Nghiên cứu mạng thông tin di động GSM

với sự nghiên cứu của bản thân. Em đã hoàn thành đồ án này Đồ án này bao gồm ba phần : Phần 1 : Tổng quan hệ thống thông tin di động GSM. Phần 2 : Quy hoạch cell cho mạng GSM. Phân 3 : Các giải pháp mở rộng mạng. Đồ án nghiên cứu về mạng thông tin di động GSM ở mức tổng quan nên không thể tránh được những thiếu sót. Rất mong nhận được sự góp ý của các Thây Cô giáo để đồ án em được hoàn thiện hơn. Phần 1 Tổng quan hệ thống thông tin di động GSM Chương 1 Giới thiệu mạng thông tin di động GSM 1.1. Lịch sử quá trình phát triển nghành thông tin di động GSM Ngày nay công nghệ viễn thông đang có những bước phát triển vô cùng to lớn. Cùng với các nghành khoa học khác, công nghệ viễn thông đã đem đến cho con người những ứng dụng quan trọng trong tất cả các nghành, các lĩnh vực của đời sống như : kinh tế, giáo dục, y học, quảng bá, xã hội ... và thoả mãn nhu cầu ngày càng cao của con người. Thông tin di động là một dịch vụ thông tin đặc biệt, nó cho phép người ta trao đổi thông tin ngay cả khi đang di chuyển. Ngoài ra nó còn nhiều tiện ích khác mà thông tin khác không có.Vì vậy nhu cầu về thông tin di động trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết. Nó chiếm số phần trăm lớn và không ngừng tăng trong toàn bộ các thuê bao trên thế giới. Từ khi ra đời vào những năm 60 với hệ thống thông tin tương tự sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số (TDMA) và đến những năm 80 đã xuất hiện hệ thống thông tin số với kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian ( TDMA ) tuy nhiên các hệ thống này không tương thích với nhau. Nên thông tin di động chỉ bó hẹp trong từng từng vùng, quốc gia. Đồng thời việc nâng cấp gặp khó khăn. Trước tình hình đó tháng 9/1987 trong hội nghị Châu Âu về bưu chính viễn thông 17 quốc gia Châu Âu đã ký một biên bản ghi nhớ làm nền tảng cho mạng thông tin di động số toàn Châu Âu. Năm 1988 viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu ( ETSI: Euroupe TeleCommunication Standard Intiute ). Đã thành lập nhóm chuyên trách về dịch vụ thông tin di động GSM - Group Spesial Mobile hoặc Golbal System for Mobile Telecommunication - Hệ thống thông tin di động toàn cầu. Nhóm này đã đưa ra các tiêu chuẩn thống nhất cho thông tin di động toàn cầu. Nhóm này đưa ra các tiêu chuẩn viễn thông khác trên thế giới. Các hệ thống của thông tin di động : Thế hệ 1G ra đời trong những năm 1970 - Tế bào vô tuyến tương tự Thế hệ 2G ra đời trong những năm 1980 - Tế bào số GSM-IS - 54 - Thế hệ 3G bắt đầu ở thế kỷ 21 với sự ra đời của tiêu chuẩn IMT 2000 tốc độ cao nhất đạt 2M đáp ứng các nhu cầu đa phương tiện . - Thế hệ 4G và 5G dự định trong tương lai với tốc độ cao truy nhập băng rộng Hiện nay thông tin di động ở Việt Nam bắt đầu với thế hệ thứ 2G và hiện tại đang sử dụng thế hệ 3G là CDMA2000, WCDMA trong đó WCDMA được phát triển từ GSM(2G) còn CDMA được phát triển từ CDMA one (IS95). 1.2. Các đặc tính của thông tin di động GSM Đưa ra nhiều tiện ích và dịch vụ cho các thông tin thoại lẫn truyền số liệu Có sự tương thích của các mạng khác như ISDN, PSDN... qua các giao diện chung một hệ thống GSM quốc gia có thể cho nhập mạng và quản lý mọi máy thuê bao di động tiêu chuẩn GSM. Tự động định vị và cập nhật vị trí cho mọi thuê bao di động. Sử dụng băng tần 900 MHz với hiệu quả cao bởi sự kết hợp giữa hai phương tiện TDMA và FDMA. Chuyển khả nhanh hơn hẳn hệ thống hữu tuyến. Mạng có khả năng mở rộng dung lượng nhờ việc sử dụng lại tần số và kỹ thuật phân chia Cell. Thiết bị di động gọn nhẹ ... 1.3. Các dịch vụ của mạng thông tin di động GSM. 1.3.1.Dịch vụ thoại . Là dịch vụ quan trọng nhất của GSM. Dịch vụ cho phép nối cuộc gọi thoại hai hướng giữa thuê bao GSM bất kỳ với thuê bao thoại khác qua một mạng chính với sự phát triển của mạng đa dịch vụ. Các dịch vụ thoại : Chuyển hướng cuộc gọi vô điều kiện. Chuyển hướng cuộc gọi khi thuê bao di động bận. Chuyển giao cuộc gọi. Dịch vụ ba phía. Thông báo cước phí. Nhận dạng số chủ gọi. Voicemail . . . 1.3.2.Các dịch vụ số liệu . Chuyển dẫn số liệu. Dịch vụ thông báo ngắn. Phát quảng bá trong ô. 1.4. Sử dụng tần số . Hệ thống vô tuyến GSM sử dụng băng tần cơ sở 90 MHz . Ngoài ra còn có băng tần GSM mở rộng và băng tần DCS ( Digital Cellular System ). Với GSM : Băng tần 890 - 960 MHz được chia làm hai phần : Băng tần lên (UplinBk band ) : với giải tần từ 890 - 915 MHz cho các kênh vô tuyến từ trạm di động đến hệ thống trạm gốc. Băng tần lên chọn giải tần thấp thì suy hao ít hơn tần cao.Trong khi BTS có thể phát cao được nhưng MS thì khó khăn hơn do yêu cầu về kích thước và năng lượng hạn chế. Băng tần xuống ( Dowlink band ) : với giải tần từ 935 - 960 MHz cho các kênh vô tuyến từ BTS đến MS. Như vậy hai băng tần này có độ rộng 25 MHz. Trong GSM 25 MHz này được chia làm 124 sóng mang ( RF ), các sóng mang gần nhau cách nhau 200 KHz. Mỗi kênh sử dụng hai tần số riêng biệt. Một được dùng cho tuyến lên và một được dùng cho tuyến xuống. Các kênh này được gọi là kênh song công. Khoảng cách giữa chúng là 45 MHz được gọi là khoảng cách song công. Kênh vô tuyến mang 8 khe thời gian TDMA mỗi khe là một kênh vât lý trao đổi thông tin di động giữa mạng và trạm di động. TX RX CU 45 MHz TX : Máy phát RX : Máy thu CU : Khối điều khiển Hình 1. Băng tần ở trên gọi là băng tần cơ sở. Ngoài ra còn có băng tần GSM mở rộng và băng tần DCS (Digital Cellular System). Độ rộng băng tần lên, băng tần xuống, dải tần số sóng mang được minh hoại như hình dưới đây. 1805 MHz Băng tần GSM cơ bản (2*25 MHz – 124 sóng mang) 200 KHz KHzKHz Băng GSM mở rộng Băng DSC 960 MHz 960 MHz 1880 MHz 935 MHz 927 MHz Băng tần xuống (downlink band) Hình 2: Dải tần số sóng mang xuống Băng tần Lên (uplink band) Băng tần GSM cơ bản (2*25 MHz – 124 sóng mang) 200 KHz Băng GSM mở rộng Băng DSC 915 MHz 915 MHz 1785 MHz 890 MHz 882 MHz 1710 MHz Hình 3. Dải tần số sóng mang lên Để sử dụng triệt để băng tần, GSM đưa ra khái niệm sử dụng lại tần số. Băng tần sẵn có được chia thành 124 tần số song công, các tần số này được chia thành các nhóm tần số và được ấn định cho một vùng nào đó bao gồm nhiều trạm BTS. Các mẫu tần số này có thể đem cho một vùng bên cạnh mà không gây ra hiện tượng nhiễu giao thoa đồng kênh khi khoảng cách giữa hai hai BTS sử dụng cùng chung một tần số đủ lớn, do vậy tuỳ thuộc vào anten vô hướng hay sector mà ta có mẫu sử dụng lại tần số khác nhau. Nhờ việc sử dụng lại tần số mà với một dải tần và số lượng kênh nhất định ta sẽ tăng dung lượng cho toàn mạng. Chương 2 Cấu trúc và các thành phần của mạng GSM 2.1. Cấu trúc mạng GSM. SS AUC HLR MSC EIR VLR ISDN PSPDN CSPDN PSTN PLMN OSS BSC BTS MS Truyền dẫn tin tức Kết nối cuội gọi và truyền dẫn tin tức. BSS Hình 4 : Mô hình hệ thống GSM Các ký hiệu NSS : Network Switching Subsystem : Hệ thống chuyển mạch MSC : Mobile Service Switching Centre - Trung tâm chuyển mạch nghiệp vụ di động HLR : Home Location Register - Bộ ghi định vị thường trú VLR : Visitor Location Register - Bộ ghi định vị tạm trú AUC : Authentication Centre - Trung tâm nhận thực EIR : Equipment Identification Register - Thanh ghi nhận dạng thiết bị BSS : Base Station System - Hệ thống trạm gốc BSC : Base Station Controller - Đài điều khiển trạm gốc BTS : Base Tranceiver Station - Trạm thu phát gốc OSS : Operation & Support System - Hệ thống con khai thác và bảo dưỡng NMC : Network Management Centre - Trung tâm quản lý mạng OMC : Operation & Maintenace Centre: Trung tâm vận hành và bảo dưỡng PSTN : Public Switched Telephone Network - Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PLMN : Public Land Mobile Network - Mạng di động mặt đất công cộng MS : Mobile Station - Trạm di động ISDN : Intergrated Service Digital Networt – Mạng số đa dịch vụ CSPDN : Circuit Switched Packet Data Networ - Mạng số liệu gói chuyển mạch kênh PSPDN : Packet Switched Public Data Network - Mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói 2.2. Các thành phần của mạng GSM Một mạng GSM gồm 3 phân hệ chính : Phân hệ vô tuyến BSS ( Base Station System ). Phân hệ mạng NSS ( Network SubSystem ). Phân hệ khai thác và bảo dưỡng OSS (Opertation & Support System). Mặc dù không thuộc thành phần cuả mạng GSM, song có liên quan chặt chẽ với mạng đó là trạm di động MS thuộc người sử dụng. Trạm di động MS ( Mobile Station ) Là một máy di động đầu cuối hay MobileFone. MS có thể được lắp trên ô tô hoặc cầm tay. Ngoài chức năng vô tuyến MS còn cung cấp giao tiếp với người sử dụng như micro, loa, màn hiển thị, bàn phím ... MS lệ thuộc vào một thẻ vi mạch cá nhân SIM được gắn trên máy di động. Sự nhận thực được kiểm tra bởi mạng xét xem MS có hợp pháp khi sử dụng dịch vụ của mạng không. Sau đó mới được vào hệ thống, mỗi mã nhận dạng cá nhân được kèm theo SIM - PIM để chống sử dụng trái phép thẻ SIM. Trạm di động có một số nhận dạng riêng là số nhận dạng thiết bị trạm di động quốc tế IMEI. Bao gồm mã công nhận kiểu TAC theo tiêu chuẩn GSM, và số thứ tự do nhà sản xuất đặt. Khi nhận thực mạng sẽ thăm dò IMEI so với IMEI trong cơ sở dữ liệu mạng. Sẽ không chấp nhận thuê bao nếu thuê bao không tương ứng. Mã hoá và giải mã tiếng sẽ được thực hiện ngay tại MS. Tức là quá trình truyền dẫn số nên chất lượng truyền được đảm bảo ngay cả khi đường vô tuyến không được tốt nhờ sử dụng các loại mã chống lỗi và bảo mật đường truyền. Ngoài ra trạm còn có các kỹ thuật để tiết kiệm công suất nhờ sử dụng chế độ nghỉ và truyền dẫn không liên tục để kéo dài thời gian sử dụng nguồn cung cấp của MS. MS được chia làm 5 loại công suất đỉnh danh định sau : Loại 1 : 20W Lắp trên xe và xách tay Loại 2 : 8W Lắp trên xe và xách tay Loại 3 : 5W Cầm tay Loại 4 : 2W Cầm tay Loại 5 : 0,8W Cầm tay Phân hệ vô tuyến BSS BSS thực hiện giám sát các đường ghép nối vô tuyến liên kết kênh vô tuyến với máy phát và quản lý cấu hình. Cấu hình các kênh này cụ thể là : Điều khiển sự thay đổi tần số vô tuyến của đường ghép nối và sự thay đổi công suất phát vô tuyến. Thực hiện việc mã hoá tín hiệu số và phối hợp tốc độ truyền thông tin. Quản lý quá trình Handover. Thực hiện việc bảo mật kênh vô tuyến. Phân hệ BSS gồm hai phần : Khối điều khiển vô tuyến số BSC Các trạm thu phát gốc BTS Thiết bị điều khiển trạm gốc BSC Làm việc như một thiết bị chuyển mạch cho phân hệ BSS. BSC bao gồm các khối giao diện A với MSC. Các khỗi chức năng điều khiển BTS, khối giao diện với OMC và khối chuyển mạch. a.Chức năng của BSC Quản lý mạng vô tuyến Việc quản lý mạng vô tuyến là quản lý các ô và các kênh logic của chúng. Các số liệu quản lý đều được đưa về BSC để đo đạc, xử lý. Chẳng hạn như lưu lượng thông tin ở một ô, môi trường vô tuyến số lượng cuộc gọi bị mất, các lần chuyển giao thành công và thất bại. Với số thuê bao ngày càng tăng BSC phải thiết kế để dễ dàng tổ chức lại cấu hình để có thể quản lý được số kênh vô tuyến ngày càng tăng, và tăng được hiệu quả sử dụng của lưu lượng vô tuyến cho phép. Quản lý trạm thu phát gốc Trước khi vào khai thác BSC lập cấu hình của trạm BTS và tần số cho mỗi trạm BTS. Nhờ việc quản lý này mà BSC có thể có một tập hợp các kênh sẵn có giành cho điều khiển nối thông cuộc gọi. Điều khiển nối thông máy di động BSC chịu trách nhiệm thiết lập và giải phóng các đầu nối tới máy di động. Trong quá trình gọi sự kết nối được BSC giám sát. Cường độ tín hiệu và chất lượng tiếng được đo ở MS và BTS gửi đến BSC nhờ một thuật toán BSC quyết định công suất phát tốt cho máy di động TRX để giảm nhiễu của mạng và tăng cường chất lượng nối thông. BSC cũng điều khiển quá trình chuyển giao nhờ kết quả đo để chuyển sang ô khác có chất lượng tốt hơn. Nếu chuyển sang ô thuộc BSC khác quản lý MSC sẽ tham gia vào quá trình chuyển giao. Đồng thời BSC có thể chuyển giao giữa các kênh lưu thông trong một ô khi chất lượng nối thông quá thấp nhưng không chấp nhận được chỉ thị nhờ các phép đo cho biết ô khác tốt hơn. Cũng có thể sử dụng việc chuyển giao để cân bằng tải giữa các ô. Khi thiết lập một ô bị ứ nghẽn MS có thể gíải quyết đến một ô khác có lưu lượng thấp hơn nếu nhận được chất lượng cho phép. Quản lý mạng truyền dẫn BSC quản lý các đường truyền dẫn từ BSC đến MSC để đảm bảo các kênh thông tin đúng và chính xác do đó BSC phải lập cấu hình để giám sát các luồng thông tin đến MSC và BTS. Trong trường hợp có sự cố ở kênh này BSC sẽ điều khiển để chuyển tới đường dự phòng. Trạm thu phát gốc BTS Là phần thu vô tuyến của hệ thống mà qua đó MS có thể liên lạc được với hệ thống. Tại đây các tín hiệu vô tuyến được điều chế khuếch đại và phối hợp thu phát. a.Chức năng của BTS Biến đổi truyền dẫn Phát quảng bá các thông tin hệ thống trên BCCH dưới sự điều khiển của BSC Phát các thông tin tìm gọi trên CCCH Quản lý thu, phát tín hiệu thông tin trên các kênh vật lý Mã hoá, giải mã và ghép kênh Ngoài ra BSC còn có bộ chuyển đổi mã hoá và thích ứng với tốc độ có thể được đặt tại BTS. Một BTS có thể điều khiển được nhiều thiết bị thu phát để phát sóng cho một ô. Số sóng mang phát đi có thể từ 8 - 16 BTS được thiết kế để dễ dàng khai thác và bảo dưỡng. Các modul sự cố được phát hiện và các sự cố được báo cáo lại. Sự cố được xác định vị trí để chỉ ra phiếu cần thay. BTS được coi là các kênh truyền vật lý. b. Sơ đồ khối BTS Master Frequency Master Clock Unit khối thiết bị giao tiếp trạm gốc ( BIe ) KHốI KHung ( fu) khối khung ( fu ) khối nhảy tần (fqhU) CU CU Coupling UNIT OMU CONTROL BASEBAND COUPLING RADIO Hinh 5 : Sơ đồ khối BTS Khối vận hành và bảo dưỡng OMU : Là đơn vị điều khiển cảnh báo, kiểm tra và bảo dưỡng tại chỗ của BTS Khối tạo đồng hồ : Số thứ tự của khung và tín hiệu đồng hồ được sử dụng trong BTS được lấy từ một đồng hồ tổng 13MHz bởi khối tần số chủ MFGE (Master Frequency Clock Generator ) Khối nhảy tần FQHU ( Frequency Hopping Unit ) : Khối này thực hiện chuyển mạch lưu lượng thông tin giữa số khung FN được lấy từ MCLU (Master Clock Unit ), khối đồng hồ chủ. Các khối CU mà mỗi CU làm việc ở một tần số nhất định được cung cấp các cụm thông tin lưu lượng từ các khối FU khác. Để tránh lỗi trong nhẩy tần hoặc trong trường hợp không nhảy tần khối FQHU có thể tự động cấu hình lại. Khối FQHU có thể nối 8 FU với 8 CU. Các đường truyền cũng được nối như vậy để truyền và nhận các khung. Khối khung FU (Frame Unit ) : Khối khung FU cung cấp tất cả các chức năng điều khiển và chức năng băng gốc cần thiết cho 8 kênh toàn tốc (hoặc 16 kênh bán tốc) logic hay lượng. Chức năng băng gốc trong truyền trực tiếp nhằm đáp ứng tốc độ thoại, số liệu, mã hoá kênh, ghép xen. Chức năng băng gốc trong nhận trực tiếp là giải điều chế, cân bằng, giải ghép xen, giải mã ... Khối đơn vị sóng mang CU (Carrier Unit ) : Khối CU là phần vô tuyến của BTS nó thực hiện chuyển dữ liệu số thành tín hiệu sóng vô tuyến (RF) để phát và chuyển tín hiệu sóng vô tuyến thu được thành tín hiệu số. Mỗi CU gồm một bộ phát sóng, chuyển dòng dữ liệu số thành tín hiệu sóng vô tuyến GMSK trong dải tần 935 - 960 MHz. Tín hiệu sóng vô tuyến được khuếch đại nhiều lần để có được công suất cần thiết. Đơn vị đầu cuối Coupling Unit . Đơn vị đầu cuối này cung cấp các bộ lọc, khuếch đại tạp âm thấp và tách tín hiệu tới 8 máy thu không phân tập. Đơn vị đầu cuốc này cung cấp một đầu vào cho RFTE ( Radio Frequency Test Equiment - Thiết bị kiểm tra tần số vô tuyến ) từ đường thu và phát. Thiết bị giao diện trạm gốc BIE (Base Station Iterface Equiment) Gửi các bản tin và tín hiệu về cấu hình thông qua một đường truyền 2Mb/s để kích hoạt FU. Phân hệ chuyển mạch NSS a. Chức năng của phân hệ chuyển mạch NSS Là chuyển mạch chính của GSM cũng như các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lý thuê bao. Quản lý thông tin giữa người sử dụng mạng GSM với mạng khác b. Sơ đồ khối phân hệ chuyển mạch NSS BSS MSC AUC HLR EIR VLR PSTN,ISDN... Hình 6 : Phân hệ chuyển mạch NSS Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động MSC : MSC là trung tâm chuyển mạch chính của NSS. Có nhiệm vụ định tuyến và kết nối các phần tử mạng thuê bao di động với nhau hay với thuê bao của mạng khác. Từ khối này các tin tức báo hiệu cần thiết sẽ được phát ra các giao diện ngoại vi của mạng chuyển mạch. MSC có giao diện với tất cả các phần tử mạng và với mạng cố định PSTN hay ISDN. MSC còn thực hiện cung cấp các dịch vụ của mạng cho thuê bao chứa các dữ liệu và thực hiện quá trình Handover. Bộ định vị thường trú HLR : Là cơ sở dữ liệu trung tâm quan trọng nhất của hệ thống GSM ở đó lưu trữ dữ liệu về thuê bao trong mạng của nó và thực hiện một số chức năng riêng của mạng di động. Trong cơ sở dữ liệu này lưu trữ những số liệu về trạng thái thuê bao, quyền thâm nhập của thuê bao, các dịch vụ mà thuê bao đăng ký, số liệu động về vùng mà ở đó đang chứa thuê bao của nó. Trong HLR còn thực hiện việc báo hiệu số 7 trên giao diện với MSC. Bộ ghi định vị tạm thời VLR : Trong đó chứa các thông tin về tất cả các thuê bao di động đang nằm trong vùng phủ sóng của MSC này, gán cho các thuê bao từ vùng phục vụ MSC/VLR khác tới một số thuê bao tạm thời. VLR còn thực hiện trao đổi thông tin về thuê bao Roaming giữa HLR nơi thuê bao đăng ký. Chỉ có thể thiết lập được đường ghép nối vô tuyến với MS với các trường hợp thông tin. Trung tâm nhận thực AUC : Trong hệ thống GSM có nhiều biện pháp an toàn khác nhau được dùng để tránh sự sử dụng trái phép, cho phép bám và ghi cuộc gọi. Đường vô tuyến cũng được AUC cung cấp mã bảo mật chống sự nghe trộm, mã này được thay đổi riêng biệt cho từng thuê bao. Cơ sở dữ liệu của AUC còn ghi nhiều thông tin cần thiết về thuê bao và phải được bảo vệ chống mọi thâm nhập trái phép. Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR : Bảo vệ mạng PLMN khỏi sự thâm nhập của những thuê bao trái phép bằng cách so sánh số IMEI của thuê bao này gửi tới khi thiết lập thông tin với số IMEI ( International Mobile Equipement Identity - Nhận dạng thiết bị trạm di động quốc tế ) lưu trữ trong EIR, nếu không tương ứng thuê bao sẽ không thể truy nhập được. Trung tâm vận hành và bảo dưỡng OMC OMC bao gồm cả phần vô tuyến và phần chuyển mạch, là một máy tính cục bộ LAN, hệ thống này được nối với các phần tử của mạng như MSC, HLR/AUC, BTS ... Qua giao diện X25 nhằm giám sát điều hành bảo dưỡng mạng, quản lý thuê bao một cách tập chung. Hệ thống này là nơi cung cấp thông tin quan trọng cho việc xây dựng và sử dụng mạng. Các chức năng của OMC trong việc quản lý mạng : Thống kê các sự kiện sảy ra trong việc quản lý mạng Thu thập và lưu dữ các số liệu xuất hiện trong quá trình khai thác của phần tử mạng. Truy nhập các phần tử mạng từ xa bằng lệnh Người - Máy. Tiếp nhận và lưu dữ các thông tin trạng thái gửi tới các phần tử của mạng xử lý các thông tin nhận được từ trong mạng. Quản lý sự cố trên các phần tử của mạng. Kiểm soát hoạt động của tất cả các phần tử trên mạng. Quản lý cấu hình mạng. Quản lý thuê bao, bảo mật các số liệu thuê bao ứng dụng của quản lý mạng trong hệ thống GSM Quản lý lưu lượng : bao gồm việc thống kê lưu lượng kiểm soát tắc nghẽn, truy nhập trong trường hợp có tắc nghẽn hệ thống tự động có biện pháp như : "Phớt lờ " các cuộc gọi mới, phong toả bớt các dịch vụ không quan trọng ... Quản lý cấu hình : Thực hiện các công việc sau : Nạp phần mềm hệ thống hoặc nạp phần mềm dịch vụ. Thay đổi các mức phát của BTS. Khai báo các phần tử hay dịch vụ khi mở rộng mạng ... Quản lý thuê bao : Bao gồm việc đưa vào hay loại bỏ bớt thuê bao khỏi mạng. Thay đổi số thuê bao hoặc phong toả bớt các dịch vụ đối với một thuê bao nào đó. Quản lý, lưu trữ số liệu cước trên mạng. Quản lý bảo mật : Là một nhiệm vụ quan trọng trong mạng GSM, bao gồm việc quản lý số liệu thuê bao thông qua EIR. Quản lý số liệu mạng thông qua SIM card, HLR/AUC ... 2.3. Cấu trúc địa lý của mạng GSM Mọi mạng điện thoại cần một cấu trúc nhất định để định tuyến cuộc gọi vào đến tổng đài cần thiết và cuối cùng đến thuê bao bị gọi. ở một mạng di động cấu trúc này rất quan trọng do tính lưu thông của các thuê bao trong mạng. 2.3.1. Vùng mạng : Tổng đài vô tuyến cổng ( Gate way – MSC ) Các đường truyền giữa mạng GSM/PLMN hay mạng PSTN/ISDN hay các mạng PLMN khác sẽ ở mức tổng đài trung kế quốc gia hay quốc tế. Tất cả các cuộc gọi vào cho mạng GSM/PLMN sẽ được định tuyến đến một hay nhiều tổng đài được gọi là tổng đài vô tuyến cổng (GMSC). GMSC làm việc như một tổng đài trung kế vào cho GSM/PLMN. Đây là nơi thực hiện chức năng hỏi định tuyến cuộc gọi cho các cuộc gọi kết cuối di động. Nó cho phép hệ thống định tuyến các cuộc gọi đến nơi nhận cuối cùng của chúng - các trạm di động bị gọi. 2.3.2. Vùng phục vụ MSC/VLR. Vùng MSC là bộ phận của mạng được một MSC quản lý. Để định tuyến một cuộc gọi đến một thuê bao di động, đường truyền qua mạng sẽ nối đến MSC ở vùng phục vụ MSC nơi thuê bao đang Vùng phục vụ là bộ phận của mạng được định nghĩa như một vùng mà ở đó có thể đạt đến một trạm di động nhờ việc trạm MS này được ghi lại ở một bộ ghi định vị thường trú (VLR). Một vùng mạng GSM/PLMN được chia thành một hay nhiều vùng phục vụ MSC/VLR. 2.3.3. Vùng định vị ( LA ) Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR được chia thành một số vùng định vị. Vùng định vị là một phần của vùng phục vụ MSC/VLR mà ở đó một MS có thể chuyển động tự do mà không cần cập nhật thông tin về vị trí cho tổng đài MSC/VLR điều khiển vùng định vị này. Vùng định vị này là vùng mà ở đó một thông báo tìm gọi sẽ được phát quảng bá để tìm thuê bao di động bị gọi. Vùng định vị có thể có một số ô và phụ thuộc vào 1 hay nhiều BSC nhưng nó chỉ thuộc một MSC/VLR. 2.3.4. Ô ( Cell ) Vùng định vị được chia thành một số ô. Ô là một vùng bao phủ vô tuyến được mạng nhận dạng bằng số nhận dạng ô toàn cầu ( CGI -Cell Global Identity ). Trạm di động tự nhận dạng một ô bằng cách sử dụng mã nhận mạng trạm gốc ( BSIC - Base Station Identity Code ). Mỗi ô vô tuyến có bán kính từ 350m đến 35Km phụ thuộc vào cấu tạo địa hình và lưu lượng thông tin ở mỗi ô. Ô có cấu tạo như sau : R D Hình 7 : Cấu trúc cell. Các cạnh của ô là những đường có cường độ bằng nhau (về mặt lý thuyết) nhiễu không phụ thuộc vào khoảng cách tuyệt đối giữa các ô mà chỉ phụ thuộc vào tỷ số giữa khoảng cách các ô và bán kính của ô D/K. Điều này cho phép co giãn ô một cách linh hoạt mà vẫn đảm bảo nhiễu cho phép chỉ cần đảm bảo tỷ số D/K. Chương 3 Kỹ thuật vô tuyến số GSM 3.1. Suy hao đường truyền Là quá trình mà ở đó tín hiệu thu yếu dần do khoảng cách giữa MS và trạm gốc ngày càng tăng. Không có vật cản giữa anten phát và anten thu cho trước. Mật độ công suất thu tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách d giữa anten phát và anten thu - Ta có kết quả trong không gian tự do là : Ls = d 2. f 2 Theo [dB] Ls = 33,4 (dB) + 20 log ( f ) + 20 lg ( d ) Trong đó 33,4 là hằng số tỷ lệ Trong điều kiện địa hình khác nhau thì suy hao cũng khác nhau Mạng thông tin di động sử dụng các công thức nghiên cứu và thực nghiệm của ELGI hay Okumura. Công thức Okumura : Trong điều kiện thành phố : L( thành phố ) = 69,55 + 26,16 log(f) - 13,82 log(h1) + (44,9 - 6,55log(h1)) logd Trong đó : - f : là tần số ( MHz ) - h1 : Độ cao của anten trạm phát ( m ) - d : Khoảng cách giữa MS - BTS ( Km ) ở ngoại ô : L(ngoại ô)= L (thành phố) - 2[2(log(f/28))2 + 5,4] Trong điều kiện quang đãng, không cây cao, không nhà cao tầng, có thể dùng công thức sau : L (bằng phẳng) = L (thành phố) – 4,78 (log f)2 + 18,33 log f – 40,94 3.2. Phân tán thời gian và giao thoa giữa các tín hiệu. Phân tán thời gian là trường hợp của lan truyền nhiều đường dẫn do phản xạ. Tín hiệu đến từ một vật ở xa anten thu (Rx). Hệ thống GSM được thiết kế có thể hạn chế phân tán thời gian nhờ sử dụng một bộ phận cân bằng. Bộ cân bằng của GSM có thể thực hiện cân bằng một số nhất định tín hiệu phản xạ nhưng không phải tất cả. Bộ cân bằng của GSM có thể đạt được sự cân bằng cho các tín hiệu phản xạ chậm một khoảng 4 bit so với tín hiệu đến trực tiếp, tương ứng với 15 ms. Tuy nhiên nếu tín hiệu phản xạ trễ hơn thế thì bộ cân bằng không thể đáp ứng được. Phần mà bộ cân bằng có thể đáp ứng gọi là cửa sổ thời gian. Trong cửa sổ đó thì tín hiệu phản xạ sẽ tăng cường độ của tín hiệu trực tiếp. Ngoài cửa sổ đó tín hiệu phản xạ sẽ gây ảnh hưởng xấu đến hệ thống. Tổng của tín hiệu phản xạ mà trễ 15 ms phải ít nhất nhỏ hơn 9 lần tổng các tín hiệu trong cửa sổ. Tỷ số này gọi là tỷ số sóng mang trên tỷ lệ trên sóng phản xạ C/R. C/R được tính bằng tỷ bằng tỷ số năng lượng trong cửa sổ thời gian và ngoài cửa sổ thời gian bộ cân bằng. C/R càng nhỏ thì chất lượng càng kém. Vị trí đặt BTS rất gây ảnh hưởng lớn đến tỷ số này. Nếu đặt không hợp lý sẽ gây nên phân tán thời gian lớn. Các vùng địa hình như miền núi, thành phố nhiều nhà cao tầng, toà nhà kim loại cao, vùng hồ ao thường có tỷ số C/R nhỏ. Thông thường tín hiệu phản xạ khi phải đi qua quãng đường lớn hơn 4,5 Km so với tín hiệu trực tiếp. Tuy nhiên nếu tín hiệu phản xạ đó không mạnh, nghĩa là tỷ số C/R lớn hơn một số cho phép thì không gây ảnh hưởng đến vùng phủ sóng phục vụ. Ngược lại nếu tín hiệu phản xạ quá mạnh, nhưng trễ vẫn thuộc cửa sổ của bộ cân bằng thì sẽ tăng độ mạnh của tín hiệu thẳng. Chỉ trong trường hợp C/R nhỏ phân tán thời gian lớn thì mới có yêu cầu thay đổi vị trí BTS, hoặc dùng phương pháp đặt BTS phụ trợ khi xét vấn đề này phải căn cứ các vị trí tương đối của MS và BTS bởi vì mỗi vị trí dù cách nhau không lớn thì có thể có C/R khác nhau rất lớn Vậy GSM tốc độ là 270 kbit/s dẫn đến độ vít có độ lâu 0,0037 m/s . Vì thế 1 bit tương ứng với độ trễ khoảng 1Km. Nên nếu có phản xạ từ một Km phía sau trạm di động thì tín hiệu sau phản xạ phải đi một quãng đường dài hơn tín hiệu đến trực tiếp là 2 Km. 3.3. Fadinh đồng kênh Các hiện tượng fadinh sảy ra trong trường hợp tín hiệu thu được của tín hiệu phát từ nhiều phía. Tín hiệu thu là tổng của nhiều tín hiệu giống nhau nhưng khác pha và biên độ. Để khắc phục hạn chế này anten phân tập được dùng đến. Đây là một anten hoạt động theo nguyên tắc dùng 3 anten đơn thu tín hiệu theo hai hướng rồi tổng hợp các tín hiệu đồng pha. Anten này không những giảm được fadinh mà còn tăng được độ mạnh của tín hiệu thu từ 3 đến 4 dB. Khoảng cách giữa 2 anten phải đủ lớn để tương quan giữa các tín hiệu ở 2 anten nhỏ. Nhiễu giao thoa đồng kênh là do nhiễu tín hiệu thu phát không mong muốn, cùng tần số với tín hiệu thu mong muốn. Tỷ số giữa sóng mang mong muốn và mức sóng mang không mong muốn là tỷ số giữa giao thoa đồng kênh C/I. Tỷ số này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như : Mẫu sử dụng lại tần số : khoảng cách giữa hai ô cùng tần số ảnh hưởng đến nhiễu đồng kênh với nhau. Vị trí địa hình. Các vùng tán xạ địa phương . Kiểu anten, tính định hướng, chiều cao anten. Các sóng gây nhiễu xạ địa phương cùng tần số với các kênh của mạng. Tỷ số C/I gây ảnh hưởng tới chất lượng tín hiệu dẫn đến sai tín hiệu, giải mã sai gây nên rơi vào cuộc gọi thất bại trên đường nối vô tuyến. Tiêu chuẩn GSM cho phép C/I nhỏ nhất là 9 dB. Ngoài ra trong thông tin vô tuyến còn bị ảnh hưởng bởi các kênh lân cận, là các kênh gần tần số với tín hiệu thu, dải tần chồng lên nhau ở mức lớn. Trường hợp này cũng gây nhiễu gọi là nhiễu giao thoa kênh lân cận và được biểu diễn bằng tỷ số C/A. Giá trị cho phép trong GSM : C/A > -9dB. Tín hiệu thu được khi đo đạc thường gồm rất nhiều các loại tín hiệu như đã nêu trên. Để khi đo đạc và xác định đánh giá mức độ lỗi có thể phải nhờ đến các dụng cụ chuyên dụng để xác định tỷ số C/I, C/R, C/A. 3.4. Các phương pháp phòng ngừa suy hao đường truyền và fadinh Để làm giảm các hiệu ứng gây nên làm giảm chất lượng thu thông tin, cần phải dùng các biện pháp kỹ thuật khác nhau. Trong thông tin di động người ta dùng các phương pháp sau : 3.4.1. Phân tập anten. Phân tập anten là sử dụng hai kênh thu chịu ảnh hưởng fadinh độc lập thường ít có nguy cơ để cả hai anten bị chỗ trũng fadinh xẩy ra cùng một lúc, điều này dẫn đến hai anten thu độc lập với nhau cùng một tín hiệu và hạn chế chịu tác động của đường bao fadinh khác nhau. Khi kết hợp tín hiệu từ hai anten có thể giảm mức độ fadinh, khoảng cách giữa hai anten phải đủ lớn để tương quan giữa các tín hiệu ở các anten nhỏ. ở 900 MHz có thể tăng 6 dB với cự ly giữa hai anten là 5 – 6 mét. 3.4.2. Nhẩy tần. Do fadinh nhiều tia phụ thuộc vào tần số, tức là chỗ trũng fadinh sẽ xẩy ra khác nhau đối với các tần số khác nhau. Lợi dụng hiện tượng này ta thay đổi tần số sóng mang sang tần số khác khi đang tiến hành cuộc goị, vì thế gặp một chỗ trũng fadinh sẽ chỉ mất một phần thông tin. Bằng cách xử lý sau này ta có thể khôi phục lại được tín hiệu. 3.4.3. Mã hoá kênh ở truyền dẫn số người ta thường đo chất lượng của tín hiệu thu được bằng tỷ số lỗi bít (BER). BER nói lên bao nhiêu bit trong tổng số bit thu được là mắc lỗi. Tỷ số này càng nhỏ càng tốt. Tuy nhiên do đường truyền luôn luôn thay đổi nên ta không thể giảm hoàn toàn xuống không nghĩa là phải cho phép một lượng lỗi nhất định và ngoài ra có khả năng khôi phục lại thông tin này hay ít nhất có thể phát hiện các lỗi để không sử dụng thông tin này vì lầm là nó đúng. Điều này đặc biệt quan trọng khi phát đi số liệu đối với lời có thể chấp nhận chất lượng thấp hơn. Để có thể cải thiện tốt tỷ số lỗi bit BER ta dùng các phương pháp mã hoá kênh. Thông thường mã hoá kênh có thể phát hiện lỗi và chừng mực nào đó sửa được lỗi. Mã hoá kênh phải trả giá là thêm số bit, tức là làm tăng tốc độ truyền dẫn Trong thông tin di động sử dụng hai phương pháp mã hoá là : Mã hoá xoắn và mã hoá khối . ở mã hoá khối người ta bổ xung một số bit kiểm tra vào một số bit thông tin nhất định, nguyên tắc này được mô tả bởi sơ đồ sau đây Bộ mã hoá khối Thông tin Thông tin Kiểm tra Khối bản tin Khối mã Hình 8 : Mã hóa khối Do các mã khối từ, các bit kiển tra trong mã chỉ phụ thuộc vào các khối thông tin ở khối bản tin. ở mã hoá xoắn, bộ mã hoá tạo ra khối các bit không chỉ phụ thuộc vào các bit của khối bản tin hiện thời được dịch vào bộ giải mã. Nó còn phụ thuộc vào các bit của các khối trước. Nguyên lý này được minh họa bởi sơ đồ sau đây Bộ mã hoá khối Thông tin Thông tin được mã hoá Khối bản tin Luồng thông tin được mã hoá Hình 9 : Mã hóa xoắn Thông tin Các mã hóa khối thường đư._.ợc sử dụng khi có báo hiệu định hướng theo khối, chẳng hạn ở vô tuyến di động mặt đất tương tự khi số liệu được phát đi theo khối nó cũng thường được sử dụng để phát hiện lỗi khi thực hiện ARQ (yêu cầu tự động phát lại) khi phát hiện lỗi ta yêu cầu phát lại. Mã hóa xoắn liên quan nhiều hơn đến sửa sai lỗi chẳng hạn khi có phương tiện ARQ. Khi số hóa tiếng và phát nó ta không thể phát lại vì điều này dẫn đến sự chậm trễ quá lớn. Cả hai phương pháp đều được sử dụng ở GSM trước hết một số bit thông tin được mã hóa khối để tạo nên một khối thông tin cho các bit chẵn lẻ (kiểm tra). Sau đó tất cả các bit này được mã hoá xoắn để tạo nên các bit được mã hóa. Cả hai bước trên đều được áp dụng cho cả tiếng và số liệu mặc dù các sơ đồ mã hóa chúng hơi khác nhau lý do sử dụng mã hóa “kép” vì ta muốn sửa lỗi có thể (mã hóa xoắn) và sau đó có thể nhận biết được (mã hóa khối) xem liệu thông tin có bị hỏng nên mức không dùng được hay không. Tiếng được cắt thành những đoạn 20 ms, các đoạn 20 ms này được số hoá và sau đó được mã hoá. Bộ mã hoá tiếng được cung cấp 260 bit cho 20 ms tiếng, các bít này được chia thành : 50 bit rất quan trọng 132 bit quan trọng và 4 bit đuôi được mã hoá xoắn 78 bit không quan trọng lắm Ba bit chẵn lẻ được bổ xung vào 50 bit trên (mã hoá khối ). 53 bit này cùng 132 bit quan trọng và 4 bit đuôi được mã hoá xoắn để tạo thành 378 bit (tỷ lệ 1:2) các bít còn lại không được bảo vệ. Quá trình này được minh hoạ như hình vẽ sau : 50 132 78 50 + 3 132 + 4 78 Các bit được mã hoá Các bit không được mã hoá Hình 10 : Mã hoá kênh cho tiếng thoại đã số hoá ở GSM 3.4.4. Ghép xen (Interleaving ) : Người ta nhận thấy thực tế các lỗi bit thường ra thành từng cụm. Đó là vì các chỗ trũng fadinh lâu làm ảnh hưởng đến nhiễu bit liên tiếp. Do đó mã hoá kênh chỉ là cải thiện chất lượng khi lỗi là đơn và các bit sai không quá dài. Như vậy phải sử dụng biện pháp ghép xen. Nguyên tắc của ghép xen là tìm cách tách riêng các bit liên tiếp của một bản tin sao cho các bit được gửi đi theo cách không liên tiếp. Hình 11 : Ghép xen Khối bản tin được ghép xen Ghép xen Các khối bản tin 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 Giả thiết khối bản tin gồm 4 bit. Ta lấy khối đầu tiên của 4 khối liên tiếp và đặt các bit số 1 này vào một khối 4 bit mới ta gọi là một khung. Cũng làm như vậy với các bit 2, 3, 4 của 4 khối bản tin sau đó phát các khung của các bit 1, các bit 2, ... Trong khi truyền dẫn 2 khung có thể bị mất. Khi không ghép xen toàn bộ khối bản tin sẽ mất nhưng ở trường hợp này ghép xen đảm bảo chỉ có bit thứ 2 ở từng khối bị mắc lỗi. Nhờ mã hoá kênh có thể khôi phục lại thông tin của tất cả các khối. ở GSM bộ mã hoá kênh cung cấp 456 bit cho từng 20 ms tiếng. Các bit này được ghép xen để tạo các khối 57 bit. Đồng bộ thời gian. Việc sử dụng TDMA ở trạm vô tuyến đòi hỏi trạm di động chỉ phát ở khe thời gian dành cho nó và im lặng ở thời gian còn lại. Nếu không trạm di động sẽ nhiễu với các cuộc gọi từ trạm di động khác sử dụng các khe thời gian khác nhau ở cùng một tần số. Trong quá trình cuộc gọi tram di động rời xa các trạm gốc nên thông tin từ trạm di động gửi đi sẽ đến ngày càng muộn hơn và trả lời từ trạm di động đến trạm gốc cũng ngày càng muộn hơn. Nếu không có biện pháp gì đến một lúc nào đó trễ quá lớn đến nỗi thông tin do trạm di động phát ở khe thời gian TSi sẽ trùng với tín hiệu mà trạm gốc thu được ở TSi +1 của cuộc gọi khác. Vì thế trong quá trình cuộc gọi thời gian đến trạm gốc được kiểm tra và các lệnh được gửi đến trạm di động để định trước thời gian phát đi khi trạm di động di chuyển ra xa, quá trình này gọi là định trước thời gian phát. Chương 4 các trường hợp thông tin 4.1. Các trạng thái của máy di động ( MS ) . .MS tắt máy : Mạng không thể tiếp cận đến máy di động vì nó không trả lời thông báo tìm gọi ( paging ), nó cũng không gửi thông báo cập nhật vị trí. Mạng cho rằng MS đã rời mạng. .MS bật máy, trạng thái rỗi : Hệ thống có thể tìm gọi MS, nó được coi là đã nhập mạng. Trong khi chuyển động MS liên tục kiểm tra xem nó có luôn được nối với một kênh quảng bá hay không. Trong trạng thái này MS cũng thông báo cho hệ thống những thông tin về cập nhật vị trí sau những khoảng thời gian nhất định. .MS bận : Có một kênh TCH song công nối giữa mạng và MS. Khi chuyển động MS có thể chuyển đến một kênh thông tin mới, quá trình gọi là Handover được quyết định nhờ những thông số đo đạc từ MS và BTS. 4.2. Thủ tục nhập mạng - Đăng ký lần đầu . Khi MS bật máy, nó sẽ quét tất cả 124 tần số để tìm ra tần số có cường độ lớn nhất. Tần số mà MS tìm kiếm sẽ chứa thông tin quảng bá cũng như thông tin tìm gọi BCH/ CCCH có thể có. MS sẽ tự khoá đến tần số đúng nhờ việc hiệu chỉnh tần số thu và thông tin đồng bộ. Khi đó MS sẽ cố gắng thâm nhập đến mạng và thông báo cho hệ thống rằng nó là MS mới ở vùng định vị bằng cách gửi thông báo cập nhật vị trí nhập mạng đến MSC/VLR ( LAI là bộ phận của thông tin quảng bá được phát liên tục ở giao tiếp vô tuyến ). Lúc này MSC/VLR chưa có thông tin gì về MS này, nó gửi yêu cầu cập nhật vị trí tới HLR kèm theo thông tin về vị trí. HLR thực hiện các thủ tục nhận thực, xác nhận thuê bao là hợp lệ và ghi thông tin về vị trí. HLR thực hiện các thủ tục nhận thực, xác nhận thuê bao là hợp là hợp lệ và ghi thông tin về vị trí vào trường dữ liệu của MS này ( trường tạo ra khi thuê bao đăng ký ) HLR gửi thông báo xác nhận cập nhật cho MSC/VLR. Từ đây MSC /VLR sẽ coi rằng MS hoạt động và đánh dấu trường dữ liệu của MS bằng một cờ nhập mạng, cờ này liên quan đến IMSI. 4.3. Lưu động ( Roaming ) và cập vị trí Khi MS đang ở trạng thái bật máy, và chuyển động theo một phương liên tục, nó được khoá đến một tần số vô tuyến nhất định có CCCH và BCH ở khe thời gian TS0. Khi rời xa BTS nối với nó, cường độ tín hiệu thu được sẽ giảm dần. ở một điển gần biên giới lý thuyết giữa 2 ô, cường độ tín hiệu thu được giảm đến mức mà MS quyết định chuyển sang tần số mới này, MS lại tiếp tục nghe các thông báo tìm gọi và các thông tin hệ thống. Quyết định về việc thay đổi tần số vô tuyến của MS không cần thông báo cho mạng trừ khi tần số cũ và mới không thuộc cùng một vùng định vị LA. MS nhận biết điều này khi tìm hiểu số nhận dạng vùng định vị LAI trong thông tin hệ thống phát trên các kênh BCH. Khi đó MS sẽ thâm nhập vị trí. Có 2 trường hợp phải cập nhật vị trí là : Di chuyển giữa các vùng định vị khác nhau của cùng 1 MSC/VLR. Vùng định vị của MS được ghi ở VLR. Vì MS không chuyển đến vùng phục vụ MSC/VLR mới nên quá trình cập nhật vị trí là : MS gửi thông báo yêu cầu cập nhật vị trí và giá trị LAI mới, MSC tiếp nhận thông báo cập nhật giá trị mới này trong cơ sở dữ liệu của VLR và gửi thông báo xác nhận cập nhật vị trí. Roaming giữa 2 vùng phục vụ MSC/VLR. MS gửi thông báo yêu cầu cập nhật vị trí cho MSC/VLR mới cùng với số nhận dạng của nó MSC/VLR sẽ gửi các thông tin này đến HLR của mạng yêu cầu nhận thực. Sau khi HLR gửi thông báo xác nhận thuê bao là hợp lệ, đã đăng ký mạng trong mạng cho MSC/VLR hiện thời, đồng thời, đồng thời xoá giá trị vùng phục vụ MSC/VLR cũ thay bằng giá trị mới. VLR cũng ghi các số liệu của MS vào cơ sở dữ liệu của nó như là một thuê bao tạm thời và gửi thông báo xác nhận cập nhật vị trí cho MS. 4.4. Thủ tục rời mạng : Khi tắt nguồn máy hoặc ra khỏi vùng phủ, MS sẽ gửi thông báo cuối cùng chứa yêu cầu cho thủ tục rời mạng và các số nhận dạng của nó. Khi thu được thông báo này, MSC/VLR sẽ đánh dấu cờ rời mạng vào địa chỉ IMSI tương ứng trong VLR. Trường hợp này HLR không được thông báo, và cũng không có thông báo xác nhận cập nhập vị trí gửi tới MS. Khi có cuộc gọi tới MS này vì có cờ rời mạng nên thông báo tìm gọi sẽ không được phát ra, làm giảm tải trên các trung kế và kênh quảng bá. 4.5. Các trường hợp cuộc gọi : 4.5.1. Cuộc gọi được phát đi từ thuê bao di động . Giả sử có một thuê bao di động A muốn thiết lập cuộc gọi đến thuê bao B ( B là bất kỳ ). Khi đó thuê bao A bắt đầu nhấn phím tương ứng với sự nhấc máy của máy cố định, và gửi một yêu cầu thâm nhập đến mạng trên kênh RACH. MSC sẽ nhận thông báo này và yêu cầu BSC cấp cho MS một kênh SDCCH để cho các thủ tục nhận thực và đánh dấu trạng thái bận của thuê bao này tránh việc phát các thông báo tìm gọi khác. BSC gửi thông báo chấp nhận thâm nhập trên kênh AGCH cho MS, trong đó có các thông tin về SDCCH. Các số nhận dạng được MS gửi đến MSC/VLR trên kênh SDCCH cho các thủ tục nhận thực. Nếu thuê bao chủ gọi là hợp lệ, MSC/VLR sẽ chấp nhận yêu cầu thâm nhập, và MSC sẽ gửi tín hiệu mời quay số đến MS. Khi đó MS này sẽ gửi thông báo và số thuê bao bị gọi. Tuỳ theo thuê bao bị gọi là di động hay cố định, số của thuê bao này được phân tích để thiết lập cuộc nối đến mạng cố định hay quay trở lại mạng di động. Khi kênh nối đã sẵn sàng, thông báo thiết lập cuộc gọi từ MS được MSC công nhận và cấp cho MS một kênh TCH riêng. Tín hiệu thiết lập là có sự trả lời của thuê bao bị gọi. 4.5.2. Cuộc gọi tới thuê bao di động . Thuê A quay số của thuê bao B thuộc mạng GSM /PLMN. Số thuê bao B là số MSISDN. Tổng đài địa phương của thuê bao A sẽ nhận các số được quay, sau đó phân tích và định hướng tới tổng đài chuyển tiếp. Tổng đài chuyển tiếp phân tích các số đến và lựa chọn một hướng tới tổng đài cổng GMSC của GSM /PLMN. Số thuê bao B được phân tích ở GMSC. Việc sử dụng phương tiện hỏi dò, đó là phương tiện để thu được thông tin từ HLR về vị trí hiện tại của thuê bao di động. GMSC gửi MSISDN tới HLR và yêu cầu một số lưu động tạm thời MSRN. MSRN là một số tạm thời được GMSC sử dụng. Nó chứa đựng tất cả các thông tin cần thiết cần cho GMSC để định luồng yêu cầu cuộc goị tớí MSC/VLR đúng ở vùng dịch vụ mà MS này có mặt. HLR có các thông tin như số thuê bao, thông tin các dịch vụ phụ, thể loại thuê bao và thông tin định vị về tất cả các thuê bao nằm trong mạng GSM/PLMN. Nó cũng lưu trữ một bộ ba được sử dụng cho nhận thực. Những số này được tạo ra ở trung tâm nhận thực và được gửi tới MSC/VLR để kiểm tra việc sử dụng không được phép của mạng và số thuê bao. Quá trình nhận thực được khởi lập khi MS bắt đầu trả lời tìm gọi, một yêu cầu cập nhật vị trí, hay yêu cầu dịch vụ. HLR dịch số MSISDN thành số nhận dạng thuê bao di động quốc tế IMSI. IMSI chỉ là định nghĩa 1 thuê bao tới GSM/PLMN. HLR gửi IMSI tới VLR ở vùng phục vụ hiện tại mà thuê bao B đang ở và yêu cầu một MSRN. VLR tìm số lưu động MSRN và tạm thời ( trong khoảng thời gian cuộc gọi ) nối tới cho IMSI của thuê bao B. VLR gửi MSRN tới HLR và HLR gửi tiếp số tới GMSC. Sử dụng MSRN cuộc gọi được định tuyến đến MSC phù hợp ở vùng phụ vụ mà thuê bao B đang có mặt. Từ đó MSRN được chuyển tới VLR . MSC ở vùng tạm trú có trách nhiệm khởi tạo cuộc gọi, điều khiển và tính cước. 4.6. Các trường hợp chuyển giao Khái niệm : Khi một trạm di động đang ở trạng thái bận và chuyển động xa dần BTS mà nó đang nối ở đường vô tuyến bằng các kênh TCH và SACCH, chất lượng đường vô tuyến sẽ giảm dần. Đến một lúc nào đó chất lượng sẽ đến mức không thể chấp nhận được và mạng sẽ đảm bảo việc chuyển sang kênh thông tin mới vô tuyến mới có chất lượng tốt hơn. Quá trình chuyển cuộc gọi đến một kênh vô tuyến khác gọi là chuyển giao (Handover). Mạng quyết định Handover nhờ các thông số đo cường độ trường và chất lượng truyền dẫn vô tuyến từ MS và BTS (các thông báo đo). Khi Handover, tốc độ số liệu điều khiển lớn mà kênh SDCCH không đáp ứng được, hệ thống phải sử dụng kênh FACCH để trao đổi thông tin điều khiển. Có thể sảy ra các khả năng chuyển giao sau: 4.6.1.Chuyển giao trong cùng một BSC : Trong trường hợp này BSC phải thiết lập đường nối đến BTS mới, ấn định một kênh TCH của BTS này để chuẩn bị thiết lập Handover, lệnh cho MS chuyển tần số sang kênh vô tuyến mới, đồng thời cũng chỉ ra khe thời gian của kênh TCH này. Handover hoàn toàn có thể được xử lý ở BSC mà MSC không cần biết. Sau khi chuyển giao, MS cần phải nhận được thông tin về các ô lân cận mới. Nếu việc chuyển giao dẫn đến việc thay đổi vùng định vị, thì MS sẽ thông báo cho MSC/VLR để cập nhật vị trí. 4.6.2. Chuyển giao giữa các BSC cùng một MSC/VLR. Mạng phải can thiệp nhiều hơn khi quyết định chuyển giao. BSC yêu cầu chuyển giao từ MSC/VLR, sau đó một đường nối từ MSC - BSC - BTS mới được thiết lập và một kênh TCH được dành cho chuyển giao trên giao tuyến vô tuyến. Sau đó MS được lệnh chuyển đến tần số mới với TCH mới. Sau khi Handover song, MS được thông báo về các ô lân cận. Yêu cầu cập nhật vị trí nếu có cũng được thực hiện từ MS. 4.6.3. Chuyển giao giữa hai vùng phục vụ MSC/VLR : Đây là trường hợp phức tạp nhất với nhiều tín hiệu được trao đổi trước khi chuyển giao. Xét hai MSC/VLR : MSC cũ ( tham gia vào cuộc gọi trước khi chuyển giao ) và MSC mới là tổng đài đích. Tổng đài phục vụ sẽ phải gửi yêu cầu chuyển giao đến tổng đài đích. Sau đó tổng đài đích sẽ đảm nhận việc nối ghép đến BTS mới. Sau khi thiết lập đường nối giữa hai tổng đài, tổng đài phục vụ sẽ gửi lệnh chuyển giao đến MS 4.7. Các thủ tục khi thiết lập cuộc gọi, kết cuối cuội gọi Mobile. Một cuội gọi tới thuê bao di động luôn được định tuyến tới GMSC, ở đó sẽ tiếp tục định tuyến đến MSC hiện thời của MS. Sau khi GMSC thăm dò trong HLR để tìm vùng định vị của MS, hỏi số Roaming của MS, nó sẽ gửi thông báo địa chỉ khởi đầu ( thủ tục TUP hay ISUP ) tới MSC hiện thời. Trong thông báo này có số MSRN và yêu cầu thiết lập cuộc gọi. Từ đây các thủ tục thông tin sau sẽ được bắt đầu. . Paging : MSC/VLR tìm số liệu về thuê bao trong cơ sở dữ liệu của nó và bắt đâu thủ tục thiết lập cuội gọi bằng cách gửi thông báo paging ( tìm gọi ) tới BSC chứa vùng định vị MS. Thông tin này bao gồm LAI, IMSI hoặc TMSI. . Paging Command : BSC gửi thông báo này tới tất cả các BTS trong vùng định vị được chỉ ra bởi LAI. Thông tin này bao gồm số IMSI hoặc TMSI, thông báo nhắn tin, nhận dạng máy phát, loại kênh và số Time Slot. . Paging Request : Thông báo này được gửi trên kênh PCH trên giao tiếp vô tuyến để tim gọi MS. Thông tin gồm IMSI hoặc TMSI. . Chanel Request : MS sau khi nhận được thông báo tìm gọi sẽ trả lời bằng cách gửi một cụm truy nhập ngắn trên kênh RACH. Khi thu thông báo này, BTS sẽ ghi nhận thời gian trễ truyền dẫn. . Chanel Activation : BSC chọn một kênh SDCCH còn rỗi và yêu cầu BTS kích hoạt kênh này. .Chanel Activation Acknowledge : BTS trả lời chấp nhận kích hoạt kênh. . Immediate Assigmment : Thông báo này được truyền thông suốt tới MS. Trên giao tiếp vô tuyến, nó được mang bởi kênh AGCH. Nội dung thông báo này gồm tần số vô tuyến, số khe thời gian, số kênh SDCCH mà MS có thể sử dụng cũng như thông báo chỉnh thời gian để MS có thể định thời trước các cụm của nó. . Paging Respouse : Thông báo này được sử dụng trên kênh SDCCH. Nội dung bao gồm IMSI hoặc TMSI và dấu hiệu lớp trạm di động. Thông báo này được goi là thông báo MS khởi đầu và được gửi tới MSC/VLR. Khi qua BSC sẽ được bổ sung thêm CGI. . Authentication Request : Là thông báo từ MSC, thông tin quan trọng nhất trong thủ tục nhận thực này là số ngẫu nhiên RAND. Khi nhận được số này, MS sẽ kết hợp với số Ki (Subcriber Authentication Key) của nó được lưu trên thẻ SIM để tính ra hai giá trị khác KC (Ciphering Key) và SRES (Signed Response). KC được dùng trong thuật toán mã hoá khối cho số liệu trên đường truyền vô tuyến. . Authentication Respouse : MS trả lời nhận thực bằng SRES. . Ciphering Mode Complete : MS sử dụng KC đã tính toán được và gửi thông báo hoàn thành chế độ mã khoá ( thông báo này cũng nhận được mã khoá trên kênh SDCCH ). .Setup : Sự khởi đầu cuội gọi được bắt đầu khi MSC gửi thông báo Setup tới MS, thông báo này chứa các thông tin yêu cầu dịch vụ : thoại, số liệu hay fax ... .Call Confirmed : Nếu MS có các dịch vụ mà MSC yêu cầu nó sẽ gửi thông báo chấp nhận cuội gọi tới MSC/VLR. .Assigment Request : MSC yêu cầu BSC thiết lập một kênh thoại tới MS. MSC dành riêng một kênh thoại trên đường PCM nối với BSC để gửi mã nhận dạng mạch CIC. .Chanel Activation : Nếu BSC tìm thấy một kênh TCH trên giao tiếp vô tuyến nó sẽ gửi thông báo tới BTS yêu cầu kích hoạt kênh. .Chanel Activation Acknowledge : BTS trả lời chấp nhận phân bố kênh. .Assigemt Command : BTS gửi thông báo tới MS trên kênh SDCCH yêu cầu MS chuyển đến kênh TCH đã ấn định. .Assigment Complete : MS chuyển đến kênh TCH do BSC ấn định, trước tiên nó sẽ gửi thông báo cho biết kênh này có dạng chuẩn và xác nhận sự ấn định kênh. Radio Frequency Chanel Release / Release Acknowledgement : Sự huỷ bỏ kênh vô tuyến mang kênh SDCCH khi bắt đầu cuội gọi và kênh này được đánh dẫu "rỗi" trong BSC. .Alert : MS gửi thông báo này tới MSC đồng thời với việc tạo tín hiệu chuông tại máy di động. .Connect : Khi thuê bao di động trả lời ( ấn phím nhấc máy ) thông báo. Ghép nối được gửi tới MSC/VLR. Lúc này cuộc gọi hoàn toàn được thiết lập trên kênh TCH. Chương 5 Giao tiếp vô tuyến 5.1. Khái niệm kênh .Kênh vật lý : Một khe thời gian của một khung TDMA ở một sóng mang gọi là một kênh vật lý. Ta có thể so sánh nó với một kênh ở hệ thống FDMA, trong đó từng người sử dụng được nối đến hệ thống thông qua một trong số các tần số. Như vậy có 8 kênh vật lý trên mỗi sóng mang ở GSM, kênh 0 - 7 ( TS0 – TS7 ). Thông tin được phát đi trong một TS gọi là một cụm (burst). Mạng GSM/PLMN được chia thành 24 sóng mang song công ở hai dải tần đường lên và đường xuống. ở nước ta hiện nay hệ thống GSM đang sử dụng băng tần : Đường lên 890,2 - 898,4 MHz và đường xuống 935,2 - 943,4 MHz với mỗi tần số sóng mang dải thông là 200 KHz. Trên mỗi sóng mang người ta sử dụng kỹ thuật ghép kênh theo thời gian : có 8 khe thời gian từ TS0 - TS7 trong một khung TDMA như vậy số kênh vật lý trong GSM là : 124 x 8 = 992 kênh .Kênh logic : Rất nhiều loại thông tin cần truyền giữa BTS và MS, chẳng hạn số liệu của người sử dụng và báo hiệu điều khiển. Ta nói về các kênh logic khác nhau dựa trên loại thông tin cần truyền, chẳng hạn như tiếng được truyền trên kênh logic " kênh lưu thông " Kênh này được ấn định một kênh vật lý nhất định trong thời gian truyền dẫn. 5.2. Các kênh logic . Kênh logic là sự phân loại thông tin truyền trên giao diện vô tuyến ( Tức là các thông tin trao đổi giữa BTS và MS ). Các kênh logic được ấn định ở những kênh vật lý nhất định và trong những khoảng thời gian nhất định của quá trình trao đổi thông tin. Có hai loại kênh logic : - Kênh lưu thông TCH (Traffic Chanel ) - Kênh điều khiển Kênh lưu thông : Là kênh mang tiếng và số liệu được mã hoá của người sử dụng. Đây là kênh ở cả 2 đường lên và xuống, truyền từ điểm đến điểm . Có hai loại kênh logic : Kênh toàn tốc FR ( Full Rate ) có tốc độ 22,8 Kb/s và kênh bán tốc HR ( Haft Rate ) có tốc độ 11,4 Kb/s . Các kênh điều khiển : Có 3 loại kênh điều khiển : Kênh quảng bá BCH : bao gồm các kênh sau : Kênh hiệu chỉnh tần số FCCH : mang thông tin của hệ thống để hiệu chỉnh tần số cho MS. Đây là kênh đường xuống, điểm - đa điểm. Kênh đồng bộ SCH : mang thông tin đồng bộ khung cho MS và mã nhận dạng trạm BTS ( BSIC ) , là kênh đường xuống , điểm - đa điểm . Kênh điều khiển quảng bá BCCH : mang các thông tin của hệ thống như số LAI , các thông số của ô ... là kênh đường xuống, điểm - đa điểm Kênh điều khiển chung CCCH : bao gồm các kênh sau : Kênh tìm gọi PCH : dùng để phát thông tin tìm gọi MS. Là kênh đường xuống điểm - đa điểm . Kênh thâm nhập ngẫu nhiên RACH : là kênh MS sử dụng để yêu cầu được cung cấp 1 kênh DCCH, trả lời thông báo tìm gọi , đồng thời để thực hiện các thủ tục khởi đầu khi đăng ký cuộc gọi (nhân thực khi chuyến số gọi ... ) Là kênh đường lên , điểm - điểm Kênh cho phép thâm nhập AGCH : là kênh BTS sử dụng thông báo cho MS để giành 1 kênh DCCH hay giành trực tiếp một kênh TCH để kết nối với MS . Là kênh đường xuống , điểm - điểm . Kênh điều khiển riêng DCCH Kênh điều khiển riêng đứng đơn lẻ SDCCH : dùng để báo hiệu hệ thống khi thiết lập cuộc gọi ( đăng ký nhận thực quay số ... ) Trước khi ấn định một TCH. Là kênh đường lên và xuống, điểm - điểm. Kênh điều khiển liên kết chậm SACCH : kênh này không đi một mình mà liên kết với một kênh SDCCH hoặc một kênh TCH. Đây là kênh số liệu liên tục mang các thông báo đo đạc từ MS về cường độ trường và chất lượng thu của ô hiện thời và các ô lân cận. Các thông báo này được chuyển về BSC để quyết định Handover, ở đường xuống nó mang thông tin để hiệu chỉnh công suất phát của MS và thông số định trước TA để đồng bộ thời gian. Kênh điều khiển liên kết nhanh FACCH : liên kết với một kênh TCH theo chế độ " lắp đầy ". Khi tốc độ thông tin cần trao đổi lớn hơn nhiều khả năng của SACCH, hệ thống sẽ "lắp đầy " một cụm 20 ms của TCH. Đây là trường hợp khi Handover. ở đường xuống nó mang thông tin để hiệu chỉnh công suất phát của MS và công suất định thời trước TA để đồng bộ thời gian. Kênh điều khiển liên kết nhanh FACCH : liên kết với một kênh TCH theo chế độ "lấy cắp. Khi tốc độ thông tin cần trao đổi lớn hơn nhiều khả năng của SACCH, hệ thống sẽ lấy cắp một cụm 20ms của TCH. Đây là trường hợp khi Handover rất nhiều thông tin cần được trao đổi với MS. 20ms tiếng hay số liệu bị "lấy cắp" sẽ được thay thế bằng chuỗi nội suy ở bộ giải mã. 5.3.Khái niệm cụm thông tin . Khuôn mẫu thông tin ở một khe thời gian đươc gọi là một cụm, nghĩa là trong các khoảng thời gian đồng đều (cứ 8 khe thời gian một lần ở kênh TDMA) ta gửi đi một cụm của một loại thông tin xát từ MS Có 5 loại cum khác nhau được sử dụng như sau : Cụm bình thường : Được sử dụng để mạng thông tin ở TCH và các kênh điều khiển, trừ RACH, SCH, và FCCH. TB 3 Các bit được mật mã 58 Chuỗi hướng dẫn 26 Các bit được mật mã 58 TB 3 GP 8.25 0.577 ms - 156.25 bit Hình 12 : Cụm bình thường Cụm hiệu chỉnh tần số : Được sử dụng để hiệu chỉnh tần số của trạm di động. Nó tương đương như sóng mang không bị điều chế. Các lặp .... của cụm này gọi là FCCH . TB 3 Các bit cố định 142 TB 3 Gp 8.25 0.577 ms - 156.25 bit Hình 13 : Cụm hiệu chỉnh tần số Cụm đồng bộ : Cụm này được sử dụng để đồng bộ thời gian của trạm di động. Nó chứa một chuỗi đồng bộ dài dễ dàng nhận biết và mạng thông tin của số khung TDMA cùng với mã nhận dạng trạm gốc. TB 3 Các bit được mật mã 39 Chuỗi đồng bộ 64 Các bit được mật mã 39 TB 3 GP 8.25 0.577 ms - 156.25 bit Hình 14 : Cụm đồng bộ Số khung TDMA : Một trong các tính năng của GSM là bảo vệ thông tin của người sử dụng chống bị nghe trộm. Điều này được thực hiện nhờ mật mã hoá thông tin trước khi phát. Thuật toán để tính toán khoá mật mã sử dụng số khung TDMA như một thống số vào, và vì thế mỗi khung phải có một số khung. Sơ đồ đánh số khung là một chu trình 3.5 giờ (2715648 khung TDMA). Ngoài ra khi biết số khung TDMA, MS sẽ biết loại kênh logic nào đang được truyền ở kênh điều khiển TS0. BSIC được MS sử dụng để kiểm tra nhận dạng BTS khi đo cường độ tín hiệu ( để tránh đo nhầm các ô đồng kênh ). Nó cũng được sử dụng để phát hiện sự thay đổi PLMN ( người khai thác ). Cụm thâm nhập : Cụm này được sử dụng để thâm nhập ngẫu nhiên và có khoảng bảo vệ để dành cho phát cụm từ trạm di động, vì trạm này ở lần thâm nhập đầu tiên không biết trước thời gian (hay sau khi chuyển đến BTS mới). Trạm di động có thể ở xa BTS, nghĩa là cụm đầu sẽ đến muộn vì không có định trước thời gian ở cụm đầu, cụm này phải ngắn hơn để tránh không chồng lấn cụm này với khe thời gian sau. TB 3 Chuỗi đồng bộ 41 Các bit được mật mã 36 TB 3 GP 8.25 Hình 15 : Cụm thâm nhập Cụm giả : Được phát từ BTS trong một số trường hợp. Cụm này không mang thông tin. Khuôn mẫu giống như cụm bình thường với các bit mật mã được thay bằng các bit hỗn hợp có một mẫu bit xác định . 5.4. Sắp xếp các kênh logic ở kênh vật lý. Để thực hiện trao đồi thông tin giữa MS và mạng rất nhiều kênh logic phải cần đến. Nếu mỗi kênh logic chiếm một kênh vật lý thì khả năng không thể chấp nhận được, hơn nữa lưu lượng bản tin cũng rất nhỏ, do đó cần thực hiện ghép kênh logic trên một kênh vật lý. Việc sắp xếp các kênh logic trên kênh vật lý được thực hiện theo cấu trúc đa khung. Một BTS có sóng mang song công ký hiệu C0, C1, ... Cn, mỗi sóng mang có 8 khe thời giàn (TS). TS0 ở C0 đường xuống được sử dụng chỉ để sắp xếp các kênh điều khiển. C0 còn gọi là sóng mang BCCH. Cấu trúc đa khung ở khe thời gian TS0 (đường xuống). 0 1 2 7 0 1 2 7 0 1 F S B B C C C F S Các khung TDMA B : BCCH I : IDLE C: CCCH Hình16 : Ghép các BCH và CCCH ở TS0 0 1 2 7 0 1 2 7 0 1 F S Các khung TDMA R : RACH F S F S R R R . . . . . . . . . . R R Hình 17 : Ghép RACH ở TS0 Toàn bộ có 51 TS, thời gian là 51 khung TDMA chuỗi được lặp lại. BTS phải luôn phát ở C0 , thậm chí không có tìm gọi cũng như thâm nhập, để cho phép các MS có thể đo cường độ tín hiệu từ BTS để quyết định BTS nào thích hợp với : Nơi ghép khởi đầu ( khi bật nguồn ) Chuyển giao khi cần, FCCH, SCH và BCCH luôn được phát. Nếu CCH không được phát thì mọi cụm giả được phát. Các TS1 – 7 cũng vậy, nếu chúng không được phát thì cụm giả được phát. ở đường lên TS0 ở C0 được sử dụng để thâm nhập. Các kênh logic ở TS0 đường xuống là BCCH, FCCH, DCH và AGCH. Kênh RACH là kênh logic ở TS0 đường lên. Khe TS1 của C0 được dùng để sắp xếp các kênh điều khiển riêng DCCH. Do tốc độ bit trong quá trình thiết lập cuộc gọi và đăng ký khá thấp, có thể dùng 8 kênh SDCCH ở 1 TS nên việc sử dụng TS hiệu suất hơn. Việc sắp xếp các kênh này theo chu kỳ 2 đa khung. Toàn bộ có 102 TS, độ dài thời gian là 102 khung TDMA. Phần 2 : Quy hoạch Cell cho hệ thống GSM 1. Sóng điện từ : Việc cấp phát phổ tần cho hệ thống GSM sơ cấp được thống nhất năm 1979. Qua vài thập kỷ, hệ thống GSM đã được phát triển thành hệ thống số sử dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số TDMA. Việc sử dụng công nghệ điều biến khoá dịch tối thiểu Gaux (GMSK ) đã cho tốc độ tổng cộng bằng 271 Kbps và dải thông rộng có thể lên tới 500 KHz - 600 KHz. Như vậy cần có biện pháp nào đó để giảm tốc độ bit cho từng kênh để giải thông tần chỉ bằng khoảng 200KHz. Điều này được thực hiện bằng mã hoá tiếng thường dùng bộ mã hoá lai ghép. Tốc độ bit khi đó chỉ bằng 13Kbps. Với ứng dụng của dải tần VHF (từ 30MHz - 300MHz ) và UHF (300M - 3000MHz) là dành cho thông tin di động, hệ thống GSM sơ cấp được chỉ định ở 2 băng tần có độ rộng bằng 25 MHz. Từ 890 - 915 MHz cho đường lên Từ 935 - 960 MHz cho đường xuống Như vậy giải thông của 1 kênh vật lý là 200 KHz, dải tần phòng vệ biên rộng 200 KHz thì GSM900 có 124 dải thông tần kênh vật lý tương ứng. P - GSM 890MHz 915MHz 935MHz 960MHz UPLINK DOWNLINK 45 MHz E - GSM 880NHz 915MHz 925MHz 960MHz UPLINK DOWNLINK 45 MHz DSC - 1800 1710MHz 1785MHz 1805MHz 1880MHz UPLINK DOWNLINK 95 MHz Hình 18 : Phổ tần số Ngoài ra để đáp ứng nhu cầu về dung lượng trong tương lai người ta còn mở rộng P - GSM thành E - GSM và hệ thống DCS 1800 để đáp ứng mạng PCN. 2. Nguyên tắc truyền sóng : Do đặc điểm sóng vô tuyến sử dụng cho thông tin di động là loại sóng VHF và UHF có tần số > 30 MHz và bước sóng rất ngắn nên sóng đất trở nên không đáng kể và bị hấp thụ rất nhanh. Sóng trời có su hướng thoát vào không gian bởi các đặc tính khác nhau của tầng điện ly. Những bức xạ ở góc thấp hơn là sóng không gian là phương thức truyền sóng chủ yếu ở tần số này. Truyền theo kiểu này còn được gọi là truyền sóng trong tầm nhìn thẳng. 2.1. Truyền sóng trong không gian tự do. Không gian tự do là môi trường không có vật cản hay cản trở nào trên đường truyền của tín hiệu vô tuyến. Khái niệm bức xạ đẳng hướng trong không gian tự do là cường độ năng lượng phát ra từ anten bằng nhau ở mọi hướng. Trên thực tế điều này không thể, nhưng ta sẽ sử dụng nó như một tham khảo trên lý thuyết. P = Pt / 4Pd2 Trong đó : P : Thông lượng công suất bức xạ [ W ] Pt : Công suất bức xạ đẳng hướng từ anten [ W ] d : Khoảng cách khảo sát tới anten [ m ] Công suất thu tại khoảng cách trên từ nguồn bức xạ đẳng hướng phụ thuộc vào vùng thu hiệu dụng ( Ae - góc mở hiệu dụng ) của anten thu. Ae = l2 /4P [ m2 ] l : là bước sóng sử dụng Công suất thu được là tích của thông lượng công suất và góc mở hiệu dụng: Pr = P . Ae [ W ] Thay Ae và P vào công thức ta có : Pr = ( Pt / 4Pd 2 ) . ( l2 / 4P ) [ W ] 2.2. Suy hao trong không gian tự do : Trên thực tế, Pr luôn nhỏ hơn Pt công suất phát từ anten đẳng hướng một chút và giá trị chênh lệch đó gọi là suy hao truyền sóng trong không gian tự do. Lfs = 20 . log ( 4Pd/l ) [ dB ] d : [ m ] l : [ m ] Chú ý : Lfs phụ thuộc nhiều vào tần số sử dụng, tần số càng cao thì suy hao càng lớn. Như vậy : Với một mức công suất cho trước, phạm vi sử dụng sẽ càng hẹp nếu tần số truyền dẫn càng cao. Để chính sác hơn và thuận tiện cho sử dụng, người ta sử dụng công thức sau : Lfs = 32,5 + 20.log d + 20.log f [ dB ] Với d = Km , f = MHz Công suất thu được ở máy thu anten đẳng hướng có thể được tách : Pr = Pt - Lfs Với Pt : Công suất bức xạ đẳng hướng. Pr : Công suất thu. Lfs : Suy hao truyền sóng trong không gian tự do. Tuy nhiên, mô hình không gian tự do trên đây là một mô hình được đơn giản hoá nhưng lại là một xuất phát điểm quan trọng để thiết kế một mạng vô tuyến. Đối với nhiều trường hợp cụ thể mà mô hình này được xem xét kỹ hơn như : Truyền sóng trong môi trường có hai mặt nước, giữa hai cao điểm 2.3.Truyền sóng nhiều tia . Thực tế, sóng vô tuyến đến được máy thu không chỉ theo đường trực tiếp mà còn theo vô số các tia phản xạ từ mặt đất hay những vật thể khác ( cả hai nhân tố này có thể cố định hay chuyển động ). Như vậy tín hiệu đến được máy thu là tổng hợp của nhiều tia tới có biên độ và pha thay đổi. Do sự phản xạ bất kỳ nên khoảng cách các tia tới lan truyền rất đa dạng. Tín hiệu thu được có thể được tăng cường (có biên độ lớn lên ) hay bị suy giảm ( biên độ giảm đi, thậm chí bằng không ) hoặc một vài đoạn tín hiệu biến động đột ngột. Hiện tượng này gọi chung là fading. Trong đó những chỗ tín hiệu triệt tiêu nhau gọi lạ chỗ trũng fading. Khoảng thời gian giữa hai chỗ trũng fading phụ thuộc vào tốc độ chuyển động, địa hình môi trường và tần số phát. Đây là những nguyên nhân chính gây giảm sút đáng kể chất lượng thông tin. Có hai loại fadinh chính đáng quan ._.