tiếng. Có hai loại RBER : RBER Ib để đánh giá 132 loại Ib bit của một khung tiếng tốt và RBER II để đánh giá 78 bit loại II. Tỷ số khung xoá,FER ( Frame Erasure Rate ). FER cho thấy số lượng khung xấu. FER không chỉ được thực hiện cho khung tiếng số liệu mà cả các khung báo hiệu như FACCH. Máy thu đánh giá các bit chẵn lẻ để chỉ ra rằng khung có bị xoá hay không. Đánh giá được thực hiện ở khung tiếng cho các bit Ia (3 bit chẵn lẻ) và cho kênh báo hiệu ( 40 bit chẵn lẻ). Nếu khung bị xoá, các bít được đặt một giá trị đặc biệt để chỉ thị xoá. ở trường hợp kênh báo hiệu, trả lời công nhận lớp hai không được gởi đến nguồn phát và đây sẽ là thông tin để thiết bị đo kiểm hiểu rằng khung bị xoá. III.3.2. Độ nhậy. Kỹ thuật đo BER được sử dụng để đánh giá độ nhậy của MS. Mỗi mức công suất tương ứng với các BER khác nhau. Đối với máy cầm tay mức này là 11dBmV (-102 dBm) và 9 dBmV (-104 dBm) cho tất cả các MS khác. Giới hạn kiểm tra độ nhậy ở kênh lưu lượng. Kiểu BER Điều kiện truyền đa tia Loại bỏ nhiều kênh lân cận TU50(%) RA250(%) HT100(%) FER RBER Ib RBERII 3,14a 2,5/a 7,67 7,5 8,67 0,122a 0,410/a 2,439 Đối với kênh lưu lượng, độ nhậy thay đổi tuỳ theo các mẫu truyền dẫn đa tia. khi mức phát kiểm tra cho các khe thời gian lân cận là 28dBmV (-85 dB). Bộ cân bằng và bộ CODEC kênh sẽ quyết định thông báo về kênh tiếng nếu nó bị hỏng . Giá trị a được đưa ra để xét đến điều này và phụ thuộc vào quyết định khung xấu ( FER và RBER Ib ). Nếu ngưỡng khung xấu rất thấp thì RBER Ib phải rất thấp. Giá trị a có thể thay đổi từ 1 đến 1,6. Đối với các kênh điều khiển và các kênh số liệu. , độ nhậy chỉ được đo cho điều kiện truyền sóng ở vùng đô thị với tốc độ 50km/giờ ( TU50 ). FACCH được chọn là kênh điều khiển để thể hiện cho các kênh khác vì sơ đồ mã hoá của nó cũng giống như đối với các kênh này. Các giới hạn kiểm tra độ nhậy cho kênh điều khiển và số liệu Kiểu kênh Tỷ lệ FER (%) FACCH TCH/FS 9,6 TCH/FS 4,8 TCH/FS 4,8 TCH/FS 2,4 TCH/HS ,8 14,63 0,778 0,0112 0,778 0,00126 0.0112 III.3.3. Đầu vào máy thu cho phép. MS phải có khả năng làm việc với tín hiệu mạnh mà không gây ra méo dạng tín hiệu làm giảm chất lượng khi ở gần trạm gốc. Khi đó chỉ cần đánh giá RBER II. Khi kiểm tra lúc đầu đặt công suất –85 dBm (28dBmV) và đánh giá RBER II. Thực hiện đo thử như vậy ở mức công suất cao hơn –40 dBm (73dBmV) và sau đó ở mức cao hơn –16 dBm (97dBmV). Điều kiện truyền sóng được chọn là điều kiện tĩnh , chọn EQ50 (để kiểm tra độ cân bằng ở mức công suất cao). Giới hạn đối với đầu vào máy thu Điều kiện truyền sóng Tỷ số RBERII (%) Tĩnh EQ50 0.0122 3.25 III.3.4. Loại bỏ nhiễu kênh đồng kênh. Kiểm tra loại bỏ nhiễu đồng kênh để kiểm định xem máy thu có khả năng giải điều chế tín hiệu hay không nếu như tín hiệu nhiễu đồng kênh được điều chế GMSK ở mức 8 dB thấp hơn tín hiệu của kênh cânf thu. Đầu tiên cuộc gọi được thiết lập ở mức –85dBm. Đồng thời tín hiệu gây nhiễu được đưa vào ở mức –85 dBm. Đồng thời tín hỉệu gây nhiễu được đưa vào ở mức –93 dBm. Kiểm tra này được thợc hiện cho FACCH, và TCH/FS trong điều kiện truyền sóng ở thành phố và tốc độ di động 3km/giờ (TU3). Trước hết kiểm tra được thực hiện cho kênh lưu lượng không có SFH (nhẩy tần chậm) sau đó có SFH ở 10 tần số khác nhau trong giải 5MHz. Từ bảng này ta thấy rằng nhẩy tần cải thiện chất lượng. Các giới hạn loại bỏ nhiễu đồng kênh Kênh /kiểu BER Điều kiện truyền sóng Tỷ số lỗi FACCH/FER FACCH/FER TCH/FS/RBER Ib TCH/FS/RBER II TCH/FS/FER TCH/FS/RBER Ib TCH/FS/RBER II TU3/không SFH TU3/không SFH TU3/không SFH TU3/không SFH TU3/SFH TU3/SFH TU3/SFH 24 24.a 2,091/a 4,3 3,37a 0,215/a 8,33 *Các thông số a nằm trong khoảng từ 1 đến 1,6. III.3.5. Loại bỏ nhiễu kênh lân cận. Phép đo này để kiểm tra họat động của Ms khi có tín hiệu mạnh ở kênh lân cận. ở TDMA kênh lân cận có thể ở tần số lân cận hoặc khe thời gian lân cận. Loại bỏ nhiễu khe thời gian lân cận khi khe thời gian tích cực được phát ở mức công suất –102 dBm (11dBmV) cho máy cầm tay và -104 dBm (9dBmV) cho các máy khác và khe thời gian lân cận ở mức 19dB cao hơn: -83 dBm (30dBmV)/-85dBm (28dBmV). Phép đo này không sử dụng mô phỏng pha đinh, nhưng có sử dụng SFH. Đối với trường hợp kiểm tra loại bỏ nhiễu kênh tần số lân cận, thì một tín hiệu điều chế GMSK mạnh hơn được phát đi ở kênh lân cận. Phụ thuộc vào độ dịch tần số với kênh công tác, các mức công suất khác nhau được sử dụng. Nếu chỉ dịch một kênh thì mức công suất phát đi ở 9dB cao hơn. Nếu hai kênh thì nhiễu được phát đi ở 41 dB cao hơn. Kênh công tác sử dụng công suất –85dBm (28dBmV). Đối với điều kiện truyền sóng thành phố điển hình và tốc độ di động 50km/s (TU50). Tỷ số lỗi đối với loại bỏ nhiễu kênh lân cận Kiểu BER Tỷ lệ lỗi (%) FER RBER Ib RBER II 7,74.a 4,2. a 8,33. a *Thông số a nằm trong khoảng 1 đến 1,6. III.4. Kiểm tra báo hiệu ở trạm di động. Thiết bị đo phải có khả năng mô phỏng các giao thức của mạng. Trong số một phần lớn các kiểm tra giao thức chỉ cần mô phỏng hai trạm và các phần tử báo hiệu của chúng. Tuy nhiên một số kiểm ta đòi hỏi mô phỏng đến 8 trạm. Đối với các phòng thiết kế, thiết bị có thể kiểm tra các giao thức lớp 2 và lớp 3: mô phỏng băng tần gốc. Như vậy có thể kiểm tra thiết bị độc lập với phần vô tuyến. III.4.1. Kiểm tra các chức năng báo hiệu liên quan đến lớp 1. Các chức năng sau đây được kiểm tra: 1.Khả năng trạm di động thực hiện điều khiển công suất đường xuống. 2. Hiệu chỉnh định thời cụm theo lệnh định thời trước. 3.Báo cáo của trạm di động về đặt định thời trước và các mức điều khiển công suất ( SACCH đường lên ). 4.Báo cáo về mức công suất và chất lượng tín hiệu ở ô công tác và ô lân cận. Các bước kiểm tra như sau: Điều kiển công suất và định thời trước được phát đi ở đàu đề lớp 1 của SACCH đường xuống. Trong quá trình gọi ta cần kiểm tra trạm di động sử dụng các giá trị định thời và các mức công suất chính xác, (b) điều chỉnh kịp theo các lệnh định thời trước và mức. Để thực hiện kiểm tra này phải có khả năng thay đổi đầu dề của lớp 1 SACCH, như vậy có thể thay đổi định thời trước và mức công suất. Ngoài ra thiết bị phải đo được công suất đỉnh và định thời cụm với độ chính xác theo tiêu chuẩn. Báo cáo kết quả đo và đầu đề lớp 1 ( chứa định thời trước và mức công suất mà MS đang sử dụng ) phaỉ được đánh giá và hiển thị ở thiết bị đo. Việc điều chỉnh mức công suất ra của trạm công tác và các trạm lân cận phải la,f thay đổi các biến RX-LEV (mức thu) và RX-QUAL (chất lượng thu: số lỗi bị bộ giải mã kênh phát hiện trong một đa khung). Điều kiện cần thiết để thực hiện đo và báo cáo là phải phát số kênh lân cận với nó ở BCCH. Báo cáo về RX-QAL được kiểm tra với sự kết hợp của 2 tín hiệu: tín hiệu hữu ích và tín hiệu nhiễu ở các mức công suất khác nhau. Các giá trị và các mức cho RX-LEV , các giá trị và BER cho Rx-QUAL được cho lần lượt: Các giá trị và các mức để đo RX-LEV từ trạm di động Mức RX Mức ở máy thu (dBm) 0 1 2 ..... ..... 62 63 Thấp hơn –110 -110 đến –109 -109 đến –108 ..... ..... - 49 đến –48 Trên 48 Các giá trị và BER để đo RX-QUAL từ trạm di động Chất lượng RX (Mã hoá) Tỷ lệ lỗi bit tương ứng(%) Dải tỷ số lỗi bit thực tế(%) Độ chín xác khi báo cáo của MS/xác suất(%) 0 1 2 3 4 5 6 7 Thấp hơn 0,2 0,2 đến 0,4 0,4 đến 0,8 0,8 đến 1,6 1,6 đến 3,2 3,2 đến 6,4 6,4 đến 12,8 Trên 12,8 Thấp hơn 0,1 0,26 đến 0,30 0,51 đến0,64 1,0 đến 1,3 1,9 đến 2,7 3,8 đến 5,4 7,6 đến 11,0 Trên 15 90 95 85 90 90 95 95 95 III4.2. Kiểm tra các báo hiệu liên quan đến giao thức lớp 2. Giao thức lớp 2 đường truyền số liệu đảm bảo rằng các bản tin báo hiệu của lớp được truyền theo đúng khuôn dạng và không bị mất thông tin ( Truyền thông tin có trả lời công nhận ). Thiết bị đo trong trường hợp này phải có các chức năng: Phát và thu các bản tin ở tất cả các khuôn dạng được định nghĩa. Thiết lập duy trì và kết thúc các đường truyền số liệu có trả lời công nhận Mô phỏng các ngữ cảnh lỗi khác nhau bằng cách thay đổi các trường, khung và phát đi bản tin không theo thứ tự. Theo dõi, diễn giải, và hiển thị nội dung của các khung được trao đổi vướ thiết bị kiểm tra. Sau khi tìm gọi MS, MS yêu cầu kênh và được phân bố kênh báo hiệu (ấn định kênh tức thì). Sau đó là bản tin đường lên báo gồm lệnh SABM được mã hoá ở các thông số lớp 2 . Mạng (đay là thiết bị đo) phát đi UA chứa trường thông tin giống như lệnh SABM. Khi thu đúng sẽ không còn SABM, còn các bản tin UI. III.4.3. Kiểm tra lớp 3 của trạm di động. Các thủ tục kiểm tra được thực hiện như sau: Các chức năng liên quan đến quản lý tiềm năng vô tuyến. *Thủ tục yêu cầu kênh. *Nhập ISMI và rời bỏ. *MS ở trạng thái rỗi. *Sự cốlớp dưới. *Mô phỏng lỗi: phản ứng với bộ phân biệt giao thức sai,nhận dạng giao dịch sai, kiểu bản tin sai các phần tử thông tin ở bản tin lớp 3 bị sai, thiếu, lặp. *Ấn định kênh (trạm MS có chiếm đúng kênh logic được ấn định hay không). *Kiểm tra tìm gọi. *Báo cáo đo với các ô lân cận được mô phỏng. *Chuyển giao, đồng bộ và không đồng bộ ( ô mới đồng bộ/ không đồng bộ với ô cũ). *Khởi động chế độ mật mã. Các chức năng liên quan đến quản lý di động. *Đăng ký (các thủ tục ccập nhật vị trí). *Nhận thực. *Nhận dạng: IMSI và IMEL. *Sự cố đăng ký : kiểm ra rằng MS không đăng ký lại sau khi thâm nhập bị từ chối. *Nhập IMSI và rời bỏ IMSI, sử dụng TMSI. Các chức năng liên quan đến quản lý kết nối. Kiểm tra điều khiển cuộc gọi được thực hiện bằng cách kiểm tra các trạng thái được định nghĩa trước cho điều khiển cuộc gọi. Cần phân biệt giữa các cuộc gọi vào và các cuộc gọi ra và các chức năng trog cuộc gọi. Các trường hợp sau đây cũng được kiểm ta: *Thiết lập cuộc gọi khẩn: MS phải có khả năng thực hiện cuộc gọi khẩn ngay cả khi không có SIM-CARD. *Thiết lập lại cuộc gọi cho một kết nối bị ngắt. *Kiểm tra các dịch vụ bổ xung và thực hiện SMS. *Kiểm tra các thủ tục: Cuộc gọi khởi xướng từ tạm di động với ấn định kênh lưu lượng sớm (trước bản tin kết nối), giải phóng khởi xướng từ mạng. Cuộc gọi khởi xướng từ trạm di động với ấn định kênh lưu lượng muộn. Cuộc gọi kết cuối ở tạm di động với ấn định kênh lưu lượng sớm, giải phóng khởi xướng từ mạng. Cuộc gọi kết cuối ở trạm di động với ấn định kênh lưu lượng muộn. III.5. Đo trạm thu phát gốc BTS. III.5.1. Cấu trúc của một trạm thu phát gốc. Một trạm thu phát gốc (BTS) bao gồm một chức năng điều khiển trạm gốc ( BCF: BS Control Function ) và từ 1 đến 16 máy thu phát ( TRX: Transceiver ). Chức năng điều khiển trạm gốc thực hiện nhiệm vụ quản lý phần mềm và điều khiển bằng các chức năng khai thác và bảo dưỡng trong trạm gốc. Bao gồm các khối chức năng sau đây: *Máy thu chứa bộ lọc thu để lọc tín hiệu nhiễu và lấy ra tín hiệu thu hữu ích, sau đó tín hiệu thu được biến đổi vào trung tần ở bộ biến đổi hạ tần rồi đưa đến xử lý băng gốc thu để lấy mẫu và lượng từ bởi bộ ACD (ở máy thu không đổi tần tín hiệu thu được đưa thẳng đến khối này). *Bộ cân bằng xử lý nhiễu gây ra do truyền đa tia. Bộ giải điều chế lấy ra luồng số và đưa nó đến khối phân kênh. Khối này ấn định các phần khác nhau của luồng số đến các khe thời gian và các kênh logic khác nhau tương ứng với các MS khác nhau. Máy thu CODEC kênh Cân bằng Giải điều chế Phân kênh Báo hiệu CODEC 8/13bit Tiếng 13/8bit CODEC 8/13bit Tiếng 13/8bit Tạo cụm Ghép kênh Điều chế VCC Bộ tổng hợp Máy phát D A D A Đ/K và Báo hiệu Abis 64kbit/s BTS BSC 64kbit/s HÌNH 20. Sơ đồ khối của một BTS. *Bộ CODEC kênh giải mã kênh luồng bit thu được từ các kênh logic khác nhau và quyết định nếu là kênh báo hiệu thì gửi đến khối báo hiệu, còn nếu là số liệu hay tiếng thì gửi đến CODEC tiếng. CODEC cũng thực hiện phát hiện và sửa lỗi. Nếu lỗi không sửa được thì khung hỏng bị loại bỏ. Có thể có hai trường hợp đối với CODEC tiếng: (1) CODEC tiếng được đặt ngay ở BTS thì số liệu tiếng được chuyển đổi vào tốc độ 13kbps. (2) nếu nó được đặt ở BSC thì báo hiệu trong băng được bổ sung thành 16kbps trước khi phát đến BSC ở giao diện Abís. *CODEC tiếng được thực hiện chuyển đổi luồng số tiếng 13 kbps vào 104kbps sau đó vào 64kbps ở đường lên. ở đường xuống 64kbps được chuyển đổi vào 13kbps rồi được đưa đến CODEC kênh. Khối báo hiệu giao diện logic giữa mạng và các MS cho các bản tin điều khiển. Rất nhiều bản tin báo hiệu được truyền trong suốt qua BS, các bản tin này chỉ đi qua CODEC kênh đến thẳng MS. Lúc này BTS có nhiệm vụ sắp xếp đúng các số liệu này ở giao diện Um. Một số các bản tin được được BTS đưa đến khối điều khiển để xử lý. Các bản tin này bao gồm: mật mã hoá và nhẩy tần. Các bản tin khai thác và bảo dưỡng chỉ đưa đến chức năng điều khiển vì chúng không liên quan gì đến hoạt động bình thường của MS. *Khối điều khiển thức hiện các nhiệm vụ điều khiển bên trong BS trên cơ sở các bản tin khai thác và bảo dưỡng được đưa đến từ BSC. Tất cả các bản tin này được đưa qua giao diện Abis. *Chức năng của khối lập khuôn cụm là bổ sung thêm các chuỗi hướng dẫn và các bit đuôi cho các khối con được mã hoá từ CODEC kênh. Sau đó khối ghép kênh thực hiện sắp xếp các cụm vào khe thời gian tương ứng với từng trạm di động. Khối điều chế thực hiện điều chế tín hiệu vào sóng mang vô tuyến . Máy phát có các bộ lọc ra để loại bỏ các tần số gây nhiễu cho các dịch vụ vô tuyến khác. Nó cũng thực hiện điều khiển mức công suất ra tuỳ theo nhóm công suất của BS và BS có thể thiết lập mức công suất khác nhau cho từng khe thời gian. *Bộ tổng hợp đảm bảo cung cấp tần số cho các phần khác nhaucủa BTS. Thông thường bộ này được đồng bộ với đồng hồ của BSC. Đôi khi có thể có đồng hồ riêng. III.5.2. Đo BTS. Có hai cấu hình đo: *Đo BTS trong mạng *Đo BTS đứng riêng a. Đo BTS trong mạng Lúc này BSC sẽ cung cấp cho BTS phần mềm cần thiết, số liệu về cấu hình và các bản tin khai thác và bảo dưỡng. Các phép đo này chỉ giới hạn ở giao diện vô tuyến và chỉ giới hạn cho các máy phát. Nếu bổ sung thêm một số thiết bị cũng có thể đo máy thu và báo hiệu. Khi này ta cần có ma trận chuyển mạch rẽ xen để cho phép hệ thống đo thâm nhập và các khe của giao diện Abis. Ma trận chuyển mạch này cũng có thể được lắp ngay bên trong hệ thống đo và ở chế độ rỗi , nó trong suốt đối với tất cả các bản tin thông thường của Abis- các khe thời gian tự do đi qua giữa BTS và BSC . Khi bắt đầu đo, hệ thống đo sẽ lấy ra các khe quy định trước đến từ BSC và đưa vào các khe này, các bản tin của mình cần thiết cho đo. Nên có thể thông tin không phải trên một khe thời gian từ thiết bị đến BTS mà trên tất cả các khe giữa BSC và BTS. BSC Ma trận chuyển mạch Hệ thống đo BTS TRX BCF Abis Abis Abis Um HÌNH 22: Cấu hình đo BTS trong mạng có ma trận chuyển mạch. b-Đo BTS đứng riêng. Hệ thống đo lúc này thực hiện điều khiển BTS và BTS không được nối với BSC. Vì BS phụ thuộc rất lớn vào một số bản tin ở giao diện Abis, các phép đo phải được chuẩn bị rất cẩn thận và đòi hỏi phải có hiểu biết về kiểu của BS được đo. Thông thường phần mềm hệ thống cần thiết cho các hoạt động cơ sở đã được nạp vào BTS trước khi tiến hành đo. ở các trường hợp khác, phần mềm này có thể được nạp bởi: (1) bởi hệ thống kiểm tra, (2) bởi BSC sử dụng ma trận chuyển mạch rẽ nxen, (3) sử dụng các công cụ đặc biệt của nhà sản xuất thông qua giao diện đầu cuối bảo dưỡng tại chỗ. Sau khi phần mềm hệ thống được nạp vào BTS, cấu hình (ấn định khe thời gian và tần số) được thiết lập thông qua các bản tin O & M. Sau đó cần phát các đơn vị thông tin hệ thông đến TRX phát BCCH. Các đơn vị thông tin này gồm: thông tin hệ thống từ 1 đến 4 được đặt ở kênh BCCH và thông tin hệ thống SACCH được đặt trên kênh SACCH cho từng kênh riêng. Đối với SACCH đầu đề L1 chứa các thông số điều khiển công suất đường xuống và định trước thời gian sẽ khác nhau đối với các MS. SACCH chứa các phần tử thông tin quan trọng nhất và một số thông số thay đổi trong quá trình cuộc gọi. Khi thực hiện đo kiểm một trạm BTS, các thông số sau được kiểm tra: *Ấn định khe thời gian ở giao diện Abis để truyền báo hiệu và lưu lượng. *Trở kháng của đoạn nối Abis (75 W không đối xứng hoặc 120 W đối xứng). *Truyền dẫn số liệu tiếng trên các đoạn nối 16 kbps hay 64 kbps so với vị trí codec kênh (ở xa hay bên trong BTS). *Truyền dẫn số liệu báo hiệu trên đường 16 kbps hay 64 kbps. *Các lệnh cần thiết qua đoạn nối Abis mà BS sẽ nhận để phát BCCH và các kênh khác. *Các bản tin đoạn nối quản lý lớp 2 cần thiết (cần thiết cho thủ tục ấn định TEI : Terminal Equipment Identifier: nhận dạng thiết bị đầu cuối). III.5.2.2. Đo máy phát. Đo máy phát thường được thực hiện ở chế độ nhẩy tần trên ba tần số cho phép ở băng tần GSM. Nếu trạm di động chỉ được trang bị một bộ thu phát thì ba tần số khác nhau được kiểm tra lần lượt: n=1, n=63 và n=123. a-Đo tĩnh lớp 1. Trước khi đo ta cần đảm bảo rằng thông tin truyền từ phía BSC (giao diện Abis) đến phía trạm di động (giao diện Um) là đúng. Vì thế ta đo BER cho cả kênh báo hiệu và lưu lượng. Để thực hiện kiểm tra ta phát đi từ thiết bị kiểm tra chuỗi PRBS đến trạm gốc qua giao diện Abis. Số liệu này được sắp xếp và cấu trúc lại, được ghép xen vào một số cụm và cuối cùng được đật lên các khe thời gian của giao diện Um.Hệ thống đo nhận tín hiệu từ trạm gốc, giải mã, so sánh nó với tín hiệu được phát đi trước đây ở giao diện Abis. Phép đo kiểm này được thực hiện cho tất cả các tần số và các tổ hợp kênh. Trong quá trình kiểm tra trạm gốc sẽ không làm thay đổi bất kỳ một bit nào. ở giao diện Abis báo hiệu, số liệu hay lưu lượng được truyền qua mà không có bảo vệ chống lỗi. b-Đo sai tần số và pha Một chuỗi PRBS được phát đến BTS qua giao diện Abis và được đặt vào giao diện không gian Um. Hệ thống đo đánh giá các cụm ở giao diện Um để tìm ra sai pha và tần số. Giới hạn đối với sai pha là 5° đối với giá trị trung bình và là 20° đối với giá trị đỉnh. Sai tần số không được vượt quá 0,005 ppm (10 ), ở dải tần 900MHz giới hạn này bằng 45 kHz. c- Đo công suất. BS phát liên tục các kênh đường xuống với tất cả các khe thời gian. Đo công suất được thực hiện ở khe đường xuống, trước hết là đo công suất đỉnh. Máy phát không phải chỉ có khả năng phát ở các công suất này mà phải phát ở ít nhất 6 nấc nữa, với mỗi nấc bằng 2 dB. Trạm gốc phải đảm bảo các nấc này với đọ chính xác bằng ±0,5 dB. Mức công suất ở trạm gốc Nhóm công suất Công suất đỉnh(dBm) Dung sai (dB) 1 2 3 4 5 6 7 8 300W (55) 160W (52) 80W (49) 40W (46) 20W (43) 10W (40) 5W (37) 2,5W (34) -0, +3 -0, +3 -0, +3 -0, +3 -0, +3 -0, +3 -0, +3 -0, +3 Công suất của các nấc 0 bằng công suất của nhóm tương ứng, còn công suất của nấc thứ 15 bằng mức công suất thấp nhất. Độ chính xác của từng nấc phải nằm trong khoảng ±1,5dB. Ngoài việc đánh giá công suất đỉnh, ta còn đánh giá mẫu thời gian của công suất. Để đo mẫu này trạm gốc phải hoạt động ở chế độ cụm. Kiểm tra này không thể thực hiện được ở kênh đường xuống vì BTS phải phát liên tục ở tất cả các khe thời gian. Nhiều khi ngoài kênh đường xuống ta cần tích cức một kênh bổ sung. d- Phát xạ nhiễu từ máy Để kiểm tra phát xạ nhiễu của máy phát, BTS được đặt vào hoạt động ở chế độ nhẩy tần trên ba tần số giống như các lần đo trước. Phép đo thực hiện cùng với bộ phân tích phổ. Đánh giá được thực hiện riêng cho từng tần số. Phát xạ nhiễu có thể xảy ra ở ba vị trí sau: *Công suất được phát vào trở tải 50W tại các đàu ra của anten. *Công suất phát xạ hiệu dụng từ tủ máy. *Công suất vô tuyến từ các đường dẫn nguồn. Để đo phát xạ tủ máy, cần có một buồng bọc kim đặc biệt với anten thu đặc biệt. Các yêu cầu cần nhận được sau khi đo kiểm. Các giới hạn kiểm tra đối với phát xạ nhiễu từ máy phát Vị trí đo Băng tần Mức cực đại Các đường dẫn nguồn Phát xạ tủ máy Anten 9 kHz-10 KHz 10 MHz-30 MHz 30 MHz-1000 MHz 1GHz-12,75 GHz 9kHz-1000 MHz 1GHz-12,75 GHz 40dBmV 60dBmV -36 dBm -30 dBm -36 dBm -30dBm e-Suy hao giao thoa điều chế. Để đo suy hao giao thoa điều chế, một tín hiệu nhiễu 30 dBc thấp hơn sóng mạng được phát qua bộ ghép định hướng đén máy phát của BTS. Cần lưu ý khi thiết lập công suất nhiễu giao thoa và công suất BTS. Vì chúng làm suy giảm lẫn nhau, nên cần đo các công suất này tách biệt. BTS TRX BCF 935.0 Bộ phân tích phổ Bộ ghép định hướng A B Um C Abis Bộ tạo tín hiệu HÌNH 23. Sơ đồ đo suy hao giao thoa điều chế. Các yêu cầu đạt được của đo kiểm được cho ở bảng dưới đây ở trường hợp thứ nhất, các sản phẩm của điều chế giao thoa được đánh giá cho ba tần số khác nhau (B với n=1, M với n=62 và T với n=123, ảnh hưởng lên băng thu chỉ được đánh giá cho một tần số ở giữa (M). Giới hạn cho đo suy hao điều chế giao thoa Tần số phát Dịch của tần số nhiễu so với tần số phát Giới hạn Băng tần độ rộng băng tần đo B,M,T M 800 KHz 11,25 MHz 15 MHz 22,5 MHz -79 dBc -103 dBc 100kHz-12,75 GHz 890 MHz-915 MHz 300kHz 30 KHz III.5.2.2. Đo máy thu. Sơ đồ đo trong trường hợp này như sau: Hệ thống đo BTS TRX BCF Um Abis HÌNH 24. Sơ đồ đo BTS độc lập. Cũng giống như đo máy phát, đo máy thu được thưqcj hiện bằng cách sử dụng nhảy tần ở ba tần số B, M, T. Nếu BTS không cho phép nhảy tần thì ba tần số này được kiểm tra riêng biệt. Đo tĩnh lớp 1. Hai trường hợp truyền lan khác nhau được đo: (1) đo tĩnh và (2) đo với độ cân bằng EQ50. Mức tín hiệu đo và BER cức đại được quy định theo bảng dưới Mức tín hiệu đo và Bẻ cức đại đối với đo tĩnh lớp 1 Đặc tính đa tia Mức tín hiệu đo (dBm) BER(%) Tĩnh EQ50 -85 đến –10 -85 đến - 40 0,01 0,3 Cơ chế phạt lỗi. Cơ chế phát hiện lỗi cho phép máy thu phát hiện các l;ỗi không sửa được trong quá trình giải mã xoắn. Nếu xảy ra một lỗi như vậy thì khung lưu lượng bị xoá còn khung báo hiệu không được công nhận (MS sẽ phát lại). Đối với số liệu lưu lượng, các bit loại Ia được đánh giá và nếu chúng không phù hợp với các bit chẵn lẻcủa mã khối, khung sẽ bị đánh dấu là tồi và chỉ thị khung xấu được thiết lập (bit BFI). Đối với số liệu báo hiệu các bit chẵn lẻ của mã khối của toàn bộ các bit được đánh giá, khi cần thiết chỉ thị khung xoá (bit FEI) được thiết lập. Có thể nói rằng khi CODEC phát hiện lỗi trong CRC, hay các bit chẵn lẻ ở khối số liệu, khối này sẽ không được giảo mã. Để kiểm tra cơ chế phát hiện lỗi này một chuỗi PRBS được phát đến máy thu của BTS ở mức công suâts –85 dBm. Vì PRBS không mang thông tin nên các khung thu đướcẽ không phù hợp với các cấu hình kênh và BTS sẽ coi các khung thu này là các khung xấu. Cũng có thể một tổ hợp bit nào đó được bộ giải mã coi nhầm là khung tốt. Xét đến trường hợp đặc biệt này các yêu cầu sau được áp dụng cho các tổ hợp kênh như sau: *TCH/FS: không quá một khung xấu không bị phát hiện (BFI=0) trong khoảng thời gian trung bình là 10s. *SDCCH, FACCH và SACCH: không quá 0,002%các khung sẽ được coi là không mắc lỗi (FEI). *RACH: không quá 0,025 các khung được coi là không mắc lỗi. Độ nhậy máy thu Mức tín hiệu sử dụng để đo độ nhậy của máy thu là -104 dBm, ở mức này bộ giải mã sẽ chỉ phát hiện một số bit lỗi nhất định. Tỷ số bit lỗi cho phép cực đại Tỷ số bit lỗi cực đại để đo độ nhậy máy thu Kiẻu kênh Kiểu BER Đặc tính truyền đa tia Tĩnh (%) TU50(%) RA250(%) HT100(%) SDCCH RACH TCF/F9.6 TCH/F4.8 TCH/F2.4 TCH/H$.8 TCH/H2.4 TCH/FS Loại Ia Loại II TCH/HS FER FER BER BER BER BER BER FER RBER RBER t.b.d 0,10 0,50 0,001 0,001 0,10a 0,40/a 2,0 - 13.0 13,0 0,50 0,01 0,02 0,50 0,02 6,0a 0,40/a 8,0 - 8,0 12,0 0,10 0,01 0,001 0,10 0.01 2,0. a 0,20/a 7,0 - 12,0 13,0 0,70 0,01 0,001 0,70 0,01 7,0. a 0,50/a 9,0 - *a nhận giá trị trong dải từ 1 đến 1,6 nhưng không đổi trong cùng một đặc tính truyền lan. Đo độ nhậy được chia làm hai laọi: truyền sóng tĩnh và truyền sóng đa tia. Mức độ nhậy tĩnh đặc tả tính cách của máy thu với khe tích cực ở mức công suất –104 dBm và hai khe lân cận ở mức cao hơn 30 dB. Mức độ nhậy truyền sóng đa tia đặc tả tính cáh của máy thu trong điều kiện truyền sóng đa tia. Các tốc độ và các điều kiện môi trường khác nhau được đưa vào bộ mô phỏng pha đinh và được đánh giá ở hệ thống đo. Mức nhiễu tham khảo Trong thực tế BTS có thể bị ảnh hưởng của một số nhiễu mạng so với sóng mang. Khả năng của máy thu BTS duy trì được thông tin với MS khi bị ảnh hưởng của nhiễu này được gọi là mức nhiễu tham khảo. Đối với phép đo này tín hiệu hữu ích được dặt vào mức –85dBm. Hai phép đo sau đây được thực hiện phụ thuộc vàodịch tần của nhiễu so với tín hiệu hữu ích: *Loại bỏ nhiễu đồng kênh: đánh giá ảnh hưởng của nhiễu cùng tần số nhưng công suất 9 dB thấp hơn tín hiệu hữu ích. *Loại bỏ nhiễu kênh kân cận: đánh giá ảnh hưởng của nhiễu của một trong số các kênh lân cận. Mức công suất được sử dụng phụ thuộc vào dịch tần. Dịch tần 200 kHz nghĩa là mức công suất nhiễu được phát 9 dB cao hơn tín hiệu hữu ích. Dịch tần 400 MHz (hai kênh) nghĩa là mức công suất nhiễu được phát 41 dB cao hơn mức công suất hữu ích. Trong quá trình đo kiểm dối với TU3 có thể hoặc sử dụng không nhẩy tầnvà tín hiệu nhiễu được diều chế PRBS. Tỷ suất bit lỗi cức đại . Tỷ suất bit lỗi cực đại để đo mức nhiễu tham khảo Kiểu kênh Kiểu BER Đặc tính truyền đa tia TU3 không nhẩy tần (%) TU50 có nhẩy tần(%) TU50(%) RA250(%) SDCCH RACH TCF/F9.6 TCH/F4.8 TCH/F2.4 TCH/H4.8 TCH/H2.4 TCH/FS Loại Ia Laọi II TCH/HS FER FER BER BER BER BER BER Fẻ RBER RBER - 22,0 15,0 8,0 3,0 3,0 8,0 4,0 21. a 2,0/a 4,0 - 9,0 15,0 0,80 0,01 0,001 0,3 0,01 3,0. a 0,20/a 8,0 - 13,0 16,0 0,80 0,01 0,001 0,8 0,01 6,0. a 0,40/a 8,0 - 8,0 13,0 0,20 0,01 0,001 0,2 0,01 3,0. a 0,20/a 8,0 - * a nhận giá trị trong dải từ 1 đến 1,6 nhưng không đổi trong cùng một đặc tính truyền lan. e. Loại bỏ đáp ứng phát xạ nhiễu và chặn. Loại bỏ phát ứng xạ nhiễu và chặn là chỉ thị chất lượng của máy thu BTS để thể hiện rằng ngay cả kgi có một tín hiệu nhiễu rất mạnh (chẳng hạn nhiễu mạnh xảy ra khi anten GSM đặt gần ảten của đài phát hình) máy thu vẫn có khả năng duy trì chất lượng đường truyền vô tuyến với MS. Hai tín hiệu được đưa đến máy thu là tín hiệu điều chế GMSK và tín hiệu điều tần bởi tone 2 kHz dịch tần 100kHz. Nhẩy tần không sử dụng trong qúa trình đo. Tôt nhất là sử dụng tần số ở giữa băng tần thu. Để đánh giá chất lượng, RBER loại II ở kênh lưu lượng được đo. Suy hao điều chế giao thoa Phép đo này sử dụng nhảy tần. Ba tần số đàu, giữa và cuối băng được khảo sát độc lập. Hai tín hiệu nhiễu được sử dụng là tín hiệu điều chế GMSK mang thông tin PRBS và tín hiệu không ddược điều chế. Tín hiệu được điều chế hoạt đọng ở dịch tần tám kênh (1,6 MHz) và tín hiệu không được điều chế hoạt động ở dịch tần 4 kênh (800 kHz). Mức của tín hiệu hữu ích là 12dBmV (-101 dBm) và nhiễu là 70 dBmV (-43 dBm). Các giá trị BER yêu cầu được xác định theo bảng 3.15. Nếu hệ thống đo chỉ cho phép cung cấp hai tín hiệu: tín hiệu hữu ích và tín hiệu nhiễu được điều ché GMSK, thì phải cần thêm một bộ tạo tín hiệu để cung cấp tín hiệu không điều chế . BTS TRX ACF Bộ tạo tín hiệu 935.0 Bộ ghép định hướng Um 45 Hệ thống đo HÌNH 25. Cấu hình đo suy hao điều chế giao thoa. f. Phát xạ nhiễu từ máy thu Ở phép đo này BTS ở chế độ nhẩy tần nhưng tần số của kênh BCCH phải tắt. Phải đảm bảo rằng không nguồn tần số bên trong nào phát xạ qua anten thu ra ngoài. Không tín hioêụ nào được cấp cho máy thu. Công suất phát xạ nhiễu được đo tại ba vị trí : đầu ra anten, phát xạ tủ máy và đây nguồn. Mức phát xạ nhiễu cức đại từ máy thu Vị trí đo Băng tần Mức cực đại Các đường dẫn nguồn Phát xạ từ máy Anten 9kHz-10 Khz 10MHz-30 MHz 30MHz-1000 MHz 1GHz-12,75 GHz 9kHz-1000 MHz 1GHz-12,75 GHz 72dBmV 72dBmV -57 dBm -47 dBm -57 dBm -47 dBm III.6. Đo kiểm khi hệ thống đang hoạt động. Chức năng đo kiểm này dược thực hiện bởi hệ thống khai thác và bảo dưỡng để thực hiện quản lý sự cố và hiệu năng hoạt động của hệ thống TTDĐ. III.6.1. Quản lý sự cố. Quản lý sự cố bao gồm một tập các chức năng cho phép phát hiện, cô lập và thu thập hoạt động bất bình thường của phần tử mạng được báo cáo cho hệ thống khai thác. Quản lý hệ thống sử dụng các số liệu giám sát thu thập được tại một hay nhiều phần tử. Việc thu thập và báo cáo số liệu giám sát ddược diều kiển bởi một tập chức năng chung. Các chức năng quản lý sự cố đối với hệ thống khai thác trên giao diện phần tử mạng thực hiện viẹec duy trì, xem xét các nhật ký lỗi, định vị và theo dõi các sự cố bằng cách tiến hành kiểm tra khội chẩn. Quản lý sự cô hỗ trợ các phàử tử dịch vụ quản lý như sau: *Giám sát cảnh báo. dịch vụ này thực hiện quản lý thông tin ở môi trường tập rung về sự giảm cấp chất lượng ảnh hươngr dịch vụ. Chức năng cảnh báo được sử dụng để giám sát hay hỏi các phần tử mạng về sự kiện hay tình trạng. *Định vị hay nhận dạng sự cố. Dịch vụ này đòi hỏi hệ thống quản lý phải có khả năng xác định khối nào đang bị sự cố. Sau đó có thể thực hiện sửa chữa hay thay thế khối sự cố để phục hồi hoạt động bình thường của hẹe thống. Sửa chữa hay thay thế có thể thực hiện tự động bởi nhân viên khai thác hay hệ thống khai thác hay thay nhân công bởi nhóm sửa chữa. Bước đầu tiên là nhận dạng khối sự cố như là bộ phận phát cảnh báo hay kết quả kiểm tra. Cảnh báo và các kết quả kiểm tra phải chứa nhận dạng của khối sửa hay thay thế mỗi khi cần. Thậm chí mặc dù không thể xác định khối cần sửa hoặc cần thay thế đặc thù, vẫn cần có một danh sách các khối sự cố tiềm năng để có thể thực hiện kiểm tra bổ