Tổng quan về thông tin di động GSM & cách thức giao tiếp giữa máy đầu cuối di động

ời với sự phát triển của các nghành khác như, điện tử, tin học, quang học công nghệ viễn thông đã và đang mang đến cho con người tất những ứng dụng trong tất cả các nghành kinh tế, giáo dục, văn học, y học, thông tin quảng bá… Các quốc gia đều coi viễn thông tin học là những nghành mũi nhọn và được đầu tư thích đáng trong nghiên cứu và trong ứng dụng công nghệ thông tin làm đòn bẩy để kích thích sự phát triển của nghành kinh tế quốc dân khác. Đi cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin thì thông tin di động hiện nay đang được phát triển tăng cường bằng cách đưa thêm các dịch vụ mới như thông tin số liệu tốc độ cao, hình ảnh tốc độ thấp, hình ảnh tốc độ đủ để phục vụ cho truyền hình… Để làm được điều này thông tin di động số băng hẹp đang được chuyển vào thông tin di động số băng rộng ở một số nước phát triển trên thế giới số thuê bao di động đã chiếm 70% tổng thêu bao, còn ở nước ta số thuê bao di động đã chiếm trên 10% tổng số thêu bao. Với su thế háo mạng thâm nhập thuê bao để đáp ứng tính di động trong các hoạt động kinh tế-xã hội của con người trong thế kỷ XXI dự báo các tỷ trọng các thuê bao di động trong tổng số các thuê bao sẽ không ngừng tăng nhanh và có thể đạt tới 50% tổng số các thêu bao vào đầu thế kỷ XXI. Nước ta hai mạng thông tin di động tổ ong số hiện đại theo tiêu chuẩn GSM đang được khai thác rất hiệu quả. Mạng di động là mạng có sư tổ hợp hoàn chỉnh của nhiêu công nghệ tiên tiến và thuật toán lý thuyết hiện đại như kỹ thuật định vị, xử lý tiếng nói, điều chế số, sử lý tín hiệu số… Vì vậy việc nghiên cứu tìm hiểu mạng thông tin di động để có được một cái nhìn căn bản ban đầu đòi hỏi phải có sự lỗ lực lớn về thơì gian và công sức trên tinh thần ấy cuốn đồ án này của em chỉ nhằm mục đích cung cấp làm sáng tỏ những kiến thức cơ bản tổng quan về mạng thông di động GSM cách thức giao tiêp giữa máy đầu cuối di động… Cuốn đồ án này nằm trong khuôn khổ hạn hẹp của một luận án tốt nghiệp lại bị hạn chế về thời gian chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót trong ý thức cũng như trong thực tế kỹ thuật vì vậy ngươì viết rất mong nhận được những ý kiến đóng góp từ phía độc giả để nội dung cuốn đồ án này được nâng cao và hoàn thiện hơn nữa cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Đức Thuận đã giúp đỡ em rất tận tình trong quá trình thực tập cũng như quá trình làm đồ án. Chương I. Khái quát về thông tin vô tuyến di động 1.1. Lịch sử phát triển: Vào cuối thế kỷ 19, các thí nghiệm của nhà bác học người ý Mareoni Gugliehno (1874 – 1937, giải Nobel vật lý năm 1909) đã cho thấy thông tin vô tuyến có thể thực hiện giữa các máy thu phát ở xa nhau và di động. Thông tin vô tuyến lúc đó chỉ sử dụng mã Morse, mãi cho tới năm 1928 hệ thống vô tuyến truyền thanh mới đuợc thiết lập, thoạt tiên cho cảnh sát. Đến năm 1933 sở cảnh sát Bayone, New jersey mới thiết lập được một hệ thống thoại vô tuyến di động tuơng đối hoàn chỉnh đầu tiên trên thế giới. Hồi đó các thiết bị điên thoại di động rất cồng kềnh, nặng hàng chục kg, đầy tạp âm và rất tốn nguồn do dùng các đèn điện tử tiêu thụ nguồn lớn. Công tác trong dải thấp của băng VHF, các thiết bị này liên lạc được với khoảng cách vài chục dặm. Sau đó quân đội cũng đã sử dụng thông tin di động để triển khai và chỉ huy chiến đấu có hiệu quả. Các dịch vụ di động trong đời sống như cảnh sát, cứu thuơng, cứu hoả, hànghải, hàng không... Cũng đã sử dụng thông tin di động để các hoạt động của mình được thuận lợi. Chất lượng thông tin di động hồi đó rất kém. Đó là các đặc tuyến truyền dẫn sóng vô tuyến dẫn đến tín hiệu thu được là một tổ hợp nhiều thành phần của tín hiêu được phát đi, khác nhau cả về biên độ và pha và thời gian giữ chậm. Tổng vec – tơ của các tín hiệu này làm cho đường bao tín hiệu thu được bị thăng giáng mạnh và nhanh. Khi trạm di động hành tiến , mức tín hiệu thu thường bị thay đổi lớn và nhanh làm cho chất lượng đàm thoại bị suy giảm trông thấy. Tất nhiên, tất cả các đặc tính truyền dẫn ấy ngày nay vẫn tồn tại song hồi đó chúng chỉ được chống lại bằng một kỹ nghệ còn trong thời kỳ sơ khai. Trong khi ngày nay công nghệ bán dẫn có thể sử dụng hàng triệu đèn bán dẫn cho việc loại bỏ các ảnh hưởng sấu của đặc tính truyền dẫn thì hồi đó các máy thu phát thường không quá 10 đèn điện tử. Băng tần có thể sử dụng được bởi công nghệ đương thời cho thông tin vô tuyến luôn khan hiếm. Các băng sóng chung và dài đã được sử dụng cho phát thanh trong khi đó các băng tần số thấp và cao (LF và HF) thì bị chiếm bởi các dich vụ thông tin toàn cầu. Công nghệ ngày đó thì chưa thích hợp để đạt được chất lượng liên lạc cao trên các băng sóng VHF và UHF. Khái niệm về tái dụng tần số đã được nhận thức song không được áp dụng để đạt được nguời sử dụng cao. Do đó, suốt nhiều năm chất lượng của thông tin di động kém hơn nhiều so với thông tin hữu tuyến do công nghệ không thích hợp và các nhà tổ chức thông tin đã không sử dụng nổi độ rộng dải tần trên các băng tần số cao. Trong khi các mạng điện thoại tương tự cố định thương mại đang được số hoá nhờ sự phát minh ra các dụng cụ điện tử có kích thước nhỏ bé và tiêu thụ ít nguồn thì tình trạng của vô tuyến điện còn biến đổi rất chậm chạp. Các hệ thống vô tuyến di động nội bộ mặt đất đã bắt đầu được sử dụng song mới ở mức độ phục vụ các nhóm chuyên biệt chứ chưa phải cho các cá nhân trong cộng đồng. Mặc dầu Bell Laboratories đã thai nghén ý đồ về một mạng tế bào ngay từ năm 1947, song mãi cho tới tận năm 1979 công ty mẹ của nó vẫn không làm gì khởi đầu việc áp dụng một hệ thống vô tuyến tế bào. Thời kỳ ấp ủ lâu dài đó là do phải chờ đợi các phát triển cần thiết trong công nghệ. Chỉ cho tới khi có các mạch tích hợp thiết kế được một cách tuỳ chọn, các bộ vi sử lý, các mạch tổng hợp tần số, các chuyển mạch nhanh dung lượng lớn... Mạng vô tuyến tế bào mới được biến thành hiện thực. Những năm thập kỷ 80 đã chứng kiến sự ra đời của một số hệ thống vô tuyến tế bào tương tự thường được gọi là các mạng vô tuyến di động mặt đất công cộng (PLMR – Publie Land Mobile Radio). Làm việc ở giải UHF, các mạng này cho thấy một sự thay đổi vượt bậc về độ phức tạp của các hệ thống thông tin liên lạc dân sự. Chúng cho phép người sử dụng có được các cuộc đàm thoại trong khi di động với bất kỳ đối tượng nào có nối tới các mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PSTN (Public Switched Telephon Network) hoặc các mạng đa dịch số ISDN (Integrated Services Digital Nework). Trong những năm 90 đang và sẽ có những bước tiến hơn nữa trong thông tin di động với việc áp dụng các mạng tế bào số (Digital cellular System) và các hệ thống không giây số (Digital Cordless Telecommunication System). Ngoài các dịch vụ điện thoại truyền thống, các hệ vô tuyến di động số thế hệ thứ hai này sẽ cung cấp một mảng các dịch vụ mới khác như tiếng nói, truyền số liệu, truyền fax, truyền các tin nhắn... Ngày nay thông tin di động đang phát triển hết sức mạnh mẽ trên phạm vi toàn thế giới, càng ngày càng tiến tới chia sẻ thị trường và thay thế từng mảng các dịch vụ thông tin cố định. Hình 1a. Phác cho chúng ta một khía cạnh dự báo về tương quan giữa các dịch vụ về thông tin di động và thông tin cố định trong tương lai gần ở châu Âu, trong đó cho thấy từ năm 1998 trở đi lợi nhuận từ các dịch vụ thông tin di động sẽ bắt kịp và vượt rất nhanh lợi nhuận thu được từ các dịch vụ cố định. 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 Fixed Service Supphers Module Service Supphers 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 Hình1a. Dự báo lợi nhuận một số loại hình dịch vụ thông tin (châu Âu). 1.2. Đặc điểm truyền sóng trong thông tin di động: Đặc điểm truyền sóng trong thông tin vô tuyến di động là tín hiệu thu được ở máy thu bị thay đổi so với tín hiệu đã bị phát đi cả về tần số biên độ, pha và thơi gian giữ chậm. Các thay đổi này có tính chất rất phức tạp. Sự tác động của chúng tới chất lượng liên lạc phụ thuộc vào hàng loạt các yếu tố khác nhau như địa hình khoảng cách liên lạc, giải tần, khí quyển tốc độ truyền tin tốc độ di chuyển của các trạm di động, mật độ thuê bao trên một đơn vị diện tích , ăng ten, công suất phát, sơ đồ điều chế... Tuy vậy về cơ bản chung ta có thể chia một cách vắn tắt các ảnh hưởng truyền sóng này thành ảnh hưởng của hiệu ứng dopler, tổn hao đường truyền và pha ding. 1.2.1. Hiệu ứng dopler: Là sự thay đổi thay đổi tần số của tín hiệu thu được so với tín hiệu đã được phát đi, gây bởi chuyển động tương đối giữa máy thu và máy phát trong qúa trình truyền sóng. Gỉa sử một sóng mang không bị điều chế có tần số fc được phát tới một máy thu đang di động với vận tốc v. Tại máy thu, tần số của tín hiệu nhận được theo tia sóng thứ i sẽ là f=fc+fm.cosa trong đó ai là góc tới của tia sóng thứ i so với hướng chuyển động của máy thu, fm là lượng dịch tần. Dopler fm = v.fc/c với c là vận tốc ánh sáng. Như vậy chỉ trong trường hợp máy thu đứng im so với máy phát (v=0) hoặc máy thu đang chuyển động vuông góc với góc tới của tín hiệu (cosai =0 ) thì tần số dữ liệu thu được mới có sự thay đổi so với tần số tín hiệu phát. Hiệu ứng dopler sẩy ra mạnh nhất khi máy thu di động theo phương của tia sóng tới (cosai = ±1). Điều này thường sảy ra trong thông tin di động khi máy thu đặt trên xe di chuyển trên các xa lộ, còn các ăng ten trạm phát thì được bố chí dọc theo xa lộ (được gán trên các cầu vượt ngang qua xa lộ chẳng hạn). 1.2.2. tổn hao đường chuyền: Là lượng suy giảm mức điện thu so với mức điện phát mức điện trung bình của tín hiệu thu giảm dần theo khoảng cách do công suất của tín hiệu trên một đơn vị diện tích của mặt sóng cầu giảm dần khoảng cách giữa các ăng ten thu và phát, do hấp thụ của môi trường truyền... Tổn hao đường truyền phụ thuộc vào tần số bức xạ, địa hình, tính chất môi trường mức độ di động của các chướng ngại vật, độ cao ăng ten, loại ăng ten... Trong thông tin vô tuyến tế bào, trong nhiều trường hợp tổn hao đường truyền tuân theo luật mũ 4 tức là tăng tỉ lệ với luỹ thừa 4 của khoảng cách. Về nguyên tắc tổn hao đường truyền hạn chế kích thước tế bào và cự ly liên lạc song trong nhiều trường hợp ta có thể lợi dụng tính chất tổn hao đường truyền để phân chia hiệu quả các tế bào và cho phép tái dụng tần số một cách hữu hiệu làm tăng hiệu quả sử dụng tần số. 1.2.3. Pha-ding: Trong những quãng cách tương đối ngắn mức tín hiệu thu trung bình có thể coi là hằng số, tuy nhiên mức điện tức thời của tín hiệu thu tại ăng ten lại có thể thay đổi nhanh với những lượng tiêu biểu tới 40 dB. Những thay đổi nhanh mức điện thu tức thời này được gọi là pha-ding nhanh. Giả sử một trạm cố định phát một sóng ngang không bị điều chế, trạm thu di động sẽ thu được không chỉ một thành phần sóng mang đã được phát đó mà là cả một tổ hợp các tia sóng do tín hiệu bị phản xạ, nhiễu xạ bởi các cao ốc, tán xạ, và các trướng ngại vật linh tinh khác trước khi tới máy thu. Thực tế trong hầu hết các môi trường mỗi tia sóng thu được tại máy thu di động đều phải chịu những thay đổi (phụ thuộc vào đường đi của nó) về pha, thời gian giữ chậm riêng, biên độ cũng như dịch tần dopler. Kết quả là tín hiệu mà trạm di động thu được có thể khác một cách căn bản với sóng mang đã phát. Trong trường hợp nghiêm trọng, tổng vec – tơ của tín hiệu tới theo nhiều tia có thể giảm tới một giá trị rất thấp. Hiện tượng này gọi là pha – ding nhiều tia khi máy di động di chuyển, mức thu bị pha - ding theo từng quãng cách nửa bước sóng dọc theo hành trình của nó một pha – ding rất sâu xảy ra, tín hiệu thu được có thể giảm tới không, tỉ số tín/ tạp nhỏ hơn không, khi đó đầu ra máy thu hoàn toàn tuỳ thuộc vào nhiễu của kênh. Trong thức tế sóng mang được diều chế. Trong thông tin di động số ảnh hưởng của đặc tính truyền dẫn còn phụ thuộc vào tỷ lệ số giữa độ dài một dấu (Symbol) và trải giữ chậm (Delay Spread) của kênh vô tuyến biến đổi theo thời gian. Độ trải giữ chậm có thể xem như độ dài của tín hiệu thu được khi một xung cực hẹp được truyền đi. Nếu số liệu được truyền với tốc độ thấp thì chúng có thể giải quyết được dễ dàng tại phần thu. Đó là sự bành trướng do truyền theo nhiều tia của một xung số liệu thì kết thúc trước khi xung tiếp theo được phát đi. Tuy thế nếu ta cứ tăng tốc độ truyền số liệu lên mãi tới một lúc mỗi dấu số liệu sẽ trải hẳn sang các dấu số liệu lân cận, tạo ra xuyên nhiễu giữa các dấu ISI (InterSymbol Interference). Nếu không có các mạch san bằng kênh nhằm loại bỏ ISI thì tỷ lệ lỗi bít BER (Bít – Erro Ratio) sẽ lớn tới mức không thể chấp nhận được. Giả sử ta vẫn cứ truyền số liệu với tốc độ lớn song đưa máy di động lại gần trạm cố định đồng thơì giảm một cách thích hợp công suất phát tức là nếu thu hẹp kích thước tế bào thì trải giữ chậm của từng tia nhìn chung là nhỏ khi đó ISI sẽ còn không đáng kể do đó không cần san bằng kênh. Pha – ding được gọi là phẳng nếu nó xảy ra như nhau suốt cả dải tần số của kênh. Pha – ding là chọn lọc theo tần số khi đó xảy ra đồng đều trong giải tần số của kênh, gây lên ISI. Như vậy kích thước tế bào có ảnh hưởng rất quan trọng tới đặc điểm truyền sóng. Đối với các tế bào có kích thước lớn các mạch san bằng là bắt buộc ngay cả khi truyền tốc độ thấp (vài chục kb/s) ngược lại với các siêu vi tế bào (Picocell) trong đó trải giữ chậm nhỏ hơn 1ms nhiều, pha –ding là phẳng ngay cả với tốc độ số liệu vài Mb/s, khi đó mạch san bằng là không cần thiết. ở đây cần nhấn mạnh thêm rằng việc có được đường truyền nhìn thẳng LOS (Line – Of – Sight) giữa máy thu và máy phát (thường sảy ra trong các vi tế bào) có ý nghĩa cải thiện chất lượng liện lạc đặc biệt. 1.3. Phân loại các hệ thống thông tin vô tuyến di động: Theo cấu trúc đặc điểm và phương thức truy nhập các hệ thống thông tin vô tuyến di động có thể được phân chia thành nhiều loại khác nhau. Theo cấu trúc, chúng thường được phân chia thành: hệ thống mạng tế bào hệ thống viễn thông không dây và vành vô tuyến địa phương. Theo đặc tính, các hệ thống vô tuyến di động có thể được phân chia thành các hệ thống liên tục (Analogue) và các hệ thống số (Digital). Trong thông tin di động, các phương thức đa truy nhập (ghép kênh) sau thường được sử dụng: Đa truy nhập theo tần số FDMA (Frequency Division Multiple Access) đa truy nhập theo thời gian TDMA (Time Division Multiple Access) và đa truy nhập theo mã CDMA(Code Division Multiple Access). Do khuân khổ có hạn trong phần này em chỉ điểm qua những đặc yếu nhất của từng loại hệ thống vô tuyến di động theo phân loại nêu trên. 1.3.1. Phân loại theo cấu trúc: - Mạng tế bào (Cellular Mobile Radio): Việc liên lạc trong thông tin vô tuyến di động tế bào được tiến hành giữa một hệ thống trạm gốc cố định BS (Base Station) được bố trí theo các vùng địa lý và các trạm di động MS (Mobile Station) diện tích địa lý trong đó các MS liên lạc trức tiếp với các BS được gọi là một tế bào (Cell) có thể coi biên của một tế bào được xác định bởi khoảng cách cực đại mà MS có thể ra khỏi BS mà liên lạc vẫn còn chưa chở lên không thể chấp nhận được về lý thuyết các tế bào thường được bố chí có dạng tổ ong với kích thước thích hợp cho phép tái dụng tần số nhằm đạt được mật độ người sử dụng thích hợp trong thực tế hình dáng thực và kích thước tế bào phụ thuộc vào địa hình công suất phát, mật độ người sử dụng, loại ăng ten và độ cao của ăng ten... Thônng thường trong địa hình nông thôn tế bào có thể có bán kính tới 35km, trong các đô thị con số này chỉ còn một vài km thậm chí chỉ còn vài trăm mét đến 1km. Mạng vô tuyến tế bào được dùng để tổ chức PLMR, GSM, IS – 54/IS – 136, IS–95 (CDMA)... Là các hệ thống vô tuyến tế bào tiêu biểu. - Viễn thônng không dây CT (Cordless Telecommunication ): Các mạng không dây được thiết kế cho mạng di động phủ sóng những khoảng cách tương đối nhỏ như trong các môi trường công sở nhà máy... Do kích thước tế bào nhỏ tốc độ chuyền số liệu có thể khá cao mà không cần các mạch san bằng phức tạp, thậm chí cũng không nhất thiết phải áp dụng mã hoá kênh. Các mạng không dây tiêu biểu là DECT (Digital European Coidless Telecommunication ) của châu Âu, CT – 2 của Anh. - Vành vô tuyến địa phương (Wireless Local Loop): Được sử dụng để nối thêu bao điện thoại tới mạng điện thoại công cộng bằng các thiết bị vô tuyến. Chất lượng liên lạc, độ an toàn thông tin của vành vô tuyến điạ phương thì cũng tương tự như mạng hữu tuyến. Tuỳ lĩnh vực áp dụng cự li liên lạc có thể là 200m đến 500m trong địa hình đô thị và có thể tới 20km trong vùng nông thôn. Thủ tục lắp đặt nhanh chóng, lắp đặt, bảo trì và điều phối khá rẻ. Tại những vùng nông thôn hoặc ngoại ô hẻo lánh nơi có mật độ thuê bao thấp việc đặt các đường dây thuê bao điện thoại mới không thấy kinh tế thì vành vô tuyến địa phương trở nên rất hiệu quả. 1.3.2. Phân loại theo đặc tính: - Vô tuyến di động liên tục: Là các hệ thống điện thoại vô tuyến di động thế hệ thứ nhất, tín hiệu thoại là tín hiệu liên tục điều chế FSK (Frequency Shift Keying). Ghép kênh chủ yếu theo tần số các kênh điều khiển thì đã dược số hoá. - vô tuyến di động số : Cả tín hiệu thoại lẫn các kênh điều khiển dều là tín hiệu số. Ngoài dịch vụ điện thoại truyền thống hệ thống vô tuyến di động số còn cho phép khai thác một loạt các dịch vụ khác như truyền các tin ngắn, tuyền fax, truyền liệu... Tốc độ truyền cao và có khả năng mã hoá thông tin. 1.3.3. Phân loại theo phương thức đa truy nhập : - Đa truy nhập theo tân số (FDMA): Được sử dụng chủ yếu trong thông tin di động thế hệ thứ nhất, trong đó hai giải tần số có độ rộng W được sử dụng cho đường truyền xuống (Dows–Link) từ BS tới MS và đường truyền lên (Up - Link) từ MS tới BS. Mỗi một người sử dụng chiếm một tần con có độ dộng W/N gọi là kênh và sử dụng kênh đó trong suốt thời gian liên lạc. Đặc điểm: tốc độ chuyền thấp, khó áp dụng các dịch vụ không thoại, hiệu quả sử dụng tần số thấp, có bao nhiêu kênh trong một tế bào thì phải có bấy nhiêu máy thu - phát làm việc trên bấy nhiêu tần số kênh đặt tại BS, do đó kết cấu BS cồng kềnh. - Đa truy nhập theo thời gian (TDMA): Được sử dụng trong hầu hết các hệ thống vô tuyến di động thế hệ thứ hai hoàn toàn số háo. Với loại truy nhập theo thời gian này, mỗi người sử dụng chiếm cả giải tần W trong một khe thời gian nhất định, tuần hoàn trong suốt thời gian liên lạc. Đặc điểm: dễ dàng mở các dịch vụ không thoại, thiết bị trạm BS khá đơn giản do chỉ cần một máy thu phát làm việc trên một cặp tần số ứng với các đường lên, xuống cho nhiều người sử dụng (8 người sử dụng đối với GSM), hiệu quả sử dụng tần số cao hơn so với các hệ thống FDMA. Đối với loại đa truy nhập này, do tốc độ chuyền số liệu khá cao, ISI tồn tại trong quá trình liên lạc, do đó trong nhiều trường hợp các mạch san bằng khá phức tạp là cần thiết. Đồng bộ cũng là một vấn đề đối với phương thức da truy nhập này. - Đa truy nhập theo mã (CDMA): Là một dạng của đa truy nhập phổ trải SSMA (Spread Speetrum Multiple Access), trong đó mỗi một người sử dụng dùng toàn bộ phổ tần như với TDMA, trong toàn bộ thời gian của cuộc gọi như đối với FDMA. Các kênh được phân biệt với nhau nhờ việc sử dụng các mã giải nhiễu PN (Pseudo Noise). Các ưu điểm nổi bật của CDMA là hiệu quả sử dụng phổ rất cao, khả năng tái dụng tần số rất cao, phương án bố chí tần số sử dụng trong các tế bào rất đơn giản, độ an toàn thông tin và khả năng làm việc trong các điều kiện nhiễu mạnh rất cao... Mặc dầu có các ưu điểm nổi bật như vậy, cho đến nay CDMA chỉ được sử dụng hạn chế do các vấn đề có liên quan tới điều khiển công suất, đồng bộ và việc tìm ra các mã PN cung cấp số kênh lớn. Cũng cần phải nhấn mạnh thêm rằng, do hoàn cảnh lịch sử hệ thống GSM (TDMA) đã được chấp nhận ở châu Âu và nhiều nước khác trên thế giới, bảo đảm tính lưu động (Roaming) quốc tế trên một diện rất rộng trên toàn cầu nên việc chiếm lĩnh thị trường và việc cạnh tranh của các hệ thống CDMA hiện thời có khó khăn. Tuy nhiên, trong tương lai gần, khi nhu cầu về thuê bao di động tăng lên rất lớn, các biện pháp kỹ thuật và công nghệ đủ mạnh thì các hệ thống CDMA sẽ chiếm ưu thế tuyệt đối. Theo ý kiến của các chuyên gia hàng đầu thế giới, các thế hệ tiếp theo (thứ ba, thứ tư) của thông tin di động sẽ là các hệ thống CDMA và các phát triển của nó. Khái niệm về các phương thức đa truy nhập được minh hoạ trên hình 1b. Hình 1b. Các phương thức đa truy nhập. 1.3.4. Phân loại theo phương thức song công: Các phương thức song công trong thông tin di động là theo tần số FDD (Frequeney Division Duplex) sử dụng chủ yếu trong thông tin vô tuyến tế bào hay trong vành vô tuyến dịa phương, trong đó liên lạc đi và về giữa BS và MS thực hiện trên hai tần số khác nhau bố trí trên hai giải tần khác nhau: TDD được sử dụng trong các mạng liên lạc không dây CT. Với TDD, chỉ một giải tần số được dành cho liên lạc cả đi lẫn về và cấu trúc khung thời gian liên lạc được áp dụng. Việc phát từ BS tới MS diễn ra trong một nửa khung thời gian và nửa khung thời gian kia thì dành cho việc phát theo chiều ngược lại. Trong thực tế, để đạt được dung lượng thích hợp, các phương thức đa truy nhập và các phương thức song công được sử dụng chộn lẫn, tạo ra các loại hệ thống TDMA/FDD/FDMA (như trong CT-2), TDMA/TDD/FDMA (như trong DECT), hay CDMA/FDD (như trong các hệ Qualcomm CDMA cung cấp bởi Qualcomm). 1.4. Các đặc điểm cơ bản của một số hệ thống vô tuyến di động hiện nay: Các đặc tính cơ bản của một số hệ vô tuyến di động hiện nay được cho ở bảng 1. Sytem TACS GSM DCS. 1800 Qualcomm CDMA IS–S4 CT2 DECT Unite Forwar Band Reverse Band Muhiple Access Dopler Carries Spacing Chunnels /carrier Bandwidth/chaunel Modulation Modulation Rate Voice Rate Speech codec Uncoded Voice Rate Control Channel Name Control Channel Rate Control Massage Size Control Delay Perk power (Mobile) Mean Power (Mobile) Power Control Voice Activity Delecition Handover Dynanue Channel Allocation Min. Cluster Seze Capacity/cell/MHz 935 - 950 890 - 905 FDMA FDD 25 1 5O FM N/A N/A N/A N/A - - - - o.6 – 10 0.6 – 10 Yes Yes Yes No 7 2.8 35- 960 890-915 TDMA FDD 200 8 50 GMSK 271 22.8 RPE-LTP 18 SACCH 967 184 480 2.20 0.25-2.5 Yes Yes Yes No 3 6.7 1805-1880 1710-1785 TDMA FDD 200 9 50 GMSK 271 22.8 RPE-UTP 13 SACCH 967 184 480 0.25-2 0.03-0.25 Yes ? Yes No 3 6.7 869-894 821-849 CDMA FDD 1250 55-65 21 QPSK 1228 9.6 CELP 1.2 . 9.6 SACCH 800 1 1.25 0.6-3 0.6-3 Yes Yes Yes N/A 1 16.5 869-894 824-849 TDMA FDD 30 3 20 DQPSK 48.6 13 VSELF 8 SACCH 600 65 210 0.6-3 0.6-3 Yes ? Yes No ? ? 64-868 64-868 FDMA TDD 100 1 100 FSK 72 32 ADPCM 32 D 2000 64 32 10mW 5mW Yes No No Yes N/A N/A 1880-1900 MHz 1880-1990 MHz TDMA TDD 1728 kHz 12 114 kHz GSMK 1152 kb/s 32 kb/s ADPCM 32 kb/s C 6400 b/s 64 bits 10 ms 250mW W 10mW W No No Yes Yes N/A N/A Duplex chs/cell/MHz Assurnes Frequency re-use N/A méan not applicable. Bảng 1. Các thông số cơ bản của một số hệ thống vô tuyến di động hiện nay. Chương II. MạNG ĐIệN THOạI GSM TOàN QUốC 2.1. Giới Thiệu: GSM định rõ tiêu chuẩn mạng thông tin di động công cộng (PLMN). Hệ thống thông tin di động GSM sử dụng dải tần số f = 900 mhz, trong băng tần (890 á 960 mhz). Tiêu chuẩn GSM là tiêu chuẩn đầu tiên của quốc tế cung cấp đầy đủ các lựa chọn cho phép người truy cập tới mạng PLMN hoạt động trong tất cả các quốc gia khi chọn lựa tiêu chuẩn GSM . Giai đoạn 1 hoàn thành theo tiêu chuẩn ETSI năm 1990, giai đoạn 2 hoàn thành theo tiêu chuẩn năm 1994 và chức năng trao đổi thông tin đặc trưng được khởi đầu vào mạng năm 1995/1996. Giai đoạn 1: Bao gồm cơ sở PLMN thêm vào những chức năng dịch vụ viễn thông truy cập với kênh toàn tốc (Full-Rate). Giai đoạn 2: Thêm vào và chứa đựng các dịch vụ viễn thông ( liên kết hội nghị , các nhóm sử dụng đóng.. ) với phụ trợ của kênh bán tốc (Half - Rate). D900 là hệ thống đầu tiên, là kỳ công của phương pháp mới, có thể truyền dẫn bằng số hoá tiếng nói cho các ô tế bào điện thoại. Sự thêm vào này làm tăng thêm chất lượng kết nối, một số cải tiến đã được sử dụng như vậy làm tăng thêm hiệu hiệu quả sử dụng phổ tần số. 2.2. Tổng Quan Mạng GSM: Hệ thống GSM được chia thành hệ thống chuyển mạch (SS ) và hệ thống trạm gốc ( BSS ). Mỗi hệ thống nói trên đều chứa một số khối chức năng, ở đó thực hiện tất cả các chức năng của hệ thống. Các khối chức năng được thực hiện ở các thiết bị (phần cứng) khác nhau. Hệ thống được thực hiện như là một mạng gồm nhiều ô vô tuyến cạnh nhau để cùng đảm bảo toàn bộ vùng phủ của vùng phục vụ. Mỗi ô có một trạm vô tuyến gốc (BTS) làm việc ở một tập hợp các kênh vô tuyến. Các kênh này khác với các kênh được sử dụng ở các ô lân cận để tránh giao thoa. Một bộ điều khiển trạm gốc (BSC) điều khiển một nhóm (BTS). BSC điều khiển các chức năng như chuyển giao và điều khiển công suất. Một trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động MSC phục vụ cho một bộ điều khiển trạm gốc, MSC điều khiển các cuộc gọi đến và từ mạng chuyển mạch điện thoại công cộng (PSTN) , mạng số liên kết đa dịch vụ (ISDN), mạng di động mặt đất công cộng (PLMN), các mạng số liệu công cộng (PDN ), và có thể là các mạng riêng. Các khối nói trên đều tham gia vào việc nối thông giữa một trạm di động(MS) và chẳng hạn một thuê bao PSTN, mạng cố định muốn thực hiện cuộc gọi đến cuối ở (MS), người khởi đầu cuộc gọi hầu như không biết MS được gọi ở đâu. Vì thế ta cần có các cơ sở dữ liệu ở mạng để theo dõi MS. Cơ sở dữ liệu quan trọng nhất là bộ ghi định vị thường trú (HLR). HLR chứa thông tin về thuê bao như các dich vụ bổ xung và các thông số nhận thực . Ngoài ra sẽ có thông tin về vị trí của MS, nghĩa là hiện thời MS đang ở MSC nào. Thông tin này thay đổi khi MS di động. MS sẽ gửi thông tin về vị trí qua (MSC/VLR) đến HLR của mình. Chức năng của AUC là cung cấp choHLR các thông số nhận thực và các khoá mật mã để sử dụng cho bảo mật. Bộ ghi định vị tạm trú (VLR) là cơ sở dữ liệu chứa thông tin vè tất cả các MS hiện đang ở vùng phục vụ MSC. Hệ thống khai thác và hỗ trợ (OSS) được nối đến tất cả các thiết bị ở hệ thống chuyển mạch và nối đến BSC. AUC HLR EIR VLR MSC AUC BTS BSC OSS ISDN PSPDN CSPDN PSTN PLMN MS SS BSS Mô hình hệ thống GSM Các ký hiệu : SS: Hệ thống chuyển mạch. AUC: Trung tâm nhận thực . VLR: Bộ ghi định vị tạm trú. HLR: Bộ ghi định vị thường trú. EIR; Thanh ghi nhận dạng thiết bị . MSC: Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động (Gọi tắt là tổng đài vô tuyến). BSS : Hệ thống trạm gốc. BTS : Đài vô tuyến gốc. BSC : Đài điều khiển trạm gốc. MS : Máy di động . OMC: Trung tâm khai thác và bảo dưỡng. ISDN: Mạng số liên kết đa dịch vụ. PSPDN; Mạng chuyển mạch công cộng theo gói. CSPDN: Mạng chuyển mạch số công cộng theo mạch . PSTN: Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng . PLMN: Mạng di động mặt đất công cộng . 2.3. Các Thành Phần Mạng: 2.31. Hệ thống chuyển mạch : Hệ thống chuyển mạch bao gồm các khối chức năng sau: Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động MSC. Bộ ghi định vị tạm trú VLR. Bộ ghi định vị thường trú HLR. Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR. - MSC: MSC là trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động (Mobile Services Switching Center) có cấu trúc không khác một tổng đài cố định là bao. MSC có tất cả các chức năng của tổng đài thông thường, ngoài ra MSC còn đảm nhận những chức năng dành riêng cho GSM, chủ yếu được quyết định bởi phần mềm trong hệ thốngvà các giao diện với các phần khác (VLR/HLR...). MSC nối với mạng khác gọi là GMSC (Gateway-MSC). Chức năng hoạt động nội tại MSC tạo nên mối liên hệ tới các mạng lưới khác. MSC có thể định vị về mặt vật lý, hay chuyển đổi tốc độ trong mạng cố định hoặc vài nơi trong vùng hoặc ngoài vùng phục vụ. - VLR: VLR thường liên kết với MSC và đặt chung với MSC tại một nút vật lý của mạng. VLR là cơ sở dữ liệu (Phần mềm) chứa đựng thông tin về thuê bao di động hiện hành trong khu vực của nó (Trong vùng phục vụ MSC). Khi thuê bao kiểm tra với VLR nhưng thông tin này là sự phản hồi tới HLR. Trong sự trả lời VLR nhận dữ liệu thuê bao từ HLR tương ứng. - HLR: Bộ ghi định vị thường trú (HLR) là cơ sở dữ liệu lưu giữ các số liệu cố định của thuê bao di động trong mạng như (SIM, các dịch vụ thuê bao đăng ký, IMSI, MSISDN...). Chứa đựng thông tin về VLR, phạm vi khu vực mà thuê bao di động nào đang tạm thời lưu động. Những thông tin này cần thiết cho việc định hướng cho thuê bao di động chủ. - AUC: Thường liên kết với HLR và đặt chung với HLR tại một nút vật lý của mạng. Trung tâm nhận thực AUC là cơ sở dữ liệu chứa các thông tin liên quan đến thuê bao khi thuê bao đăng ký nhập mạng và được sử dụng để kiểm tra khi thuê bao yêu cầu cung cấp dịch vụ, tránh việc truy nhập mạng một cách trái phép. Trung tâm nhận thực bao gồm các hộp an toàn với những chìa khoá và thuật toán yêu cầu của nhà xản xuất cho việc xác nhận thông số. AUC giúp cho việc cài thông số xác nhận này, được gọi là bộ 3 (called triples), được phát ra cho mỗi thuê bao di động trước khi thuê bao này thâm nhập vào mạng di động. Bộ 3 sử dụng cho sự kiểm tra xác nhận để chứng minh có thuê bao nào đang thâm nhập vào mạng và thiết lập cuộc gọi. - EIR: Thanh ghi nhận dạng thiết bị chứa các thông tin về cơ sở dữ liệu về kiểu mẫu thiết bị, và nhận dạng số của tất cả các trạm di động thừa nhận trong vùng trách nhiệm. EIR có thể cấu tạo liên lạc tới mạng khu vực VD: với sự chấp nhận tới 1 hoặc nhiều MSCs. Phần thêm vào đó có thể có trên một miền chủ EIR bên ngoài PLMN. Nếu có yêu cầu của MSC, EIR sẽ kiểm soát sự thâm nhập thiết bị di động. Trong sự nhận thực những nghi ngờ, sai sót hoặc dùng sai của thiết bị di động, EIR sẽ giải quyết điều đó, thiết bị di động phải tuân theo. Hiện tại mạng Vinaphone chưa có. 2.3.2. Hệ thống vô tuyến BSS: Hệ thống BSS là một phần của hệ thống D900. BSS bao gồm những thiết bị theo mạng: BSC: Bộ điếu khiển trạm gốc. BTS: Trạm thu phát gốc. TRAU: Khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ. BSC được sử dụng để điều khiển các BTS. Mỗi BSC đồng thời cũng là bộ tập trung các kênh thông tin từ BTS truyền đến. BSC có nhiệm vụ quản lý tiềm năng vô tuyến của mạng. Thực chất BSC là một tổng đài nhỏ có khả năng tính toán đáng kể, điều phối kênh ở giao tiếp vô tuyến và thực hiện chuyển giao. * Quản lý mạng vô tuyến: Việc quản lý mạng vô tuyến chính là qu._.ản lý các ô và các kênh logic của chúng. Các số liệu quản lý đều được đưa về BSC để đo đạc và xử lý, chẳng hạn như là 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... *Quản lý trạm vô tuyến gốc: Trước khi dưa vào khai thác, BSC lập cấu hình của BTS (Số máy thu phát TRX, tần số cho mỗi trạm... ). Nhờ việc quản lý này mà BSC có sẵn một tập các kênh dành cho nối thông cuộc gọi và điều khiển . * Điều khiển và nối thông cuộc gọi: BSC chịu trách nhiệm thiết lập và giải phóng các đầu nối tới máy di động. Trong quá trình gọi sự đấu nối được BSC giám sát. Cường độ tín hiệu, chất lượng cuộc nối được đo ở máy di động và máy thu phát, sau đó được gửi đến BSC, dựa vào đó BSC quyết định công suất phát tốt nhất của MS và TRX để giảm nhiễu và tăng chất lượng cuộc nối. BSC cũng điều khiển quá trình chuyển giao nhờ các kết quả đo kể trên để chuyển giao MS sang ô khác, đạt được chất lượng cuộc gọi tốt hơn. Trong trường hợp chuyển giao sang ô của một BSC khác thì nó phải nhờ sự giúp đỡ của MSC. Bên cạnh đó, BSC cũng có thể chuyển giao giữa các kênh trong một ô hoặc sang kênh ở ô khác trong trường hợp bị nghẽn nhiều. * Quản lý mạng truyền dẫn: BSC có chức năng quản lý cấu hình các đường truyền dẫn tới MSC và BTS để đảm bảo chất lượng thông tin. Trong trường hợp có sự cố ở một tuyến nào đó, nó điều khiển chuyển mạch tới một tuyến dự phòng. 2.3.3. Trạm thu phát vô tuyến BTS: Là thiết bị trung gian giữa mạng GSM và thiết bị thuê bao MS (Mobil station), trao đổi thông tin với MS qua giao diện vô tuyến. Mỗi BTS có thể chứa một hay một số máy thu phát vô tuyến. Mỗi BTS tạo ra một hay một số khu vực phủ sóng nhất định gọi là tế bào (cell). BTS được điều khiển bởi thiết bị trạm gốc BSC. Những BTS hợp lại thành những thiết bị BTS (BTSE) với D900. 1 BTS có thể phục vụ 1 ô vô tuyến (chỉ huy tất cả các ô) hoặc một vài ô (những ô tiểu khu) nếu cần thiết. 2.3.4. Bộ mã hoá và chuyển đổi tốc độ TRAU: TRAU làm nhiệm vụ chuyển đổi tốc độ giữa tốc độ chuẩn 64 kbit/s trên giao diện Asub (MSC-TRAU) và tốc độ kênh lưu thông trên giao diện A bis (BSC-TRAU). 2.3.5. Trung tâm khai thác và bảo dưỡng OMS: OMS tương ứng với cấu trúc của mạng quản lý viễn thông TMN. Thiết bị hoạt động của OMS được định dạng bằng hoạt động của trung tâm bảo dưỡng OMC. Trung tâm khai thác và bảo dưỡng OMC: Có một OMC-s cho thiết bị mạng SSS và một OMC-r cho thiết bị mạng BSS. OMC gồm bộ sử lý O&M (OMP) cho BSS và SSS, và đầu cuối O&M (OMT). Với sự liên kết dọc theo vùng mạng nội bộ (LAN) tới OMP. Nó có thể cần thiết để quy định sử lý- phục vụ các trạm trong trật tự hiểu biết khách hàng LAN. - Bộ sử lý O&M (OMP-B của BSS và OMP-S của SSS). OMPs là máy điện toán thương mại bổ xung các chức năng của O&M (trung tâm quản lý thiết bị mạng của BSS và SSS). Các thiết bị mạng cầm tay viễn thông với thiết bị mạng SS qua đường chuyển mạch gói (PSDN) với thiết bị mạng BSS khác theo đường PSDN hoặc theo đường MSC PCM 30 kênh (NUCs). Hơn nữa 1 OMP có sự sắp xếp các chức năng , đó là cấu tạo sự liên kết rõ ràng giữa thiết bị mạng SSS và hệ thống OS, hoặc hệ thống xử lý dữ liệu chính (DPPS). OMP có thể được phân chia thành 2 phần giống hệt nhau gồm (phần trách nhiệm hoặc dự phòng nóng). - O&M thiết bị đầu cuối (OMT): OMT -s Trạm thương mại hoặc chọn lựa thiết bị đầu cuối X. Những thiết bị này là sự giao tiếp đầu cuối của mạng PLMN và OMP, sau thiết bị mạng BSS và SSS. 2.3.6. Thiết bị di độngMS (Mobil Station): MS là thiết bị nhằm sử dụng các dịch vụ do mạng GSM cung cấp. Tùy theo công suất phát, các MS được phân thành nhiều loại như sau: 20w: Thường gắn trên các phương tiện giao thông lớn. 8w: Thường gắn trên các phương tiện giao thông nhỏ (xe máy,ô tô). 2w: Cầm tay (được sử dụng nhiều). 0,8w: Cầm tay. 2.4. Các thông số cơ bản của GSM: Các mô tả chi tiết về GSM được nêu trong 13 tập khuyến nghị của GSM được thông qua vào tháng 4 năm 1988 và từ đố tới nay liên tục được bổ sung và phát triển. Sau một thời gian thử nghiệm từ năm 1991 mạng GSM đã được sử dụng tại châu Âu. So với một hệ thống thông tin vô tuyến di động tế bào TDMA Thế hệ thứ 2 khác như IS-54 tại Mỹ hay hệ tương tự như thế ở Nhật bản... GSM là một hệ thống với tham vọng lớn hơn nhiều. CáC mô tả cơ bản của GSM (cho tới năm 1992 như sau: - Băng sóng: 890-915MHz (đường lên-uplink) 935-960MHz (đường xuống-downlink) Các băng sóng song công này phân bố cho hai giải phòng vệ mỗi giải rộng 200Khz, 124 cặp kênh vô tuyến (lên xuống) mỗi kênh rông 200KHz. Khỏng cách sóng mang vô tuyến là 200KHz. - Loại song công: FDD (đường lên và xuống trên hai tần số thuộc hai băng riêng biệt) khoảng cách giữa hai sóng mang lên và xuống của một kênh là 45MHz. Tần số sóng mang trên hai băng sóng đối với kênh song công thứ n được xác định theo công thức: FnI = 890.2+0.2.(n-1) [ MHz] và FnII = FnI+45 [ MHz] - Sơ đồ truy nhập: TDMA với 8 khe thời gian trên một băng sóng mang vô tuyến . Độ dài một khe sấp xỉ bằng 0.58ms, do đó khoảng thời gian một khung TDMA gần bằng 8 x 0.58ms = 4.6ms. - Mã hoá tiếng nói: Mã dự kiến tuyến tính-kích thích sung đều RPE-LPC (Regular Pulse Excited-Linear Predictive Code) tốc độ 13kb/s. - Mã kênh: Mã cuấn tốc độ 1/2, độ dài cưỡng ép băng 5 CC (2,1,5), kết hợp với mã khối. Mã hoá với 3 bít kiểm tra được để mã hoá 50 bít tiếng nói quan trọng nhất sau đó 53 bít này được ghép với 132 bít tiếng nói quan trọng cùng 4 bít đuôi tạo thành cụm 189 bít và được mã hoá tiếp bằng mã cuốn tốc độ 1/2 tạo lên độ dài mã 378 bít, 78 bít tiếng nói không quan trọng không được mã hình 2 90 132 78 90 3 132 4 78 Coded Bus 378 Uncoded Bus 78 Hình 2. Mã hoá kênh tín hiệu tiếng nói đã được số hoá trong GSM (456 bít trong một khối). - Tráo thứ tự truyền: áp dụng hai lần nhờ vâỵ việc bị mất cả một loạt (burst) TDMA chỉ gây ảnh hưởng tới 12.5% số bít của một khung tín hiệu tiếng nói. - Tốc độ truyền: Tốc độ tin thoại chưa mã hoá kênh: 13kb/s, tốc độ tin thoại của một khe thời gain là 22.8kb/s, tốc độ số liệu của cả 8 khe thời gian (gồm cả tin thoại, tín hiệu đồng bộ, chuỗi dò kênh...) là 271kb/s. - Điều chế: Điều chế dịch chuyển pha cực tiểu Gao-xơ GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) có đường bao không đổi BT=0.3 (Bandwidth Bitinterval) nhờ đó suy giảm giữa hai sóng mang lân cận là 18dB và hơn 50dB đối với kênh xa hơn. Độ rộng phổ tín hiệu một kênh vô tuyến (gồm 8 khe thơì gian với tốc độ tổng cộng 271kb/s) là quãng 50kHz. - San bằng: Phải giải quyết được các trải giữ chậm 16ms. - Nhảy tần: Nhảy tần chậm tốc độ 217 bước nhảy trên giây, việc quyết định có áp dụng nhảy tần hay không thuộc vào quyền quyết đinh của nhà cung cấp dịch vụ điện thoại di động (công ty điện thoại di động). - Công suất: - Công suất đỉnh cho máy di động: 2-20W; - Công suất trung bình cho máy di động: 0,25-2.5W; - Kiểm soát công suất: Có áp dụng. - Kiểm soát- điều khiển: - chuyển điều khiển (HandOver):Có áp dụng; - Tên kênh điều khiển:SACCH - Tốc độ kênh điều khiển: 967b/s; - Kích thước tin điều khiển:184b; - Giữ chậm điều khiển: 480ms. Chương III. Giao Tiếp Vô Tuyến Giao tiếp vô tuyến Um là giao tiếp giữa trạm di động MS và hệ thống trạm gốc BSS (cụ thể là với BTS) với chức năng truyền tải thông tin lưu lượng và báo hiệu giữa người sử dụng và mạng. Mạng di động GSM sử dụng mô hình OSI để mô tả các thủ tục báo hiệu trên giao tiếp. Các thủ tục này được xây dựng trên biên bản kênh D của ISDN nhưng có cải tiến, sửa đổi để phù hợp với môi trường truyền dẫn vô tuyến. 3.1. Mô hình kênh: CH TD Multiplexing FD Multiplexing CCH TCH Bm chanel 13kb/s Lm channel CCCH BCH DCCH AGCH RACH SDCCH PCH SACCH FACCH RACH RACH RACH MÔ HìNH KÊNH CH: Channel TCH: Traffic Channel CCH: Control Channel BCCH: Broadcast Control Channel CCCH: Commol Control Channel RACH: Random Access Channel AGCH: Access Grant Channel PCH: Paging Channel DCCH: Dedicated Control Channel SDCCH: Stand Alone Dedicated Control Channel FACCH: Fast Associated Dedicated Control Channel SACC4H: Slow Assciated Control Channel Thuê bao di động truy cập đến mạng GSM theo nguyên lý FDMA và TDMA kết hợp trên băng tần song công 900 mhz. Đường lên 890 á 915 mhz (MSphát, BTS thu). Đường xuống 935 á 960 mhz (BTS phát , MS thu). Khoảng cách giữa sóng mang 200 mhz. Vì vậy số kênh ở GSM là 124 ´ 8 = 992 kênh. Mạng GSM PLMN được dành 124 sóng mang song công ở dải tần. Mỗi tần số sóng mang sẽ tải 8 kênh vật lý (8 khe thời gian). Tuỳ thuộc vào loại hình thông tin mà các kênh này mang, ta có 2 loại kênh logic chính là: kênh lưu lượng và kênh điều khiển. * Kênh lưu thông (TCH): TCH để mang tiếng được mã hóa hoặc số liệu người sử dụng là kênh đường lên/xuống, điểm đến điểm. - Bm hay kênh toàn tốc TCH mang thông tin (tiếng được mã hóa hay số liệu) ở tốc độ tổng 22,8kb/s. - Lm hay kênh bán tốc TCH mang thông tin ở tốc độ tổng 11,4kb/s. * Kênh điều khiển: Các kênh này mang tín hiệu báo hiệu hay số liệu đồng bộ. Có 3 loại kênh điều khiển: - Kênh quảng bá (BCH): + Kênh hiệu chỉnh tần số (FCCH) : Kênh này mang thông tin để hiệu chỉnh tần số của MS. Là kênh đường xuống, điểm tới điểm. + Kênh đồng bộ (SCH): Sử dụng đường xuống, điểm tới đa điểm. Mạng thông tin đồng bộ khung (số khung TDMA) của MS và nhận dạng BTS (BSIC). + Kênh điều khiển quảng bá (BCCH): Phát quảng bá thông tin chung trên cơ sở một kênh cho một BTS. Kênh đường xuống, điểm tới đa điểm . - Kênh điều khiển chung (CCCH): + Kênh tìm gọi (PCH): Kênh này được sử dụng để tìm gọi MS, kênh dường xuống, điểm đến điểm. + Kênh tìm gọi ngẫu nhiên (RACH): MS sử dụng kênh này để yêu cầu dành một SDCCH hoặc để trả lời tìm gọi, để thâm nhập khi khởi đầu cuộc gọi hoặc đăng ký cuộc gọi. Kênh đường lên, điểm đến điểm. + Kênh cho phép thâm nhập (AGCH): được sử dụng để dành một SDCCH hay trực tiếp một TCH cho một MS. Kênh đường lên/xuống, điểm đến điểm. - Kênh điều khiển riêng (DCCH): + Kênh điếu khiển riêng đứng một mình (SDCCH): Được sử dụng để báo hiêu hệ thống khi thiết lập cuộc gọi trước khi ấn định một TCH. Là kênh đường lên/xuống, điểm đến điểm. + Kênh điều khiển liên kết chậm (SACCH): Là kênh đường lên/xuống, điểm đến điểm. Liên kết với một TCH hay một SDCCH mang thông tin về đo đạc, định thời và điều khiển công suất. + Kênh điều khiển liên kết nhanh (FACCH): Là kênh đường lên/xuống, liên kết với TCH.FACCH làm việc ở chế độ lấy cắp bit (bit stealing). Lúc đó thông tin người sử dụng (các cụm 57 bits) được thay thế bằng các số liệu báo hiệu (cờ lấy cắp Flag=1). 3.2. Cấu trúc cụm: Khuôn mẫu thông tin ở một khe thời gian trên kênh TDMA được gọi là một cụm, nghĩa là trong 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 (xét từ MS). Cấu trúc cụm bao gồm các cụm: - Cụm thông thường (NB) (Normal Burst): Cụm này chứa 114 bit thông tin và được mật mã, 3 bit khoá đầu, đuôi cụm (0,0,0), 26 bit hướng dẫn và khoảng bảo vệ là 8,25bit. NB được sử dụng cho các kênh TCH, PCH, AGCH , BCCH, SDCCH, SACCH, FACCH. - Cụm hiệu chỉnh tần số (FB) (Frequency Correction Burst): Cụm này chứa 142 bit cố định bằng “ O ”, 3 bit khoá đầu, đuôi cụm bằng (0,0,0). Khoảng bảo vệ 8,25 bit tương ứng với 30 ms, cho phép máy phát dịch lên và dịch xuống trong giới hạn do khuyến nghị GSM qui định . Cụm này được sử dụng cho FCCH để đồng bộ tần số cho trạm di động. - Cụm đồng bộ (SB) (Synchronisation Burst): Cụm này chứa 78 bit thông tin được mật mã, 3 bit khoá đầu, đuôi cụm (0,0,0) các bit này giúp cho bộ cân bằng biết đâu là đầu đâu là cuối, vì thuật toán ở bộ cân bằng cần điểm khởi đầu và kết thúc. Chuỗi đồng bộ 64 bit và khoảng bảo vệ 8,25 bit. SB được sử dụng cho kênh SCH để đồng bộ thời gian cho trạm di dộng. - Cụm thâm nhập (AB) (Access Burst): Cụm này chứa 36 bit thông tin, 41 bit đồng bộ, 3 bit khoá đầu, 3 bit khoá đuôi. Nhưng ở cụm này, khoảng bảo vệ lên tới 68,25 bit. Sở dĩ khoảng bảo vệ dài như vậy vì khi MS lần đầu thâm nhập không biết định trước thời gian (khoảng này dành cho khoảng cách tối đa dài 35 km). AB được sử dụng cho kênh RACH để trạm di động thâm nhập ngẫu nhiên tới BTS. - Cụm giả DB (Dummy Burst): Cụm này có cấu trúc hoàn toàn giống NB. Nhưng các bit mật mã được thay thế bằng các bit hỗn hợp. Cụm này không mang thông tin và được BTS phát đi chỉ trong một số trường hợp đặc biệt. 1Hyperframe = 2048 Superframe = 2715648 Frames (3h82min53sec760ms) 0 1 2 3 4 5 2045 2046 2047 1 Superframe = 1326 TDMA Frames (8.12sec) 0 1 2 3 4 48 49 50 0 1 2 24 25 1(26frames)Multiframe = 26 TDMFrame (120ms) 1(51frames)Multiframe = 51TDMA Frames 0 1 2 3 23 24 25 0 1 49 50 1 TDMA Frame = 8 Timeslots (4.615ms) 0 1 2 3 4 5 6 7 TB3 Ecryted bis 57 Flag 1 Training Sequence 26 Flag 1 Ecryted bis 57 GP 8,25 NB TB 3 Fixed bits 142 TB 3 GP 8,25 FB TB 3 Ecryted bis 39 Synchronisation Sequence 64 Ecryted bis 39 TB 3 GP 8,25 SB TB 3 Synchronisation Sequence 41 Ecryted bis 36 TB 3 GP 68,25 AB TB 3 Mixed bits 58 Training Sequence 26 Mixed bits 58 TB 3 GP 8,25 DB sơ đồ tổ chức khung và cụm Chương IV. Máy Di Động 4.1. Các chế độ sử dụng : - Các máy lắp trên ô tô: Là một thiết bị lắp trên ô tô và ở thiết bị này anten lắp phía ngoài ô tô. - Các máy xách tay: ở thiết bị này về mặt vật lý anten không gắn với phần thiết bị chứa kết cuối di động. Các máy này có thể thực hiện tất cả các mức công suất cần thiết trong hệ thống. Các máy xách tay có thể được lắp trên ô tô và thường gồm một khối cắm rút mang đi được và một bộ thích ứng lắp trên ô tô. - Các máy cầm tay: Là một thiết bị xách tay và ở đây anten có thể gắn với phần thiết bị chứa kết cuối di động. Các máy cầm tay có thể lắp trên ô tô và thường một máy cầm tay tiêu chuẩn cắm vào một giao tiếp ở ô tô. Giao tiếp này cho phép nạp acqui và nối ghép với anten bên ngoài. 4.2. Một số tính năng của máy di động: Các tính năng của MS được phân thành: Bắt buộc và tuỳ chọn. Các tính năng bắt buộc được thực hiện chừng nào chúng còn là tính năng của MS. Việc thực hiện các tính năng tuỳ chọn được dành cho ý muốn của nhà xản xuất. Các nhà xản xuất phải có trách nhiệm đảm bảo cho các tính năng của MS không mâu thuẫn với giao tiếp vô tuyến cũng như không gây nhiễu đến mạng, hoặc đến MS khác hay bản thân MS của mình. * Các tính năng cơ bản của MS: - Hiển thị số bị gọi (M): Tính năng này cho phép người gọi kiểm tra số thoại được quay trước khi thiết lập cuộc gọi. - Hiển thị các tín hiệu trong quá trính thiết lập cuộc gọi (M): Các chỉ thị này là các tone, các thông báo được ghi hay hiển thị trên cơ sở thông tin báo hiệu trả lời từ PLMN. ở các cuộc gọi truyền số liệu, thông tin này có thể được đưa đến DTE. - Chỉ thị quốc gia / mạng PLMN (M): Tính năng cho biết hiện thời MS đang đăng ký ở mạng GSM PLMN nào. Chỉ thị này cần biết để người sử dụng biết khi nào xảy ra “ lưu động ” (chuyển mạng hay quốc gia) và việc chọn PLMN là đúng. cả quốc gia và PLMN được hiển thị. - Chọn quốc gia / mạng PLMN (M) : - Quản lý nhận dạng đăng ký thuê bao: SIM chứa IMSI (modun nhận dạng thuê bao) được bảo vệ và chuẩn hóa trong mạng GSM. Nếu người sử dụng tháo SIM ra thì MS cũng tách ra làm cho cuộc gọi đang tiến hành kết thúc, và ngăn sự khởi đầu của các cuộc gọi tiếp theo (trừ các cuộc gọi khẩn cấp). + Hiển thị PIN không đủ năng lực (M). + Nhận dạng thiết bị máy tin di động quốc tế IMEI (M). Mỗi MS phải có một nhận dạng duy nhất và phải được phát đi theo yêu cầu từ PLMN. IMEI được lắp trên cùng một modun nằm trong MS và được bảo mật. + Chỉ thị và xác nhận bản tin ngắn. Tính năng này cho phép phát đi những bản tin ngắn đến MS từ trung tâm dịch vụ. + Chỉ thị thông báo ngắn bị tràn. Một chỉ thị sẽ được gửi đến người sử dụng dịch vụ thông báo ngắn của MS khi không thể nhận bản thông báo tới vì bộ nhớ không đủ chứa. - Giao tiếp DTE/DCE: Đây là một bộ nối để đấu nối DTE đến MS và sử dụng với các nghiệp vụ số liệu. - Giao tiếp đầu cuối: Là một bộ nối tiêu chuẩn để đấu nối thiết bị đến chuẩn ISDNI.420 . - Giao tiếp tương tự: Để nối ghép tương tự bên ngoài cho thiết bị, chẳng hạn thiết bị không cần nhấc máy. - Chức năng thâm nhập quốc tế (phím “ + ”). Dành cho phương pháp thâm nhập quốc tế trực tiếp tiêu chuẩn, nó có thể được sử dụng trực tiếp khi thiết lập 1 cuộc gọi hay được đưa vào bộ nhớ để quay số rút gọn. - Chuyển mạch bật / tắt : MS có thể được trang bị một phương tiện bật nguồn, tắt nguồn. Chuyển mạch tắt thường làm nền vì thế khi ấn nó, MS thực hiện hoàn tất mọi chức năng quản lý như ngừng ghi trước khi tắt thực sự. Chuyển mạch bật cũng có thể kết hợp với việc đưa mã pin vào. - Chỉ thị nghiệp vụ (M): Là chỉ thị cho người sử dụng rằng có cường độ tín hiệu phù hợp để thực hiện một cuộc gọi và MS đã đăng ký thành công ở PLMN được chọn. Chỉ thị này cũng có thể được kết hợp với chỉ thị Quốc gia PLMN. * Các tính năng phụ của MS: - Chỉ thị tính cước: Cho phép hiển thị thông tin tính cước trên cơ sở một cuộc gọi do PLMN cung cấp. - Điều khiển các dịch vụ phụ: nhất thiết các nghiệp vụ phụ có thể được điều khiển từ MS. * Các tính năng MS bổ sung: - Quay số rút gọn: Số thoại danh bạ hay một phần của nó được lưu giữ ở máy di động cùng với địa chỉ rút gọn. Bằng một chức năng bàn phím có thể bổ xung số thoại chưa đầy đủ hoặc đưa vào số thứ 2. Số thoại danh bạ được phát đi ở đường vô tuyến. - Gọi số thoại cố định: Tín năng này cho phép bằng một khóa điện tử có thể cấm gọi mọi số thoại trừ các số được lập trình ở máy di động. Số thoại được phát đi bằng đường vô tuyến. - Lặp lại số thoại: Cho phép lặp 1 lần (bằng ấn phím) thủ tục thiết lập cuộc gọi với số điện thoại danh bạ cuối cùng được hiển thị. - Khai thác không nhấc máy: Tính năng này cho phép hội thoại điện thoại không cần tổ hợp nói nghe. Các biện pháp chống dao động tự kích và truyền tiếng vọng đến thuê bao xa được thực hiện ở MS. Tinh vi hơn có thể điều khiển MS bằng đầu vào tiếng chẳng hạn bằng các đáp ứng tiếng từ MS. - Cấm các cuộc gọi ra: Cho phép chặn các cuộc gọi ra. Điều kiện chặn có thể được họat động / ngừng hoạt động bằng một phím (trừ trường hợp gọi khẩn cấp). Cấm có thể chọn lọc, nghĩa là chỉ áp dụng cho từng dịch vụ, từng kiểu cuộc gọi hay các dịch vụ phụ. Không có sự tham gia của báo hiệu mạnh. - Cấm sử dụng trái phép: Trạm chỉ làm việc khi tồn tại một IMSI đúng (ngoại trừ các cuộc gọi khẩn cấp). Trạm có thể khóa và chỉ họat động khi ấn một phím. - Chỉ thị chất lượng thu. - Tự kiểm tra (M): Sau khi bật nguồn và trước khi nối lần đầu đến mạng, MS tiến hành tự kiểm tra sự sẵn sàng cho khai thác của mình. Khi tự kiểm tra máy phát của MS không phát xạ để đảm bảo rằng MS không gây nhiễu cho mạng của mình cũng như mạng khác. - Máy đo các đơn vị tính cước cuộc gọi: MS có thể chứa một bộ chỉ thị các đơn vị tính cước cuộc gọi. Bộ chỉ thị này sẽ cung cấp thông tin về các đơn vị cước cuộc gọi phải trả. CHƯƠNG V. Các thủ tục thông tin 5.1. Tổng quan các thủ tục thông tin: - MS tắt máy: Mạng không thể tiếp cận đến máy vì nó sẽ không trả lời thông báo tìm gọi. Nó sẽ không thông báo cho hệ thống về các sự thay đổi vùng định vị. MS được coi là rời mạng. - MS bật máy, trạng thái rỗi: Hệ thống có thể tìm gọi thành công MS. MS được coi là nhập mạng. Trong khi chuyển động, MS kiểm tra rằng nó luôn luôn được nối đến một kênh quảng bá được thu tốt nhất. Quá trình này được gọi là lưu động. MS cũng cần thông báo cho hệ thống về các thay đổi vùng định vị. Quá trình này được gọi là cập nhật vị trí. - MS bận: Mạng vô tuyến có một kênh thông tin (kênh tiếng) dành cho luồng số tới từ MS. Trong khi chuyển động MS phải có khả năng chuyển đến kênh thông tin mới. Quá trình này được gọi là chuyển giao (handover). Để quyết định handover hệ thống giải thông tin nhận được từ MS và BTS. Quá trình này được gọi là định vị. Cơ bản chúng ta có hai tình huống khác nhau: MS rỗi hay bận và được coi như chuyển động liên tục theo một phương nhất định. ở cả hai trường hợp hệ thống cần duy trì một đường linh hoạt thông qua giao tiếp vô tuyến để truyền dẫn tới từ MS. 5.2. Lưu động và cập nhật: - Coi rằng MS ở trạng thái tích cực, rỗi và đang chuyển động theo một phương liên tục. Khi MS rời xa BTS nối với nó, cường độ tín hiệu sẽ giảm. ở một thời điểm nhất định, cường độ tín hiệu yếu đến mức mà MS quyết định thay đổi đến tần số mới thuộc một trong các ô lân cận nó. Để chọn tần số tốt nhất, MS liên tục đo tín hiệu của từng tần số trong số các tần số nhất định của ô lân cận. Thường MS phải tìm được tần số BCH/CCCH từ BTS2 có cường độ tín hiệu tốt hơn tần số cũ, Sau khi tự khóa đến tần số mới này, MS tiếp tục nhận các thông báo tìm gọi, các thông báo quảng bá chừng nào tín hiệu của tần số mới vẫn đủ tốt. Quyết định về việc thay đổi tần số BCH/CCCH sẽ thực hiện mà không cần thông báo cho mạng, nghĩa là mạng mặt đất không tham gia vào quá trình này. Khả năng chuyển động vô định đồng thời với việc thay đổi “nối thông” MS ở giao tiếp vô tuyến, ở thời điểm cần thiết để đảm bảo chất lượng thu được gọi là lưu động. MSC VLR LA1 LA2 1 Cell2 cell3 2 cell1 cell4 cell5 1 BCH LAI mới 2 Yêu cầu cập nhật vị trí Hình 3a: MS chuyển từ một vùng định vị này đến một vùng định vị bên cạnh - Khi MS chuyển động từ ô 2 đến ô 3 (như ở hình 3a) ở sơ đồ này cho ta thấy ô 2 và ô 3 không thuộc cùng một vùng định vị. Ta có thể tưởng tượng ra rằng MS không hề biết cấu hình của mạng chứa nó như thế nào để gửi cho MS thông tin về vị trí chính xác của nó, hệ thống phát đi nhận dạng vùng định vị MS (LAI) liên tục ở giao tiếp vô tuyến = BCCH. Khi đi vào ô 3. MS sẽ nhận thấy vùng mới bằng cách thu BCCH. Vì thông tin về vị trí có tầm quan trọng rất lớn, mạng phải được thông báo về sự thay đổi này. MS không còn cách nào khác là cố gắng thâm nhập vào mạng để cập nhật vị trí của mình ở MSC/VLR. Quá trình này được gọi là cập nhật vị trí. Sau khi đã phát vị trí mới của mình đến mạng, MS sẽ tiếp tục chuyển động ở vùng mới. Từ quan điểm mạng ta có thể đưa ra các trường hợp khác nhau khi MSC/VLR phải gửi thông tin về vùng định vị mới đến các khối khác. Hình 3b cho ta thấy hai trường hợp khác nhau khi MS buộc phải cập nhật vị trí của mình: + MS chuyển động từ ô 3 đến ô 4. BTS4 được nối đến mạng qua một đường nối đến BSC mới nhưng vẫn tới cùng một MSC/VLR. MSC MSC + MS chuyển động từ ô 3 đến ô 5, BTS5 được nối đến mạng qua một đường nối đến một BSC mới và đến một MSC/VLR mới nghĩa là MSC đã đạt tới một vùng phục vụ MSC/VLR mới. VLR LA1 LA2 BSC Cell2 cell3 HLR LA3 Cell1 cell4 cell5 VLR BSC Hình 3b: Hai trường hợp cập nhật vị trí khác khác nhau 5.3. Thủ tục nhập mạng - đăng ký lần đầu: Khi MS bật máy nó sẽ quét giao tiếp vô tuyến để tìm ra tần số đúng. Tần số mà MS tìm kiếm sẽ chứa đựng thông tin quảng bá cũng như thông tin tìm gọi BCH/CCCH có thể có. MS tự khóa đến tần số đúng nhờ việc hiệu chỉnh tần số thu và thông tin đồng bộ. Vì đây là lần đầu MS được sử dụng nên phần mạng chịu trách nhiệm xử lý thông tin tới từ MS (chính là MSC/VLR ở cùng một vùng phục vụ như MS) hoàn toàn không có thông tin về MS mới này. 2 yêu cầu cập nhật vị trí (IMSI ở MSC mới) HLR IMSI được đánh dấu nhập 3 Tiếp nhận cập nhật vị trí mạng VLR 1 Cập nhật vị trí nhập mạng (LAI mới) 4 Công nhận cập nhật vị trí MSC MS không có chỉ thị nào về nhận dạng vùng định vị mới. Khi đó MS sẽ lập tức cố gắng thâm nhập đến mạng và nói cho hệ thống rằng nó là MS mới ở vùng định vị này. Bằng cách gửi đi một thông báo “ cập nhật vị trí - nhập mạng “ đến MSC/VLR (LAI là bộ phận của thông tin quảng bá được liên tục phát ở giao tiếp vô tuyến) (ở hình 4a). Hình 4a: Đăng ký lần đầu Từ giờ chở đi 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. 5.4. Thủ tục rời mạng: Thủ tục rời mạng liên quan đến IMSI. Thủ tục rời mạng của IMSI cho phép MS thông báo cho mạng rằng thuê bao di động sẽ tắt nguồn. Lúc này tìm kiếm thuê bao di động bằng tìm gọi sẽ không xảy ra. Một máy di động ở trạng thái hoạt động được đánh dấu là “đã nhập mạng” (cờ IMSI). Khi tắt nguồn MS gửi thông báo cuối cùng đến mạng, thông báo này chứa yêu cầu thủ tục rời mạng. Khi thu được thông báo đã rời mạng MSC/VLR đánh dấu cờ IMSI đã rời mạng tương ứng. ở hình 4b bộ ghi định vị thường trú (HLR) không được thông báo, chỉ có bộ ghi định vị tạm trú (VLR) được cập nhật thông tin “đã rời mạng”. IMSI “rời mạng” IMSI được đăng ký rời mạng VLR Tắt máy MSC BSC Hình 4b: Thủ tục rời mạng 5.5. Tìm gọi: BSC BSC MSC LA1 LA2 VLR Hình 4c: Tìm gọi một MS ở LA2 Cuộc gọi đến MS sẽ được định tuyến đến MSC/VLR nơi MS đăng ký. Khi đó MSC/VLR sẽ gửi một thông báo tìm gọi đến MS. Thông báo này được phát quảng bá trên toàn bộ vùng định vị (LA) nghĩa là các trạm phát thu cơ sở BTS trong LA sẽ gửi thông báo tìm gọi đến MS. Khi chuyển động ở LA và nghe thông tin CCCH, MS sẽ nghe thấy thông báo tìm gọi và trả lời ngay lập tức. (Hình 4c). 5.6. Cuộc gọi đang tiến hành, định vị: Bây giờ ta sẽ xét xem điều gì sẽ xảy ra khi một máy di động ở trạng thái bận chuyển động xa dần BTS mà nó nối đến ở đường vô tuyến. Như ta vừa thấy, MS sẽ sử dụng một kênh TCH riêng để trao đổi tín hiệu/số liệu của mình với mạng. Khi càng rời xa BTS, suy hao đường truyền cũng như các ảnh hưởng của phadinh sẽ làm hỏng chất lượng của truyền dẫn vô tuyến số. Tuy nhiên, hệ thống có khả năng đảm bảo sự chuyển sang BTS bên cạnh. Quá trình thay đổi đến một kênh thông tin mới trong quá trình thiết lập cuộc gọi hay ở trạng thái bận được gọi là chuyển vùng (handover). Mạng sẽ quyết định về sự thay đổi này. MS chỉ gửi các thông tin liên quan đến cường độ tín hiệu và chất lượng truyền dẫn đến trạm thu phát gốc (BSS). Quá trình này được gọi là cập nhật. Dễ hiểu là MS và mạng phải có khả năng trao đổi thông tin về báo hiệu trong quá trình cuộc gọi. Nếu không thì làm sao chúng chuyển vùng được? Trong quá trình hội thoại ở kênh TCH dành riêng MS phải tập trung lên TCH này, vì thế không thể một kênh khác chỉ riêng cho báo hiệu. Một lý do nữa là số lượng các kênh chỉ có hạn nên hệ thống không sử dụng 2 kênh ở cùng một hướng cho một cuộc gọi. Vì thế việc tổ chức truyền dẫn số liệu trên TCH được thực hiện sao cho cuộc nói chuyện cũng như thông tin về báo hiệu được gửi đi trên một kênh. Luồng số liệu sẽ được phát đi theo một trình tự chính xác để cả MS lẫn BTS có thể phân biệt giữa cuộc nói chuyện và thông tin về báo hiệu. Hình 5a: Đo tín hiệu ở MS và BTS Cường độ tín hiệu chất lượng truyền dẫn ở TCH Cường độ tín hiệu VLR chất lượng truyền dẫn ở TCH Đánh giá và quyết định chuyển vùng Báo cáo đo từ MS Kết quả đo từ BTS kết quả đo từ MS Cường độ tín hiệu từ BTS lân cận MSC BSC Hình 5b: Các kết quả đo được gửi đến BSC. Bây giờ ta quay lại việc định vị, trước hết BTS sẽ thông báo cho MS về các ô lân cận (các BTS lân cận) và các tần số BCH/CCCH. Nhờ thông tin này MS có thể đo cường độ tín hiệu ở các tần số BCH/CCCH của các trạm gốc lân cận. Như vẽ ở hình trên, MS đo cả cường độ tín hiệu lẫn chất lượng truyền dẫn ở TCH “bận” của mình. Tất cả các kết quả đo này được gửi đến mạng để phân tích sâu hơn, cuối cùng BSC sẽ quyết định việc chuyển vùng. BSC sẽ phân tích kết quả đo do BTS thực hiện ở TCH “bận” (hình 5a). Tóm lại BSC sẽ phải quyết định 2 vấn đề quan trọng: - khi nào quyết định chuyển vùng? - Phải thực hiện chuyển vùng đến BTS nào? Sau khi đánh giá tình huống và quyết định bắt đầu quá trình chuyển vùng, BSC sẽ chịu trách nhiệm thiết lập một đường nối đến BTS mới. Có thể xảy ra các trường hợp sau: Chuyển giao trong cùng một BSC: VLR đường nối mới đường nối cũ MSC BSC ở trường hợp này BSC phải thiết lập một đường nối đến BTS mới, dành riêng một TCH của mình và lệnh cho MS chuyển đến một tần số mới đồng thời cũng chỉ ra TCH mới. Tình huống này không đòi hỏi thông tin gửi đến phần còn lại của mạng. Sau khi chuyển giao MS phải nhận được thông tin mới về các ô lân cận. Như vẽ ở hình 5b, một số ô lân cận đã thay đổi. Nếu như việc thay đổi đến BTS mới cũng là sự thay đổi vùng định vị. MS sẽ thông báo cho mạng về LAI mới của mình và yêu cầu cập nhật vị trí. Hình 5c: Chuyển giao giữa 2 BTS thuộc cùng BSC. - Chuyển giao giữa 2 BSC khác nhau nhưng trong cùng một vùng phục vụ MSC/VLR: VLR đường nối mới đường nối cũ MSC BSC BSC Hình 5d: Chuyển giao giữa hai BSC khác nhau nhưng trong cùng một vùng phụcvụ Trường hợp này cho thấy một sự chuyển giao trong cùng một vùng phục vụ MSC/VLR nhưng giữa các BSC khác nhau. Mạng can thiệp nhiều hơn khi quyết định chuyển giao. BSC phải yêu cầu chuyển giao từ MSC/VLR. Sau đó một đường nối mới (MSC/VLR-BSC mới-BTS mới) phải được thiết lập và nếu có TCH rỗi, TCH này phải được dành cho chuyển giao. Sau đó khi MS nhận được lệnh chuyển đến tần số mới và TCH mới, Ngoài ra sau khi đã thực hiện chuyển giao, MS sẽ được thông báo về các ô lân cận mới. Nếu việc thay đổi BTS đi cùng với việc thay đổi vùng định vị, MS sẽ gửi yêu cầu cập nhật vị trí trong quá trình cuộc gọi hay sau cuộc gọi. - Chuyển giao giữa 2 vùng phục vụ khác nhau: Đây là trường hợp phức tạp nhất, nhiều tín hiệu được trao đổi trước khi thực hiện chuyển giao. Ta phải xét hai MSC/VLR. Gọi MSC/VLR cũ (tham gia cuộc gọi trước khi chuyển giao) là tổng đài phục vụ và MSC/VLR 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 chuẩn bị nối ghép đến BTS mới. Sau khi thiết lập đường nối giữa 2 tổng đài, tổng đài phục vụ sẽ gửi lệnh chuyển giao đến MS. VLR VLR đường nối mới đường nối cũ MSC BSC MSC BSC Hình 5e: Chuyển giao giữa 2 vùng phục vụ khác nhau. 5.7. Cuộc gọi khởi đầu từ trạm di động: BTS/BSC/TRAU VLR MSC Calling subriber 1 bss 2 sss 3 4 plmn Called subcriber Hình 6: Cuộc gọi khởi đầu từ MS Fixed network (E.g:PSTN/ISDN) Trước khi MOC bắt đầu, một vùng định vị được đăng ký với sự xác nhận đăng ký vị trí thuê bao. MS gửi thông tin quay số bằng máy di động tới MSC. MSC yêu cầu thông tin cuộc gọi từ VLR (chủ yếu thông tin xác nhận) nhận dạng thuê bao bằng ._.