intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Giáo trình HỆ THỐNG VIỄN THÔNG - Chương 5

Chia sẻ: Gray Swan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:40

Thêm vào BST
Báo xấu
415
lượt xem 110
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chương 5: Hệ thống thông tin di dộng HỆ THỐNG THÔNG TIN MOBILE 5.1. Giới thiệu về hệ thống thông tin mobile 5.1.1. Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin mobile Do sự phát triển của khoa học kỹ thuật, nhu cầu thông tin đòi hỏi ngày càng cao. Từ chỗ thực hiện được các kết nối thông tin trên khoảng cách xa bằng hệ thống đường dây điện thoại, nhu cầu thông tin được đặt ra là kết nối ở mọi nơi, mọi lúc. Chính từ những yêu cầu này làm xuất hiện hình thức thông tin di động....

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình HỆ THỐNG VIỄN THÔNG - Chương 5

  1. Chương 5: Hệ thống thông tin di dộng Chương 5 HỆ THỐNG THÔNG TIN MOBILE 5.1. Giới thiệu về hệ thống thông tin mobile 5.1.1. Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin mobile Do sự phát triển của khoa học kỹ thuật, nhu cầu thông tin đòi hỏi ngày càng cao. Từ chỗ thực hiện được các kết nối thông tin trên khoảng cách xa bằng hệ thống đường dây điện thoại, nhu cầu thông tin được đặt ra là kết nối ở mọi nơi, mọi lúc. Chính từ những yêu cầu này làm xuất hiện hình thức thông tin di động. Một trong các hình thức xuất hiện đầu tiên của thông tin di động đó là các kỹ thuật máy bộ đàm, loại thông tin này được sử dụng trong quân đội. Đó là máy bộ đàm với kỹ thuật chủ yếu là FDMA, năm 1980. Đối với các hệ thống bộ đàm khả năng phục vụ kết nối thông tin bị hạn chế về; khoảng cách ngắn, chất lượng thông tin kém và dung lượng nhỏ. Mà nhu cầu về thông tin ngày càng mở rộng và đòi hỏi nhiều hơn, nên các hệ thống thông tin hiện đại hơn đã lần lượt ra đời. Vấn đề đặt ra là các hệ thống thông tin khi ra đời phải đảm bảo được khả năng kết nối toàn cầu, nên năm 1982 tại hội nghị bưu chính viễn thông châu Âu CEPT (Conference European for Post and Tele- communications) đã thành lập một tổ chức tiêu chuẩn hoá các hệ thống thông tin di động gọi tắt là GSM (Groupe Special Mobile) để tạo ra một hệ thống thông tin di động chung cho toàn Châu Âu. 1988 viện tiêu chuẩn thông tin châu âu đã đưa ra bản ghi chi tiết kỹ thuật của công nghệ GSM và thay đổi tên đầy đủ của GSM (Global System for Mobile Communication). 1991 công nghệ viễn thông GSM chính thức được thương mại hoá. Tiêu chuẩn GSM được thiết kế để có thể kết hợp với ISDN (Integrated Services Digital Network) và tương thích với môi trường di động. Hệ thống truyền thông di động toàn cầu GSM là hệ thống điện thoại mạng lưới hoàn toàn sử dụng kỹ thuật số, khác với hệ thống mạng điện thoại đầu tiên của Mỹ được xây dựng vào năm 1983, mạng này được dùng kiểu analog và sử dụng công nghệ FDMA (Frequency Division Multiple Access) để tạo các kênh liên lạc, còn GSM ngoài sử dụng FDMA còn sử dụng TDMA ( Time Division multiple Access) đây là kỹ thuật khe thời gian trên mỗi mobile trên mạng được được cấp phát một khe thời gian riêng biệt để di chuyển dữ liệu đi. Hiện nay kỹ thuật CDMA (Code Division multiple Access) - kỹ thuật 85
  2. Chương 5: Hệ thống thông tin di dộng trải phổ rộng trong đó dữ liệu trong một cuộc đàm thoại khác, mã này giúp mỗi (máy) người nhận truy cập đến đúng các bit dành cho họ - đang được rộng rãi trên thế giới. Ngoài tính lưu động quốc tế , tiêu chuẩn GSM còn cung cấp một số tính năng như thông tin tốc độ cao ,fax, data và dịch vụ thông báo tin nhắn SMS. Đến ngày nay dần trở thành thiết bị cá nhân không thể thiếu được nó trong sinh hoạt hàng ngày, nó cung cấp cho chúng ta các dịch vụ ngày càng tiện ích hơn, như: nhắn tin đa phương tiện, internet, máy nghe nhạc và cái đích sẽ là dịch vụ video phone mà các nhà sản xuất đang chạy đua về công nghệ để đạt được cái đích này. 5.1.2. Mô hình tổng quát của mạng điện thoại Mobile: Hình 5.1. Mô hình tổng quát của mạng điện thoại Mobile 86
  3. Chương 5: Hệ thống thông tin di dộng 5.2. Tổng đài GSM 5.2.1. Sơ đồ khối của hệ thống tổng đài GSM Hình 5.2. Sơ đồ khối của hệ thống tổng đài GSM OSS : Phân hệ khai thác và hỗ trợ BTS : Trạm vô tuyến gốc AUC : Trung tâm nhận thực MS : Trạm di động HLR : Bộ ghi định vị thường trú ISDN : Mạng số liên kết đa dịch vụ MSC : Tổng đài di động PSTN (Public Switched Telephone Network): Mạng chuyển mạch điện thoại BSS : Phân hệ trạm gốc công cộng : Mạng chuyển mạch gói công BSC : Bộ điều khiển trạm gốc PSPDN cộng : Trung tâm khai thác và bảo CSPDN (Circuit Switched Public Data OMC dưỡng Network): SS : Phân hệ chuyển mạch Mạng số liệu chuyển mạch kênh công cộng 87
  4. Chương 5: Hệ thống thông tin di dộng VLR : Bộ ghi định vị tạm trú PLMN : Mạng di động mặt đất công cộng EIR : Thanh ghi nhận dạng thiết bị GMSC Gateway MSC Một hệ thống GSM có thể được chia thành nhiều phân hệ sau đây: - Trạm di động (MS: Mobile Station) - Phân hệ trạm gốc (BSS: Base Station Subsystem) - Phân hệ chuyển mạch (SS: Switching Subsystem) - Phân hệ khai thác (OSS: Operation Subsystem) 5.2.2. Trạm di động MS Trạm di động là thiết bị duy nhất mà người sử dụng có thể thường xuyên nhìn thấy của hệ thống. MS có thể là: máy cầm tay, máy xách tay hay máy đặt trên ô tô. Ngoài việc chứa các chức năng vô tuyến chung và xử lý cho giao diện vô tuyến MS còn phải cung cấp các giao diện với người sử dụng (như micrô, loa, màn hiển thị, bàn phím để quản lý cuộc gọi) hoặc giao diện với một số các thiết bị khác (như giao diện với máy tính cá nhân, Fax…). Hiện nay, người ta đang cố gắng sản xuất các thiết bị đầu cuối gọn nhẹ để đấu nối với trạm di động. Ba chức năng chính của MS: - Thiết bị đầu cuối thực hiện các chức năng không liên quan đến mạng GSM. - Kết cuối trạm di động thực hiện các chức năng liên quan đến truyền đẫn ở giao diện vô tuyến. - Bộ thích ứng đầu cuối làm việc như một cửa nối thông thiết bị đầu cuối với kết cuối di động. Máy di động MS gồm hai phần: Module nhận dạng thuê bao SIM (Subscriber Identity Module) và thiết bị di động ME (Mobile Equipment). Để đăng ký và quản lý thuê bao, mỗi thuê bao phải có một bộ phận gọi là SIM. SIM là một module riêng được tiêu chuẩn hoá trong GSM. SIM thường được chế tạo bằng một vi mạch chuyên dụng gắn trên thẻ gọi là Sim-card. Sim-card có thể rút ra hoặc cắm vào MS. SIM đảm nhiệm các chức năng sau: - Lưu giữ khoá nhận thực thuê bao cùng với số nhận dạng trạm di động quốc tế IMSI nhằm thực hiện các thủ tục nhận thực và mật mã hoá thông tin. - Khai thác và quản lý số nhận dạng cá nhân PIN(Personal Identity Number) để bảo vệ quyền sử dụng của người sở hữu hợp pháp. PIN là một số gồm từ 4 đến 8 chữ số, được nạp bởi nhà khai thác khi đăng ký lần đầu. Tất cả các bộ phận thu, phát, báo hiệu tạo thành thiết bị ME. ME không chứa các tham số liên quan đến khách hàng 5.2.3. Phân hệ trạm gốc (BSS - Base Station Subsystem) 88
  5. Chương 5: Hệ thống thông tin di dộng BSS giao diện trực tiếp với các trạm di động MS bằng thiết bị BTS thông qua giao diện vô tuyến. Mặt khác BSS thực hiện giao diện với các tổng đài ở phân hệ chuyển mạch SS. Tóm lại, BSS thực hiện đấu nối các MS với tổng đài và nhờ vậy đấu nối những người sử dụng các trạm di động với những người sử dụng viễn thông khác. BSS cũng phải được điều khiển, do đó nó được đấu nối với phân hệ vận hành và bảo dưỡng OSS. Phân hệ trạm gốc BSS bao gồm: BTS (Base Transceiver Station): Trạm thu phát gốc TRAU (Transcoding and Rate Adapter Unit): Bộ chuyển đổi mã và phối hợp tốc độ. BSC (Base Station Controler): Bộ điều khiển trạm gốc. Khối BTS (Base Tranceiver Station) Một BTS bao gồm các thiết bị thu /phát tín hiệu sóng vô tuyến, an ten và bộ phận mã hoá và giải mã giao tiếp với BSC. BTS là thiết bị trung gian giữa mạng GSM và thiết bị thuê bao MS, trao đổi thông tin với MS qua giao diện vô tuyến. Mỗi BTS tạo ra một hay một số khu vực vùng phủ sóng nhất định gọi là tế bào (cell). Khối TRAU (Transcode/Rate Adapter Unit) Khối thích ứng và chuyển đổi mã thực hiện chuyển đổi mã thông tin từ các kênh vô tuyến (16 Kb/s) theo tiêu chuẩn GSM thành các kênh thoại chuẩn (64 Kb/s) trước khi chuyển đến tổng đài. Tốc độ 16 Kb/s được tạo thành từ 260 bit / segment 20ms ( Tốc độ 13 Kb/s ) thêm vào 60 bit / segment 20ms ( các bit dồng bộ và hệ thống. Tốc độ 3 Kb/s ) tạo thành từ 320 bit / segment 20ms ( Tốc độ 16 Kb/s ) TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình mã hoá và giải mã tiếng đặc thù riêng cho GSM được tiến hành, tại đây cũng thực hiện thích ứng tốc độ trong trường hợp truyền số liệu. TRAU là một bộ phận của BTS, nhưng cũng có thể được đặt cách xa BTS và thậm chí còn đặt trong BSC và MSC. Khối BSC (Base Station Controller) BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển từ xa. Các lệnh này chủ yếu là lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và chuyển giao. Một phía BSC được nối với BTS, còn phía kia nối với MSC của phân hệ chuyển mạch SS. Giao diện giữa BSC và MSC là giao diện A, còn giao diện giữa BTS và BSC là giao diện A bis. Các chức năng chính của BSC: • Quản lý mạng vô tuyến: Việc quản lý vô tuyến chính là quản lý các cell 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 lưu lượng thông tin ở một cell, môi trường vô tuyến, số lượng cuộc gọi bị mất, các lần chuyển giao thành công và thất bại... 89
  6. Chương 5: Hệ thống thông tin di dộng • Quản lý trạm vô tuyến gốc BTS: Trước khi đưa vào khai thác, BSC lập cấu hình của BTS ( số máy thu/phát Transceiver TRX, tần số cho mỗi trạm... ). Nhờ đó mà BSC có sẵn một tập các kênh vô tuyến dành cho điều khiển và nối thông cuộc gọi. • Điều khiển nối thông các cuộc gọi: BSC chịu trách nhiệm thiết lập và giải phóng các đấu nối tới máy di động MS. Trong quá trình gọi, sự đấu nối được BSC giám sát. Cường độ tín hiệu, chất lượng cuộc đấu nối được ở máy di động và TRX gửi đến BSC. Dựa vào đó mà BSC sẽ quyết định công suất phát tốt nhất của MS và TRX để giảm nhiễu và tăng chất lượng cuộc đấu nối. BSC cũng điều khiển quá trình chuyển giao nhờ các kết quả đo kể trên để quyết định chuyển giao MS sang cell khác, nhằm đạt được chất lượng cuộc gọi tốt hơn. Trong trường hợp chuyển giao sang cell của một BSC khác thì nó phải nhờ sự trợ giúp của MSC. Bên cạnh đó, BSC cũng có thể điều khiển chuyển giao giữa các kênh trong một cell hoặc từ cell này sang kênh của cell khác trong trường hợp cell này 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 một tuyến nào đó, nó sẽ tự động điều khiển tới một tuyến dự phòng. 5.2.4. Phân hệ chuyển mạch (SS - Switching Subsystem) Phân hệ chuyển mạch bao gồm các khối chức năng sau: Trung tâm chuyển mạch nghiệp vụ di động MSC Thanh ghi định vị thường trú HLR Thanh ghi định vị tạm trú VLR Trung tâm nhận thực AuC Thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR Phân hệ chuyển mạch (SS) bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của mạng GSM cũng như các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lý di động của thuê bao. Chức năng chính của SS là quản lý thông tin giữa những người sử dụng mạng GSM với nhau và với mạng khác. Trung tâm chuyển mạch di động MSC Tổng đài di động MSC (Mobile services Switching Center) thường là một tổng đài lớn điều khiển và quản lý một số các bộ điều khiển trạm gốc BSC. MSC thực hiện các chức năng chuyển mạch chính, nhiệm vụ chính của MSC là tạo kết nối và xử lý cuộc gọi đến những thuê bao của GSM, một mặt MSC giao tiếp với phân hệ BSS và mặt khác giao tiếp với mạng ngoài qua tổng đài cổng GMSC (Gateway MSC). Chức năng chính của tổng đài MSC: Xử lý cuộc gọi (Call Processing) Điều khiển chuyển giao (Handover Control) 90
  7. Chương 5: Hệ thống thông tin di dộng Quản lý di động (Mobility Management) Tương tác mạng IWF(Interworking Function): qua GMSC Hình 5.3. Chức năng xử lý cuộc gọi của MSC (1): Khi chủ gọi quay số thuê bao di động bị gọi, số mạng dịch vụ số liên kết của thuê bao di động, sẽ có hai trường hợp xảy ra : (1.a) – Nếu cuộc gọi khởi đầu từ mạng cố định PSTN thì tổng đài sau khi phân tích số thoại sẽ biết đây là cuộc gọi cho một thuê bao di động. Cuộc gọi sẽ được định tuyến đến tổng đài cổng GMSC gần nhất. (1.b) – Nếu cuộc gọi khởi đầu từ trạm di động, MSC phụ trách ô mà trạm di động trực thuộc sẽ nhận được bản tin thiết lập cuộc gọi từ MS thông qua BTS có chứa số thoại của thuê bao di động bị gọi. (2): MSC (hay GMSC) sẽ phân tích số MSISDN (The Mobile Station ISDN) của thuê bao bị gọi để tìm ra HLR nơi MS đăng ký. (3): MSC (hay GMSC) sẽ hỏi HLR thông tin để có thể định tuyến đến MSC/VLR quản lý MS. (4): HLR sẽ trả lời, khi đó MSC (hay GMSC) này có thể định tuyến lại cuộc gọi đến MSC cần thiết. Khi cuộc gọi đến MSC này, VLR sẽ biết chi tiết hơn về vị trí của MS. Như vậy có thể nối thông một cuộc gọi ở mạng GSM, đó là chức năng xử lý cuộc gọi của MSC. Để kết nối MSC với một số mạng khác cần phải thích ứng các đặc điểm truyền dẫn của mạng GSM với các mạng này. Các thích ứng này gọi là chức năng tương tác IWF (Inter Networking Function). IWF bao gồm một thiết bị để thích ứng giao thức và truyền dẫn. IWF có thể thực hiện trong cùng chức năng MSC hay có thể ở thiết bị riêng, ở trường hợp hai giao tiếp giữa MSC và IWF được để mở. 91
  8. Chương 5: Hệ thống thông tin di dộng Bộ ghi định vị thường trú (HLR - Home Location Register) HLR là cơ sở dữ liệu tham chiếu lưu giữ lâu dài các thông tin về thuê bao, các thông tin liên quan tới việc cung cấp các dịch vụ viễn thông. HLR không phụ thuộc vào vị trí hiện thời của thuê bao và chứa các thông tin về vị trí hiện thời của thuê bao. HLR bao gồm: Các số nhận dạng: IMSI, MSISDN. Các thông tin về thuê bao Danh sách các dịch vụ mà MS được sử dụng và bị hạn chế Số hiệu VLR đang phục vụ MS Bộ ghi định vị tạm trú (VLR - Visitor Location Register) VLR là cơ sở dữ liệu về thuê bao thứ 2 trong GSM. Nó được nối với một hay nhiều MSC và có nhiệm vụ lưu dữ tạm thời số liệu hiện tại của các thuê bao đang nằm trong vùng phục vụ của MSC, bao gồm; vị trí cell, số thuê bao đang kết nối, thời gian đang đàm thoại, dịch vụ sử dụng..Dữ liệu của VLR dùng để thực hiện việc tính cước cuộc gọi. VLR là một cơ sở dữ liệu chứa thông tin về tất cả các MS hiện đang ở vùng phục vụ của MSC. Mỗi MSC có một VLR, thường thiết kế VLR ngay trong MSC. Ngay cả khi MS lưu động vào một vùng MSC mới. VLR liên kết với MSC sẽ yêu cầu số liệu về MS từ HLR. Đồng thời HLR sẽ được thông báo rằng MS đang ở vùng MSC nào. Nếu sau đó MS muốn thực hiện một cuộc gọi, VLR sẽ có tất cả các thông tin cần thiết để thiết lập một cuộc gọi mà không cần hỏi HLR, có thể coi VLR như một HLR phân bố. VLR chứa thông tin chính xác hơn về vị trí MS ở vùng MSC. Nhưng khi thuê bao tắt máy hay rời khỏi vùng phục vụ của MSC thì các số liệu liên quan tới nó cũng hết giá trị. Hay nói cách khác, VLR là cơ sở dữ liệu trung gian lưu trữ tạm thời thông tin về thuê bao trong vùng phục vụ MSC/VLR được tham chiếu từ cơ sở dữ liệu HLR. VLR bao gồm: Các số nhận dạng: IMSI, MSISDN, TMSI. Số hiệu nhận dạng vùng định vị đang phục vụ MS Danh sách các dịch vụ mà MS được và bị hạn chế sử dụng Trạng thái của MS ( bận: busy; rỗi: idle) Thanh ghi nhận dạng thiết bị (EIR - Equipment Identity Register) EIR có chức năng kiểm tra tính hợp lệ của ME thông qua số liệu nhận dạng di động quốc tế (IMEI-International Mobile Equipment Identity) và chứa các số liệu về phần cứng của thiết bị. Một ME sẽ có số IMEI thuộc một trong ba danh sách sau: 1. Nếu ME thuộc danh sách trắng ( White List ) thì nó được quyền truy nhập và sử dụng các dịch vụ đã đăng ký. 92
  9. Chương 5: Hệ thống thông tin di dộng 2. Nếu ME thuộc danh sách xám ( Gray List ), tức là có nghi vấn và cần kiểm tra. Danh sách xám bao gồm những ME có lỗi (lỗi phần mềm hay lỗi sản xuất thiết bị) nhưng không nghiêm trọng tới mức loại trừ khỏi hệ thống 3. Nếu ME thuộc danh sách đen ( Black List ), tức là bị cấm không cho truy nhập vào hệ thống, những ME đã thông báo mất máy. Khối trung tâm nhận thực AuC (Authentication Center) Khối này có chức năng giải mã thông tin thuê bao thông qua khoá bảo mật của nhà sản xuất, nhằm hai mục đích: bảo mật thông tin thuê bao và nhà cung cấp dịch vụ Dữ liệu thuê bao nằm hoàn toàn trong SIM card. mỗi khách hàng khi đăng ký sẽ được cấp một thông số bảo mật, được sao chép và lưu trữ trong Sim card và cái còn lại được lưu trữ tại AuC. Khi bắt lần đầu kết nối AuC sẽ tạo ra một dãy số ngẫu nhiên và gửi đến mobile. Cả mobile và AuC sẽ dùng dãy số ngẫu nhiên đó trong các hoạt động sau này. AuC được nối đến HLR, chức năng của AuC là cung cấp cho HLR các tần số nhận thực và các khoá mật mã để sử dụng cho bảo mật. Đường vô tuyến cũng được AuC cung cấp mã bảo mật để chống nghe trộm, mã này được thay đổi riêng biệt cho từng thuê bao. Cơ sở dữ liệu của AuC còn ghi nhiều thông tin cần thiết khác 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. Cổng MSC ( GMSC- Gate Mobile services switching center) Để thiết lập một cuộc gọi từ ngoài vào, hay từ trong ra ngoài của hệ thống GSM trong nội vùng của MSC, trước hết cuộc gọi phải được định tuyến đến một tổng đài cổng được gọi là GMSC mà không cần biết hiện thời thuê bao đang ở đâu. Các tổng đài cổng có nhiệm vụ lấy thông tin về vị trí của thuê bao và định tuyến cuộc gọi đến tổng đài đang quản lý thuê bao ở thời điểm hiện thời ( MSC tạm trú ) Để vậy, trước hết các tổng đài cổng phải dựa trên số thoại danh bạ của thuê bao để tìm đúng HLR cần thiết và hỏi HLR này. Tổng đài cổng có một giao diện với các mạng bên ngoài thông qua giao diện này nó làm nhiệm vụ cổng để kết nối các mạng bên ngoài với mạng GSM Ngoài ra tổng đài này cũng có giao diện báo hiệu số 7 ( CCS No 7 ) để có thể kết nối giao tiếp với các thông tin khác hệ; PTN , PLMN,…Về phương diện kinh tế không phải bao giờ tổng đài cổng cũng đứng riêng mà thường được kết nối với MSC 5.2.5. Phân hệ khai thác và bảo dưỡng (OSS) Khai thác và bảo dưỡng: Khai thác: Là hoạt động cho phép nhà khai thác mạng theo dõi hành vi của mạng như tải của hệ thống, mức độ chặn, số lượng chuyển giao giữa hai cell.v.v.. Nhờ vậy nhà khai thác có 93
  10. Chương 5: Hệ thống thông tin di dộng thể giám sát được toàn bộ chất lượng dịch vụ mà họ cung cấp cho khách hàng và kịp thời nâng cấp. Khai thác còn bao gồm việc thay đổi cấu hình để giảm những vẫn đề xuất hiện ở thời điểm hiện thời, để chuẩn bị tăng lưu lượng trong tương lai và mở rộng vùng phủ sóng. Ở hệ thống viễn thông hiện đại, khai thác được thực hiện bằng máy tính và được tập trung ở một trạm. Bảo dưỡng: Có nhiệm vụ phát hiện, định vị và sửa chữa các sự cố và hỏng hóc, nó có một số quan hệ với khai thác. Các thiết bị ở hệ thống viễn thông hiện đại có khả năng tự phát hiện một số các sự cố hay dự báo sự cố thông qua kiểm tra. Hệ thống khai thác và bảo dưỡng có thể được xây dựng trên nguyên lý của TMN (Telecommunication Management Network - Mạng quản lý viễn thông). Lúc này, một mặt hệ thống khai thác và bảo dưỡng được nối đến các phần tử của mạng viễn thông (MSC, HLR, VLR, BSC, và các phần tử mạng khác trừ BTS). Mặt khác hệ thống khai thác và bảo dưỡng được nối tới máy tính chủ đóng vai trò giao tiếp người - máy. Theo tiêu chuẩn GSM hệ thống này được gọi là trung tâm vận hành và bảo dưỡng (OMC - Operation and Maintenance Center). Quản lý thuê bao Bao gồm các hoạt động quản lý đăng ký thuê bao. Nhiệm vụ đầu tiên là nhập và xoá thuê bao khỏi mạng. Đăng ký thuê bao cũng có thể rất phức tạp, bao gồm nhiều dịch vụ và các tính năng bổ sung. Nhà khai thác có thể thâm nhập được các thông số nói trên. Một nhiệm vụ quan trọng khác của khai thác là tính cước các cuộc gọi rồi gửi đến thuê bao. Khi đó HLR, SIM-Card đóng vai trò như một bộ phận quản lý thuê bao. Quản lý thiết bị di động Quản lý thiết bị di động được bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR thực hiện. EIR lưu trữ toàn bộ dữ liệu liên quan đến trạm di động MS. EIR được nối đến MSC qua đường báo hiệu để kiểm tra tính hợp lệ của thiết bị. 5.3. Các thông số tiêu chuẩn của hệ thống GSM: Uplink : 890 MHz − 915MHz Băng thông hệ thống: Downlink : 935MHz − 960 MHz Khoảng cách giữa các sóng mang 200KHz Điều chế nén dữ liệu thoại dùng kỹ thuật GMSK Tốc độ truyền dẫn dữ liệu giữa các mobile/carrier và mạng 270K bit/s Phương thức truy xuất dữ liệu dùng kỹ thuật TDMA và FDMA 94
  11. Chương 5: Hệ thống thông tin di dộng Mã hoá thoại dùng kỹ thuật RPE-LTP(Regular Pulse Excitation-Long Term Prediction-Linear Prediction Coder) 5.4. Truyền dẫn sóng vô tuyến 5.4.1. Giao diện vô tuyến (Radio interface): Trong GSM, giao diện radio sử dụng tổng hợp cả hai phương thức phân kênh theo tần số và thời gian: FDMA (Frequency Division Multiple Access) và TDMA (Time Division Multiple Access). Trong GSM sử dụng băng tần tại 900 MHz (gọi là GSM 900) và 1800 MHz (gọi là GSM 1800). Ở đây ta chỉ đề cập đến GSM 900. Mỗi kênh được đặc trưng bởi một tần số (sóng mang) gọi là kênh tần số RFCH (Radio Frequency Chanel) cho mỗi hướng thu phát, các tần số này cách nhau 200 Khz. Trong GSM 900, tín hiệu từ MS đến trạm thu phát là 890-915 Mhz là dãy tần uplink, còn dãy tần downlink từ trạm thu phát đến MS là 935-960 Mhz . Cả hai đều có độ rộng băng là 25 Mhz, với 125 kênh truyền dẫn. Khung TDMA Để tăng thêm hiệu suất sử dụng phổ tần số, trong GSM dùng kỹ thuật TDMA để chia mỗi kênh tần số 200 kHz thành 8 khe thời gian, đánh số 0 ÷ 7. Mỗi khe sẽ được cấp phát cho người dùng. Tất cả các người dùng ở một tần số đều chung một khung 8 khe 6 7 0 2 3 4 5 6 7 0 1 1 TDMA Frame 4,615ms Hình 5.4. Khung TDMA Nếu MS được cấp phát khe 1, thì nó chỉ phát trong khe này, và tắt máy phát ở 7 khe còn lại trong 1 khung. Sự đóng ngắt đều đặn theo chu kỳ khung của máy phát gọi là burst (cụm). Một khe thời gian (tương ứng một brust) dài 577μs, một khung TDMA dài 8 * 577μs = 4.615ms. Vậy MS phát một burst với chu kỳ khung 4.615ms, tức là với tần số phát là 1/4.615 = 216Hz, sẽ gây nhiễu cho thiết bị, dụng cụ điện tử ở tần số audio. Do đó để MS hoạt động tốt thì bản thân nó phải có khả năng chống nhiễu cao. Sự phát xạ xung 95
  12. Chương 5: Hệ thống thông tin di dộng dB 34dBm 148 bits 10μs 8μs 10μs 10μs 8μs 10μs 542,8μs Hình 5.5. Mức công suất phát biến thiên theo thời gian (nếu mức phát chuẩn 0 dB là 34 dBm, thì mức nghỉ -70dB, sẽ ứng với -36dBm) Vì MS chỉ phát trong 1 khe thời gian và chờ trong 7 khe thời gian còn lại của 1 khung, nên yêu cầu đóng ngắt năng lượng tần số vô tuyến rất chặt chẽ. Nếu MS không tuân thủ nghiêm ngặt yêu cầu đó, thì nó sẽ gây nhiễu đối với các MS khác (công tác ở khe thời gian liền kề, ở tần số liền kề). Thời gian đóng và thời gian ngắt chỉ trong 28μs, nghĩa là mức công suất nhảy 70dB trong 28μs, mặt khác không cho phép mức ngắt lớn hơn – 36dBm. Sau khi kết thúc thời gian quá độ lên mức phát, MS có 542.8μs để truyền tin. Sự sớm định thời và điều khiển công suất Trong một cell, MS có cự ly đến BTS khác nhau. Nên thời gian trễ và suy hao truyền sóng của MS sẽ khác nhau. Kỹ thuật TDMA dựa vào sự định thời thích ứng đối với sự phát burst mà tránh xung đột, tránh trùng lẫn nhau giữa các burst liền kề khe thời gian. 96
  13. Chương 5: Hệ thống thông tin di dộng B A TSn TSn+1 Trễ ngắn suy hao nhỏ BTS Trễ dài suy hao lớn ) B (được cấp TS n+1 A được cấp TS n Hình 5.6. Sự sớm định thời và điều khiển công suất BTS đo thời gian trễ truyền sóng của mọi MS và phát lệnh cho từng MS phát càng sớm nếu cự ly của nó đến BTS càng xa sao cho tín hiệu mà BTS thu nhận được từ các MS trong cell ở đúng khe thời gian. Việc định thời thích ứng với trễ cự ly nói trên được gọi là sớm định thời (Timing advance). Đồng thời với điều khiển sự sớm định thời, BTS ra lệnh cho MS phải phát công suất vô tuyến ở mức thích suy hao sao cho mức tín hiệu đạt đến máy thu BTS từ các MS khác nhau trong cell là xấp xỉ bằng nhau. Bước điều chỉnh mức phát là 2 dB. Ta biết rằng, MS đo chất lượng truyền dẫn và mức công suất phát xuống. Nếu BTS phát hiện thông tin hướng xuống giảm chất lượng thì BTS điều chỉnh công suất phát một cách phù hợp ở từng khe thời gian (đặc tính này được tuỳ chọn ở BTS). 5.4.2.Tổ chức kênh Kênh vật lý Kênh vật lý tổ chức theo quan niệm truyền dẫn. Đối với TDMA GSM, kênh vật lý là một khe thời gian của một tần số sóng mang carrier vô tuyến được chỉ định. GSM 900 nguyên thuỷ Dải tần số: 890 ÷ 915 MHz cho đường lên uplink (từ MS đến BTS). 935 ÷ 960 MHz cho đường xuống downlink (từ BTS đến MS). Dải thông tần của một kênh vật lý là 200 KHz. Dải tần bảo vệ ở biên cũng rộng 200 KHz. 97
  14. Chương 5: Hệ thống thông tin di dộng Ful (n) = 890,0 MHz + (0,2 MHz) * n Fdl (n) = Ful (n) + 45 MHz Với 1 ≤ n ≤ 124 Các kênh từ 1 ÷ 124 được gọi là các kênh tần số vô tuyến tuyệt đối ARFCN (Absolute Radio Frequency Channel Number). Kênh 0 là dải phòng vệ. Vậy GSM 900 có 124 tần số bắt đầu từ 890,2 MHz. Mỗi dải thông tần là một khung TDMA có 8 khe thời gian. Như vậy, số kênh vật lý ở GSM 900 là sẽ 992 kênh. EGSM (GSM mở rộng E : extended) Hệ thống GSM nguyên thuỷ được mở rộng mỗi bằng tần thêm 10 MHz (tương đương 50 kênh tần số) thì được gọi là EGSM: Dải tần số: 880 ÷ 915 MHz uplink. 925 ÷ 960 MHz downlink. Ful (n) = 880 MHz +(0,2 MHz)*n Fdl (n) = Ful (n) + 45 MHz. Với n = ARFCN , 1 ≤ n ≤ 174 . Kênh 0 là dải phòng vệ. DCS 1800: DCS 1800 có số kênh tần số tăng gấp 3 lần so với GSM 900 Dải tần số: 1710 ÷ 1785 MHz uplink. 1805 ÷ 1880 MHz downlink. Ful (n) = 1710MHz + (0,2 MHz)*(n - 511) Fdl (n) = Ful (n) + 95 MHz Với 512 ≤ n ≤ 885. Khái niệm về Burst Các tin tức phát đi ứng với 1 khe thời gian có dạng theo từng cụm ( burst ). Có 5 dạng burst (156,25 bits cho 1 Burst dài 577 us ) NB ( Normal Burst) chứa kênh TCH FB (Frequency Correction Burst ) ) chứa kênh FCCH SB ( Synchronization Burst ) ) chứa kênh SCH AB ( Access Burst ) ) chứa kênh TCH và RACH DB ( Dummy Burst ) không mang thông tin 98
  15. Chương 5: Hệ thống thông tin di dộng Kênh logic Kênh logic được tổ chức theo quan điểm nội dung tin tức, các kênh này được đặt vào các kênh vật lý. Các kênh logic được đặc trưng bởi thông tin truyền giữa BTS và MS. Có thể chia kênh logic thành hai loại tổng quát: các kênh lưu lượng TCH và các kênh báo hiệu điều khiển CCH. Hình 5.7. Phân loại kênh logic Kênh lưu lượng TCH: Có hai loại kênh lưu lượng: • Bm hay kênh lưu lượng toàn tốc (TCH/F), kênh này mang thông tin tiếng hay số liệu ở tốc độ 22,8 kbit/s. • Lm hay kênh lưu lượng bán tốc (TCH/H), kênh này mang thông tin ở tốc độ 11,4 kbit/s Kênh điều khiển CCH (ký hiệu là Dm): bao gồm: − Kênh quảng bá BCH (Broadcast Channel). − Kênh điều khiển chung CCCH (Common Control Channel). 99
  16. Chương 5: Hệ thống thông tin di dộng − Kênh điều khiển riêng DCCH (Dedicate Control Channel). Kênh quảng bá BCH (Broadcast Channel - downlink) BCH = BCCH + FCCH + SCH. FCCH (Frequency Correction Channel – downlink - thuộc FB ) Kênh hiệu chỉnh tần số cung cấp tần số tham chiếu của hệ thống cho trạm MS. FCCH chỉ được dùng cho đường xuống. SCH (Synchronous Channel- downlink- thuộc SB ): Kênh đồng bộ khung cho MS. BCCH (Broadcast Control Channel- downlink- thuộc NB ): Kênh điều khiển quảng bá cung cấp các tin tức sau: Mã vùng định vị LAC (Location Area Code), mã mạng di động MNC (Mobile Network Code), tin tức về tần số của các cell lân cận, thông số dải quạt của cell và các thông số phục vụ truy cập. Kênh điều khiển chung CCCH (Common Control Channel). CCCH là kênh thiết lập sự truyền thông giữa BTS và MS. Nó bao gồm: CCCH = RACH + PCH + AGCH. RACH (Random Access Channel - uplink- thuộc AB ), kênh truy nhập ngẫu nhiên. Đó là kênh hướng lên để MS đưa yêu cầu kênh dành riêng, yêu cầu này thể hiện trong bản tin đầu của MS gửi đến BTS trong quá trình một cuộc liên lạc. PCH (Paging Channel, kênh tìm gọi - downlink) được BTS truyền xuống để gọi MS. AGCH (Access Grant Channel - downlink): Kênh cho phép truy nhập AGCH, mang tin tức phúc đáp của BTS đối với bản tin yêu cầu kênh của MS để thực hiện một kênh lưu lượng TCH và kênh DCCH cho thuê bao. Kênh điều khiển riêng DCCH(Dedicate Control Channel) DCCH là kênh dùng cả ở hướng lên và hướng xuống, dùng để trao đổi bản tin báo hiệu, phục vụ cập nhật vị trí, đăng ký và thiết lập cuộc gọi, phục vụ bảo dưỡng kênh. DCCH gồm có: Kênh điều khiển dành riêng đứng một mình SDCCH ( Standalone Dedicated Control Channel - là kênh điều khiển dành riêng đứng một mình) phục vụ chuyển giao báo hiệu giữa MS với BTS , dùng để cập nhật vị trí , chuyển giao và thiết lập cuộc gọi. Kênh điều khiển liên kết chậm SACCH (Slow Associated Control Channel) là một kênh hoạt động liên tục trong suốt cuộc liên lạc để truyền các số liệu đo lường và kiểm soát công suất.. Downlink: BTS cung cấp các thông số hệ thống để MS cập nhật vị trí, các thông số điều khiển MS về sự sớm định thời và về 100
  17. Chương 5: Hệ thống thông tin di dộng mức phát công suất vô tuyến. Ở uplink: BTS báo cáo kết quả đo về các cell kế cận (làm cơ sở cho quyết định chuyển giao của mạng), về các thông số sớm định thời và mức công suất phát vô tuyến mà MS đang dùng. Kênh điều khiển liên kết nhanh FACCH, nó liên kết với một kênh TCH và hoạt động bằng cách lấy lên một khung FACCH được dùng để chuyển giao cell. Nó mang cùng loại tin tức như SDCCH. FACCH khác SDCCH ở chỗ SDCCH tồn tại sẵn, còn FACCH chỉ thiết lập theo kiểu trưng dụng (lấy lén) TCH. FACCH cần cho các bản tin khẩn và vài phục vụ chuyển giao. FACCH chiếm chỗ của TCH trong burst và chỉ báo việc đó bằng cờ lấy lén. 5.4.3. Truyền dẫn thoại Mã hoá nén (speech coding) 104 Kbit/s 13 Kbit/s Tín hiệu tiếng ở MS được đưa qua bộ lọc thông thấp (0 – 4 kHz), được điều chế PCM 13 bit với tần số lấy mẫu 8 kHz được luồng dữ liệu 104 Kbit/s. Vấn đề đặt ra là nếu chỉ truyền dữ liệu thoại ở tốc độ này thì không hiệu quả. Do vậy người ta nhận thấy rằng chỉ cần truyền nội dung dữ liệu thoại trong từng khối segment tương ứng 20ms, trong thời gian 20ms này ta dùng các kỹ thuật mã hoá nén để giảm bớt dung thông tin dư thừa thì nội dung thoại vẫn được đảm bảo. bằng việc sử dụng nhiều kỹ thuật nén khác nhau cho chất lượng dữ liệu tốt và tốc độ dữ liệu ngõ ra đảm bảo được tính kinh tế là 260 bit data speech/20ms/segment. vậy tốc độ dữ liệu thoại sau khi được mã hoá thoại là 260x50 = 13kbit/s. Mã hoá sửa lỗi 13 Kbit/s 22,8 Kbit/s Hình 5.8 minh hoạ mã hoá kênh 101
  18. Chương 5: Hệ thống thông tin di dộng Dữ liệu sau khi được mã hoá thoại cho ra 260bit/segment, 20ms trong đó có 50 bit được cho là rất quan trọng quyết định âm sắc của tín hiệu thoại, 132 bit quan trọng và còn lại 78 được cho là không quan trọng. các thông tin tuỳ theo mức độ quan trọng mà được mã hoá 2 lần, 1 lần hay không cần mã hoá để giảm bớt sự phức tạp của hệ thống và tăng tốc độ truyền. Vậy tốc độ dữ liệu thoại sau khi được mã hoá thoại là 456x50 = 22,8 Kbit/s. Mã hoá xen kẽ ( interleaving) Trong môi trường thực tế các lỗi bit thường xuất hiện trong các Burst do ảnh hưởng của hiện tượng fading sóng. Khi chuỗi bit lỗi quá dài làm cho khả năng sửa lỗi của hệ thống không còn chính xác nữa. để giảm bớt hiện tượng lỗi Burst người ta dùng phương pháp mã hoá xen kẽ, với kỹ thuật này 456 bits dữ liệu được chia thành 8 frames, mỗi frame có 57 bit và được mã hoá xen kênh 2 mức. • Mức1: xen kẽ trong cùng một Segment 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 - - - - - - - 57 bits 25 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 8 frames Hình 5.9 minh hoạ mã hoá xen kẽ Mức 2 xen kẽ khác segment Nhận xét: trong một burst dữ liệu truyền thì chứa 2 frame dữ liệu thoại và còn lại 26 bit dành cho thông tin hệ thống. 3 57 1 26 1 57 3 Hình 5.10 minh hoạ một burst NB Tổng cộng có 3+57+1+26+1+57+3+8,25 = 156,25 bits cho 1Burst / 577 us 102
  19. Chương 5: Hệ thống thông tin di dộng Do vậy nếu truyền liên tục 1 Segment ta phải truyền trong 4 burst liên tiếp. để làm giảm nhỏ hơn khả năng lỗi burst và thậm chí lỗi trong chuỗi burst liên tiếp, người ta dùng phương pháp mã hoá xen kẽ các frames trong các segment 3 A/8 1 1 3 3 A/8 1 1 3 3 A/8 1 1 3 3 A/8 1 1 3 A/8 3 B/8 1 1 3 3 B/8 1 1 A/8 3 A/8 3 B/8 1 1 3 A/8 3 B/8 1 1 3 B/8 3 C/8 1 1 3 B/8 3 C/8 1 1 3 B/8 3 C/8 1 1 3 B/8 3 C/8 1 1 3 Hình 5.11. minh hoạ xen kẽ frame trong các segment Điều chế số GSM dùng phương pháp điều chế số GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying). GMSK là điều chế số dịch tần (shift keying) với điều biên ký sinh tối thiểu (minimum ) có pha và tốc độ biến đổi không đột biến nhờ bộ lọc Gauss . Trong 1 Burst 0,577ms 156,25 bit, nên trong 1000ms 270,833 Kbit/s, do đó tốc độ dữ liệu vô tuyến trước điều chế số của GSM là 270,833 Kbit/s, ( tốc độ bit lẻ và bit chẵn là 135,4 khz. ) . 103
  20. Chương 5: Hệ thống thông tin di dộng Điều chế số GMSK tăng hiệu suất sử dụng phổ so với MSK, do giảm bề rộng phổ chính và suy giảm nhanh hơn ở ngoài vùng phổ chính Điều chế số MSK tăng hiệu suất sử dụng phổ so với QPSK, có bề rộng phổ chính = 3Tb /4 ( Tb thời gian 1 bit ), rộng gấp rưỡi phổ QPSK, nhưng suy giảm nhanh hơn ở ngoài vùng phổ chính 5.4.4. Chuyển giao (handover) Là quá trình chuyển giao việc kết nối thông tin từ một máy mobile ở trạm BTS này đến một trạm BTS khác khi máy mobile di chuyển. Nguyên nhân do Tín hiệu suy giảm Nhiễu tăng lên Lưu lượng Cell hiện hành tăng đến ngưỡng bão hoà Có 2 loại chuyển giao: 1. Chuyển giao bên trong ô (intracell hand over) khi hai MS ở hai BTS khác nhau trong cùng thuộc một BSC . 2. Chuyển giao giữa các ô ( intercell hand over) chuyển giao giữa các ô thuộc 2 BSC khác nhau, chuyển giao này liên quan đến các tổng đài MSC quản lý hai BTS. 3. Chuyển giao giữa 2 ô thuộc 2 tổng đài MSC khác nhau, chuyển giao này liên quan đến cả hai tổng đài phụ trách các ô nói trên. Trong trường hợp chuyển giao nhiều lần giữa 2 ô thuộc 2 MSC khác nhau, tổng đài MSC đầu tiên phụ trách MS được gọi là tổng đài quá giang vì cuộc gọi luôn luôn được chuyển mạch qua tổng đài này. lần chuyển giao giữa 2 ô thuộc 2 tổng đài khác nhau thứ nhất được gọi là chuyển giao giữa các ô thuộc 2 tổng đài lần đầu, còn các lần sau được gọi là chuyển giao giữa các ô thuộc 2 tổng đài tiếp theo. Chuyển giao giữa 2 ô thuộc cùng một BSC Trong quá trình gọi MS luôn luôn đo cường độ trường, chất lượng ở kênh TCH của mình và cường độ của các ô lân cận. MS đánh giá giá trị trung bình của kết quả đo. Hai lần trong một giây nó gửi báo cáo kết quả đo (1) đến BTS cùng với kết quả đo của các ô lân cận tốt nhất, trên kênh SACCH. BTS bổ sung thêm kết quả đo được ở chính kênh TCH và gửi báo cáo về BSC (2). Ở BSC chức năng định vị được tích cực để quyết định xem có cần chuyển giao cuộc gọi đến ô khác do chất lượng xấu hoặc nhiễu lớn ở ô đang phục vụ hay không. trường hợp cần chuyển giao BSC sẽ lệnh chọn BTS ở ô mới được cho tích cực một kênh TCH (3) và 104
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2428 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
10=>1