Báo cáo thực tập Mạng thông tin di động GSM

coi là hệ thống con SS. Chương 2. Vô tuyến số – giao tiếp vô tuyến số 2.1. Vô tuyến số tổng quát ở phần này đề cập đến việc sử dụng thiết bị vô tuyến để truyền thông tin giữa trạm di động và mạng PLMN GMS thay vì dùng dây. Một số vấn đề quan trọng khi quy hoạch tần số là sự hạn chế bởi đại lượng nhiễu của hệ thống tổ ong. 2.1.1. Suy hao đường truyền và pha đinh Suy hao đường truyền là quá trình mà ở đó tín hiệu thu yếu dần đo khoảng cách giữa trạm di động và trạm gốc tăng mà không có mặt cản giữa anten phát và thu. Suy hao trong không gian tự do: Ls ằ d2.f2 Ls (dB) = 33,4 (dB) + 20logF(MHz) + 20logd(km) d: là khoảng cách giữa anten phát Tx và thu Rx. f: tần số phát (Công thức trên chỉ đúng với các hệ thống vô tuyến di động gần BS.) Môi trường sử dụng của MS thường có chướng ngại vật gây hiệu ứng che tối làm giảm cường độ tín hiệu thu. Khi di động cùng với đài di động cường độ tín hiệu giảm và tăng dù giữa Tx và Rx có hay không có chướng ngại. Hiệu ứng này gọi là pha đinh chuẩn log. Thời gian giữa 2 chỗ trũng pha đinh khoảng vài giây khi máy di động MS là loại lắp trên xe và chuyển động. MS Phađinh chuẩn logarit Trong trường hợp môi trường thông tin có mật độ thuê bao dày và nhiều chướng ngại ta có pha đinh nhiều tia hay raile, xảy ra khi tín hiệu truyền nhiều đường từ anten Tx đến Rx. ở hiện tượng pha đinh raile, tín hiệu thu được là tổng các tín hiệu phản xạ khác pha, khác biên độ. Những tín hiệu này khi cộng lại như các véctơ tạo nên một véctơ tổng gần bằng không có nghiã là cường độ tín hiệu bằng 0. Đây là chỗ trũng pha nghiêm trọng. Khoảng thời gian giữa hai chỗ trũng phađinh phụ thuộc vào tốc độ chuyển động và tần số phát. MS Phađinh Raile ở một khoảng cách nhất định (x mét) so với anten phát Tx, tín hiệu thu được minh hoạ như sau: Độ nhạy máy thu m X + 15 X + 10 X Dự trữ padinh Giá trị trung bình cục bộ Chỗ trũng padinh Giá trị trung bình chung Cường độ tín hiệu thu (Rx), Fc = 900MHz Độ nhạy máy thu là mức tín hiệu vào yếu nhất cần thiết cho một tín hiệu ra qui định. Khi quy hoạch hệ thống, để chống lại pha đinh thì giá trị trung bình chung được lấy lớn hơn độ nhạy máy thu lượng Y(dB) băng chỗ trũng pha phađinh mạnh nhất, Y(dB) được gọi là dự trữ phađinh. 2.1.2. Phân tán thời gian Hiện tượng này có nguồn gốc từ phản xạ từ một vật ở xa anten thu Rx vài km. Nó dần đến giao thoa giữa các ký hiệu ISI tức là giao thoa giữa các ký hiệu lân cận với nhau. ở GMS tốc độ bit là 270kB/s, mỗi bit tương ứng với 3,7s và tương ứng với khoảng cách là 1,1km. Khi có phản xạ từ 1km phía sau trạm di động thì tín hiệu phản xạ phải qua gương đường dài trễ tín hiệu đi thẳng 2km. Tín hiệu mong muốn sẽ được trộn với tín hiệu 2bit. Hệ thống GSM được thiết kế có thể hạn chế phân tán thời gian nhờ sử dụng một bộ cân bằng mà có thể thực hiện cân bằng một số nhất định tín hiệu phản xạ nhưng không phải là tất cả. Bộ cân bằng của GSM có thể đạt được sự cân bằng cho các tín hiệu phản xạ chậm khoảng 4 bít so vơí tín hiệu đến trực tiếp, tương ứng với 15 ms. Tuy nhiên nếu tín hiệu phản xạ mà đến trễ hơn thế thì bộ cân bằng không thể đáp ứng được. Giai đoạn mà bộ cân bằng có thể đáp ứng được gọi là mã số thời gian. Trong cửa sổ thời gian đó sẽ tăng cường độ tín hiệu đến trực tiếp. Tổng các tín hiệu phản xạ có thể nhỏ hơn 15ms phải ít nhất nhỏ hơn 9 lần tổng các tín hiệu trong cửa sổ. Tỉ số này gọi là tỉ số sóng mang trên sóng phản xạ (C/R). C/R được tính bằng tỉ số giữa năng lượng trong cửa sổ và năng lượng ngoài cửa sổ của bộ cân bằng. C/R càng nhỏ thì chất lượng càng kém. Vị trí đặt BTS ảnh hưởng rất lớn đến tỉ số này nên đặt không hợp lí sẽ gây nên phân tán thời gian lớn. Các vùng có địa hình như miền núi, thành phố nhiều nhà cao tầng, vùng hồ xây dựng nhiều thềm, bậc thường có tỉ số C/R nhỏ. Thông thường tín hiệu phản xạ phải đi qua quãng đường lớn hơn 4,5 Km so với tín hiệu trực tiếp thì mới có trễ hơn 1,5ms tuy nhiên nếu tín hiệu phản xạ đó không mạnh tức là tỉ số C/R lớn hơn 1 số cho phép thì không ảnh hưởng đến vùng sóng phục vụ. Ngược lại nếu tín hiệu phản xạ mạnh nhưng trễ vẫn thuộc cửa sổ thì sẽ tăng độ mạnh của tín hiệu đi thẳng. Chỉ khi C/R nhỏ phân tán thời gian lớn thì mới có yêu cầu thay đổi vi trí BTS, hoặc dùng phương pháp đặt thêm BTS phụ trợ. Khi sét vấn đề này cân phải căn cứ vào các vị trí cân đối giữa MS và BTS bởi vì mỗi vị trí dù là cách nhau không lớn thì có thể C/R cách nhau rất lớn. * Nhiễu đồng kênh: Nhiễu giao thoa đồng kênh là nhiễu do tín hiệu thu không mong muốn có cùng tần số và tín hiệu thu mong muốn. Tỉ số giữa mức sóng mang không mong muốn là tỉ số nhiễu giao thoa đồng kênh (C/I). Tỉ số này phụ thuộc vào những yếu tố như: + Mẫu sử dụng lại tần số: khoảng cách giữa hai Cell cùng tần số ảnh hưởng lẫn nhau. + Vị trí địa hình. + Các vùng phản xạ địa phương. + Kiểu Angten, tính định hướng, chiều cao Angten. + Các sóng gây nhiễu địa phương có cùng tần số. Tỉ số này gây ảnh hưởng rất mạnh đến chất lượng tín hiệu, dẫn đến sai tín hiệu, giải mã sai gây nên sót cuộc gọi hoặc thất bại trên đường nối vô tuyến. Tiêu chuẩn GSM cho phép C/I nhỏ nhất là 10. Ngoài ra trong thông tin vô tuyến tín hiệu còn bị ảnh hưởng các kênh lân cận là các kênh gần tần số với tín hiệu thu, dải tần của chúng trùng lên nhau ở mức lớn. Trong trường hợp này cũng gây nhiếu gọi là nhiễu giao thoa kênh lân cận (C/A) trong thực tế các tần số của các BTS cùng vị trí thường gây ảnh hưởng cho nhau. Tín hiệu thu được khi đo đạc thường gồm rất nhiều loại tín hiệu và nhiễu như đã kể trên. Khi đo đạc ta có thể xác định tỉ số C/(I+R+A), đánh giá mức độ hoặc lỗi có thể xác định được tỉ số này phải nhờ đến các máy đo chuyên dụng BTS 0 0 1 1 Phân tán thời gian 2.1.3. Các phương pháp phòng ngừa suy hao truyền dẫn do phađinh Để cải thiện máy thu và chất lượng của tín hiệu thu, có 4 phương án để thực hiện như sau: Phân tập anten (phân tập không gian): Do 2 anten thu ít có nguy cơ bị chỗ trũng phađinh sâu cùng một lúc, nên ta sử dụng 2 anten Rx độc lập thu cùng tín hiệu rồi kết hợp các tín hiệu này lại ta sẽ có một tín hiệu ra khỏi bộ kết hợp ít bị phađinh hơn. Khoảng cách giữa hai anten phải đủ lớn để tương quan giữa các tín hiệu ở hai anten nhỏ. 2 1 Tín hiệu 1 Tín hiệu 2 CĐTH SS Anten Nhảy tần: Với pha đinh raile, mẫu phađinh phụ thuộc vào tần số nghĩa là chỗ trũng phađinh xảy ra ở các vị trí khác nhau đối với các tần số khác nhau. Như vậy ta có thể thay đổi tần số sóng mang trong một số tần số khi cuộc gọi đang tiến hành, khi gặp chỗ trũng phađinh chỉ một phần thông tin bị mất. Mã hoá kênh: ở truyền dẫn số người ta đo chất lượng của tín hiệu được chủ yếu bằng số lượng các bit thu được chính xác, dẫn đến biểu diễn tỷ số bit lỗi BER. BER không thể bằng không do đường truyền dẫn luôn luôn thay đổi. Nghĩa là ta phải cho phép một lưọng lỗi nhất định và có khả năng khôi phục thông tin này hoặc có thể phát hiện tránh sử dụng thông tin lỗi. BER quan trọng với phát số liệu hơn Voice. ở phương pháp mã hoá kênh ta phải phát đi một lượng thông tin có số bit lớn hơn nhưng sẽ đạt độ an toàn chống lỗi cao hơn. Mã hoá kênh có thể phát hiện và sửa lỗi ở từng bit thu. Ví dụ: Khi muốn gửi một bit “0” hay “1” để được bảo vệ ta bổ xung thêm ba bit như sau: Thông tin 0 1 Bổ xung 000 111 Gửi đi 0000 1111 Khối mã 0000 sẽ đúng với 0 và 1111 sẽ đúng với 1. Tỷ lệ là 1:4, bảo vệ sẽ xảy ra như sau: Thu được : 0000 0010 0110 0111 1110 Quyết định: 0 1 0 x 1 Riêng cụm 0110 không xác định được cụ thể, trạm 0111 và 1110 được phát hiện là lỗi. Mỗi kênh kiểm tra lỗi được chia thành mã khối và mã xoắn. ở mã khối, một số bit kiểm tra được bổ xung vào một số bit thông tin nhất định. Các bit kiểm tra chỉ phụ thuộc vào các bit thông tin ở khối bản tin. ở mã hoá xoắn, bộ mã hoá tạo ra khối các bit mã không chỉ phụ thuộc vào các bit của khối bản tin hiện thời được dịch vào bộ mã hoá mà còn phụ thuộc vào các bit của khối trước. Mã hoá khối thường được sử dụng khi có báo hiệu định hướng theo khối và sử dụng để phát hiện lỗi khi thực hiện “Yêu cầu tự động phát” ARQ. Mã hoá xoắn liên quan nhiều hơn đến sửa sai lỗi. Cả hai mã này được sử dụng ở GSM. Hai bước mã hoá được dùng cho cả tiếng và số liệu. Ghép xen: Các lỗi bit thường xảy ra theo từng cụm do các chỗ trũng phađinh lâu làm ảnh hưởng nhiều bit liên tiếp. Để giải quyết hiện tượng lỗi bit quá dài ta dùng phương pháp ghép kênh xen để tách các bit liên tiếp của một bản tin sao cho các bit này gửi đi không liên tiếp. 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 4 4 4 4 Các khối bán tin ghép xen Các khối bán tin được ghép xen Một khung Khi truyền dẫn khung 2 có thể mất nếu không ghép xen toàn bộ khối bản tin sẽ mất nhưng ghép xen sẽ đảm bảo chỉ thị thứ hai ở từng khối là bị mắc lỗi: 1 x 3 4 1 x 3 4 1 x 3 4 1 x 3 4 Mã hoá kênh có thể khôi phục lại thông tin của tất cả các khối. ở GMS bộ mã hoá kênh cung cấp 456 bit cho từng 20ms tiếng và đựoc ghép xen để tạo ra các khối 57bit. 2.1.4. Phương pháp chống phân tán thời gian Mô hình truyền dẫn: Máy phát Máy thu tối ưu Kênh Máy thu tối ưu là máy thu hiểu rõ kênh. Ta lập mô hình toán học của kênh và điều chỉnh máy thu đến mô hình. Kênh được xét như một bộ lọc và được kích thích bởi một tín hiệu biết trước. So sánh đầu ra với đầu vào ta có đáp ứng xung của bộ lọc. Đáp ứng xung của bộ lọc cho ta biết được tín hiệu ra đối với tín hiệu vào, như vậy ta có thể tìm được đáp ứng xung của kênh và lập mô hình kênh khi phân tích một tín hiệu thu được. Đáp ứng xung khi không có phản xạ (a) và có một phản xạ (b). (a) Không có phản xạ (b) có một phản xạ 0 D(t) t t Xét nguyên lý làm việc của một bộ cân bằng: Sau khi lập mô hình kênh ta sẽ phải tạo ra tất cả các chuỗi bit có thể có rồi đưa chúng qua mô hình kênh chuỗi đầu vào mà từ đó nhận được chuỗi đầu ra giống nó nhất gọi là chuỗi nguyên thuỷ hay chuỗi phát. Theo quy định của GMS, một bộ cân bằng cần có khả năng xử lý một tín hiệu phản xạ trễ đến 14,8s tương ứngvới thời gian của 4bit. Lúc này ngay cả tín hiệu phản xạ cũng bị ảnh hưởng bởi phađinh raile, nhưng do tín hiệu này có mẫu phađinh độc lập so với tín hiệu đi thẳng nên nó được lợi dụng để đạt hiệu quả cao hơn. Vậy với các tín hiệu phản xạ trễ dưới 15ms nó cho ta thêm năng lượng để cải tạo tín hiệu thu. Trên thực tế độ dài chuỗi N thường lớn lên phải được thực hiện nhiều so sánh và mất nhiều thời gian tính toán gây một sự chậm trễ không cho phép. Để khắc phục khó khăn này người ta phải sử dụng đến thuật toán Viterbi mà ở đó không cần phải thử tất cả các chuỗi. Nguyên lý là khi tính toán ta loại bỏ các tổ hợp không có khả năng là tín hiệu vào nhờ đó giảm được số lượng tính toán cần thiết. 2.1.5. Truyền dẫn số và tín hiệu tương tự Trong trường hợp truyền tiếng nói là dạng sóng liên tục khác với truyền số liệu ta phải thực hiện lấy mẫu tín hiệu tương tự, lượng tử và mã hoá tín hiệu ở dạng số “1” và “0”. Các mẫu tương tự được trình bày bằng một tập hợp hữu hạn các mức được xác định bởi số các bit ta cần sử dụng để trình bày một mẫu. ở hệ thống viễn thông số chọn số mức rời rạc hoá =256 mức (8bit) với mỗi mẫu ta trình bày giá trị tương tự bằng một giá trị đã được lượng tử hoá ở 8bit. Với tốc độ lấy mẫu 8kHz ta có tốc độ bit: 8000mẫu/s x 8bit = 64kb/s. Quá trình này được gọi là điều chế xung mã PCM gồm 3 bước: Lượng tử Lấy mẫu Mã hoá Đường truyền PCM 64 kb/s Ta đặt nhiều kênh trên cùng một đường truyền PCM (ghép kênh) để tránh lãng phí. Nếu ghép 32 kênh trên một đường truyền PCM thì tốc độ bit của nó là 32x64kb/s=2,048Mb/s. Thiết bị ghép kênh điều khiển việc gán các khe thời gian 0,1 gửi đi ở khe 1,...Trong 32 kênh truyền thì kênh 0 dùng cho đồng bộ, kênh 16 dùng cho báo hiệu còn 30 kênh còn lại dùng cho tiếng thoại. Phần trình bày trên là ví dụ về đa thâm nhập phân chia theo thời gian TDMA. Một phương pháp khác với TDMA là FDMA (đa thâm nhập phân chia tần số) được dùng ở quảng bá vô tuyến, mỗi kênh được dành cho một băng tần riêng. Kỹ thuật này được sử dụng ở hệ thống di động tổ ong tương tự, mỗi cuộc gọi ở một ô sử dụng một băng tần (hai băng khi truyền song công). Sau đây là so sánh giữa TDMA và FDMA: FDMA 0 1 2 3 4 5 6 7 MS1 MS2 MS2 MS5 TDMA Đồng bộ thời gian: Khi sử dụng TDMA ở vô tuyến, mỗi trạm di động sử dụng khe thời gian Ts của mình nhưng khi khoảng cách giữa MS và BS tăng lên gây trễ thời gian truyền tín hiệu và trễ này lớn quá thì thông tin phát đi từ MS ở khe Ts n sẽ trùng với tín hiệu thu được của BS tại khe Ts n+1 của MS khác. Để kiểm tra thời gian đến và các lệnh được gửi đến MS ta có quá trình định trước thời gian mỗi khi MS di chuyển ra xa. Mã hoá tiếng: ở một số hệ thống di động tổ ong FDMA khoảng cách giữa các kênh là 25kHz (NMT, TACS) và ở GMS khoảng cách này bằng 200kHz. So sánh TDMA 200kHz và FDMA 25kHz ta có hiệu quả sử dụng tần số như nhau. Khi sử dụng phương pháp điều chế pha tối thiểu Gauss (GMSK) độ rộng băng thông bị chiếm sẽ rất lớn. Để đảm bảo băng tần cho phép ta giảm tối thiểu tốc độ bit cho từng kênh tiếng bằng cách mã hoá tiếng (Vocodes) và mã hoá theo dạng sóng. Mã hoá theo kiểu phát âm Vocodes giúp ta nhận biết được tiếng nói nhưng rất “tổng hợp” và ta khó nhận ra ai phát âm. Sử dụng mã hoá sóng (mã hoá PCM đồng đều) thông tin trực tiếp chính thực dạng sóng được phát đi với tốc độ đòi hỏi cao và cho ta một chất lượng cũng rất cao. Tốc độ bit ở bộ mã hoá dạng sóng thay đổi gần từ 16kb/s đến 64kb/s đối với bộ mã hoá PCM đồng đều. Ngoài ra ta còn có các bộ mã hoá cho phép được mô tả như một sự pha trộn giữa Vocodes và mã hoá dạng sóng. Các bộ mã hoá lai ghép lấp kín chỗ trống giữa các bộ mã hoá Vecodes và dạng sóng với tốc độ bit từ 5kb/s, chất lượng theo tốc độ bit. GMS sử dụng bộ mã hoá ghép lai gọi là mã hoá tiền định tuyến tính-Tiền định thời gian dài-kích thích xung đều: bộ LPC-LPT-RPE. 2.2. Nguyên tắc khi chia kênh theo khe thời gian 2.2.1. Khái niệm kênh Mạng GSM/PLMN dành 124 sóng mang song công ở dải tần: - Đường lên (MS – BTS): 890 – 915Mhz - Đường xuống (BTS – MS): 935 – 960Mhz Khoảng cách giữa sóng mang 200Khz, trên mỗi sóng mang thực hiện ghép kênh theo thời gian ứng với mỗi khung TDMA, mỗi khung gồm 8 khe thời gian (Time Slot). Số kênh ở GSM là 124x8(khe) =922kênh. 2.2.1.1. Kênh vật lý Một khe thời gian ở một tần số vô tuyến dành để truyền tải thông tin ở đường vô tuyến của GSM. Mỗi một kênh tần số vô tuyến được tổ chức thành các khung TDMA dài 4,62ms gồm có 8 khe thời gian (mỗi khe dài 577ms). Tại BTS, các khung TDMA ở các kênh tần số ở cả đường lên và đường xuống đều được đồng bộ, tuy nhiên khung đường lên trễ 3 khe so với khung đường xuống. Nhờ có trễ này mà có thể sử dụng một khe thời gian có cùng số thứ tự ở cả đường lên lẫn đường xuống để truyền tin bán song công. Về mặt thời gian, các kênh vật lý ở một kênh tần số được tổ chức theo cấu trúc khung, đa khung, siêu đa khung, siêu siêu khung như sau: Hình 2. Tổ chức khung, đa khung Một siêu siêu khung = 2048 siêu khung = 2715648 khung (3h28Â53²760ms) 0 1 2 3 4 5 2042 2043 2045 2046 2047 1 siêu khung = 1326 khung TDMA (6,12s) 0 1 2 3 47 48 49 50 0 1 24 25 0 1 24 25 0 1 49 50 0 1 2 3 4 5 6 7 1đa khung = 26 khung(120ms) 1 đa khung = 51 khung(235ms) 1 khung = 8 khe Một siêu siêu khung được chia thành 2048 siêu khung với thời gian là 6,12s. Siêu khung lại được chia thành các đa khung, có hai loại đa khung: - Đa khung 26 khung chứa 26 khung TDMA. Đa khung này được sử dụng để mang TCH (và SACCH cộng FACCH). 51 đa khung này tạo nên một siêu khung. - Đa khung 51 khung chứa 51 khung TDMA. Đa khung này sử dụng để mang BCH và CCH. 26 đa khung này tạo nên một siêu khung. 2.2.1.2 Kênh logic Các kênh logic được đặc trưng bởi thông tin truyền giữa BTS và MS. Kênh logic được chia làm hai loại: Kênh lưu thông (TCH): mang tiếng được mã hoá hoặc số liệu của người sử dụng, gồm hai dạng kênh: - Bm hay kênh toàn tốc TCH mang thông tin ở tốc độ 22,8Kbps. - Lm hay kênh bán tốc TCH mang thông tin ở tốc độ 11,4Kbps. Các kênh điều khiển: mang tín hiệu báo hiệu hay số liệu đồng bộ, gồm ba loại sau: - Các kênh quảng bá (BCH): + Kênh hiệu chỉnh tần số (FCCH): mang thông tin để hiệu chỉnh tần số của MS. + Kênh đồng bộ (SCH): mang thông tin để đồng bộ khung (số khung TDMA) của MS và nhận dạng BTS (BSIC). + Kênh điều khiển quảng bá (BCCH): phát quảng bá thông tin chung trên cơ sở một kênh cho một BTS. - Các kênh điều khiển riêng (DCCH): + Kênh điều khiển riêng đứng một mình (SDCCH): được sử dụng để báo hiệu hệ thống khi thiết lập một cuộc gọi trước khi ấn định một TCH. Kênh đường lên/xuống, điểm đến điểm. + Kênh điều khiển liên kết chậm (SACCH): liên kết với một TCH hay một SDCCH, là kênh số liệu liên tục mang thông tin liên tục như các thông báo đo đạc từ trạm di động về cường độ tín hiệu thu từ ô hiện thời và các ô lân cận. Thông tin này cần cho chức năng chuyển giao. Kênh này cũng được sử dụng để điều chỉnh công suất của MS và để đồng bộ thời gian. Kênh đường lên/xuống, điểm đến điểm. + Kênh điều khiển liên kết nhanh (FACCH): là kênh liên kết với TCH. FACCH làm việc ở chế độ lấy cắp bằng cách thay đổi lưu lượng tiếng hay số liệu bằng báo hiệu. - Các kênh điều khiển chung (CCCH): + Kênh tìm gọi (PCH): được sử dụng để tìm gọi MS. + Kênh thâm nhập ngẫu nhiên (RACH): MS sử dụng kênh này để yêu cầu dành SDCCH hoặc để trả lời tìm gọi, hoặc để thâm nhập khi khởi đầu, hoặc đăng ký cuộc gọi MS. + Kênh cho phép thâm nhập (AGCH): được sử dụng để dành một SDCCH hay trực tiếp một TCH cho một MS. 2.2.2. Cụm Cụm là mẫu thông tin ở một khe thời gian trên kênh TDMA, cứ 8 khe thời gian một lần ở kênh TDMA được phát đi thì có 1 cụm của một loại thông tin. - Cụm bình thường ( NB): mang thông tin ở TCH và các kênh điều khiển trừ RACH, SCH và FCCH. TB 3 Các bit được mật mã 58 Chuỗi hướng dẫn 26 Các bit được mật mã 58 TB 3 GP 8,25 0,577 ms 156,25 bit + Các bit được mật mã gồm 57bit số liệu hay tiếng và một “cờ lấy cắp”. + Chuỗi hướng dẫn là mẫu bit biết trước để bộ cân bằng có thể thành lập một mô hình kênh. + Các bit đuôi TB luôn là “0,0,0” giúp bộ cân bằng xác định đầu và cuối mẫu bit. + Khoảng bảo vệ GP là một khoảng trống cho phép máy phát dịch lên hay dịch xuống trong giới hạn do khuyến nghị GMS qui định. - Cụm hiệu chỉnh tần số(FB): Điều chỉnh tần số của MS, nó tương đương sóng mang chưa bị điều chế. Lặp lại của một cụm gọi là FCCH. TB 3 TB 3 GP 8,25 0,577 ms 156,25 bit Các bit cố định “0” 142 - Cụm đồng bộ (SB): Dùng để đồng bộ thời gian của MS TB 3 Các bit được mật mã 39 Chuỗi đồng bộ 64 Các bit được mật mã 39 TB 3 GP 8,25 + Khối đồng bộ dài dễ dàng nhận biết và mang thông tin số khung TDMA cùng mã nhận dạng trạm cơ sở BS. Lặp lại của cụm gọi là SHC. Số khung TDMA giúp MS biết loại kênh lôgíc nào đang được truyền ở kênh điều khiển. Một chu trình đánh số khung là 3,5 giờ với mỗi khung TDMA thời gian là 6,615ms. - Cụm thâm nhập (AB): Sử dụng để thâm nhập ngẫu nhiên và có GP để dành cho phát cụm từ trạm di động. TB 3 Chuỗi đồng bộ 41 Các bit được mật mã 36 TB 3 GP 8,25 - Cụm giả: Được phát đi từ BTS và không chứa thông tin khuôn mẫu giống như cụm bình thường với các bit mật mã được thay bởi các bit hỗn hợp có mẫu bit xác định. 2.2.3. Chia kênh logic theo khe thời gian Xét một BTS với n sóng mang (song công) ký hiệu là C0, C1,…, Cn, mỗi sóng mang có 8 khe thời gian lần lượt là Ts0, Ts1,…, Ts7. Các kênh logic được sắp xếp ở C0 như sau: - Các kênh điều khiển BCCH, FCCH, SCH, PCH, AGCH được sắp xếp trên Ts0 đường xuống, còn kênh RACH ở Ts0 đường lên. Chu kỳ lặp 51 Ts. - Ts1 được sử dụng để sắp xếp các kênh điều khiển riêng SDCCH và SACCH, chu kỳ lặp 102 Ts. - Từ Ts2 đến Ts7 là các kênh lưu thông TCH, chu kỳ lặp 26Ts. Các sóng mang khác (C1 – Cn): chỉ được sử dụng cho kênh lưu lượng TCH, nghĩa là Ts0 đến Ts7 đều là TCH. Các khung TDMA 0 1 2 ….. 7 0 1 2 ….. 7 0 1 2 ….. F S B C F S C C F S C C F S C C BCH CCCH đường xuống Hình 3. Ghép các BCH và CCCH ở Ts0 F (FCCH): tại đây trạm di động đồng bộ tần số của mình S (SCH): trạm di động đọc số khung TDMA và BSIC B (BCCH): trạm di động đọc các thông tin chung về ô này C (CCCH): có thể tìm gọi một trạm di động và dành một SDCCH 0 1 2 ….. 7 0 1 2 ….. 7 0 1 2 ….. 51 khung liên tiếp R R R R R R R R R …….. RACH đường lên Hình 4. Ghép RACH ở Ts0 Các Ts 2-7 của C0 sử dụng cho các kênh lưu thông TCH được sắp xếp ở các kênh vật lý như hình 5. Hình vẽ TS2, đường xuống ở C0. Thông tin ở Ts 2 tạo thành một TCH. Tất cả có 26 Ts. Sau Ts để trống lại bắt đầu lại. T (TCH): chứa tiếng hay số liệu được mã hoá. A (SACCH): nằm ở Ts 13, là báo hiệu điều khiển. Các khung TDMA 26 TS TCH đường xuống 0 1 2 …. 7 0 1 2 …. 7 0 1 2 …. T T T T … T A T T . . . Hình 5. Ghép TCH Cấu trúc đường lên cũng tương tự như đường xuống. Điểm khác nhau duy nhất là sự dịch về mặt thời gian, Ts2 ở đường xuống không xảy ra ở cùng thời gian như Ts2 ở đường lên. Thời gian dịch là ba khe thời gian. đường xuống đường lên Số khung TDMA 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 … 0 1 45Mhz 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 … 0 1 Hình 6. Dịch giữa TCH đường lên và xuống. Chương 3. nguyên tắc Sử dụng tần số Các trường hợp và thủ tục thông tin 3.1. Nguyên tắc sử dụng tần số theo chia ô 3.1.1. Sử dụng tần số Thông tin di động bị hạn chế về tần số, vì vậy sử dụng hiệu quả tần số vô tuyến là yếu tố quan trọng nhất để phục vụ càng nhiều thuê bao càng tốt. Người ta đã đưa ra các phương pháp sau để sử dụng hiệu quả tần số: - Giảm độ rộng băng tần của một kênh càng nhiều càng tốt. - Sử dụng hiệu quả các kênh vô tuyến bằng cách tạo ra khả năng cho nhiều đầu cuối sử dụng chung nhiều kênh vô tuyến trong một ô vô tuyến. - Sử dụng lại tần số đã dùng trong một ô vào một ô vô tuyến bằng cách giữ các ô này cách nhau lớn hơn một khoảng cách nhất định. Cực tiểu hoá kích thước ô. 3.1.2. Sự tái sử dụng tần số trên mạng 3.1.2.1. Cơ sở lí thuyết Nguyên lí cơ sở khi thiết kế các hệ thống tổ ong là các mẫu được gọi là các mẫu sử dụng lại tân số. Theo định nghĩa thì mẫu sử dụng lại tần số là sử dụng các kênh vô tuyến trên cùng một tần số mang để phủ cho các vùng địa lí khác nhau. Các vùng này phải được cách nhau ở cự li đủ lớn để mọi nhiễu giao thoa đồng kênh chấp nhận được. Nếu có thể biết trước, một ô đặc biệt sẽ sử dụng những kênh mà cũng được dùng trong những ô khác, tại một khoảng cách sử dụng lại. Điều này có nghĩa là những ô mà sẽ ảnh hưởng bởi sự nhiễu của một hệ thống kênh từ ô khác sử dụng cùng những kênh này. Tóm lại mức độ bao phủ cơ bản được giới hạn bởi điều này nhiều hơn nhiều từ tín hiệu trường ngoài. Một vấn đề trong thiết kế hệ thống Cellular là điều khiển nhiễu này đến mức độ chấp nhận được. Nó có thể làm được bằng sự điều khiển khoảng cách tái sử dụng kênh. Khi khoảng cách này càng lớn suy ra mức độ nhiễu càng ít. Mức độ tín hiệu thu được C của sóng mang mong muốn sẽ cao hơn mức độ nhiễu I của tất cả các kênh và mức độ nhiễu A của các kênh lân cận. Sự hoạt động của tín hiệu thu mong muốn sẽ cao hơn sự hoạt động của tín hiệu phản xạ R. Những giá trị được tiến cử hệ thống GSM là : C/A> -9 dB ; C/I³ 10dB. C/A: Khi 1 tần số được tái sử dụng như mô hình 3/9 thì một số năng lượng của tần số lân cận sẽ lọt ra ngoài ô phục vụ và là nguyên nhân nhiễu. Sự liên hệ giữa tín hiệu nhiễu và tín hiệu hữu ích là tỉ số C/A. 3.1.2.2. Mẫu sử dụng lại tần số Sử dụng lại tần số là sử dụng các kênh vô tuyến ở cùng một tần số mang để phủ cho các vùng địa lý khác nhau. Các vùng này phải được cách nhau ở cự ly đủ lớn để mọi nhiễu giao thoa đồng kênh chấp nhận được. Nếu toàn bộ số kênh quy định N được chia thành F nhóm thì mỗi nhóm sẽ chứa N/F kênh. Vì tổng số kênh N là cố định nên số nhóm tần số F nhỏ hơn sẽ dẫn đến nhiều kênh hơn ở một nhóm và ở một đài trạm. Vì vậy việc giảm số lượng các nhóm tần số sẽ cho phép mỗi đài trạm tăng lưu lượng nhờ vậy giảm tổng số các đài trạm cần thiết cho tải lưu lượng định trước. Tuy nhiên giảm số lượng các nhóm tần số và giảm cự ly đồng kênh sẽ dẫn đến phân bố C/I trung bình thấp hơn ở hệ thống. Có ba kiểu mẫu sử dụng lại tần số phổ biến là: 7/21, 4/12 và 3/9 sử dụng cho các trạm gốc có anten phát 3 hướng, mỗi hướng dành cho một ô và góc phương vị phân cách nhau 1200. Mỗi ô sử dụng các anten phát 600 và hai anten thu phân tập 600 cho một góc phương vị. Mỗi ô được xấp xỉ hoá là hình lục giác, có bán kính R (bằng cạnh hình lục giác và bằng 1/3 khoảng cách giữa các trạm). Ta coi lưu lượng phân bố đồng nhất ở các ô. Bình thường kích thước ô được xác định như là khoảng cách giữa hai đà trạm lân cận. Sơ đồ 3/9 ô sử dụng các nhóm 9 tần số, trong một mẫu sử dụng lại tần số 3 đài trạm: Hình 6. Mẫu ô 3/9 Sơ đồ 4/12 ô sử dụng các nhóm 12 tần số, trong một mẫu sử dụng lại tần số 4 đài: Hình 8. Mẫu ô 4/12 Sơ đồ 7/21 ô sử dụng các nhóm 21 tần số, trong một mẫu sử dụng lại tần s