Thông tin di động
Nội dung môn học
• Tổng quan về hệ thống TTDD • Hệ thống GSM • Sử dụng lại tần số -‐ hoạch định
mạng
• Trải phổ và chống nhiễu trong 3G
Tài liệu tham khảo
• Thông tin di động số, Ericsson, 1996 • GSM System Survey – Ericsson • Tính toán mạng thông tin di động số cellular,
Thầy Vũ Đức Thọ
• GSM, CdmaOne and 3G Systems, Raymond Steele, Chin-‐Chun Lee, Peter Gould
• GSM, Switching, Services and Protocols,
John Wiley & Sons
• Website của tạp chí bưu chính viễn thông, địa chỉ: http://
www.tapchibcvt.gov.vn/
• http://www.google.com • http://en.wikipedia.org/wiki/History_of_mobile_phones
Phần 1
TỔNG QUAN VỀ
HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
Giới thiệu
• Hệ thống thông tin di động tế bào số (Digital Cellular mobile communication systems) hay còn gọi là hệ thống thông tin di động (mobile systems) là hệ thống liên lạc với nhiều điểm truy nhập khác nhau (access points, or base stations) trên một vùng địa lý hay còn goi là các cell.
• Nguời sử dụng có thể di chuyển trong vùng phủ
sóng của các trạm (base station).
Khái niệm tế bào
– Cell – tế bào hay ô: là đơn vị cơ sở của mạng, tại đó
trạm di động MS tiến hành trao đổi thông tin với
mạng qua trạm thu phát gốc BTS (BS).
– Trong đó:
– MS: Mobile Station -‐ trạm di động.
– BTS (BS): Base Tranceiver Station (Base Station)
Trạm thu phát gốc BTS – Base Transceiver Sta=on (BS – Base Sta=on)
PBTS
Vùng phủ sóng (coverage area)
RFC(n)
HÌNH DẠNG LÝ THUYẾT
MS
RSSI
BTS
chỉ thị cường độ Hn hiệu
Radio Signal Strength Indication
Khái niệm tế bào
Độ nhạy thu -‐ Receive Sensitivity:
– Mức công suất tối thiểu mà tại đó máy thu vẫn
nhận được tín hiệu với một chất lượng xác
định.
– Đơn vị: [dBm]
– VD: Card mạng WLAN theo chuẩn 802.11 có độ
nhạy thu là -‐96 dBm
Đơn vị công suất
P à W <=> dB; mW <=> dBm
P(mW) P(dBm)
P(dBm) = P(dB) + 30
10 1 10-‐1 10-‐2
10 0 -‐10 -‐20
P (dBm) = 10 log10 [ P (mW)]
Hình dạng và kích thước cell
Cell lớn
(Macrocell)
Celln hỏ
(Microcell)
Macro Cell
Vị trí thiết kế: -‐ Sóng vô tuyến ít bị che khuất ( vùng nông thông, ven biển . . . ).
-‐ Mật độ thuê bao
thấp.
-‐ Yêu cầu công suất
phát thấp.
Bán kính phủ sóng ~ n km ÷ n * 10 km
( GSM: <= 35 Km)
Micro Cell
Vị trí thiết kế : -‐ Sóng vô tuyến bị che
khuất .
-‐ Mật độ thuê bao
cao.
-‐ Yêu cầu công suất
phát lớn.
Bán kính phủ sóng ~ n * 100 m
( GSM: <= 2 Km)
Phương thức phủ sóng
Vô hướng Anten vô hướng hay 3600 bức xạ năng lượng đều theo mọi hướng.
1 Site = 1 cell 3600
Phương thức phủ sóng
Định hướng Anten có hướng tính, tập trung năng lượng trong một không gian nhỏ hơn.
Cải thiện chất lượng tín hiệu. Tăng dung lượng thuê bao.
1 Site = 3 Cell 1200
Phương thức phủ sóng
BTS – Base Transceiver StaYon
Phương thức phủ sóng
Quy hoạch vùng phủ sóng: q Mật độ thuê bao q Yếu tố địa hình
Số lượng BTS Kích thước Cell Phương thức phủ sóng
Phương thức phủ sóng
Global
Satellite
Suburban
Urban
In-Building
Picocell
Microcell
Macrocell
Lịch sử phát triển
•
1st generation
– Analog circuit switched systems (AMPS)
• 2nd generation
– Digital circuit switched systems (GSM, IS-‐95)
• 2.5 generation
– Digital packet switched systems (GPRS)
• 3rd generation
– Digital packet switched systems (UMTS, cdma2000)
• 4th generation: LTE Long Term Evolution
1G -‐ First Genera=on
q Hệ thống thông tin di động tương tự sử dụng
phương thức đa truy nhập phân chia theo tần số
FDMA và điều chế tần số FM.
q Đặc điểm chính:
– Đơn thuần hỗ trợ dịch vụ thoại.
– Chất lượng thấp.
– Tính bảo mật kém.
1G -‐ First Genera=on
1G -‐ First Genera=on
q Một số hệ thống điển hình:
– NMT: Nordic Mobile Telephone sử dụng băng tần 450
MHz. Triển khai tại các nước Bắc Âu vào năm 1981
(Scandinavia).
– TACS: Total Access Communication System triển khai tại
Anh vào năm 1985.
– AMPS: Advanced Mobile Phone System triển khai tại Bắc
Mỹ vào năm 1978 tại băng tần 800 MHz.
Second Genera=on (2G)
q Các hệ thống thông tin di động số tế bào:
– Dung lượng tăng.
– Chất lượng thoại tốt hơn.
– Hỗ trợ một số dịch vụ số liệu đơn giản.
q Phương thức đa truy nhập:
– TDMA
– CDMA (Băng hẹp)
q Phương thức chuyển mạch: chuyển mạch kênh -‐ Circuit
Switching.
Second Genera=on (2G)
Một số hệ thống điển hình:
• GSM: ( Global System for Mobile Phone )-‐ TDMA. Triển khai tại
Châu Âu vào năm 1991.
• D-‐AMPS ( IS-‐136 -‐ Digital Advanced Mobile Phone System) –
TDMA. Triển khai tại Mỹ
• IS-‐95 (CDMA one) -‐ CDMA.
Triển khai tại Mỹ và Hàn Quốc.
• PDC (Personal Digital Cellular ) – TDMA, Triển khai tại Nhật
Bản vào năm 1991.
2.5G -‐ Evolved Second Genera=on
– Các dịch vụ số liệu cải tiến :
• Tốc độ bit cao hơn.
• Hỗ trợ kết nối Internet.
– Phương thức chuyển mạch:
• Chuyển mạch gói -‐ Packet Switching
Ví dụ:
– GPRS -‐ General Packet Radio Services: Nâng cấp từ mạng GSM
nhằm hỗ trợ chuyển mạch gói (172 kbps).
– EDGE -‐ Enhance Data rate for GSM Evolution – Hỗ trợ tốc độ bit cao hơn GPRS trên nền GSM (384 kbps)
3G -‐ Third Genera=on
q Hỗ trợ các dịch vụ số liệu gói tốc độ cao: • Di chuyển trên các phương Yện (Vehicles):
144 kbps -‐ Macro Cell
• Đi bộ, di chuyển chậm (Pedestrians):
384 kbps – Micro cell
• Văn phòng ( Indoor, staYonary users)
2 Mbps -‐ Pico cell
q Dịch vụ đa phương Yện, kết nối qua Internet: Video Streaming, video conference, web browsing, email, navigaYonal maps . .
3G -‐ Third Genera=on
– Hai hướng tiêu chuẩn cho mạng 3G:
• W-‐CDMA: UTMS:
– Phát triển từ hệ thống GSM, GPRS.
• CDMA 2000 1xEVDO:
– Phát triển từ hệ thống CDMA IS-‐95.
4G -‐ Fourth Genera=on
– Tốc độ cao ( n * 10 Mbps )
– Tăng cường khả năng tích hợp theo xu hướng hội tụ
theo các phương diện: thiết bị đầu cuối, ứng dụng và
hạ tầng mạng trên nền giao thức IP. . .
– Xu hướng kết hợp: mạng lõi IP + mạng truy nhập di
động ( 3G ) và truy nhập vô tuyến Wimax & Wi-‐Fi !
IMT-‐2000 Vision Includes LAN, WAN and Satellite Services
Global
Satellite
Suburban
Urban
In-Building
Picocell
Microcell
Macrocell
Basic Terminal PDA Terminal Audio/Visual Terminal
ξ1. Lịch sử phát triển
• Fourth Genera=on (4G)
– Hiện nay đang xây dựng chuẩn. – Cải Yến về dịch vụ dữ liệu: • Tốc độ bit: 20 – 100 Mb/s.
– Phương thức điều chế: • OFDM, MC-‐CDMA
– Xu hướng kết hợp: mạng lõi IP + mạng truy nhập di động (3G) và
truy nhập vô tuyến Wimax & Wi-‐Fi !
Băng tần của hệ thống
• Mỗi hệ thống thông tin di động được cấp phát
một hoặc nhiều băng tần xác định.
• Trong mỗi băng tần, các kênh vô tuyến của hệ
thống sẽ được ấn định.
• Ví dụ: Băng tần GSM 900 được cấp phát là
- UL: 890 MHz – 915 MHz
- DL: 935 MHz – 960 MHz
Phần 2
HỆ THỐNG GSM
Nội dung
• Cấu trúc hệ thống • Phân cấp vùng phục vụ • Các giao diện • Các Kênh • Vấn đề sử dụng lại tần số • Chia phân cung • Tính SIR tại MS • Chu trình cuộc gọi và chuyển giao
Cấu trúc hệ thống GSM
• Mạng thông Yn di động mặt đất công cộng PLMN (Public Land Mobile Network) theo chuẩn GSM được chia thành 3 (4) phân hệ chính sau:
– Phân hệ chuyển mạch -‐ NSS
• Network Switching Subsystem.
– Phân hệ vô tuyến -‐ RSS = BSS + MS
• Radio SubSystem
– Phân hệ vận hành và bảo dưỡng -‐ OMS
• OperaYon and Maintenance Subsystem
Cấu trúc hệ thống GSM
Data NetwoRK
NSS
BSS
trau
vlr
iwf
bsc
msc
auc hlr
bts
bts
bts
ec
eir
pstn
omc
SIEMENS NIXDORF
ms!
Me! sim!
Omc- s! Omc- r!
IWF: InterWorking Function - Khối tương tác mạng
EC: Echo Canceler - Khối triệt tiếng vọng
Kết nối mang thông tin báo hiệu /điều khiển
Kết nối mang thông tin người sử dụng và báo hiệu
Trạm di động MS -‐ Mobile StaYon
• Trạm di động MS = ME + SIM
– ME : Mobile Equipment -‐ thiết bị di động – SIM: Subscriber IndenYty Module
Module nhận dạng thuê bao.
• ME = hardware + so(cid:148)ware • ME ó IMEI = Assigned at the factory
6 digits
2 digits
6 digits
1 digit
Sp
Serial Number
Type Approval Code
Final Assembly Code
IMEI
Trạm di động MS -‐ Mobile Sta(cid:149)on
• SIM: lưu giữ các thông Yn nhận thực thuê bao và mật mã hóa/
giải mật mã hóa.
• Các thông Yn lưu giữ trong SIM:
– Các số nhận dạng IMSI, TMSI
– Khóa nhận thực Ki – Số hiệu nhận dạng vùng định vị LAI: (LocaYon Area ID)
– Khóa mật mã Kc – Danh sách các tần số lân cận
1. Phân hệ trạm gốc BSS
q BSS: Base StaYon Subsystem q BSS = TRAU + BSC + BTS
– TRAU (XCDR): Bộ chuyển đổi mã và phối hợp tốc
độ.
– BSC: Bộ điều khiển trạm gốc. – BTS: trạm thu phát gốc.
q BSS kết nối với NSS qua luồng PCM cơ sở 2
Mbps.
Bộ điều khiển trạm gốc BSC
q BSC: Base StaYon Controller
q Bộ điều khiển trạm gốc BSC thực hịên các chức năng sau:
– Điều khiển một số trạm BTS: xử lý các bản Yn báo hiệu, điều
khiển,vận hành & bảo dưỡng đi/đến BTS.
– Khởi tạo kết nối.
– Điều khiển chuyển giao:Intra & Inter BTS HO
– Kết nối đến MSC, BTS và OMC.
BSSʼs components
BSS
trau
MSC
bsc
bts
bts
bts
BSS = TRAU + BSC + BTS
Trạm thu phát gốc BTS
q BTS: Base Tranceiver StaYon hoặc BS: Base StaYon
q Trạm thu phát gốc BTS thực hịên các chức năng sau:
– Thu phát vô tuyến (Radio Carrier Tx and Rx)
– Ánh xạ kênh logic vào kênh vật lý
( Logical to physical Ch Mapping )
– Mã hóa/giải mã hóa (Coding/Decoding)
– Mật mã hóa/giải mật mã hóa(Ciphering/Deciphering)
– Điều chế / giải điều chế (ModulaYng/ DemodulaYng)
Cấu hình BSS
5
2
BTS
BTS
1
BTS
BTS
4
BSC
3
BTS
6
BTS
7
* Vị trí của BTS so với BSC:
BTS
BTS đặt gần: co-located BTS: 1
* Cấu hình kết nối các BTS:
BTS ở xa: remote BTS: 2 ÷ 7
Hình sao: star - 1,2,3
Hình chuỗi: chain - 1,2,4,5
Mạch vòng: loop - 1,2, 4,6,7 ,3, 1
Bộ TRAU (XCDR)
TRAU: Transcoding and Rate AdapYon Unit hoặc XCDR : TransCoDeR
LPC: 13 Kbps
+ header: 3 Kbps
PCM: 64 Kbps
1 TS (64kbps) ó 4 kênh (16kbps)
1
chuyển
2
đổi
MSC
BSC
X U M
3
4
mã
Ghép kênh:
1 TS ó 1 kênh thoại: 64 kbps
Tốc độ 1 kênh thoại: 16 Kbps
4*(3+13) = 64 Kbps
2. Phân hệ chuyển mạch NSS
Tổng đài di động MSC
Chức năng: • Xử lý cuộc gọi (call procesing). • Điều khiển chuyển giao (Handover control). • Quản lý di động (mobility management). • Xử lý tính cước (billing). • Tương tác mạng (interworking function):GatewayMSC
GMSC
Bộ định vị thường trú HLR
“HLR là cơ sở dữ liệu tham chiếu lưu giữ lâu dài các thông tin về thuê
bao”.
• Các số nhận dạng: IMSI, MSISDN. • Các thông tin về thuê bao • Danh sách dịch vụ MS được/hạn chế sử dụng. • Số hiệu VLR đang phục vụ MS
HLR: Home Location Register
Bộ định vị tạm trú VLR
“VLR là cơ sở dữ liệu trung gian lưu giữ tạm thời thông tin về thuê bao
trong vùng phục vụ MSC/VLR được tham chiếu từ cơ sở dữ liệu HLR”.
• Các số nhận dạng: IMSI, MSISDN,TMSI. • Số hiệu nhận dạng vùng định vị đang phục vụ MS. • Danh sách dịch vụ MS được/hạn chế sử dụng • Trạng thái của MS (bận: busy; rỗi : idle)
VLR: Visitor Location Register
Trung tâm nhận thực AuC
“AuC (AC) là cơ sở dữ liệu lưu giữ mã khóa cá nhân Ki của các thuê
bao và tạo ra bộ ba tham số nhận thực ʻtriple: RAND, Kc,SRESʼ khi HLR yêu cầu để tiến hành quá trình nhận thực thuê bao”.
AuC: Aunthentication Center
Khối nhận dạng thiết bị EIR
“EIR là cơ sở dữ liệu thông tin về tính hợp lệ của thiết bị ME qua số
IMEI”.
• Một thiết bị sẽ có số IMEI thuộc 1 trong 3 danh sách: + Danh sách trắng (white list) -> valid ME + Danh sách đen (black list) -> stolen ME + Danh sách xám (gray list) -> ME is fauly or do not meet curent GSM
specifications
EIR: Equipment Identity Register
3. Phân hệ vận hành và bảo dưỡng OMS
OMS: Operation and Maintenance Subsystem
Trung tâm vận hành và bảo dưỡng OMC
OMC: Operation and Maintenance Center
Trung tâm vận hành và bảo dưỡng OMC
Cấu trúc mạng GSM
Vùng phủ sóng -‐ Vinaphone
Miền Bắc
KV1: Hà Nội và
các tỉnh phía Bắc
đến Quảng Bình
Vùng 1
Vùng phủ sóng -‐ Vinaphone
từ Quảng trị đến Khánh
hòa và tỉnh Tây nguyên
Vùng 3 KV1: Các tỉnh miền Trung
Vùng phủ sóng -‐ Vinaphone
KV2: TP. Hồ Chí Minh và
các tỉnh phía Nam từ
Ninh thuận đến Cà mau
Vùng 2
GSM Func=on
Phân cấp vùng phục vụ
GSM Service Area
Vùng phục vụ PLMN
Vùng định vị LAI và vùng phục vụ MSC/VLR
Số nhận dạng vùng định vị LAI
3 digits
2 Bytes
2 digits
Mobile country Code (MCC)
Location Area Code (LAC)
Mobile Network Code (MNC)
Số LAI: Location Area Identity => Số nhận dạng vùng định vị
3 digits
2 Bytes
2 Bytes
2 digits
Mobile Network Code (MNC)
Mobile country Code (MCC)
Location Area Code (LAC)
Cell Identity (CI)
Số nhận dạng ô toàn cầu GCI: GCI = MCC + MNC + LAC + CI = LAI + CI
Các giao diện trong mạng GSM
Khái niệm
• Giao diện -‐ Interface:
”Là ranh giới giữa các thực thể chức năng (funcYonal
enYYes) tại đó khuôn dạng dữ liệu (protocols) và quá
trình trao đổi thông Yn (procedure) được chuẩn hóa”
Giao diện trong GSM
Làm việc nhóm
Tìm hiểu giao diện Um -‐ Phân bố tần số uplink và downlink -‐ Chức năng
Băng tần GSM
Dải GSM900
Dải tần
Quá trình xử lý (cid:158)n hiệu thoại GSM
transmitter
Speech coding
Channel Coding
Encry- ption
Inter- leaving
Burst assembly
Modu- lator
Mã hóa nguồn
Mã hóa kênh
Mật mã hóa
Ghép xen
Tạo cụm
Điều chế
T C H
thoại
Speech decoding
Decry- ption
Deinter- leaving
Demod- ulator
Channel De- Coding
Burst disasse- mbly
receiver
Phân cấp cấu trúc khung - Frame hierarchy
1 hyperframe = 2048 superframes = 2715648 TDMA frames
……
0
1
2
3
2044
2045
2046
2047
3 h 28 min 53.76 s
1 superframe = 51 (26 Frames) multiframes
OR 26 (51 Frames) multiframes
6.12 s ……….
47
48
49
50
0
1
2
3
……….
0
1
24
25
26 * 51 = 1326 TDMA Frames
1 trafic multiframe = 26TDMA frames 1 control multiframe = 51TDMA frames
I
T0
T0 T1 … ..
T1 1
S T1 2
… ..
T2 4
T1
T2
T3
… .
… ..
… ..
T4 8
T4 9
T5 0
120 ms
235.4 ms 4.615 ms
0
1
...
6
7
slot
577 µs
TDMA Frame
burst
Các kênh logic tại giao diện Um
Kênh lưu lượng -‐ TCH
Kênh điều khiển -‐ CCH
Ý nghĩa các kênh
• Dedicated Control Channels (DCCHs)
Kênh điểm-‐điểm tương ứng với 1 kênh D trong ISDN, thường gọi là kênh Dm
• Standalone Dedicated Control Channel (SDCCH) -‐ Phiên ngắn: thiết lập cuộc gọi, đăng ký hay gửi SMS -‐ Tốc độ 0.8kbps -‐ 8 SDCCH ghép vào 1 kênh vật lý -‐
SDCCH: ghép xen 4 khối Yn trong đa khung 51
Ý nghĩa các kênh
• Fast Associated Control Channel (FACCH)
– Đi trong cùng kênh lưu lượng – Nguyên tắc ăn cắp chùm Yn từ kênh lưu lượng liên quan – Chùm Yn vận chuyển FACCH phân tách với chùm Yn lưu lượng bởi bit
ăn cắp tại điểm cuối tại midamble.
– Dùng cho báo hiệu trong kênh: báo hiệu cắt kết nối, chuyển giao, giai
đoạn cuối của thiết lập kênh
– Tốc độc 9.2Kbps khi đi trong kênh TCH/F – Tốc độ 4.6kbps với TCH/H
• Slow Associated Control Channel (SACCH) – Thông Yn đo lường kiểm soát trên UL – Kiểm soát định thời và công suất
Ý nghĩa các kênh
• BCCH -‐ Broadcast Control Channel
– Lặp lại một dạng thông Yn nào đó – Mô tả nhận dạng, cấu hình và đặc điểm của BTS – Truyền bản Yn đo lường báo cáo – Thông Yn về LAI – Tần số truyền kênh BCCH là cố định tại BTS
• SCH -‐ Synchroniza=on Channel
– Truyền mã nhận dạng BS và giá trị hiện thời của đồng hồ
TDMA
– Truyền trên các khung 1, 11, 21, 31 và 41 của đa khung 51
khung
Ý nghĩa các kênh
FCCH -‐ Frequency Correc=on Channel – Tạo Yếng báo hiệu trên kênh vô tuyến – Hiệu chỉnh lại tần số của các MS – Trên khung 0, 10, 20, 30, 40 của đa khung 51 khung
•
– Báo hiệu dịch vụ cho MS • AGCH -‐ Access Grant Channel
– Mang thông Yn trả lời của BTS với yêu cầu thiết lập kênh của MS
• PCH -‐ Paging Channel
• RACH -‐ Random Access Channel – Giống AGCH nhưng trên đường UL – MS gửi chùm Yn ngẫu nhiên yêu cầu cấp kênh – Là kênh chia sẻ dùng chung
Yêu cầu sau phần này
• Sinh viên cần nắm được các kênh logic:
– Kênh lưu lượng TCH/H, TCH/F tốc độ kênh =? – Kênh kiểm soát DCCH, SDCCH, FACCH, SACCH, CCCH, BCCH, SCH, FCCH, PCH, AGCH, RACH: ý nghĩa để làm gì, phát trên những khe thời gian nào
Sử dụng lại tần số
• Khái niệm:
– Số kênh tần số là hữu hạn
– Sử dụng lại tần số là việc cấp phát cùng một nhóm tần số vô tuyến tại các vị trí địa lý khác nhau trong mạng mà không làm ảnh hưởng đến chất lượng kết nối tại giao diện vô tuyến do nhiễu đồng kênh và nhiễu kênh lân cận gây nên.
Sử dụng lại tần số
• Các cell gần nhau sử dụng tần số khác nhau để
tránh nhiễu hay crosstalk
• Mỗi cell có thể được ấn định 10 tới 50 tần số • Vùng phủ sóng của 1 cell được gọi là footprint và bị giới hạn trong đường bao sao cho cùng 1 nhóm kênh truyền có thể được dùng trong các cell khác cách đủ xa
Sử dụng lại tần số
Cần: sóng di động cần truyền tại mức công suất vừa đủ thấp để tránh can nhiễu với các vùng gần kề đang sử dụng cùng 1 kênh
Trong mạng GSM, mỗi trạm BTS được cấp
phát một nhóm tần số vô tuyến.
Các trạm thu phát gốc BTS lân cận được cấp
phát các nhóm kênh vô tuyến không trùng
với các kênh của BTS liền kề.
Khái niệm
Các cell cùng tên được cấp phát cùng một nhóm tần số vô tuyến.
B
G
C
A
D
F B
G
C
G
E C
B A
A
D
F
F
D
E
E
Một cụm - cluster có kích cỡ N cell, được lăp lại tại các vị trí địa lý khác nhau trong toàn bộ vùng phủ sóng.
Chia cell
B
B
G
C
G
C
A
D
F
D
F
E
E
n
=
Pphát trong cell nho Pphát trong cell lon
Rcell nho Rcell lon
! # "
$ & %
Phân cung
Quy hoạch mạng -‐ Khoảng cách giữa hai cell lân cận 2μ
Khoảng cách sử dụng lại tần số D
Lưu ý: 1 cluster = 1 tập các tần số khác nhau sử dụng trong nhóm các cell
Khoảng cách sử dụng lại tần số D
i là các bước dịch dọc 1 hướng
D = khoảng cách giữa hai cell đồng kênh Cluster được lặp lại bằng dịch tuyến tính • • j là các bước dịch theo hướng khác
Khoảng cách sử dụng lại tần số D
Khoảng cách sử dụng lại tần số D
Chuẩn hóa theo kích thước của cell: R=1
D = 3M
Mẫu sử dụng lại tần số
• Ký hiệu tổng quát : mẫu N/M
Trong đó:
N = tổng số site / cluster
M = tổng số cell / cluster
• Hệ số sử dụng lại tần số: 1/M
Mẫu sử dụng lại tần số
Với site phân cung 1200 thì :
Site A
M = 3N
⇒ 3 mẫu chuẩn hóa:
A1
A2
A3
Mẫu 3/9, 4/12 và 7/21
Cell 1200
Mẫu sử dụng lại tần số 3/9
A1
A1
Cluster
A2
A2
A3
A3
B1
B1
B2
B2
B3
B3
C1
C1
C2
C2
C3
C3
A1
A2
A3
B1
B1
B2
B2
B3
B3
Một số kích thước cluster điển hình
C
i
j
Ứng dụng
1
1
0
Mạng CDMA
3
1
1
4
2
0
7
2
1
Mạng điện thoại tế bào tương tự
9
3
0
Mạng điện thoại tế bào tương tự
12
2
2
Sử dụng lại tần số
• Khoảng cách sử dụng lại tần số càng xa, xác
suất can nhiễu càng thấp
• Công suất trong các cell đồng kênh càng thấp,
xác suất can nhiễu càng thấp
• Kết hợp: cần kết hợp hai yếu tố trên để chống
can nhiễu
Dung lượng kênh
S: tổng kênh song công trong hệ thống k: số kênh cấp cho 1 cell N: Kích thước cụm M: số lượng cụm à Tổng kênh có thể dùng: S=kN Số lượng kênh/cell k Dung lượng kênh C = MkN = MS
Nhiễu đồng kênh
SIR, S/I – C/I, CIR
• Tỉ số (cid:158)n hiệu trên nhiễu đồng kênh – Signal to
Interference RaYo
• Còn gọi là : tỉ số song mang trên nhiễu • I: nhiễu đồng kênh • Khác với N: nhiễu từ các nguồn nhiễu khác
nhau, môi trường
SIR, S/I – C/I, CIR
SIR của đầu thu di động
: số lượng các cell can nhiễu đồng kênh
S: công suất tín hiệu i0 Ii: công suất nhiễu gây ra do trạm BS của cell nhiễu đồng kênh thứ i
SIR, S/I – C/I, CIR
Công suất thu trung bình tại khoảng cách d từ anten phát
hay
Với n: thiệt mũ đường truyền từ 2-4
SIR, S/I – C/I, CIR
Nếu công suất phát của các BS bằng nhau, SIR tại 1 mobile :
à
à
Với 1 cụm 7 cell hình sáu cạnh, giả sử có mobile nằm tại cạnh của cell, SIR trong trường hợp xấu nhất:
Chu trình cuộc gọi và chuyển giao
Chu trình cuộc gọi
• Cuộc gọi kết thúc tại MS
MTC -‐ Mobile TerminaYng Call
ví dụ: Cuộc gọi từ PSTN đến PLMN
• Cuộc gọi khởi tạo từ MS
MOC -‐ Mobile OriginaYng Call
• Trạng thái của MS:
– MS tắt máy (detached)
– MS bật máy (atached):
-‐ rỗi (idle).
-‐ bận (busy).
Chu trình cuộc gọi Call sequence: MTC
0912345678
0912345678
Mobile TerminaYng Call (1)
HCM
TP. Ha Noi
Mobile TerminaYng Call (2)
Mobile TerminaYng Call (3)
Mobile TerminaYng Call (4)
Chuyển giao cuộc gọi – HO (Hand Over)
Phân loại chuyển giao theo cấp điều khiển
1
2
3
4
MS
MS
MS
MS
BTS
BTS
BTS
BTS
BSC
BSC
BSC
MSC
MSC
GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung
Cấu trúc của GSM
Network Subsystem
Mobile Station
Base Station Subsystem
Other Networks
PSTN
GMSC
BSC
MSC/ VLR
BTS
ME
SIM
PLMN
EIR
HLR
AUC
Internet
SD
+
Note: Interfaces have been omitted for clarity purposes.
Cấu trúc hệ thống GPRS
Network Subsystem
Mobile Station
Base Station Subsystem
Other Networks
GMSC
PSTN
BSC
MSC/ VLR
BTS
ME
SIM
PLMN
EIR
HLR
AUC
GGSN
Internet
SGSN
SD
+
Note: Interfaces have been omitted for clarity purposes.
• SGSN: Serving GPRS Support Node
Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS
-‐ Quản lý di động -‐ Mật mã và nén -‐ Đóng gói và truyền dẫn gói
• GGSN: Gateway GPRS Support Node
Nút hỗ trợ cổng GPRS
-‐ Liên kết giữa các mạng -‐ Định tuyến dữ liệu
Các trường hợp lưu lượng
MS ở trạng thái rỗi (idle mode)
1. IMSI attach 2. Cập nhật vị trí – dạng IMSI attach 3. Thay đổi cell trong cùng LA 4. Cập nhật vị trí trong cùng MSC/VLR 5. Cập nhật vị trí khác MSC/VLR 6. Cập nhật vị trí – dạng đăng ký theo chu kỳ 7. IMSI detach 8. Detach ngầm
!
IMSI Attach
1.
MS gửi thông điệp IMSI tới mạng để báo rằng nó đã chuyển sang trạng thái idle.
!
IMSI Attach
1.
VLR xác định rằng đã có bản ghi dữ liệu (record) cho thuê bao hay chưa. Nếu chưa có, VLR liên hệ với HLR để lấy một bản sao về thông tin thuê bao.
!
2.
IMSI Attach
1.
VLR cập nhật trạng thái của MS là idle.
!
3. 2.
IMSI Attach
1.
ACK được gửi tới MS.
!
4.
3. 2.
4.
Cập nhật vị trí trong cùng MSC/VLR
1.
MS lắng nghe kênh BCCH trong cell mới để xác định LAI. LAI mới được so sánh với LAI cũ. Nếu khác nhau, cập nhật vị trí là cần thiết.
!
Cập nhật vị trí trong cùng MSC/VLR
2. 1.
2.
MS thiết lập kết nối với mạng qua kênh SDCCH. Quá trình xác thực được thực hiện.
!
Cập nhật vị trí trong cùng MSC/VLR
1.
2. 2. 3.
3.
Nếu quá trình xác thực thành công, MS gửi yêu cầu cập nhật vị trí lên hệ thống.
!
Cập nhật vị trí khác MSC/VLR
1. 1.
Quá trình xác thực được thực hiện. Nếu xác thực thành công, VLR kiểm tra cơ sở dữ liệu của nó để xác định nó đã có bản ghi dữ liệu cho MS hay chưa.
!
Cập nhật vị trí khác MSC/VLR
2.
1. 1.
Khi VLR không tìm thấy bản ghi dữ liệu cho MS, nó gửi tới HLR yêu cầu bản sao thông tin thuê bao của MS.
!
Cập nhật vị trí khác MSC/VLR
3.
2.
1. 1.
3.
HLR gửi thông tin cho VLR và cập nhật thông tin của nó về vị trí cho thuê bao. HLR yêu cầu VLR cũ xóa thông tin về MS của nó.
!
Cập nhật vị trí khác MSC/VLR
4.
3.
2.
1. 1.
3.
VLR lưu trữ thông tin thuê bao của MS, bao gồm vị trí mới nhất và trạng thái (idle). VLR gửi ACK tới MS.
!
MS ở trạng thái hoạt động
1. Cuộc gọi từ MS 2. Cuộc gọi đến MS 3. Handover trong cùng BSC ( intra -‐ BCS) 4. Handover khác BSC, cùng MSC (inter -‐ BSC, intra – MSC) 5. Handover khác MSC (inter – MSC)
Chuyển giao
Chuyển giao
Cuộc gọi từ MS đến PSTN
1. 1.
B
A
1. MS dùng RACH yêu cầu kênh báo hiệu.
!
Cuộc gọi từ MS đến PSTN
1.
1. 2. 2.
B
A
2. BSC/TRC cấp phát kênh báo hiệu, dùng AGCH.
!
Cuộc gọi từ MS đến PSTN
1.
1. 2.
3. 2. 3.
B
A
3. MS gởi yêu cầu thiết lập cuộc gọi qua kênh SDCCH đến MSC/VLR. Qua SDCCH, các thủ tục báo hiệu cho cuộc gọi được thực hiện.
!
Cuộc gọi từ MS đến PSTN
1.
1. 2.
3. 2. 3.
4. 4.
B
4.
A
4. MSC/VLR yêu cầu BSC/TRC cấp phát kênh TCH rảnh cho MS. BTS và MS được điều chỉnh đến kênh TCH này.
!
Cuộc gọi từ MS đến PSTN
1.
1. 2.
3. 2. 3.
4. 4.
B
4. 5.
A
5. MSC/VLR chuyển số thuê bao được gọi (B-‐ number) đến tổng đài của PSTN để thiết lập kết nối.
!
Cuộc gọi tới MS
1. 1.
1. PSTN phân tích số MSISDN của MS và xác định cuộc gọi là tới thuê bao mạng di động. Một kết nối được thiết lập đến GMSC của MS đó.
!
1. 1.
2.
2. GMSC phân tích MSISDN để xác định HLR mà MS đăng ký và hỏi HLR thông tin định tuyến cuộc gọi đến MSC/VLR phục vụ.
!
3.
1. 1.
2.
3. HLR chuyển đổi MSISDN thành IMSI và xác định MSC/VLR đang phục vụ MS. HLR cũng kiểm tra dịch vụ “chuyển cuộc gọi đến số C”. Nếu có dịch vụ này, cuộc gọi sẽ được định tuyến bởi GMSC đến số này.
!
3.
1. 1.
2.
4.
4. HLR yêu cầu MSRN (Mobile Station Roaming Number) từ MSC/VLR phục vụ.
!
3.
1. 1.
5. 2.
5.
4.
5. MSC/VLR trả về MSRN thông qua HLR đến GMSC.
!
3.
1. 1.
5. 2.
5. 6.
4.
6. GMSC phân tích MSRN và định tuyến cuộc gọi đến MSC/ VLR.
!
3.
1. 1.
5. 2.
5. 6.
4.
7.
7. MSC/VLR biết LA của MS. Một thông điệp paging được gửi cho tất cả các BSC trong LA đó.
!
3.
1. 1.
5. 2.
5. 6.
4.
7.
8.
8. 8.
8.
8. BSC phân phát thông điệp này đến các BTS trong LA. BTS gửi thông điệp này trên kênh PCH. Để tìm gọi (page) một MS, mạng dùng IMSI hoặc TMSI (chỉ hợp lệ trong vùng phục vụ MSC/VLR).
!
3.
1. 1.
5. 2.
5. 6.
4.
7.
8.
9. 8. 8.
9. Khi MS phát hiện thông điệp paging, nó sẽ yêu cầu cấp kênh SDCCH trên kênh RACH.
8. !
9.
3.
1. 1.
5. 2.
5. 6.
4.
7.
8. 10.
9. 8. 8.
10. BSC cấp phát kênh SDCCH, dùng AGCH.
!
8.
10.
9.
3.
1. 1.
5. 2.
5. 6.
4.
7. 11. 11.
8. 10.
9. 8. 8.
11. SDCCH được sử dụng để thiết lập cuộc gọi.
!
8.
9. 10.
Handover trong cùng BSC ( intra - BCS)
Handover: cells controlled by the same BSC
1.
1. BSC yêu cầu BTS mới kích hoạt kênh TCH.
!
Handover trong cùng BSC ( intra - BCS)
2. 2. Handover: cells controlled by the same BSC
2. BSC gởi thông điệp cho MS bao gồm thông tin về tần số và time slot và mức công suất tới MS thông qua BTS cũ bằng cách sử dụng kênh FACCH.
!
1.
Handover trong cùng BSC ( intra - BCS)
2. 2. Handover: cells controlled by the same BSC
3.
1.
3. MS chuyển sang tần số mới và truyền burst truy cập handover trong time slot đúng.
!
Handover trong cùng BSC ( intra - BCS)
2. 2. Handover: cells controlled by the same BSC
3.
1.
4.
4. Khi BTS mới phát hiện các burst handover, nó gởi thông tin về TA trên kênh FACCH.
!
Handover trong cùng BSC ( intra - BCS)
2. 2. Handover: cells controlled by the same BSC
3.
5.
1.
4.
5.
5. MS gởi thông điệp hoàn thành handover tới BSC thông qua BTS mới.
!
Handover trong cùng BSC ( intra - BCS)
2.
2. Handover: cells controlled by the same BSC 6.
6. BSC yêu cầu RBS cũ giải phóng TCH cũ.
!
3.
5.
1.
4.
5.
Handover khác BSC, cùng MSC (inter - BSC, intra – MSC)
1.
1. BSC cũ gởi tin nhắn yêu cầu handover tới MSC chứa nhận dạng của cell mới.
!
Handover khác BSC, cùng MSC (inter - BSC, intra – MSC)
1.
2. MSC biết BSC nào điều khiển cell mới này và gởi yêu cầu handover tới BSC này.
! 2.
Handover khác BSC, cùng MSC (inter - BSC, intra – MSC)
1.
3. BSC mới yêu cầu BTS mới kích hoạt kênh TCH.
!
3.
2.
Handover khác BSC, cùng MSC (inter - BSC, intra – MSC)
4.
4.
1. 4.
4. BSC mới gởi thông điệp tới MS thông qua MSC và BTS cũ.
! 3.
2. 4.
Handover khác BSC, cùng MSC (inter - BSC, intra – MSC)
4.
4.
1. 4.
5.
5. MS chuyển sang tần số mới và truyền burst truy cập handover trong time slot đúng.
3. !
2. 4.
Handover khác BSC, cùng MSC (inter - BSC, intra – MSC)
4.
4.
1. 4.
5.
3.
6.
2. 4.
6. BTS mới gởi thông tin về TA trên kênh FACCH.
!
Handover khác BSC, cùng MSC (inter - BSC, intra – MSC)
4.
4.
1. 4.
5.
7.
3.
7. 2. 4.
7.
7. MS gởi thông điệp hoàn thành handover tới MSC qua BSC mới.
!
Handover khác BSC, cùng MSC (inter - BSC, intra – MSC)
4.
4.
1. 4.
8.
5.
7.
!
8. MSC yêu cầu BSC giải phóng TCH cũ. 3.
7. 2. 4.
7.
Handover khác BSC, cùng MSC (inter - BSC, intra – MSC)
4.
4.
1. 4. 9.
8.
5.
7.
9. BSC cũ yêu cầu BTS cũ giải phóng TCH.
3. !
7. 2. 4.
7.
Handover khác MSC(inter – MSC)
DCell
1.
BSC cũ gởi thông điệp yêu cầu handover tới MSC phục vụ (MSC-‐ A), với nhận dạng của cell mới.
!
Handover khác MSC(inter – MSC)
DCell
1.
2.
MSC-‐A nhận dạng cell mới này thuộc MSC khác (MSC-‐B) và yêu cầu trợ giúp.
!
Handover khác MSC(inter – MSC)
DCell
1.
2.
3.
MSC-‐B cấp số handover để tái định tuyến cuộc gọi. Sau đó gởi yêu cầu handover tới BSC mới.
!
Handover khác MSC(inter – MSC)
DCell
1.
2.
3.
BSC mới yêu cầu BTS mới kích hoạt TCH.
4.
!
Handover khác MSC(inter – MSC)
DCell
1.
2. 5.
MSC-‐B nhận thông tin, và chuyển nó tới MSC-‐A cùng với số handover. 4.
! 3. 5.
Handover khác MSC(inter – MSC)
DCell
6.
1.
2. 5.
Một kết nối được thiết lập tới MSC-‐B, có thể thông qua PLMN.
4.
! 3. 5.
Handover khác MSC(inter – MSC)
DCell
7.
6.
1.
7.
2. 5.
MSC-‐A gởi lệnh handover tới MS, thông qua BSC cũ.
4.
!
3. 5.
Handover khác MSC(inter – MSC)
DCell
7.
6.
1.
7.
8. 2. 5.
4.
MS chuyển sang tần số mới và truyền burst truy cập handover trong time slot đúng. 3. 5.
!
Handover khác MSC(inter – MSC)
DCell
7.
6.
1.
7.
8. 2. 5.
4.
9. 3. 5.
Khi BTS mới phát hiện các burst handover này, nó gởi thông tin về TA.
!
Handover khác MSC(inter – MSC)
DCell
7.
6.
1.
7.
8. 2. 5. 10.
4.
9. 3. 5. 10.
10.
MS gởi tin nhắn hoàn thành handover tới MSC cũ thông qua BSC mới và MSC/VLR mới.
!
Handover khác MSC(inter – MSC)
DCell
7.
11.
6.
1.
7.
8. 2. 5. 10.
4.
9. 3. 5. 10.
10.
Một đường mới trong groupswitch trong MSC-‐A được thiết lập và cuộc gọi được chuyển mạch sang đường này.
!
Short Message Service
q Mobile originated SMS: MS SMS–C q Mobile terminated SMS: SMS–C MS
Mobile Originated SMS
1.
MS An thiết lập kết nối vào mạng, như trường hợp của một cuộc gọi thông thường.
! !
Mobile Originated SMS
1. 2.
2.
2.
!
Nếu xác thực thành công, MS sẽ gửi tin nhắn bằng cách sử dụng SDCCH tới SMS-‐C thông qua MSC / VLR. SMS-‐C sẽ chuyển tiếp các tin nhắn ngắn đến đích.
!
Mobile terminated SMS
1.
Người sử dụng gửi tin nhắn tới SMS-‐C
!
Mobile terminated SMS
2.
1.
SMS-‐C gửi tin nhắn tới SMS-‐GMSC.
!
Mobile terminated SMS
3.
2.
1.
SMS–GMSC truy vấn HLR các thông tin định tuyến.
Mobile terminated SMS
4. 3.
2.
1.
HLR trả về các thông tin định tuyến cho SMS-‐GMSC.
Mobile terminated SMS
4. 3.
2. 5.
1.
SMS-‐GMSC định tuyến tin nhắn tới MSC/VLR đang phục vụ MS.
Mobile terminated SMS
4. 3.
6. 2. 5.
1.
MS được “tìm gọi” và một kết nối được thiết lập giữa MS và mạng, như trường hợp thiết lập các cuộc gọi bình thường.
Mobile terminated SMS
4. 3.
6. 2. 5.
7.
1.
Nếu xác thực thành công, MSC/ VLR sẽ gửi tin nhắn tới MS. Các tin nhắn được truyền trên kênh báo hiệu SDCCH
Mobile terminated SMS
4. 3.
6. 2. 5.
7.
8. 1.
