Giao diện vô tuyến trong hệ thống GSM

LỜI GIỚI THIỆU ----*---- Thế kỷ 21 là thế kỷ của công nghệ thông tin. Trong đó phải kể đến “thông tin di động”, một mô hình thông tin di động ngày nay đang được sử dụng phổ biến tại các nước đã và đang phát triển đó là hệ thống GSM (Global System for Mobile Communications). GSM một thuật ngữ không còn mới mẻ trong xã hội loài người nói chung và những người đang công tác, nghiên cứu, học tập trong ngành công nghệ viễn thông nói riêng... Chúng em là những sinh viên đã và đang tìm hiểu, học tập về lĩnh vực viễn thông, sau tất cả những kiến thức được đúc kết trong quá trình học tập thì có lẽ “thông tin di động” và đặc biệt là nghiên cứu về hệ thống GSM đã cho chúng em thấy được những ích lợi của những kiến thức mà chúng em đã được học, và thấy được cách mà con người đã vận dụng những nghiên cứu sách vở vào để xây dựng một hệ thống để phục vụ lại chính những nhu cầu trong cuộc sống của con người. Tìm hiểu về giao diện vô tuyến trong hệ thống GSM là đề tài mà nhóm chúng em đã lựa chọn trong môn học chuyên đề thông tin vô tuyến, sự bỡ ngỡ cộng thêm “khả năng làm việc theo nhóm” là những khó khăn bước đầu mà chúng em gặp phải, nhưng thật may mắn chúng em đã nhận được sự định hướng chính xác và sự bảo ban của giáo viên hướng dẫn là thầy Bùi Trung Hiếu và thầy giáo Nguyễn Viết Minh, nên chúng em đã hoàn thành được đề tài của mình. Qua đây chúng em cũng xin được gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy. Do khuôn khổ của bài viết cũng như là sự còn hạn chế về kiến thức, về chưa quen với kỹ năng làm việc theo nhóm... nên không tránh khỏi những thiếu sót chúng em mong muốn nhận được những ý kiến đóng góp thêm để hoàn thiện hơn nữa về kiến thức của mình. Nhóm thực hiện Nhóm 9Mục lục -----*----- Bảng phân chia công việc ----*---- Thành viên nhóm Nhiệm vụ Hiên trạng Vũ Minh Tân (Trưởng nhóm) Mở đầu + phần I + tập hợp bài Đã hoàn thành Nguyễn Hương Tiến 2.1 + 2.2 + 2.3 phần II Đã hoàn thành Nguyễn Thị Thanh Dịu 2.4 + 2.5 phần II + kết luận Đã hoàn thành I. CÁC KÊNH VẬT LÝ CỦA GSM 1.1. Giới thiệu về mạng GSM và giao diện vô tuyến trong GSM GSM (Global System For Mobile Telecommunications) là hệ thống thông tin di động 2G được thiết kế chủ yếu cho truyền dẫn thoại. Hệ thống này sử dụng kết hợp phương pháp đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA-Time Division Multiple Access ) và phân chia theo tần số (FDMA-Frequency Division Multiple Access), trong đó mỗi trạm di động để truy nhập vào mạng được cấp phát một cặp tần số và một khe thời gian. Giao diện vô tuyến của GSM là giao diện ở giữa thuê bao di động và trạm BTS, về cơ bản nó được xây dựng trên hai loại kênh là kênh vật lý và kênh logic. MS BTS BTS OMC NMC PCS HLR/AuC PSTN ISDN PLMN Net ..... MSC/VLR DPPS SEMC BSC EIR Um Abis A BSS NSS OSS Hình 1-1. Sơ đồ cấu trúc mạng GSM MS-Trạm di động BTS-Trạm thu phát gốc BSC-Bộ điều khiển trạm gốc MSC-Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động EIR-Thanh ghi nhận dạng thiết bị VLR-Bộ ghi định vị tạm trú HLR-Bộ ghi định vị thường trú BSS-Hệ thống trạm con trạm gốc OSS- Hệ thống chuyển mạch NSS – Hệ thống mạng con NMC – Mạng quản lý trung tâm DPPS – Hệ thống xử lý dữ liệu bưu chính SEMC – Trung tâm quản lý an ninh PCS – Trung tâm thẻ SIM cá nhân OMC-Trung tâm khai thác, bảo dưỡng AuC – Trung tâm nhận thực PSTN-Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng ISDN-Mạng liên kết đa dịch vụ PLMN-Mạng di động công cộng mặt đất 1.2. Các kênh tần số được sử dụng ở GSM Phân bố tần số ở P-GSM (Primary GSM) được quy định nằm trong dải tần 890-960 MHz với bố tri các kênh tần số như sau: Phổ tần Tần số đường lên(MHz) tần số đường xuống(MHz) Số kênh P-GSM900 Fu(n) = 890 + 0,2n Fd(n) = Fu(n) +45 0 £ n £ 124 Trong đó, Fu(n) là tần số ở bán băng tần thấp dành cho đường lên. Nó bao gồm 125 kênh được đánh số từ 0 đến 124, và kênh 0 dành cho khoảng bảo vệ nên không được sử dụng, Với hệ thống GSM mở rộng (Extended GSM) có băng tần Fd(n) là tần số ở bán băng tần cao dành cho đường xuống, nó rộng thêm 10 MHz ở cả hai phía do đó mà số kênh sẽ tăng thêm 50 kênh. Và được phân bố tấn số như sau: Phổ tần Tần số đường lên tần số đường xuống Số kênh E-GSM900 Fu(n) = 890 + 0,2n Fd(n) = Fu(n) + 45 0 £ n £ 124 Fu(n) = 890 + 0,2(n-1024) 974£ n £ 1023 Các kênh bổ sung được đánh số từ 974 đến 1023 và kênh thấp nhất 974 để làm khoảng bảo vệ nên không sử dụng. Đối với hệ thống DCS-1800 có băng tần công tác 1710-1880 MHz, nó bao gồm 374 kênh đánh số từ 512 đến 885, được phân bổ tần số cho các kênh như sau: Phổ tần Tần số đường lên tần số đường xuống Số kênh DCS1800 Fu(n) =1710,2 + 0,2(n-512) Fd(n) = Fu(n) + 95 512 £ n £ 885 1.3. Tổ chức đa truy nhập kết hợp FDMA và TDMA 1.3.1. Đa truy nhập FDMA trong GSM 890 915 935 960 Đường lên Đường xuông Kênh có độ rộng 200KHz 0 2 3 4 n Khoảng cách giữa 2 kênh = 45 MHz Băng con 100KHz cho phòng vệ Băng con 100KHz cho phòng vệ Với n chạy từ 0-124 Với băng tần 25 MHz được chia thành 125 băng tần con với độ rộng băng tần là 200KHz. Trong 125 băng tần con đó thì có 124 băng tần con được dùng để tạo kênh vật lý bắt đầu từ 890,2 MHz, và một băng tần con còn lại cho phòng vệ. Hình 1-2. Phân chia FDMA trong GSM 1.3.2. Đa truy nhập TDMA trong GSM Mỗi sóng mang với độ rộng 200KHz được phân chia theo thời gian cho 8 người dùng, hay nói cách khác là 1 sóng mang sẽ được dùng cho 8 người cùng thu phát luân phiên nhau. Khe thời gian 0.577ms 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 Khung thời gian 4.615ms Thời gian mỗi khe có độ rộng 15/26ms @ 577ms, với một chu kỳ là 4,62 ms (=8x0,557ms). Hình 1-3. Phân chia TDMA trong GSM Để các thuê bao di động có thể sử dụng cùng một khe thời gian ở cả đường lên và đường xuống mà không phải thu hay phát đồng thời thì tại BTS các khung TDMA ở tất cả các kênh tần số trên đường lên và kênh tần số ở đường xuống được đồng bộ. Tuy nhiên về mặt thời gian thì khung TDMA ở đường lên sẽ trễ một khoảng thời gian cố định 3 khe so với khung TDMA đường xuống. 1.3.3. Đa truy nhập kết hợp giữa TDMA và FDMA trong GSM Mỗi một kênh tần số với băng thông 200 KHz cho phép tổ chức các khung truy nhập theo thời gian, trong đó mỗi khung bao gồm 8 khe thời gian từ TS0,TS1....,TS7. Được biểu diễn như hình vẽ 1-4 bên dưới: Khe thời gian (time slot) 0 Hình 1-4. Đa truy nhập TDMA kết hợp FDMA trong GSM 1.4. Tổ chức đa khung, siêu khung, siêu siêu khung Theo hình vẽ 1-5 ta thấy các kênh vật lý ở một kênh tần số được tổ chức theo cấu trúc khung, đa khung, siêu khung, siêu siêu khung . Một siêu siêu khung có độ dài là 3 giờ 28 phút 53 giây 760 ms. Các khung TDMA được đánh số FN (Frame Number) trong siêu siêu khung từ 0 đến 2 715 647, và được chia thành 2048 siêu khung, mỗi siêu khung có độ dài là 6,12 giây. Và tiếp tục được chia thành các đa khung. Có hai loại đa khung là: Đa khung 26 khung có độ dài 120 ms và chứa 26 khung, các đa khung này được sử dụng cho các kênh TCH, SACCH và FACCH. Đa khung 51 khung có độ dài 235,4ms và chứa 51 khung TDMA, đa khung này sử dụng cho các kênh BCCH, CCCH và SACCH. 1 siêu siêu khung = 2048 siêu khung = 2715648 khung TDMA (3h28m53s760ms) 0 1 2 3 4 5 6 7 0 24 25 2 0 1 2 48 49 50 47 3 1 đa khung = 51 khung TDMA (3060/13ms) 1 siêu khung = 1326 khung TDMA (6.12s) 0 1 24 25 0 1 49 50 1 đa khung = 26 khung TDMA (120ms) 1 khung TDMA = 8 khe thời gian (120/26 = 4.615ms) 0 1 2 3 2044 2045 2046 2047 Tương ứng với 1 cụm Hình 1-5. Tổ chức khung trong GSM 1.5. Cấu trúc cụm Cụm là khuân mẫu tin tức ở mỗi khe thời gian, và cũng là khái niệm trung gian giữa kênh vật lý và kênh logic, cụm bao gồm 5 loại được trình bày bên dưới. Cụm bình thường (NB: Normal Burst) Cụm NB được dùng để truyền tải dữ liệu người dùng và các kiểm tra, tương ứng với kênh lưu lượng ở TCH, và được dùng cho cả đường lên và đường xuống. Cụm này có cấu trúc bao gồm 114 bit dữ liệu bao gồm dữ liệu người dùng và thông tin điều khiển để chống lỗi trong mã hoá kênh, bit đuôi T(0,0,0) có ở 2 đầu, 2 bit cờ lấy nén S chỉ khi có dữ liệu báo hiệu chiếm dữ liệu người dùng thì S là 1 còn bình thường S là 0, xảy ra khi có quá trình chuyển giao, 26 bit hướng dẫn dùng để máy thu có thể thu tối ưu và khoảng thời gian bảo vệ có độ rộng bằng 8,25 bit, là khoảng thời gian tăng xườn xung. Được thể hiện ở hình vẽ bên dưới với các ký hiệu: TB là bit đuôi ; F là cờ lấy trộm và GP là đoạn bảo vệ 0 1 2 3 4 5 6 7 1 khung TDMA = 8 khe thời gian (120/26 = 4.615ms) TB 3 57 bit được mật mã hoá F 1 Chuỗi hướng dẫn 26 bit GP 8.25 F 1 57 bit được mật mã hoá TB 3 Hình 1-6. Cụm bình thường 1.5.2. Cụm hiệu chỉnh tần số (FB: Frequency Correction Burst) TB 3 GP 8.25 142 bit cố định “0” TB 3 0.577ms (156.25 bit) Cụm FB là khuân mẫu tin tức dành cho kênh logic FCCH, dùng để hiệu chỉnh tần số của MS theo tiêu chuẩn của hệ thống. Cụm chứa 142 bit cố định bằng 0 để tạo ra dịch tần số +67,7 kHz trên tần số tiêu chuẩn, ba bit đuôi (0,0,0) đầu và cuối và khoảng bảo vệ 8,25 bit. Hình 1-7. Cụm hiệu chỉnh tần số Cụm đồng bộ (SB: Synchronization Burst) Cụm này là khuân mẫu tin tức dành cho kênh logic SCH và được sử dụng để đồng bộ thời gian cho trạm di động. Cụm chứa 78 bit được mật mã hoá để mang thông tin về số khung của TDMA và BSIC, ba bit đuôi đầu và cuối, chuỗi hướng dẫn kéo dài 64 bit và khoảng bảo vệ 8,25 bit. TB 3 39 bit được mật mã hoá Chuỗi dẫn hướng 64 bit GP 8.25 39 bit được mật mã hoá TB 3 0.577ms (156.25 bit) Hình 1-8. Cụm đồng bộ Cụm truy nhập (AB: Access Burst) Cụm AB được sử dụng để truy nhập mạng và truy nhập chuyển giao (dành cho đường lên). Cụm chứa 36 bit thông tin được mã hoá, 41 bit đồng bộ, ba bit đuôi (0,0,0) đầu và cuối và khoảng bảo vệ 68,25 bit. Lý do cần khoảng bảo vệ dài vì khi MS truy nhập lần đầu nó không biết đinh trước thời gian, khoảng này dành cho khoảng cách 35km. AB được sử dụng cho RACH và TCH. TB 3 Chuỗi đồng bộ 41 bit GP 68.25 Các bit được mật mã 36 bit TB 3 0.577ms (156.25 bit) Hình 1-9. Cụm truy nhập Cụm giả (DB: Dummy Burst) TB 3 58 bit tổ hợp Chuỗi hướng dẫn 26 bit GP 8.25 58 bit tổ hợp TB 3 0.577ms (156.25 bit) Hình 1-10. Cụm giả Cụm giả (cụm bù nhìn) là cụm không mang tin tức và được phát đi từ BTS trong một số trường hợp như là dùng để chống nhiễu khi không có dữ liệu phát hoặc phục vụ cho việc đo lường... Cụm có cấu trúc giống như NB nhưng các bit mật mã được thay thế bằng các bit hỗn hợp. II. CÁC KÊNH LOGIC CỦA GSM 2.1. Tổng kết các kênh logic Tổng kết các kênh logic ở giao diện vô tuyến được cho ở hình 2-1 Hình 2-1. Tổng kết các kênh logic của GSM Kí hiệu: Logical Channel: kênh logic; TCH (Traffic Channel): kênh lưu lượng; CCH (Control Channel): Kênh điều khiển; BCH (Broadcast Channel): kênh quảng bá; CCCH (Common Control Channel): kênh điều khiển chung; DCCH (Dedicated Control Channel): kênh điều khiển riểng; FR (Full Rate): Toàn tốc; HR(Half Rate): Bán tốc; BCCH (Broadcast Control Channel): Kênh điều khiển quảng bá; FCCH (Frequency Correction Channel): Kênh hiệu chỉnh tần số; SCH (Synchronization Channel): Kênh đồng bộ; PCH (Paging Channel): Kênh tìm gọi; AGCH (Access Grant Control Channel): Kênh cho phép truy nhập; RACH (Random Access Channel): Kênh truy nhập ngẫu nhiên; SDCCH (Stand Alone Dedicated Control Channel): Kênh điều khiển riêng đứng một mình; SACCH (Slow Associated Control Channel): Kênh điều khiển liên kết chậm; FCCH (Fast Assciated Control Channel): Kênh điều khiển liên kết nhanh. Ký hiệu cho đường xuống ( đường từ BTS đến MS) Ký hiệu cho đường lên ( đường từ MS đên BTS) Ký hiệu cho đường 2 chiều Các kênh lôgic được đặc trưng bởi thông tin truyền giữa BTS và MS. Các kênh lôgic này được đặt vào các kênh vật lý được xét ở trên. Có thể chia các kênh lôgic thành hai loại tổng quát: các kênh lưu lượng (TCH: Traffic Channel) và các kênh báo hiệu điều khiển (CCH: Control Channel). Dưới đây ta trình bày tóm tắt vai trò của các kênh logic. 2.2. Kênh lưu lượng (TCH) Các kênh lưu lượng gồm hai loại được định nghĩa như sau: + Tiếng thoại: chia làm 2 kênh: - Bm hay TCH toàn tốc (TCH/F – Traffic Channel at Fullrate), kênh này mang thông tin tiếng hoặc số liệu ở tốc độ khoảng 13 Kbit/s. - Lm hay TCH bán tốc (TCH/H – Traffic Channel at Halfrate), kênh này mang thông tin tiếng hoặc số liệu ở tốc độ vào khoảng 6,5 Kbit/s. + Số liệu: chia làm 3 tốc độ: - Tốc độ 12kbit/s (cho tốc độ luồng cơ sở 9600bit/s). - Tốc độ 6kbit/s (cho tốc độ luồng cơ sở 4800bit/s). - Tốc độ 3,6 kbit/s (cho tốc độ luồng cơ sở ≤ 2400bit/s). 2.3. Kênh điều khiển (CCH) Các kênh điều khiển được chia thành ba loại: • Các kênh quảng bá (BCH: Broadcast Channel) • Kênh điều khiển chung (CCCH: Common Control Channel) • Kênh điều khiển riêng (DCCH: Dedicated Control Channel) Các kênh điều khiển được mô tả dưới đây: 2.3.1. Kênh quảng bá (BCH) BCH= FCCH + SCH + BCCH BCH Gồm 3 kênh như sau: • Các kênh hiệu chỉnh tần số (FCCH: Frequency Correction Channel): Các kênh này mang thông tin hiệu chỉnh tần số cho các trạm MS. FCCH chỉ được sử dụng ở đường xuống. • Kênh đồng bộ (SCH: Synchronization Channel): Kênh này mang thông tin để đồng bộ khung cho trạm di động MS và nhận dạng BTS. SCH chỉ sử dụng cho đường xuống. • Kênh điều khiển quảng bá (BCCH: Broadcasting Control Channel): Kênh này phát quảng bá các thông tin chung, cung cấp các tin tức như: Mã vùng định vị LAC (Location Area Code) ,mã mạng di động MNC (Mobile Net wok Code) tin tức về tần số của các ô (Cell) lân cận, thông số dải quạt của Cell và các thông số phục vụ truy nhập.Các bản tin này được gọi là thông tin hệ thống. BCCH chỉ sử dụng cho đường xuống. 2.3.2. Các kênh điều khiển chung (CCCH: Common Control Channel) Đây là kênh thiết lập sự truyền thông giữa trạm BTS và trạm di động MS. Nó bao gồm: CCCH= PCH + RACH + AGCH CCCH gồm 3 kênh như sau: • Kênh tìm gọi (PCH: Paging Channel): kênh này được sử dụng cho đường xuống để tìm gọi thuê bao động MS. • Kênh truy nhập ngẫu nhiên (RACH: Random Access Channel): đây là kênh hướng lên, được MS sử dụng để yêu cầu được dành một kênh SDCCH (Kênh điểu khiển riêng đứng một mình). Yêu cầu này thể hiện trong bản tin đầu của MS gửi đến BTS trong quá trình một cuộc liên lạc.Kênh này thường được dùng để trả lời kênh PCH. • Kênh cho phép truy nhập (AGCH: Access Grant Channel): kênh này chỉ được sử dụng ở đường xuống để chỉ định một kênh SDCCH cho MS để thực hiện một kênh lưu lượng TCH và kênh DCCH cho thuê bao. AGCH được dùng để trả lời kênh RACH. 2.3.3. Các kênh điều khiển riêng (DCCH: Dedicated Control Channel) Kênh này dùng cả ở hướng lên và hướng xuống, dùng để trao đổi bản tin báo hiệu, phục vụ cập nhật vị trí, đăng kí và thiết lập cuộc gọi, phục vụ bảo dưỡng kênh. DCCH gồm có 3 kênh: • Kênh điều khiển riêng đứng một mình (SDCCH: Stand Alone Dedicated Control Channel): Kênh này chỉ được sử dụng dành riêng cho báo hiệu với một MS. SDCCH được sử dụng cho các thủ tục được cập nhật và trong quá trình thiết lập cuộc gọi trước khi ấn định kênh TCH. SDCCH được sử dụng cho cả đường xuống lẫn đường lên. • Kênh điều khiển liên kết chậm (SACCH: Slow Associated Control Channel): kênh này liên kết với một TCH hay một SDCCH. Đây là một kênh số liệu hoạt động liên tục trong suốt cuộc liên lạc để mang các thông tin liên tục như: các bản báo cáo đo lường, định trước thời gian và điều khiển công suất. SACCH được sử dụng cho cả đường lên lẫn đường xuống. • Kênh điều khiển liên kết nhanh (FACCH: Fast Associated Control Channel): kênh này liên kết với một TCH. FACCH làm việc ở chế độ lấy cắp hoạt động bằng cách lấy lên một khung FACCH được dùng để chuyển giao cell, nói cách khác FACCH thay đổi lưu lượng tiếng, số liệu bằng báo hiệu. 2.3.4. Kênh quảng bá ô (CBCH: Cell Broadcasting Channel) Kênh CBCH (không có trên hình vẽ 2-1) chỉ được sử dụng ở đường xuống để phát quảng bá ô cho các bản tin ngắn (SMSCB: Short Message Service Cell Broadcast) cho các tế bào CBCH sử dụng cùng kênh vật lý như kênh SDCCH.. 2.3.5. Thí dụ về thiết lập kết nối cho cuộc gọi vào RR: Radio Resource: tài nguyên vô tuyến; CM: Call Management: quản lý cuộc gọi Hình 2-2. Thí dụ về sử dụng các kênh logic cho báo hiệu thiết lập cuộc gọi vào. Hình vẽ 2-2 cho thấy thí dụ thiết lập kết nối cho cuộc gọi vào với việc sử dụng các kênh logic khác nhau. 1. MS thâm nhập mạng ở kênh RACH cùng với yêu cầu một kênh điều khiển dành riêng. Mạng trả lời MS ở kênh AGCH bằng ấn định kênh SDCCH. 2. MS yêu cầu một dịch vụ CM (chẳng hạn kết nối chuyển mạch theo mạch, tích cực dịch vụ bổ xung, truyền bản tin ngắn) ở SDCCH được ấn định. Bản sao “Yêu cầu dịch vụ CM” được BTS gửi trả lại MS theo nguyên lý phân giải xung đột để tránh trường hợp khi nhiều MS cùng phát yêu cầu dịch vụ trên cùng một kênh SDCCH. 3. Trước khi tiếp nhận yêu cầu dịch vụ mạng có thể khởi đầu nhận thực MS. 4. sau khi nhận thực thành công, mạng khởi đầu mật mã hóa đường vô tuyến (chỉ khi cần thiết lập một kết nối mới) và thiết lập trên kênh SDCCH. Lệnh chế độ mật mã hóa đồng thời cũng là sự chấp nhận yêu cầu dịch vụ từ phía MS. 5. Bản tin “Lệnh ấn định” được phát trên kênh FACCH ấn định một kênh TCH cho MS. MS phát kênh FACCH để công nhận đã nhận được kênh này. Bây giờ MS có thể bắt đầu báo hiệu điều khiển cuộc gọi thông thường như ta đã biết ở ISDN. Mạng (MSC) kiểm tra ở VLR xem MS có đăng ký dịch vụ mà nó yêu cầu ở “thiết lập” trước khi chấp thuận cuộc gọi (bằng “Đang tiến hành gọi”). Cấp phát kênh TCH có thể sớm hoặc muộn.. 2.4. Các tổ hợp kênh Theo khuyến nghị GSM chỉ được phép tổ hợp một số kênh nhất định. Tổ hợp các kênh vật lý cơ sở như sau (các chữ số trong ngoặc biểu thị số của các kênh con): a) TCH/F + FACCH/F + SACCH/TF b) TCH/H(0,1) + FACCH/H(0,1) + SACCH/H(0,1) c) TCH/H(0) + FACCH/H(0) + SACCH/H(0) + TCH/H(1) d) FCCH + SCH + BCCH + CCCH e) FCCH + SCH + BCCH + CCCH + SDCCH/4(0...3) + SACCH/C4(0..3) f/) BCCH + CCCH l) SDCCH/8(0..7) + SACCH/C8(0..7) trong đó: CCCH = PCH + AGCH + RACH T=TCH C=CCH SACCH/T nghĩa là kênh liên kết với kênh lưu lượng TCH SACCH/C nghĩa là kênh liên kết với kênh điều khiển. Khi SMSCB được cung cấp, CBCH sẽ thay thế kênh con 2 của SDCCH trong các trường hợp (e) và (l). Chỉ có thể sử dụng tổ hợp CCCH/ SDCCH (trường hợp e) khi không có kênh CCCH nào khác được sử dụng. Sự khác nhau giữa các tổ hợp kênh (b) và (c) liên quan đến hai loại MS khác nhau (kênh Lm+Bm). Trong tổ hợp (b) MS chỉ sử dụng một kênh lưu lượng, còn trong tổ hợp (c) một MS sử dụng cả hai kênh lưu lượng (kênh Lm+Dm) 2. 5. Sắp xếp các kênh logic lên các kênh vật lý Xét một BTS với n sóng mang (Co,…,Cn), mỗi sóng mang có 8 khe thời gian Ts. Với Co đường xuống, Tso được dùng chỉ định sắp xếp các kênh điều khiển. TSo ở sóng mang Co, đường lên xuống là các kênh FCCH, SCH và BCCH. TSo được gọi là các kênh điều khiển logic, chu kỳ lặp lại là 51 Ts. Đối với TS1 được sử dụng để sắp xếp các kênh điều khiển dành riêng lên các kênh vật lý, do tốc đọ bit trong quá trình thiết lập cuộc gọi và đăng ký khá thấp nên có thể 8 SDCCH ở một TS1 thì sử dụng TS hiệu quả hơn. Ở TS1 thông tin của khe sẽ được sử dụng cho các kênh lưu thông TCH, TS1 gọi là các kênh điều khiển logic với chu kỳ lặp lại là 102 Ts. TS2-TS7 gọi là kênh thông tin lưu thông logic với chu kỳ lặp lại là 26 TS. Trong phần này ta sẽ xét một số trường hợp sắp xếp điển hình. 2.5.1. Sắp xếp tổ hợp (d) (FCCH+SCH+BCCH+CCCH) Để hiểu được cách sắp xếp tổ hợp (d), ta xét kịch bản sau. Giả sử trong một ô ta sử dụng ba kênh tần số với các ký hiệu C0, C1 và C2. Vì mỗi kênh tần số cho phép truyền 8 khe thời gian khác nhau, nên tổng số kênh GSM sẽ là: 8x3=24. Trong số 24 kênh này ta sẽ sử dụng TS0 trên kênh C0 để truyền tổ hợp (d). Sắp xếp tổ hợp (d) lên kênh vật lý trong trường hợp này được cho trên hình vẽ dưới. Chu kỳ lặp của ghép kênh là 51 khung TDMA , trong đó ở mỗi khung chỉ có khe TS0 được sử dụng MS sẽ tìm kênh hiệu chỉnh tần số FCCH. Khi tìm được kênh này nó biết được đây là khe thời gian 0. Lưu ý rằng C0 mang BCCH của một ô không nhất thiết phải bằng tần số C0 ở ô khác, C0 chỉ để ký hiệu kênh tần số mang BCCH ở một ô. C0 cũng không nhất thiết có tần số nhỏ nhất được sử dụng ở ô. Hình 2-3. Sắp xếp tổ hợp (d) lên khe TS0 của kênh vô tuyến C0 Ở đường xuống BTS phải phát ở tất cả các khe thời gian của tất cả các khung TDMA của C0 để MS có thể đo được cường độ trường từ BTS và quyết định nhập mạng ở BTS nào hoặc chuyển sang BTS nào. Để đạt được điều này khuyến nghi GSM cho phép sử dụng các cụm tìm gọi giả và các cụm giả. CCCH được thay thế bằng các cụm tìm gọi giả khi không phát tìm gọi và các cụm giả với các bit định trước được đặt vào tất cả các khe thời gian rỗng. FCCH, SCH, BCCH luôn luôn được phát đi ở các khung tương ứng. TS0 ở đường lên của C0 không chứa các kênh trên. MS sử dụng khe này để truy nhập. Vậy chỉ có RACCH được sử dụng khe thời gian này của C0. Do các khe C dùng chung cho cả PCH và AGCH vì thế phải có cơ chế để phân giải xung đột cho các các kênh này. Chẳng hạn ta có thể dành riêng một C cho kênh AGCH, còn các C còn lại dùng chung cho PCH và AGCH nhưng ưu tiên cho PCH. Các kênh PCH được chia thành các nhóm tìm gọi. Nỗi MS trực thuộc một nhóm tìm gọi. BCCH phát số các đa khung (51 khung) giữa các nhóm tìm gọi. Dựa trên thông tin này MS sẽ tính toán khe thời gian CCCH mà nó đợi tìm gọi và chỉ chờ khe thời gian này mà thôi. Trong các khoảng thời gian còn lại MS nghỉ. 2.5.2. Sắp xếp tổ hợp (l) ( SDCCH+ SACCH) Để hiểu được cách sắp xếp tổ hợp (l) ta sử dụng giả đinh giống như đã xét trong phấn trên nhưng trong trường hợp này ta dành khe TS1 của C0 để truyền tổ hợp (l). Sắp xếp tổ hợp (l) lên kênh vật lý được cho trên hình sau: Hình 2-4. Sắp xếp tổ hợp (l) lên khe TS1 của kênh tần số C0 Trong trường hợp mặc định tổ hợp này được đặt ở TS1 của C0. Vì tốc độ bit trong khi đăng ký và thiết lập cuộc gọi khá chậm, nên có thể cho phép 8 MS chia sẻ một khe thời gian cho báo hiệu, nghĩa là sắp xếp 8 SDCCH trên một khe thời gian để sử dụng kênh vật lý hiệu quả hơn. 8 kênh này được gọi là các kênh con. Bốn TS1 đầu ở cấu trúc đa khung 51 được sử dụng để báo hiệu cho MS thứ nhất, 4 TS1 tiếp theo cho báo hiệu MS thứ hai ... . Cấu trúc này được lặp lại định kỳ trên 102 khung TDMA. Lưu ý rằng đường lên và đường xuống dịch nhau về thời gian, để kênh con SDCCH số 0 ở đường xuống được phát ở các khung 0-3 còn ở đường lên ở các khung 15-18. Nhờ vậy MS có đủ thời gian để tính toán trả lời cho SDCCH đường xuống. 2.5.3. Sắp xếp tổ hợp (a) (TCH/F + FACCH/F + SACCH/TF) Để hiểu được cách sắp xếp tổ hợp (a) ta tiếp tục sử dụng giả định đã xét trong các phần trên, trong đó các khe thời gian TS0, TS1 của C0 được dành cho các kênh lôgic điều khiển, chỉ còn lại các khe TS2 đến TS7 được dành cho các kênh lưu lượng C0 và các tất cả các khe TS trên C1, C2 (tổng số 22 khe) được sử dụng để truyền tổ hợp (a). Sắp xếp tổ hợp (a) lên TS2 của C0 được cho trên hình dưới . Trên hình này ta thấy chu kỳ lặp là 26 khung/120ms. Hình 2-5. Sắp xếp tổ hợp (a) lên khe TS2 của kênh tần số C0 FACCH cũng được sử dụng cùng với kênh lưu lượng nhưng nó làm việc ở chế độ lấy cắp và khi này tiếng được thay thế bằng báo hiệu. 2.5.4. Một số cấu hình BTS Dưới đây ta sẽ xét một số cấu hình BTS sử dụng các tổ hợp kênh logic khác nhau, trong đó TRX ký hiệu cho tổ hợp phát thu. + BTS dung lượng nhỏ (3xTRX): -TS0: tổ hơp (e): FCCH+SCH+BCCH+CCCH+SDCCH/4(0..3) +SACCH/C4(0..3) - TS1 đến TS7: tổ hợp (a): TCH/F+FACCH/F+SACCH/TF. + BTS dung lượng trung bình ( 4xTRX chẳng hạn) - TS0/C0 : tổ hợp (d): FCCH+SCH+BCCH+CCCH - TS1/Co : tổ hợp (l): SDCCH/8(0..7)+SACCH/C8(0..7). - 6xTS/C0 + 8xTSx3/C1,C2,C3 : 32 tổ hợp (a): TCH/F+FACCH/F+SACCH/TF + BTS dung lượng cao ( chẳng hạn 12xTRX) - TS0/C0: tổ hợp(a): FCCH+SCH+BCCH+CCCH - TS1,TS3/C0 : tổ hợp (l): SDCCH/8(0..7)+SACCH/C8(0..7) - TS2,TS4/C0 : tổ hợp (f): BCCH+CCCH - 3xTS/C0 + 8xTSx11/C1-11 : 91 tổ hợp (a): TCH/F+FACCH/F+SACCH/TF Kết luận ----*----*---- Lời đầu tiên chúng em muốn gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy Bùi Trung Hiếu và thầy Nguyễn Viết Minh đã hướng dẫn và tạo điều kiện giúp đỡ chúng em hoàn thành đề tài này! Sau khi nghiên cứu xong đề tài này chúng em đã phần nào hiểu được về giao diện vô tuyến trong thông tin di động, để chúng em có cơ sở tìm hiểu, nghiên cứu thêm về giao diện vô tuyến trong các mạng thông tin di động tiếp theo đó là mạng GPRS, 3G, 4G... Một suy nghĩ chung trong mỗi chúng em sau khi thực hiện đề tài này là chúng em đều nhận thấy rằng hiện giờ chúng em còn rất nhiều vấn đề cần được tìm hiểu, cần tự mình coi đó là một đề tài và bắt buộc phải hoàn thành, chỉ có như vậy thì khi ra trường chúng em mới có đủ năng lực để tiếp cận với công việc. Vì thời gian làm đề tài có hạn và còn hạn chế về kiến thức... nên không tránh khỏi những thiếu sót chúng em mong muốn nhận được những ý kiến đóng góp thêm để hoàn thiện hơn nữa về kiến thức của mình. Một lần nữa chúng em xin chân thành cảm ơn! Hà nội, ngày 09 tháng 12 năm 2009 Nhóm thực hiện đề tài Danh mục hình vẽ -----*----*---- Hình 1-1. Sơ đồ cấu trúc mạng GSM Hình 1-2. Phân chia FDMA trong GSM Hình 1-3. Phân chia TDMA trong GSM Hình 1-4. Đa truy nhập TDMA kết hợp FDMA trong GSM Hình 1-5. Tổ chức khung trong GSM Hình 1-6. Cụm bình thường Hình 1-7. Cụm hiệu chỉnh tần số Hình 1-8. Cụm đồng bộ Hình 1-9. Cụm truy nhập Hình 1-10. Cụm giả Hình 2-1. Tổng kết các kênh logic của GSM Hình 2-2. Thí dụ về sử dụng các kênh logic cho báo hiệu thiết lập cuộc gọi vào. Hình 2-3. Sắp xếp tổ hợp (d) lên khe TS0 của kênh vô tuyến C0 Hình 2-4. Sắp xếp tổ hợp (l) lên khe TS1 của kênh tần số C0 Hình 2-5. Sắp xếp tổ hợp (a) lên khe TS2 của kênh tần số C0 Thuật ngữ viết tắt -----*----*---- MS (Mobile Station) Trạm di động. BTS (Base Sransceiver Station) Trạm thu phát gốc. BSC (Base Station Controller) Bộ điều khiển trạm gốc. MSC (Mobile Switching Centre) Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động. EIR (Equipment Identity Register) Thanh ghi nhận dạng thiết bị. VLR (Visitor Location Register) Bộ ghi định vị tạm trú. HLR (Home Location Register) Bộ ghi định vị thường trú. BSS ( Base Station Subsystem ) Hệ thống trạm con trạm gốc OMC (Operations and Maintenance Centre) Trung tâm khai thác và bảo dưỡng. NSS (Network Subsystem) Hệ thống mạng con. NMC (Network Management Center) Mạng quản lý trung tâm DPPS (Data Post Processing System) Hệ thống xử lý dữ liệu bưu chính. SEMC ( Security Management Center) Trung tâm quản lý an ninh. PCS (SIM card Personalization Center) Trung tâm thẻ SIM cá nhân PSTN (Public Switched Telephone Network) Mạng chuyển mạch thoại công cộng. ISDN (Integrated Services Digital Network) Mạng liên kết đa dịch vụ. PLMN (Public Land Mobile Network) Mạng di động công cộng mặt đất. TCH (Traffic Channel) kênh lưu lượng. CCH (Control Channel) Kênh điều khiển. BCH (Broadcast Channel) kênh quảng bá. CCCH (Common Control Channel) kênh điều khiển chung. DCCH (Dedicated Control Channel) kênh điều khiển riểng. FR (Full Rate) Toàn tốc. HR(Half Rate) Bán tốc. BCCH (Broadcast Control Channel) Kênh điều khiển quảng bá. FCCH (Frequency Correction Channel). Kênh hiệu chỉnh tần số. SCH (Synchronization Channel) Kênh đồng bộ. PCH (Paging Channel) Kênh tìm gọi. AGCH (Access Grant Control Channel) Kênh cho phép truy nhập. RACH (Random Access Channel) Kênh truy nhập ngẫu nhiên. SDCCH (Stand Alone Dedicated Control Channel) Kênh điều khiển riêng đứng một mình. SACCH (Slow Associated Control Channel) Kênh điều khiển liên kết chậm; FCCH (Fast Assciated Control Channel) Kênh điều khiển liên kết nhanh. Tài liệu tham khảo -----*----*---- 1, Giáo trình THÔNG TIN DI ĐỘNG-Biên soạn: TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng-Nhà xuất bản bưu điện-2002 2, Giáo trình THÔNG TIN DI ĐỘNG-Biên soạn: TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng-Nhà xuất bản bưu điện-2007 3, GSM SYSTEM OVERVIEW-AIRCOM International 2002 4, GSM TECHNOLOGY FOR ENGINEERS-AIRCOM International 2002 5, SIEMENS Introduction GSM/DCS Program 6, Web-Based Training GSM Basics Program-by Business Interactive 7, GSM Switching, Services and Protocols –Second Edition: Wiley & Sons LTD 8, GSM, GPRS and EDGE performance – Second Edition: Wiley & Sons, LTD