Đề tài Tìm hiểu mạng thông tin di động gsm

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