2/17/2014

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Viện Điện tử Viễn thông

Thông tin di động

Mobile Communications

TS. Đỗ Trọng Tuấn Bộ môn Kỹ thuật thông tin

1

2/17/2014

Hà Nội, 04-2011

Phân cấp vùng phục vụ

trong mạng GSM

2

2/17/2014

Phân cấp vùng phục vụ GSM Location Information-GSM Service Area Hierarchy

3

2/17/2014

Phân cấp vùng phục vụ GSM Location Information-GSM Service Area Hierarchy

GSM Service Area

Service area = the area in which a subscriber an access the network.

4

2/17/2014

Vùng phục vụ PLMN

5

2/17/2014

Vùng định vị LAI và vùng phục vụ MSC/VLR

Vùng định vị LA là vùng gồm một số cell do nhà

quy hoạch ấn định tại đó MS có thể di chuyển tự

do mà không cần cập nhật lại vị trí.

6

2/17/2014

Số nhận dạng vùng định vị LAI

3 digits

2 Bytes

2 digits

Mobile country Code (MCC)

Location Area Code (LAC)

Số LAI: Location Area Identity => Số nhận dạng vùng định vị

3 digits

2 Bytes

2 Bytes

2 digits

Mobile Network Code (MNC)

Mobile Network Code (MNC)

Mobile country Code (MCC)

Location Area Code (LAC)

Global Cell Identity (GCI)

Số nhận dạng ô toàn cầu GCI:

GCI = MCC + MNC + LAC + GCI = LAI + GCI

7

2/17/2014

Phân cấp vùng phục vụ GSM Location Information-GSM Service Area Hierarchy

8

2/17/2014

Phân cấp vùng phục vụ GSM Location Information-GSM Service Area Hierarchy

9

2/17/2014

Phân cấp vùng phục vụ GSM Location Information-GSM Service Area Hierarchy

Số nhận dạng vùng định vị LAI được lưu giữ

ở đâu ?

10

2/17/2014

Phân cấp vùng phục vụ GSM Location Information-GSM Service Area Hierarchy

11

2/17/2014

Ví dụ

12

2/17/2014

Kênh tại giao diện vô tuyến Um

13

2/17/2014

Giao diện vô tuyến Um

14

2/17/2014

FDMA

Frequency

Channel

Time

15

2/17/2014

Kênh tần số trong hệ thống GSM và DCS

16

2/17/2014

TDMA

Time Slot

Frequency

Channel

Time

0

1

2

3

4

5

6

7

17

2/17/2014

Khái niệm

 Kênh vật lý là phương tiện truyền tải thông tin.

 Tại Um:

• Kết hợp sử dụng 2 phương thức đa truy nhập

FDMA và TDMA.

• Kênh vật lý CH = TSi є ARFCNj

Kênh logic là thông tin mang trên kênh vật lý

18

2/17/2014

Channels : differentiating between Physical and Logical channels

Physical channels : The combination of an ARFCN and a time slot defines a physical channel.

Logical channels : These are channels specified by GSM which are mapped on physical channels.

19

2/17/2014

Kênh vật lý và kênh logic

20

2/17/2014

Chế độ làm việc song công - Duplex

960 MHz

124

959.8MHz

123

FDD: Frequency Division Duplex TDD: Time Division Duplex

GSM900 utilizes two bands of 25 MHz. 890-

DOWNLINK

…… .

TS: Time slot Downlink (TDMA frame) = 8 TS

……

915 MHz band is used for uplink while the

200KHz

2

0 1 2 3 4 5 6 7

935.2 Mhz

1

935 MHz

935-960 MHz is used for downlink.

915 MHz

124

FDD The frequency bands are divided into 200 KHz wide channels called ARFCNs (Absolute Radio Frequency Channel Numbers) i.e. Data burst = 156.25 bit periods = 576.9s there are 124 ARFCNs are used.

914.8 MHz

123

45 MHz

Delay

0 1 2 3 4 5 6 7

…… .

TDD

Each ARFCN supports 8 users with each user transmitting / receiving on a particular time slot (TS).

UPLINK

200KHz

……

Uplink (TDMA frame)

2

890.2 MHz

1

890 MHz

Duplex methods

Therefore 1 TDMA frame = 156.25 x 8 = 1250 bits and has a duration of 576.92s x 8 = 4.615 ms

21

2/17/2014

Time Slot & Burst

 148 bits = 542,8 µs

P (dB)

+4 dB

- 6 dB

± 1 dB 34 dBm

- 30 dB

 156,25 bits = 577 µs

- 70 dB

t (µs)

Mức công suất phát của MS biến thiên theo thời gian

 Busrt: Cụm thông tin

 Time Slot: khe thời gian

22

2/17/2014

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 (26frame) multiframes

OR 26 (51 frame) multiframes

47

48

49

50

0

1

2

3

6.12 s ……….

……….

0

1

24

25

26 * 51 = 1326 TDMA Frames

1 trafic multiframe = 26TDMA frames

1 control multiframe = 51TDMA frames

T0

T1 …..

T11 S

T12 …..

T24

I

T0

T1

T2

T3 …. ….. …..

T48

T49 T50

235.4 ms 120 ms

4.615 ms

0

1

...

6

7

slot

577 µs

TDMA Frame

burst

23

2/17/2014

Cấu trúc cụm bình thường NB – Normal Burst

Power p(t)

t useful part

156.25 Bits in 576.923 s (3.6923 s/Bit)

0 1 2 ... 7 0 1 0 1 2 ... 7 0 1 ... ... f2 f1 Stealing Flag

3 Tail Bits

26 Training Bits

3 Tail Bits

8.25 Bits Guard Period

2 x 57 Encrypted Bits

24

2/17/2014

Normal Burst

4.615ms

0

1

2

3

4

5

6

7

TB: tail bit

148 bits

156.25 bits = 0.577ms

• To carry information on the TCH and all control channels except for RACH, SCH and FCCH

• The two sets of encrypted 57 bits are data or speech …….

25

2/17/2014

Data 57 TB 3 Training 26 TB 3 Data 57 S F 1 S F 1

Normal Burst

•The stealing flag (SF) indicates whether the burst was stolen for signaling or not.

•The 3 tail bits are (0,0,0) and is used as the start/stop pattern.

• The GP (guard period of 8.25 is used to prevent overlapping of frames

•The 26 training bits is a known bit sequence to get an estimate of how the channel is affected by interference

26

2/17/2014

Synchronization Burst

BTS

MTS

4.615ms

0

1

2

3

4

5

6

7

148 bits

156.25 bits = 0.577ms

• This burst is used for time synchronization of the mobile • The long training sequence is a synchronization sequence

• The encrypted 78 bits carry the information of the TDMA frame number and the BSIC (Base Tranceiver Station Identity Code)

27

2/17/2014

Frequency Correction Burst

BTS

MTS

4.615ms

0

1

2

3

4

5

6

7

TB 3 Encrypted Bits 39 Extended training bits 64 Encrypted Bits 39 TB 3

148 bits

156.25 bits = 0.577ms

• This burst is used for frequency synchronization of the mobile

• The sequence of fixed zeros is equivalent to an unmodulated carrier.

28

TB 3 Fixed all zeros 142 TB 3

2/17/2014

Access Burst

4.615ms

0

1

2

3

4

5

6

7

TB

TB

Syn. Sequence 41

Additional guard time 60

8

Encrypted message 36

3

148 bits

156.25 bits = 0.577ms

• The random access burst has a longer guard period since the mobile does not know the timing advance when it randomly accesses the system

29

2/17/2014

Cấu trúc cụm tại giao diện vô tuyến

NB

FB

SB

DB

AB

30

2/17/2014

Kênh logic

31

2/17/2014

Kênh lưu lượng - TCH

32

2/17/2014

Kênh lưu lượng TCH

 TCH/FS : for speech digitized at raw data

rate of 13 kbps (FS: Full Speech): Bm

 TCH/HR: for speech digitized at raw data

rate of 6.5 kbps (HS: Half Speech):Lm

 TCH/9.6 -> data transfer rate at 9.6 kbps

 TCH/4.8, TCH/2.4 . . .

33

2/17/2014

Kênh điều khiển - CCH

34

2/17/2014

Control Channels

Functions:

• To help the MS find the control channels.

• To provide information about

- voice and control channel repetition cycle.

- parameters in the cell.

- surrounding cells.

- paging.

• To allow random access attempts by the MS.

35

2/17/2014

Nhóm kênh điều khiển quảng bá BCH

 In general mapped to BCCH ARFCN on TS0.

 Broadcast control channels consist of:

- Kênh điều khiển quản bá: BCCH - Broadcast Control

Channel .

- Kênh hiệu chỉnh tần số FCCH – Frequency Correction

Channel.

- Kênh đồng bộ SCH - Synchronization Channel

36

2/17/2014

Broadcast Control Channel (BCCH)

 Serves as a Beacon for the Cell

 Country Code (CC) and the Network Code (NC)

 Location Area Identity (LAI) and Cell identity

 List of neighboring cells which should be

monitored by MS

 List of frequencies used in the cell

37

2/17/2014

Frequency Correction Channel-FCCH

 Allows each user unit to synchronize its

internal frequency standard with BTS

 Repeated each 10 frame in control

multiframe

38

2/17/2014

Synchronization Channel (SCH)

Contains:

• Identification of base station for mobile

(BSIC).

• Frame synchronize with BTS ( 0 to 2715647)

• Timing advancement command

 Transmitted just after FCCH , i.e. after each 10 frames in control multiframe.

39

2/17/2014

Các kênh điều khiển chung CCCH

 In general mapped to BCCH ARFCN on TS0.

 Common control channels consist of:

- Kênh tìm gọi: PCH ( Paging CHannel, forward channel),

- Kênh truy nhập ngẫu nhiên RACH ( RANDOM Access

CHannel, reverse channel).

- Kênh cho phép truy nhập AGCH ( Access Grant

CHannel, forward channel).

40

2/17/2014

Kênh tìm gọi PCH

 functions:

• Paging signal from BS to to all mobile in the

cell.

• Notifies one mobile of an incoming call, by

sending IMSI/TMSI to target subscriber along

with request for ack on RACH.

41

2/17/2014

Common control channels, CCCH

 RACH

• RACH is reverse channel for user to BTS ack

for a Page.

• Also used by mobiles to originate a call.

• The BTS responds by assigning a Stand

Alone Dedicated channel (SDCCH) for

signalling during a call. This is done on

AGCH.

42

2/17/2014

Common control channels, CCCH

 AGCH ( Access Grant CHannel)

• AGCH is the final CCCH mesg to subscriber

before it moves off from Control Channel.

43

2/17/2014

Dedicated Control Channels

 Three types of Dedicated Channel,

Bidirectional like traffic channels.

 Like TCH, they exist on any channel

except TS0 of BCCH ARFCN

 Used for providing signaling service

required by a particular user during a

call.

44

2/17/2014

Dedicated Control Channels

 SDCCH ( stand alone dedicated control

channel)

• This ensures that MS and BS remain

connected while BS and MSC verify

subscriber identity before BS allocate

resource ( TCH assignmnet) to MS.

• SDCCH may be assigned their own physical

channel

45

2/17/2014

What function does Stand-Alone Dedicated Control channel

(SDCCH) serve?

BTS

 Used by MS for call setup

MTS

 Authentication

 Location Updating

(Bi-directional)

Back

46

 Short message service (SMS)

2/17/2014

Dedicated Control Channels

 Slow Associated Control Channel

• Always associated with a traffic channel TCH

or maps to a SDCCH phy channel.

 SACCH of transmitted every 13 (26 for

half rate) TDMA frames i.e on each

speech multiframe, 8 TS is used for 8

users ( or 16 users for half rate).

47

2/17/2014

A Slow Associated Control channel (SACCH) is associated

with both a TCH and a SDCCH

DOWNLINK:

BTS

MTS

 Power control

 Timing Advance information

(Bi-directional)

UPLINK

 Receive Signal Strength Indicator

Back

48

 Quality reports

2/17/2014

Dedicated Control Channels

 FACCH: Fast Associated Control Channels:

 FACCH contains same type of signaling data (but urgent, like handoff request) and used when SDCCH has not been dedicated for a particular user.

 This is done by stealing frames from TCH

forward channel burst.

 Two special bits called S bits in one TS, When set indicates that data is FACCH data and not user data.

49

2/17/2014

ξ3. Tổ hợp kênh

và cấu trúc đa khung

50

2/17/2014

Tổ hợp kênh - Channel combinations

 Trên 1 kênh vật lý có thể mang 1 trong

các tổ hợp kênh sau:

- TCH/F + FACCH/F + SACCH/F

- TCH/H + FACCH/H + SACCH/H

- FCCH + SCH + BCCH + CCCH

- FCCH + SCH + BCCH + CCCH + SDCCH/4 + SACCH/4

- SDCCH/8 + SACCH/8

51

2/17/2014

Đa khung lưu lượng toàn tốc MF26

Tại 1 thời điểm: TS2 sẽ phục vụ 1 MS

TDMA slots

0

1

2

3

4

5

6

7 0

1

2

TDMA Frame 0

5

4

7

0

0

1

2 3

4

5

6

7

8

9

10 11 12 13

•

• 25

TDMA Frame 1 3 6

TDMA Frames on a given channel

Signaling (S)

Traffic

TCH SACCH

52

full rate: toàn tốc

2/17/2014

Đa khung lưu lượng - MF26

…..

…..

T0

T1

T11

T13

T24

I

S

T: TCH :Traffic channel

S : SACCH : Slow Associated Control channel

Frame number

0 1 2 ………… 12 13 ……….….. 25

Time slots

T T T T T

T T T I

0

1

2

3

4

5

s s s s s s s s

6

53

2/17/2014

Đa khung lưu lượng bán tốc

2

7

TS2

2

0 1

2

3

4

5

6

7

0 1

6

7

10

2

3

5

4 2 TDMA Frame 1

Tại 1 thời điểm: TS2 sẽ phục vụ 2 MS

0

1

2

3

4 5

6

7

8

9 10 11 12 13 •

• 25

Burst for one user

0

1

2

3

4 5

6

7 •

•

•

•

•

•

•

• 25

Burst for another user

TDMA Frame 0

54

half rate: Bán tốc

2/17/2014

Kết nối bán tốc - Haftrate

55

2/17/2014

Đa khung điều khiển - Control Multiframe MF51

 Đa khung không kết hợp(non-combined

multiframe).

• Đa khung điều khiển quảng bá

-> BCCH Multilframe: Luôn mang trên TS0 của

sóng mang BCCH.

• Đa khung điều khiển chuyên dụng.

-> DCCH Multilframe.

 Đa khung kết hợp(combined multiframe): kết

hợp hai kiểu đa khung trên.

56

2/17/2014

Đa khung quảng bá - BCCH/CCCH

Frame

0 1 2 49 50

B C C C C C C C C C DL

1 block = 4 TS

0 50

UL

FCCH SCH RACH Idle

57

2/17/2014

BCCH CCCH: PCH or AGCH

Đa khung chuyên dụng - SDCCH/8

1 block = 4 TS Mang CBCH 0 3 50

D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 A0 A1 A2 A3 DL

D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 A4 A5 A6 A7

51 101 1 block = 4 TS 0 3 50

A5 A6 A7 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 A0 UL

A1 A2 A3 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 A4

51 101

58

D: SDCCH/8 A: SACCH/8 Idle

2/17/2014

Đa khung kết hợp – SDCCH/4

Mang CBCH Frame 0 1 2 50

B C C C DL D0 D1 D3 A0 A1 D2

B C C C D4 D5 D6 D7 A2 A3

101 0

D3 A0 A1 D2 D0 D1

UL D3 A2 A3 D2 D0 D1

101 FCCH SCH RACH Idle

59

2/17/2014

Đa khung quảng bá BCCH/CCCH

BCCH CCCH: PCH or AGCH SACCH/4 SDCCH/4

T 0

T 1

T 2

T 3

T 4

T 5

T 6

T 7 …

…………..

T 1 0

T 1 1

T 5 0

F: FCCH : Frequency Correction channel

S: SCH : Synchronization channel

Frame number

0 1 2 3 4 5 6 7 … 10 1112 ……… 50

B: BCCH : Broadcast Control channel

Time slots

0

F S B B B B C C … F S .

.

.

I

1

2

3

4

The remaining frames contain : Common Control Channels (CCCH) and Dedicated Controls Channels (DCCH) in TS0

5

6

7

60

Also FCCH and SCH appear 5 times in a Multiframe

2/17/2014

Cấu trúc đa khung

61

2/17/2014

Cấu hình kênh báo hiệu

 Cấu hình cấp phát kênh báo hiệu trong 1 kênh tần số

RFC phụ thuộc vào mật độ thuê bao và lưu lượng báo

hiệu.

 Đối với 1 cell bình thường (standard cell) sóng mang

BCCH sẽ mang đa khung điều khiển không kết hợp với 8 kênh SDCCH tại TS1

TCH

TS0 TS1 TS2 TS3 TS4 TS5 TS6 TS7

BCCH Carrier C0

SDCCH/8

BCCH/ CCCH

62

C0:Sóng mang BCCH – sóng mang tham chiếu

2/17/2014

Cấu hình kênh báo hiệu

 Đối với 1 cell lớn (busier/larger cells – require 4 or

more carrier) sóng mang BCCH sẽ mang đa khung điều khiển không kết hợp với 16 kênh SDCCH tại TS1 và TS2

TCH

TS0 TS1 TS2 TS3 TS4 TS5 TS6 TS7

BCH ARFCN

Sóng mang BCCH BCCH Carrier C0

SDCCH/8

BCCH/ CCCH

SDCCH/8

63

2/17/2014

Cấu hình kênh báo hiệu

 Đối với 1 cell nhỏ (quite cells in rural area) sóng mang

BCCH sẽ mang đa khung điều khiển kết hợp với 4 kênh SDCCH/4 tại TS0

TCH

TS0 TS1 TS2 TS3 TS4 TS5 TS6 TS7

BCH ARFCN

Sóng mang BCCH BCCH Carrier C0

BCCH/CCCH + SDCCH/4

64

2/17/2014

Ánh xạ tổ hợp kênh logic vào kênh vật lý

65

2/17/2014

Chu trình thu phát của MS

66

2/17/2014

Định thời sớm - timing advance

Bán kính cell 35 km  233 µs

67

2/17/2014

Các giao diện trong mạng GSM

 Giao diện – Interface:

”Là ranh giới giữa các thực thể chức năng

(functional entities) tại đó khuôn dạng dữ

liệu (protocols) và quá trình trao đổi

thông tin (procedure) được chuẩn hóa”

68

2/17/2014

69

2/17/2014

70

2/17/2014

Cấu trúc CCS7

71

2/17/2014

Cấu trúc khung LAPD

72

2/17/2014

Báo hiệu CCS7 - MTP

73

2/17/2014

Báo hiệu CCS7 - UP

74