Bài giảng Thông tin di động - GSM

 Thông tin trong VLR thường xuyên ñược cập nhật mỗi khi thuê bao di chuyển trong vùng phục vụ giữa các trạm gốc hoặc các BSC của cùng MSC  Tìm thuê bao khi có cuộc gọi ñến  IMSI  MSIDN  Thông số dịch vụ  Thông tin thiết bị của thuê bao  Dữ liệu xác thực  MSRN  TMSI  LMSI  LAI / LA Dữ liệu thuê bao Routing, tracking info. Trang 33Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 34 HLR (Home Location Registers )  Home Location Registers (HLR) bộ ñịnh vị thường trú là cơ sở dữ liệu tham chiếu lưu giữ lâu dài các thông tin về thuê bao:  IMSI  MSISDN  Dịch vụ phục vụ Dữ liệu thuê bao  Dịch vụ hạn chế (vd: roaming,…)  Dữ liệu xác thực  Mobile Station Roaming Number (MSRN)  ðịa chỉ hiện hành VLR nếu có  ðịa chỉ hiện hành MSC nếu có  LMSI (Local Mobile Sub. Identity) nếu có Tracking routing info. Trang 34Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 35 HLR (Home Location Registers ) (2)  HLR thực hiện kiểm tra tính hợp lệ của MS và các dịch vụ phục vụ  1 HLR trong mạng, có thể chia ra theo vùng phục vụ  Không có khả năng chuyển mạch (PC)  Có thể ñịnh vị ở bấy kỳ trong mạng SS7  Kết hợp với AuC HLR AuC Trang 35Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 36 AuC (Authentication Center) AuC: Trung tâm nhận thực  Quản lý các thông tin nhận thực và mật mã liên quan ñến từng thuê bao dựa trên một khoá bí mật Ki  Khi ñăng ký thuê bao, khoá nhận thực Ki ñược ghi nhớ vào Simcard của thuê bao cùng với IMSI  Khoá nhận thực Ki cũng ñược lưu giữ ở trung tâm nhận thực AuC ñể tạo ra bộ ba thông số cần thiết cho quá trình nhận thực và mật mã hoá:  Số ngẫu nhiên RAND  Mật khẩu SRES ñược tạo ra từ Ki và số ngẫu nhiên RAND bằng thuật toán A3.  Khoá mật mã Kc ñược tạo ra từ Ki và số ngẫu nhiên RAND bằng thuật toán A8  Thuật tóan mã hóa data A5 Trang 36Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 37 Quá trình xác thực: Kiểm tra SRES Trang 37Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 38 Tạo key và mã hóa dữ liệu Trang 38Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 39 EIR (Equipment Identity Register)  EIR Là cơ sở dữ liệu lưu trữ số IMEI của ME  EIR kiểm sóat truy cập mạng = cách trả về trạng thái của thuê bao ứng với IMEI của mỗi ME thuộc một trong ba danh sách sau:  Danh sách trắng (While Listed): tức nó ñược quyền truy nhập và sử dụng các dịch vụ ñã ñăng ký.  Danh sách xám (Grey Listed): tức là có nghi vấn/có lỗi và cần kiểm tra.  Danh sách ñen (Black Listed): tức là bị cấm hoặc bị lỗi không cho phép truy nhập vào mạng  Sử dụng EIR là tùy chọn Trang 39Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 40 GMSC (gateway MSC) Trang 40Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 41 GMSC (gateway MSC)  ðịnh tuyến & kết nối cuộc gọi ñi/ñến PSTN/ISDN  GSMC truy cập ñến HLR ñể tìm vị trí của thuê bao cần tìm (GMSC không có HLR)  Sử dụng MSC ñể cấu hình như GMSC  Có thể có nhiều hơn GMSC trên mạng Trang 41Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 42 Tính cước  MSC/GMSC có thuê bao khởi ñộng cuộc gọi phải lưu thông tin tính cước CDR (Call Detail Record)  Số thuê bao  Số gọi  Thời gian gọi  Ngày giờ gọi  ðịnh tuyến cuộc gọi (if any) Trang 42Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 43 OSS (Operation Subsystem) Trang 43Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 OSS cho phép tập trung việc quản lý, ñiều hành các mạng GSM con, Bao gồm:  OMC (Operation and Maintenance Center)  Kiểm sóat / phân bổ tài nguyên vô tuyến cho các mạng GSM con  Chứng thực & bảo mật 44 1. Cấu trúc tổng quát mạng GSM 2. Dịch vụ mạng GSM 3. Băng tần vô tuyến mạng GSM 4. Lớp vô tuyến THÔNG TIN DI ðỘNG Chương 3: GSM 5. Mã hóa tiếng và kênh trong GSM 6. Giao thức trong GSM 7. Ví dụ GSM: Global System for Mobile Telecommunication Trang 44Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 45 2. Họat ñộng & dịch vụ mạng GSM  Dịch vụ thọai – Chuyển mạch kênh  Dịch vụ dữ liệu FAX- Tốc ñộ thay ñổi  Dịch vụ tin nhắn (SMS) – ðịnh vị  Dịch vụ quảng bá: Multicast  Dịch vụ truy cập data – Internet (IP based) Trang 45Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 46 Teleservice  Dịch vụ thọai: Thọai và cuộc gọi khẩn cấp  Thọai: Truyền tiếng nói và các tone báo hiệu của mạng cố ñịnh  Gọi khẩn cấp  Bắt buộc ñối với GSM  Có thể thực hiện từ Mobile mà ko cần SIM Dịch vụ thọai và cuộc gọi khẩn cấp và dịch vụ khác  Có thể thực hiện trong trạng thái máy ñang bị khóa  Dịch vụ khác  DTMF Dual Tone Multi-Frequency  FAX: Gửi, nhận  SMS Short Message Service (Text based)  SMS Broatcast: Gửi SMS ñến tất cả thuê bao  Voice mail Trang 46Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 47 Bearer service  Truyền dữ liệu ñồng bộ  Truyền dữ liệu bất ñồng bộ  Chuyển mạch gói  Thọai và dữ liệu Trang 47Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 48 Dịch vụ bổ xung  SMS (Max 160 char)  Chuyển cuộc gọi  Chặn cuộc gọi  Ước lượng cước  Giữ cuộc gọi (call hold)  Cuộc gọi chờ (Call waiting)  ðàm thọai hội nghị (3~6)  Push To Talk (PTT)  Caller ID Trang 48Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 49 Roaming  Cho phép thuê bao GSM ñi sang mạng khác, nhà cung cấp khác, nước khác nhưng vẫn giữ nguyên dịch vụ của nhà cung cấp ñang sử dụng  Cước tính cho nhà cung cấp ñang sử dụng  Có thỏa thuận giữa các operators: Tỉ lệ thanh tóan, phương thức thanh tóan,… Trang 49Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 50 Dịch vụ data  Truyền data chuẩn với tốc ñộ 9.6 kbit/s  Nếu sử dụng “advanced coding” max =14,4 kbit/s  Không ñủ cho ứng dụng Internet & multimedia  HSCSD (High-Speed Circuit Switched Data)  Sử dụng một vài TS ñể ñạt tốc ñộ cao hơn AIUR (Air Interface User Rate, 57.6 kbit/s using 4 slots, 14.4/TS)  Ưu: ðơn giản, dễ sử dụng, chất lượngổn ñịnh  Nhược: Không sử dụng ñc thọai khi truyền data Trang 50Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 51 1. Cấu trúc tổng quát mạng GSM 2. Họat ñộng & dịch vụ mạng GSM 3. Băng tần vô tuyến mạng GSM 4. Lớp giao diện vô tuyến THÔNG TIN DI ðỘNG Chương 3: GSM 5. Mã hóa tiếng và kênh trong GSM 6. Giao thức trong GSM 7. Ví dụ Trang 51Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 52 3. Phổ vô tuyến GSM: P-GSM (Primary) Trang 52Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 53 3. Phổ vô tuyến GSM: P-GSM (Primary) ARFCN: Absolute Radio-Frequency Channel Number Trang 53Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 54 3. Phổ vô tuyến GSM: P-GSM (Primary)  Sử dụng băng tần thấp cho uplink và băng tần cao cho downlink  Mỗi băng tần là 25MHz, khỏang cách giữa uplink và downlink là 45MHz  Băng tần Uplink từ 890MHz – 915MHz  Băng tần Downlink từ 935MHz-960MHz  Băng tần cho 1 sóng mang là 200KHz hay 0.2MHz và 1 sóng mang ñể bảo vệ băng thông  Tổng số sóng mang = (25-0.2)/0.2=124  Tần số Uplink: Fu(n) = 890+0.2n  Tần số Downlink: Fd(n) = Fu(n) + 45 Trong ñó n = ARFCN: Absolute Radio-Frequency Channel Number Trang 54Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 55 3. Phổ vô tuyến GSM: E-GSM (Extended) Trang 55Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 56 3. Phổ vô tuyến GSM: E-GSM (Extended)  Bổ xung thêm 10MHz cho mỗi băng, Số ARFCN của P- GSM giữ nguyên, thêm số ARFCN từ 975-1023  Mỗi băng tần là 35MHz, khỏang cách giữa uplink và downlink là 35MHz  Băng tần Uplink từ 880MHz – 915MHz  Băng tần Downlink từ 925MHz-960MHz  Băng tần cho 1 sóng mang là 200KHz hay 0.2MHz và 1 sóng mang ñể bảo vệ băng thông  Tổng số sóng mang = (35-0.2)/0.2=174  Tần số Uplink: Fu(n) = 890+0.2n (0<=n<=124 Fu(n) = 890+0.2(n-1024) (975<=n<=1023)  Tần số Downlink: Fd(n) = Fu(n) + 45 Trang 56Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 57 3. Phổ vô tuyến GSM: DCS-1800 Digital Communication System (DCS) Trang 57Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 58 3. Phổ vô tuyến GSM: DCS-1800  Thường sử dụng cho Microcell trong Macrocell  2 băng tần 75MHz, khỏang cách 95MHz  Uplink: 1710-1785Mhz  Downlink: 1805-1880MHz  Tổng số sóng mang (ARFCNs) = (75-0.2)/0.2=374  Uplink: F (n)= 1710.2+0.2(n-512) (512<=n<=885)u  Downlink: Fd(n)=Fu(n)+95 Trang 58Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 59 3. Phổ vô tuyến GSM: PCS-1900 Personal Communication System (PCS) Trang 59Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 60 3. Phổ vô tuyến GSM: PCS-1900  PCS-1900 sử dụng tại USA và cung cấp dịch vụ như GSM  2 băng tần 60MHz, khỏang cách 80MHz  Uplink: 1850-1910Mhz  Downlink: 1930-1990MHz  Tổng số sóng mang (ARFCNs) = (60-0.2)/0.2=299  Uplink: Fu(n)= 1850.2+0.2(n-512) (512<=n<=810)  Downlink: Fd(n)=Fu(n)+80 Trang 60Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 61 Băng tần của 1 vài mạng thông dụng  VMS  Uplink: 906.4-914.4MHz + 1723.5-1736.7MHz  Downlink: 951.4-959.4MHz + 1818.5-1831.7MHz  Viettel  Uplink: 898.4-906.4Mhz + 1736.7-1749.9MHz  Downlink: 943.4-951.4Mhz + 1831.7-1844.9Mhz  Vinaphone  Uplink: 890.4-898.4MHz + 1710.1-1723.5Mhz  Downlink: 935.4-943.4MHz + 1805.1-1818.5Mhz  SFONE  Uplink: 829-837MHz  Downlink: 874-882MHz Trang 61Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 62 Bài tập 1) Phổ tần số của E-GS M như sau: 880 915 925 960 a) Tính tần số uplink và downlink của ARFCN 0, 1, 124, 875 và 1023? b) ðáng dấu các ARFCN này vào sơ ñồ trên? 2) Nhà cung cấp dịch vụ di ñộng sử dụng băng tần DCS-1800 ñược cấp ARFCN từ 601 ñến 625. Tính tần số thấp nhất và cao nhất sử dụng cho uplinks? Trang 62Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 63 1. Cấu trúc tổng quát mạng GSM 2. Họat ñộng & dịch vụ mạng GSM 3. Băng tần vô tuyến mạng GSM THÔNG TIN DI ðỘNG Chương 3: GSM 4. Lớp giao diện vô tuyến 5. Giao thức trong GSM 6. Mã hóa tiếng và kênh trong GSM 7. Ví dụ Trang 63Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 64 4.1 Kênh trong GSM  Kênh vật lý trong GSM sử dụng cả FDMA và TDMA. Mỗi sóng mang ñược chia thành 8 timeslot  Kênh vật lý trong GSM là 1 timeslot  Kênh logic là các thông tin truyền trong một kênh vật lý.  Cả user data và các thông tin báo hiệu ñều là các kênh logic.  1 kênh vật lý có thể hỗ trợ nhiều kênh logic 1 2 3 4 5 6 7 8 1 frame = 4.615ms 1 burst (cụm) = 0.577ms or 156.25 bits Trang 64Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 65 Kênh logic TCH/F TCH/H BCH CCCH DCCH TCH (Traffic Channel) Control Channel (CCH) (Signalling) FCCHSCHBCCH PCH RACH AGCH CBCHNCH SDCCH SACCH FACCH Up and down link Up link only Down link only 66 TCH  Traffic channels (TCH): Point-to-point tương ứng với B- ISDN, chiếm 1 timeslot cho full rate, thông thường TS từ 1 ñến 7 nếu TS0 sử dụng cho control
TCH/F (F: Full Rate): 13kbps voice or 9.6kbps data
TCH/H(H: Haft rate): 6.5Kbps voice or 4.8kbps data
1 time slot (1 kênh vật lý) hỗ trợ 1TCH/F hoặc 2TCH/H Trang 66Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 67 BCH (Broatcast Channel) BCH là downlink và truyền trên TS0  FCCH (Frequency Control Channel): gửi ñến tất cả MS trong cell burst tất cả bit 0 ñể tinh chỉnh tần số của downlink  SCH (Synchronisation Channel): Gửi giá trị Frame Number, chính là clock nội của BTS cùng với mã nhận dạng trạm gốc (BSIC (Base Station Identity Code)  BCCH (Broacast Control Channel): gửi bản tin ñiều khiển và quản lý tài nguyên vô tuyến (tần số của cell, thông tin nhà cung cấp), mã quản lý vị trí, …1 số message ñến tất cả MS trong cell, 1 số message chỉ ñến các MS rỗi Trang 67Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 68 CCCH (Common Control Channel) CCCH truyền các thông tin kết nối là point-to-multipoint downlink (BTS vài MS) và Uplink random access channel  CBCH (Cell Broatcast Channel): là kênh tùy chọn cho thông tin chung. VD: Kẹt xe, … gửi dưới dạng SMS  PCH (Paging Channel): Gửi tín hiệu ñể thông báo MS có cuộc gọi. BTS  riêng MS  RACH (Random Access Channel): MSBTS ñể yêu cầu kênh từ BTS or chấp nhận handover sang cell khác. CH request là gửi ñể trả lời bản tin PCH  AGCH (Access Grant Channel): chỉ thị kênh SDCCH ñến MS  NCH (Notify Channel): Báo MS có incoming group or call broatcast Trang 68Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 69 Kênh logic (Tóm tắt) Kênh Hướng Ứng dụng Kết nối TCH Traffic CH TCH/F BTS↔MS User data By Network khi có yêu cầu từ MSTCH/H BCH Broatcast CH FCCH BTSMS Carrier synchronization Thường trực SCH Frame Synchronization BCCH General network info. Cell info (hiện hành & kế cận) CCCH Common Control Channel RACH BTSMS Y/C SCCCH cho báo hiệu Y/C TCH cho handover Multiaccess với slot AGCH BTSMS Xác nhận SDCCH & TCH Thường trực PCH Gửi tín hiệu ñể thông báo MS có cuộc gọi Trang 69Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 70 Kênh logic (tóm tắt) Kênh Hướng Ứng dụng Kết nối DCCH Dedicated Control Channel SDC CH BTSM S ðăng ký/cập nhập vị trí Thủ tục ñiều khiển call By Network khi có yêu cầu từ MS SAC CH Control info giữa MS & BTS trong khi gọi & setup cuộc gọi Kết hợp với TCH or SDCCH FAC CH Trao ñổi thông tin ð/K trong khi gọi By network or MS (*) (*) Fast Location bằng bit S trong TCH (Stealing bit tron TCH) Trang 70Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 71 Kênh Burst type Time slot Multifra me Burst /MF Capacity TCH Traffic CH TCH/F Normal 114bit any 26 frame 120ms 24 24x114/120=22.8k TCH/H 12 12x24/120=11.4k BCH Broatcast CH FCCH FC TS0 trên kênh TS0/2/4/6 51 frame 235.38m s 5 SCH S 5 BCCH Normal 4 4x114/235.4=1.94k CCCH Common Control RACH RA TS0 trên kênh TS0/2/4/6 51 frame 235.38m s Min: 27 TB: 51 Channel AGCH Normal Min: 12 12x144/235.4=5.8k PCH DCCH Dedicated Control Channel SDCCH Normal TS0/CH* TS0/2/4/6** 51 frame 4 4x114/235.4=1.94k SACCH Nt 2*** 2x114/235.4=0.97k Giống TS TCH 26 frame 1 1x114/120=0.95k FACCH Bit stolen từ TCH Giống TCH Giống TCH (*/**)Cell dung lượng thấp/cao; ***:4 bursts/2multiframe~2burst/multiframe 72 Thời gian phát/thu MS và BTS  MS không thể phát/thu ñồng thời: ðơn giản phần cứng MS  Truyền dẫn MS BTS là: Half-duplex  MS phát burst trễ 3 timeslot so với BTS burst  Trễ này cho phép MS so sánh chất lượng tín hiệu của các cell kế cận Trang 72Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 73 Time Advance (TA)  BTS phải biết chính xác thời gian phát của uplink ñể tránh trùng lấp frame  Khỏang cách khác nhau giữa MS-BTS phải ñược bù  Hệ thống sử dụng 6 bit ñể xác ñịnh giá trị của TA, do vậy TA sẽ có 64 giá trị trong khoảng từ 0 ñến 63. Mỗi bước giá trị ñại diện cho 1 chu kỳ bit (~3.69µs).  Sóng ñiện từ lan truyền với v = c  1 step ñại diện cho khỏang cách 1.1km từ MS BTS và quay về MS.  1 bước giá trị TA ~ 550m do ñó: Tối ña: 63x550 = 35.2 Hay Max=35km. (1/2 x (577 µs/156.25) x 63 x c =35km Trang 73Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 74 Time Advance (TA) (2) MS khởi ñộng phát  Access Burst ñược phát mà không có TA  Guard Period của AB 68.25 bit cho phép path delay ~ 37km  BTS ño path delay, và gửi giá trị TA qua SACCH  MS sử dụng giá trị TA này cho tất cả các burst Adaptive control  BTS giám sát burst và tính delay của các burst so với TA hiện hành  Nếu giá trị delay > 1 chu kỳ bit thì gán TA mới qua kênh SACCH Trang 74Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 75 Cấu trúc khung FDMA/TDMA Trang 75Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 76 Phân cấp frame MF F F: Frame MF: Multi Frame SF: Super Frame HF: Hyper Frame 1 HF = 2048 SF = 3giờ 28phút 53.76 giây HF SF Trang 76Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 77 Cụm (Burst) TB Data S TS DataS TB GB Normal burst 3 57 1 26 8.251 357 3 142 fixed bit 8.253 3 39 data 64 TS 8.25339 Data Frequency Correction Synchrinizati on Burst 3 26 TS 8.253 3 41 TS 36data 68.253 Dummy burst Access burst TB (Tail Bit) (0,0,0) giúp equalizer xác ñịnh ñầu/cuối mẫu bit S (Stealing Flags): là bit cho biết Burst là traffic or báo hiệu TS (Training Sequence): là mẫu biết trước cho phép ước lượng ñặc ñiểm kênh truyền ñể cài ñặt tham số cho bộ equalizer GB (Guard Period): Tránh trùng giữa các burst 156.25bit / 0.5769ms 78 Normal burst 3 57 1 26 1 57 3 8.25 TB Data S TS DataS TB GB Guard Period: Tránh trùng giữa các burst Tail Bit: (0,0,0) giúp equaliser xác ñịnh Data/voice Training Sequence: là mẫu biết trước cho phép ước lượng ñặc ñiểm kênh truyền ñể cài ñặt tham sô cho bộ equaliser Stealling flags: set 1  dành cho báo hiệu ñầu/cuối mẫu bit Trang 78Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 79 FB & SB Frequency Burst (FB): sử dụng ñể ñồng bộ tần số của MS. FB ñược phát ñịnh kỳ trên kênh BCCH cho phép ñồng bộ TDMA cũng như tinh chỉnh tần số sóng mang. MS có thể ñịnh kỳ ñồng bộ với BTS sử dụng FCCH 3 142 fixed bit 8.253 Synchronization Burst (SB): Phát thông tin cho phép MS ñồng bộ với BTS. Phát số TDMA Frame, RFN, BSIC. Frame Number (FN) sử dụng counter 22 bit và sẽ reset sau 1 hyperframe, (sau 2048x26x51 = 2715648 frames) 3 39 data 64 TS 8.25339 Data Trang 79Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 80 Access burst 3 57 26 3 68.25 TB SS 36 TB GB Access Burst (AB): cho phép truy cập ngẫu nhiên tới RACH mà không cần báo trước Dummy Burst (DB): Phát trên 1 tần số của CA khi ko có burst khác phát. Sử dụng cùng kênh của BCCH. Mục ñích ñể MS ño mức công suất của tín hiệu của BCCH 3 26 TS 8.253 Trang 80Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 81 Multiframe  ða khung cung cấp cơ chế ñể mapping kênh logic thành kênh vật lý (TS)  Multiframe là chuỗi liên tục của Timeslot cụ thể liên tiếp nhau  GSM sử dụng multiframe của 26 và 51 TS Trang 81Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 82 Traffic Channel Multiframe: 26 frames  Ánh xạ 3 kênh: TCH, SACCH, FACCH  24 TCH frame cho data  1 Associated Control cho báo hiệu SACCH data  IDLE/AC trống (IDLE) trong TH TCH/F, TH TCH/H, Mang kênh báo hiệu SACCH của nửa kia  Dữ liệu của SACCH phát bằng cách sử dụng 1 nửa bit trong 8 burst liên tục bằng cách “stealling” những bit này từ TCH, khi ñó SF của Normal Burst ñược set  FACCH thực hiện = cách steal TCH slot khi có yêu cầu Trang 82Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 83 Control Channel Multiframe: 51 frames  Mapping các kênh sau:  Downlink: FCCH, SCH, BCCH, CCCH (PCH+AGCH)  Uplink: RACH Trang 83Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 84 1. Cấu trúc tổng quát mạng GSM 2. Họat ñộng & dịch vụ mạng GSM 3. Băng tần vô tuyến mạng GSM 4. Lớp giao diện vô tuyến THÔNG TIN DI ðỘNG Chương 3: GSM 5. Mã hóa tiếng và kênh trong GSM 6. Giao thức trong GSM 7. Ví dụ Trang 84Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 85 Tổng quan Các khối liên quan giữa phát – thu trong GSM Trang 85Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 86 Tổng quan: Phát Trang 86Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 87 Mã hóa tiếng Áp lực khí từ phổi Dao ñộng thanh quản Miệng/mũi phát ra âm thanh Trang 87Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 88 Mã hóa tiếng (2)  GSM sử dụng ñiều chế số do ñó, Thọai (voice) phải chuyển sang tín hiệu số  Coder/decoder phải họat ñộng cùng chuẩn  PSTN sử dụng PCM: lậy mẫu 125µs, tốc ñộ 1 kênh là 64kbps  Tốc ñộ của PCM ko phù hợp cho vô tuyến vì Y/C BW cao  GSM sử dụng mã hóa dựa trên:  Âm hữu thanh (Voice) & âm vô thanh (unvoice). Voice mang tính tuần hòan và có chu kỳ ~ 20ms; unvoice không mang tính tuần hòan (giống noice)  Tiếng nói có dạng sóng ñặc biệt  Tiếng nói người: 12KHz  Thọai: 300Hz ñến 3400Hz  Tai người nghe: 20Hz~20KHz Trang 88Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 89 Chức năng của bộ mã hóa tiếng Speech detector Control ProcessA/D Speech encoder Channel coder Background noice  Speech detector: ðánh dấu những khối có tiếng nói  Speech encoder: Mã hóa tiếng từ tín hiệu A/D  Background noice: Gửi ở chế ñộ “Silent suppression” Trang 89Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 90 Chức năng của bộ giải mã tiếng Nội suy khối tiếng Control Process Speech decoder Tạo Channel coder Tai nghe Background noice  Nội suy khung tiếng: Thay thế khung mất khi truyền (bằng khung tốt cuối cùng)  Speech decoder: Nhận tín hiệu tốc ñộ 13kbps  Tạo background noice: Tạo nhiễu nền từ khung nhiễu Trang 90Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 91 Mã hóa tiếng trong GSM LPC-RPE coder 13kbps ADC 20ms 160 sample Analog Speech 8KHz x 13bit 36+36+188 = 260bit/20ms = 13kbps TRAU at BSC or MSC Log-Linear convertor 64kbps LPC36bit LTP36bit R PE188bit Channel coding Trang 91Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 92 Lọc tổng hợp LPC Filter LTP 36 bit 36 bit 188 bit 20ms speech - + 1. LPC Linear Prediction Coding Bộ lọc dự ñóan tuyến tính 2. LTE: Long-Term Prediction Bộ lọc dự ñóan thời gian dài: Tính chu kỳ pitch và ñộ lợi pitch 4 lần, mỗi lần 5ms cung cấp 7 và 2 bit cho hệ số pha và khuyếch ñại 4x(2+7)=36 bit 3. RPE Regular Pulse Excitation Coding: Mã hóa kích thích bằng xung ñều Exitation Analysis Trang 92Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 93 Tham số bộ lọc Trang 93Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 94 Tham số bộ lọc Bit/5ms Bit/20ms LPC 8 Tham số 36 LTP Tham số trễ 7 28 Khuyếch ñại 2 8 Pha của băng phụ 2 8 RPE Biên ñộ cực ñại 6 24 13 mẫu 39 156 Tổng cộng 260 Trang 94Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 95 Mã hóa kênh  ðể tái tạo lại tiếng, BER phải nhỏ hơn 0.1%  Kênh vô tuyến, BER thông thường là 1%  Phải mã hóa ñể sửa lỗi  2 phương pháp sửa lỗi  Sửa lỗi trước (Forward Error Correction  Sửa lỗi sau (Backward Error Correction) Trang 95Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 96 Mã hóa kênh  Sửa lỗi sau (Automatic Repeat reQuest ARQ)  Không phù hợp cho voice Trang 96Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 97 Mã hóa kênh  Coding ñược ñưa thêm vào data bit  Có khả năng phát hiện lỗi và sửa lỗi mà không cần phải truyền lại  Phù hợp cho thoại Trang 97Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 98 Mã hóa Kênh: Mã khối Bổ xung thêm lượng thông tin thích hợp ñể có thể tách và sửa lỗi Thông tin Bổ xung Gửi ñi 0 000 0000 1 111 1111 Khối mã 0000 sẽ ñúng với 0 và 1111 sẽ ñúng với 1. Tỷ lệ là 1:4, bảo vệ sẽ xảy ra như sau: Thu ñược : 0000 0010 0110 0111 1110 Quyết ñịnh: 0 0 x 1 1 Riêng cụm 0110 không xác ñịnh ñược cụ thể, trạm 0111 và 1110 ñược phát hiện là lỗi và có thể sửa Trang 98Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 99 Mã hóa Kênh: Mã xoắn GSM sử dụng mã block & mã xoắn (convolution) Viterbi M bit input , N bit output, n>m Trang 99Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 100 Mã hóa Kênh Mã tích chậpLPC-RPE 456 bit/20ms =22.8kbps (data of 4 timeslot) Interleave 78 bit ít quan trọng (0 mã hóa) 78 bit quan trọng 4 tailbit 260bit/20ms tốc ñộ 1/23 parity bit50 bit rất quan trọng 53 bit 378 bit 53+78+4=135 bits Mô hình mã hóa này cho phép sửa sai những block lỗi nhưng không quá phức tạp ñể ñơn giản phần cứng cho MS Trang 100Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 101 Interleaving (Ghép xen)  Mã hóa kênh cho phép sửa lỗi nếu lỗi là ngẫu nhiên  Thực tế, kênh truyền vô tuyến, lỗi có thể xảy ra thành cụm cho nhiều burst liên tiếp nhau nếu truyền theo thứ tự  Ghép xen, tạo ra mô hình giả ngẫu nhiên giữa các timeslot trong multiframe Block cần phát 1 2 3 4 5 6 Interleaving phát 1 5 2 6 3 4 Trang 101Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 102 Interleaving: Block  456bit/20ms sau khi mã hóa kênh Interleaving  456bit chia thành 8x57 bit (8 block) Trang 102Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 103 Interleaving: Bit Trang 103Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 104 ðiều chế số trong GSM  GSM sử dụng ñiều chế GMSK (Gaussian minimum shift keying)  Phase thay ñổi liên tục  Cho phổ tần hiệu quả Trang 104Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 105 ðiều chế số trong GSM GMSK using a Gaussian filter Trang 105Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 106 Summary Trang 106Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 107 1. Cấu trúc tổng quát mạng GSM 2. Họat ñộng & dịch vụ mạng GSM 3. Băng tần vô tuyến mạng GSM 4. Lớp giao diện vô tuyến THÔNG TIN DI ðỘNG