Đề tài Hệ thống thông tin di động - CDMA

cũng thực hiện thích ứng tốc độ trong trường hợp truyền số liệu. TRAU là một bộ phận của BTS, nhưng cũng có thể đặt nó cách xa BTS và thậm chí trong nhiều trường hợp nó được đặt giữa BSC và MSC. *Bộ điều khiển trạm gốc, BSC BSC (Base Station Controller) có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển từ xa của BTS và MS. Các lệnh này chủ yếu là các lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và quản lý chuyển giao (Handover). Một phía BSC được nối với BTS còn phái kia nối với MSC. Trong thực tế BSC là một tổng đài nhỏ có khả năng tính toán đáng kể. Vai trò chủ yếu của nó là quản lý các kênh ở giao diện vô tuyến và chuyển giao. Một BSC trung bình có thể quản lý tới vài chục BTS phụ thuộc vào lưu lượng của các BTS này. BTS cũng có thể kết hợp chung với BSC vào một trạm gốc. * Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động, MSC ở hệ thống thông tin di động chức năng chuyển mạch chính được thực hiện bởi MSC (Mobile Services Switching Center), nhiệm vụ chính của MSC là điều phối việc thiết lập cuộc gọi đến các người sử dụng mạng thông tin di động. Một mặt MSC giao diện với BSC, mặt khác nó giao diện với mạng ngoài. MSC làm nhiệm vụ giao diện với mạng ngoài được gọi là MSC cổng (GMSC: Gate MSC). Việc giao diện với mạng ngoài để đảm bảo thông tin cho các người sử dụng mạng thông tin di động đòi hỏi cổng thích ứng IWF (IWF – InterWorking Function – Các chức năng tưong tác). Mạng thông tin di động cũng cần giao diện với mạng ngoài để sử dụng các khả năng truyền tải của các mạng này cho việc truyền tải số liệu của người sử dụng hoặc báo hiệu giữa các phần tử của mạng. Chẳng hạn mạng thông tin di động có thể sử dụng mạng báo hiệu kênh chung số 7 (CCS No7), mạng này đảm bảo hoạt động tương tác giữa các phần tử trong một hay nhiều mạng thông tin di động. MSC thường là một tổng đài lớn điều khiển và quản lý một số các bộ điều khiển trạm gốc (BSC). Một tổng đài MSC thích hợp cho một vùng đô thị và ngoại ô có dân cư vào khoảng một triệu người (với mật độ thuê bao trung bình). Để kết nối MSC với một số trạm khác cần phải thích ứng các đặc điểm truyền dẫn của mạng thông tin di động với các mạng này. Các thích ứng này được gọi là các chức năng tương tác (IWF: IterWorking Function). IWF bao gồm một thiết bị để thích ứng giao thức và truyền dẫn. Nó cho phép kết nối với các mạng: PSPDN (Packet Switched Public Data Network – Mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói) hay CSPDN (Circuit Switched Public Data Network – Mạng số liệu công cộng chuyển mạch kênh), nó cũng tồn tại khi các mạng khác chỉ đơn thầun là PSTN (Public Switched Telephone Network – mạng điện thoại chuyển mạch công cộng) hay ISDN (Intergrated Serivces Digital Network – Mạng số liên kết đa dịch vụ). IWF có thể được thực hiện trong cùng chức năng MSC hay có thể ở thiết bị riêng. ở trường hơp hai giao tiếp giữa MSC và IWF được để mở. * Bộ ghi định vị thường trú, HLR. Ngoài MSC mạng thông tin di động bao gồm cả các cơ sở dung lượng. Các thông tin liên quan đến việc cung cấp các dịch vụ viễn thông được lưu giữ ở HLR (Home Location Register) không phụ thuộc vào vị trí hiện thời của thuê bao. HLR cũng chứa các thông tin liên quan đến vị trí hiện thời của thuê bao. Thường HLR là một máy tính đứng riêng không có khả năng chuyển mạch và có khả năng quản lý hàng trăm ngàn thuê bao. Một chức năng con của HLR là nhận dạng trung tâm nhận thực AUC, nhiệm vụ của trung tâm này quản lý an toàn số liệu của các thuê bao được phép. * Bộ ghi định vị trạm trú, VLR. VLR (Visitor Loaction Register) là cơ sở dung lượng thứ hai trong mạng thông tin di động. Nó được nối với một hay nhiều MSC và có nhiệm vụ lưu giữ tạm thời số liệu thuê bao của các thuê bao hiện đang nằm trong vùng phục vụ của MSC tương ứng và đồng thời lưu giữ số liệu về vị trí của các thuê bao nói trên ở mức độ chính xác hơn HLR. Các chức năng VLR thường được liên kết với các chức năng MSC. * MSC cổng, GMSC. Mạng thông tin di động có thể chứa nhiều MSC, VLR, HLR. Để thiết lập một cuộc gọi từ mạng ngoài đến người sử dụng thông tin di động, trước hết cuộc gọi phải được định tuyến đến một tổng đài cổng được gọi là GMSC mà không cần biết đến hiện thời thuê bao vào 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 tiếp với các mạng bên ngoài, thông qua giao tiếp này nó làm nhiệm vụ cổng để kết nối các mạng bên goài với mạng thông tin di động. Ngoài ra tổng đài này cũng có giao diện báo hiệu số 7 (CCS No7) để có thể tương tác với các phần tử khác của mạng thông tin di động. Về phương diện kinh tế không phải bao giờ tổng đài cổng cũng đứng riêng mà nó thường được kết hợp với MSC. * Khai thác và bảo dưỡng mạng Hệ thống khai thác OS (Operation System) thực hiện khai thác và bảo dưỡng tập trung cho mạng thông tin di động. Khai thác là các 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 (handover) giữa hai ô… nhờ vậy nhà khai thác có thể giám sta được toàn bộ chất lượng của dịch vụ mà họ cung cấp cho khách hàng và kịp thời xử lý các sự cố. Khai thác cũng bao gồm việc thay đổi cấu hình để giảm những vấn đề xuất hiện ở thời điểm hiện thời, để chuẩn bị tăng lưu lượng trong tương lai, tăng vùng phủ. Việc thay đổi mạng có thể thực hiện “mềm” qua báo hiệu (chẳng hạn thay đổi thông số chuyển giao để thay đổi biên giới tương đối giữa hai ô), hoặc thực hiện cứng đòi hỏi sự can thiệp tại hiện trường (chẳng hạn bổ sung thêm dung lượng truyền dẫn hay lắp đặt một trạm mới). 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, hỏng hóc. Nó có một số quan hệ với khai thác. Các thiết bị ở mạng viễn thông hiện đại có khả năng tự phát hiện một số sự cố hay dự báo sự cố thông qua tự kiểm tra. Trong nhiều trường hợp người ta dự phòng cho thiết bị để thiết bị sự cố có thể thay thế bằng thiết bị dự phòng. Sự thay thế này có thể được thực hiện tự động. Ngoài ra việc giảm nhẹ sự cố có thể được thực hiện bởi người khai thác bằng điều khiển từ xa. Bảo dưỡng cũng bao gồm cả các hoạt động tại hiện trường nhằm thay thế thiết bị sự cố. Hệ thống khai thác và bảo dưỡng có thể được xây dựng trên nguyên lý TMS (Telecommunication Management Network – Mạng quản lý viễn thông). Khi này một hệ thống khai thác và bảo dưỡng được nối đến các phần tử của mạng viễn thông (các MSC, BSC, HLR và các phần tử mạng khác trừ BTS, vì truy nhập đến BTS được thực hiện qua BSC). Mặt khác hệ thống khai thác và bảo dưỡng lại được nối đến một máy tính chủ đóng vai trò giao tiếp người máy. Hệ thống này thường được gọi là OMC (Operation and Maintenance Center – Trung tâm khai thác và bảo dưỡng). * AUX: Thiết bị bổ trợ * Quản lý thuê bao và trung tâm nhận thực, AUC Quản lý thuê 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 phải truy nhập được tất cả các thông số nói trên. Một nhiệm vụ quan trọng khác của khai thác là tính cước các cuộc goi. Cước phí phải được tính và gửi đến thuê bao. Quản lý thuê bao ở mạng thông tin di động chỉ liên quan đến HLR và một số thiết bị OS riêng chẳng hạn mạng nối HLR với các thiết bị giao tiếp người máy ở các trung tâm giao dịch với thuê bao. Việc quản lý thuê bao được thiết bị thông qua một khoá nhận dạng bí mật duy nhất cho từng thuê bao. AUC (Authentication Center) quản lý các thông tin nhận thực và mật mã liên quan đến từng cá nhân thuê bao dựa trên kháo bí mật này. AUC có thể được đặt trong HLR hay MSC hay độc lập với cả hai. Khoá này cũng được lưu giữ vĩnh cửu và bí mật trong bộ nhớ ở MS, ở GSM bộ nhớ này có dạng SIM – Card có thể rút ra và cắm lại được. * Quản lý thiết bị di động, EIR. Quản lý thiết bị di động được thực hiện bởi bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR (Equipment Identify Register). EIR lưu giữ tất cả các dữ liệu liên quan đến trạm di động MS, EIR được nối đến MSC qua đường báo hiệu để kiểm tra sự được phép của thiết bị. Một thiết bị không được phép sẽ bị cấm. (Lưu ý khác với thiết bị sự được phép của thuê bao được xác nhận bởi AUC). * Bộ xử lý bản tin số lượng, DMH. DMH (Data Message Handler) được sử dụng để thu thập các dữ liệu tính cước. * Các mạng ngoài Các mạng thông tin này bao gồm mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PSTN (Public Switched Telephone Network), mạng số liệu liên kết đa dịch vụ ISDN (Intergrated Services Digital Network), mạng di động công cộng mặt đất PLMN (Public Land Mobile Network) và mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói PSPDN (Packet Switched Public Data Networ). Các giao diện sau đây được định nghĩa giữa các phần tử khác nhau của hệ thống. * BS đến MSC (giao diện A) Giao diện giữa trạm gốc và MSC để bảo đảm báo hiệu và lưu lượng (cả số liệu lẫn tiếng). * Giao diện BTS đến BSC (A-bis) Nếu trạm gốc được chia thành BTS và BSC thì giao diện này được định nghĩa. * Giao diện MSC với PSTN (A) Giao diện này được định nghĩa như giao diện tương tự sử dụng hoặc báo hiệu đa tần hai tông (DTMF) hay báo hiệu đa tần (MF). * MSC với VLR (giao diện B) Giao diện này được định nghĩa ở tiêu chuẩn giao thức GSM hoặc TIA IS-41. * MSC với HLR (giao diện C) Giao diện này được định nghĩa ở tiêu chuẩn giao thức GSM hoặc IS-41. * HLR với VLR (giao diện D) Đây là giao diện báo hiệu giữa HLR và VLR được xây dựng trên cơ sở sinh hoạt số 7. Hiện nay nó được định nghĩa ở tiêu chuẩn giao thức GSM hoặc TIA IS – 41. * MSC với ISDN (giao diện D) Đây là giao diện số với ISDN. * MSC với MSC (giao diện E) Đây là giao diện lưu lượng và báo hiệu giữa các tổng đài của mạng di động. * Giữa MSC và EIR (giao diện F) Vì EIR chưa được định nghĩa nên giao diện này cũng chưa được định nghĩa. * Giữa VLR với VLR (giao diện G) Giao diện này được sử dụng khi cần thông tin giữa các VLR. * HLR với AUC (giao diện H) Đây là giao diện giữa bộ xử lý bản tin được với MSC * DMH với MSC (giao diện I) Đây là giao diện giữa bộ xử lý bản tin ới MSC * MSC với IWF (giao diện F) Giao diện này được định nghĩa bởi chức năng tương tác * MSC với PLMN (giao diện Mi) Đây là giao diện thông tin di động khác * MSC với OS (giao diện O) Đây là giao diện với hệ thống khai thác. hiện đang được định nghĩa * MSC với PSPDN (giao diện Pi) Đây là giao diện giữa MSC với mạng chuyển mạch gói * Bộ thích ứng đầu cuối TA (Terminal Adapter) với thiết bị đầu cuối TE (Terminal Equipment) (giao diện R) Đây là giao diện đặc thù cho từng loại đầu cuối được kết nối với MS. * ISDN với TE (giao diện S) Đây là giao diện được định nghĩa ở hệ thống ISDN * BS với MS (giao diện Um) Đây là giao diện vô tuyến * PSTN với DCE (giao diện W) Giao diện này được định nghĩa ở hệ thống PSTN * MSC với AUX (giao diện X) Giao diện này phụ thuộc vào thiết bị bổ sung kết nối với MSC. Tổng quát hệ thống thông tin di động thường được chia thành các hệ thống con sau đây. Hệ thống con chuyển mạch SS bao gồm các khối chức năng: MSC, VLR, HLR, AUC, EIR, GMSC. Hệ thống con khai thác OSS thực hiện chức năng: khai thác, bảo dưỡng và quản lý cho toàn bộ hệ thống. Trạm di động MS thực hiện chức năng sau: Thiết bị vật lý để giao tiếp giữa thuê bao di động với mạng qua đường vô tuyến Đăng ký thuê bao, ở chức năng thứ hai này mỗi thuê bao phải có một bố nhớ để lưu giữ số nhận dạng bí mật (ở GSM bộ nhớ này là sim – card) 1.2.2. Cấu trúc địa lý của hệ thống thông tin di động. Do tính chất di động của thuê bao di động nên mạng thông tin di động phải được tổ chức theo một cấu trúc địa lý nhất định sao cho có thể theo dõi được vị trí của thuê bao. 1.2.2.1. Phân chia theo vùng mạng Trong một quốc gia có thể có nhiều vùng mạng viễn thông, việc gọi vào một vùng mạng nào đó hải được thực hiện thông qua tổng đài cổng. Các vùng mạng di động được đại diện bằng tổng đài cổng GMSC. Tất cả các cuộc gọi đến một mạng di động từ một mạng khác đều được định tuyến đến GMSC. Tổng đài này làm việc như một tổng đài trung kế vào cho mạng GSM/PLMN. Đây là nơi thực hiện chức năng hỏi để định tuyến cuộc gọi kết cuối ở trạm di động. GMSC cho phép hệ thống định tuyến các cuộc gọi vào từ mạng ngoài đến nơi nhận cuối cùng: các trạm đi động bị gọi. Hình 1.3. Các vùng phục vụ MSC/VLR 1.2.2.2. Phân chia theo vùng phục vụ MSC/VLR. Một mạng thông tin di động được phân chia thành nhiều vùng nhỏ, hơn nữa, mỗi vùng nhỏ này được phục vụ bởi một MSC/VLR (hình 1.3). Ta gọi đây là vùng phục vụ của MSC/VLR. Để định tuyến một cuộc gọi đến một thuê bao di động, đường truyền qua mạng sẽ được nối đến MSC dang phục vụ thuê bao di động cần gọi. ở mỗi vùng phục vụ MSC.VLR thông tin về thuê bao được ghi lại tạm thời ở VLR. Thông tin này bao gồm hai loại. Thông tin về đăng ký các dịch vụ của thuê bao Thông tin về vị trí của thuê bao (thuê bao đang ở vùng định vị nào) 1.2.2.3. Phân chia theo vùng định vị Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR được chia thành một số vùng định vị LA (Location Area) (hình 1.4). Vùng định vị là một phần củ vùng phục vụ MSC/VLR mà ở đó một trạm di động có thể chuyển động tự do và không cần cập nhật thông tin về vị trí MSC/VLR quản lý vị trí này. Có thể nói vùng định vị là vị trí cụ thể nhất của trạm di động mà mạng cần biết để định tuyến cho một cuộc gọi đến nó. ở vùng định vị này thông báo tìm sẽ được phát quảng bá để tìm thuê bao di động bị gọi. Hệ thống có thể nhận dạng vùng định vị bằng cách sử dụng nhận dạng vùng định vị (LAI: Location Area Identify). Vùng định vị có thể bao gồm một số ô và thuộc một hay nhiều BSC, nhưng chỉ thuộc một MSC. Hình 1.4: Phân chia vùng MSC/VLR thành các vùng định vị LA 1.2.2.4. Phân chia theo ô Vùng định vị được chia thành một số ô (hình 1.5). Ô là một vùng phủ vô tuyến được mạng nhận dạng bằng nhận dạng ô toàn cầu (CCI: Cell Global Identify). Trạm di động nhận dạng ô bằng mã nhận dạng trạm gốc (BSIC: Base Station Identify Code). Vùng phủ của các ô thường được mô phỏng bàng hình lục giác để tiện cho việc tính toán thiết kế. Hình 1.5. Phân chia vùng thành các ô 1.3. Phân lớp mặt phẳng chức năng cho cấu trúc Thường cấu trúc của một hệ thống có thể được trình bảy ở dạng phân lớp mặt phẳng như ở hình 1.6, trong đó mỗi mặt phẳng thể hiện các chức năng mà các thiết bị phải thực hiện. Trục thẳng đứng thể hiện mức độ trừu tượng tăng dần, còn trục ngang thể hiện phân bố theo không gian. Khối thẳng đứng thể hiện thiết bị. Nhóm vật lý thiết bị Tăng mức Trừu tượng bố chức năng Mặt phẳng phân Phân bố không gian Hình 1.6. Phân lớp mặt phẳng chức năng. ở lĩnh vực viễn thông phương pháp tốt nhất để phân nhóm các chức năng là sử dụng mô hình kết nối hệ thống mở (OSI: Open System Interconnection). Các chức năng được nhóm thành các mặt phẳng chức năng xếp thành các tầng. Mặt phẳng thấp nhất để truyền dẫn thông tin giữa các phần tử cách xa nhau dựa trên môi trường vật lý cứng,trong khi đó mạt phẳng cao nhất thể hiện cảnh nhìn từ người sử dụng bên ngoài. Mỗi mặt phẳng (hay lớp) cung cấp dịch vụ cho lớp cao hơn tiếp theo, các dịch vụ này bản thân lại là sự tăng cường của các dịch vụ cung cấp bởi lớp ngay dưới thấp hơn. Các thiết bị hay các phần tử hệ thống được tình bày theo phương thẳng đứng còn mặt cắt giữa thiết bị và mặt phẳng lớp tương ứng với các chức năng mà thiết bị này phải thực hiện theo các mục tiêu của lớp. Ngoài tổ chức phân lớp nói trên (dựa trên khái niệm cung cấp dịch vụ của lớp này cho lớp khác) còn có tổ chức theo gt. Nói chung các lớp thấp hơn tương ứng với phạm vi thời gian ngắn hơn, trong khi đó các lớp cao hơn sẽ nhóm các chức năng có phạm vi thời gian lâu hơn. ở mỗi lớp các phần tử cộng tác với nhau để cung cấp dịch vụ cần thiết qua việc trao đổi thông tin. Các quy tắc của các trao đổi nói trên được xác định bởi các điểm chuẩn nơi mà dòng thông tin cắt ngang một giao diện giữa hai phần tử khác nhau. Các quy tắc này được gọi là các giao thức báo hiệu. Không nên nhầm giữa giao diện và giao thức. Giao diện là nơi tiếp xúc giữa hai phần tử lân cận và vì thế nó có thể mang các dòng thông tin thuộc nhiều cặp phần tử khác nhau: nhiều giao thức khác nhau. Chẳng hạn giao diện vô tuyến ở thông tin di động là điểm quá giang cho các bản tin thuộc nhiều giao tiếp: giữa MS và BTS (truyền dẫn), giữa MS và MSC (để quản lý truyền dẫn ở giao diện vô tuyến), giữa MS và MSC (để quản lý di động của người sử dụng và quản lý thông tin) hoặc thậm chí cả giữa MS và HLR để thiết lập các dịch vụ bổ sung (hình 1.7). Ký hiệu: SS: Supplêmonitorary Services – Dịch vụ bổ sung CM: Connect Managêmonitor – Quản lý nối thông MM: Mobility Management – Quản lý di động RR: Radio Resource Management – Quản lý tài nguyên vô tuyến Hình 1.7. Cho thấy việc phân tích một giao diện thành một ngăn xếp các giao thức,trong đó mỗi phần tử của ngăn xếp (giao thức) liên quan đến mặt cắt giữa mặt phẳng chức năng và giao diện. Ngoài ra ta có thể theo đường truyền của chúng, nếu các phần tử đồng cấp với nhau không nằm cách nhau. Tuy nhiên sự khác nhau về hai khái niệm nói trên thường không được phân biệt ở các tiêu chuẩn. Vì vậy tiêu chuẩn ‘giao diện” thực chất là tiêu chuẩn “giao thức”. Để lập tiêu chuẩn cho các giao thức, các chức năng ở các mặt phẳng lại được cắt mảnh thành mảng hở để đảm bảo tính ổn định của các mảnh và tránh được sự quá phức tạp của các giao thức. Hình 1.8 cho thấy cấu trúc tổng quát các mặt phẳng chức năng của hệ thống thông tin di động. Mặt phẳng dưới cùng là cơ sở của hệ thống viễn thông: mặt phẳng truyền dẫn, nó cung cấp các phương tiện truyền dẫn cho các nhu cầu thông tin của các người sử dụng cũng như trao đổi thông tin giữa các phần tử cộng tác. Truyền dẫn là lĩnh vực của các sự kiện có phạm vi thời gian rất ngắn, từ vài micro giây (điều chế bit) đến vài giây (truyền dẫn bản tin). Mặt cao hơn tiếp theo là mặt quản lý tài nguyên truyền dẫn. ở các mạng viễn thông mặt này thường được nhóm chung với các chức năng quản lý thông tin vì quản lý cố định thể hiện một bộ phận nhỏ của vấn đề này. Tuy nhiên ở một hệ thống tổ ong như thông tin di động việc quản lý các tài nguyên truyền dẫn là một vấn đề phức tạp và vì thế cần một mặt phẳng chức năng riêng. Mặt phẳng này được gọi là lớp quản lý tài nguyên vô tuyến hay lớp RR (Radio Resuore Management). Lớp RR đảm bảo các kết nối ổn định giữa các trạm di động MS và các MSC để đảm bảo sự di động của người sử dụng trong quá trình gọi (chuyển giao). Về quan điểm thời gian mặt phẳng này và hai mặt phẳng tiếp theo xử lý các sự kiện ở phạm vi cuộc gọi từ vài giây đến vài phút. Tiếp theo là một mặt phẳng nhỏ, mặt phẳng này không được nhóm chung với mặt quản lý thông tin vì nó mang đặc thù của mạng thông tin di động. Lớp quản lý di động hay lớp MM (Mobility Management) có nhiệm vụ quản lý các cơ sở dung lượng về thuê bao và đặc biệt là dữ liệu về vị trí của thuê bao. Một nhiệm vụ bổ sung nữa của lớp này là quản lý tính bảo mật của thuê bao: nhận thực, sim – card, HLR và AUC là thí dụ về các phần tử tham gia vào các hoạt động MM. Lớp MM bổ sung vào các chức năng truyền dẫn do các lớp dưới cung cấp phương tiện để theo dõi thuê bao khi nó không bận thông tin và các chức năng liên quan đến an toàn. Mặt phẳng tiếp theo ít đặc trưng hơn cho thông tin di động. Nó sử dụng cơ sở ổn định docác lớp RR và MM cung cấp để đảm bảo các dịch vụ viễn thông cho người sử dụng. Ta gọi nó là lớp quản lý thông tin hay lớp CM (Connection Management). Nó bao gồm một số các phần tử độc lập với nhau phụ thuộc vào kiểu dịch vụ, HLR, VLR, nhất là MSC tham gia rất lớn vào lớp này. Các lớp RR, MM, CM đảm bảo chất lượng phục vụ cao cho người sử dụng. Tuy nhiên để có một bức tranh hoàn thiện cần phải bổ sung thêm một mặt phẳng khác: mặt phẳng khai thác, quản lý và bảo dưỡng (OAM: Operation Adminstration and Maintenance), mặt phẳng này cung cấp phương tiện cho các hoạt động của nhà khai thác. Về mặt dịch vụ lớp này thực ra không cao hơn các lớp khác, vì nó không trực tiếp tăng cường các dịch vụ mà các lớp khác cung cấp cho người sử dụng. Lớp này được đặc trưng bởi phạm vi thời gian lâu hơn các lớp khác, thường từ vài giờ hay vài ngày đến vài năm. Tất nhiên nó quan hệ với OS. Ký hiệu: GMSC: Gate Mobile Services Switching Center - Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động cổng. Hình 1.8: Cấu trúc giao thức của hệ thống thông tin di động. Chương iI Hệ thống thông tin di động CDMA II.1. Giới thiệu II.1.1. Thủ tục thu phát tín hiệu trong hệ thống CDMA Công nghệ CDMA dựa trên kỹ thuật thông tin trải phổ. Trong thông tin trải phổ CDMA, nhiều người sử dụng chung thời gian và tần số, sử dụng mã PN (Mã giải ngẫu nhiên tạp âm) với sự tương quan chéo thấp được ấn định cho mỗi người sử dụng. Điều đó có nghĩa là thông tin truyền đi có thể được tất cả người sử dụng thu được nhưng chỉ có một người có thể giải mã được nhờ có khoá giải mã riêng của người đó. Trước đó phía phát sẽ trải phổ tín hiệu truyền có sử dụng mã PN nhất định còn phía thu sẽ tạo ra dãy mã ngẫu nhiên như ở đầu phát và khôi phục lại tín hiệu dự định nhờ việc trải phổ ngược các tín hiệu thu được. Trong hệ thống CDMA, thủ tục thu phát được thực hiện như sau: - Tín hiệu dữ liệu thoại (9,6 kbps) phía phát được mã hoá, lặp, chèn và nhân với sóng mang fc và mã PN ở tốc độ 1,2888 Mbps (128 x 9,6 kbps) - Tín hiệu đã được điều chế đi qua một bộ lọc băng thông có độ rộng băng thông là 1,25 MHz, sau đó được phát đi qua anten. - Tại phía thu, sóng mang và mã PN của tín hiệu thu được từ anten được đưa đến bộ tương quan qua bộ lọc băng thông là 1,25MHz và dữ liệu thoại mong muốn được tách ra để tái tạo lại dữ liệu thoại nhờ bộ tách chèn và giải mã. Mã hoá và chèn Dữ liệu 9,6Kb/s Lọc số Tách chốn và giải mã Nguồn PN 1,2288Mb/s 1,2288Mb/s Nguồn PN Sóng mang Hình 2.1: Sơ đồ phát và thu CDMA II.1.2. Các đặc điểm của hệ thống CDMA. a. Tính đa dạng phân tập Phân tập là hình thức để giảm fading, có 3 loại phân tập Phân tập theo thời gian: chèm mã, tách lỗi và mã sửa sai Phân tập theo tần số: tín hiệu băng rộng 1,25 MHz Phân tập theo khoảng cách: hai cặp anten thu của trạm gốc, bộ thu đa đường và kết nối với nhiều trạm gốc (chuyển vùng mềm) Bộ điều khiển đa đường tách dạng sóng PN nhờ sử dụng bộ tương quan song song. Máy di động sử dụng 3 bộ tương quan, trạm gốc sử dụng 4 bộ tương quan. Máy thu có bộ tương quan song song gọi là máy thu quét, nó xác định tín hiệu thu theo mỗi đường và tổ hợp, giải điều chế tất cả tín hiệu thu được. Fading có thể xác định trong mỗi tín hiệu thu nhưng không có sự liên quan giữa các đường thu. Vì vậy tổng các tín hiệu thu được có độ tin cậy cao vì khả năng có fading đồng thời trong tất cả các tín hiệu thu được. b. Điều khiển công suất trong CDMA. Hệ thống CDMA cung cấp chức năng điều khiển công suất 2 chiều từ trạm gốc đến máy di động và ngược lại để đảm bảo lưu lượng lớn, chất lượng thoại cao và các lợi ích khác. Điều khiển công suất sao cho tín hiệu phát của tất cả các máy trong vùng phục vụ có thể thu được với độ nhạy trung bình tại bộ thu của trạm gốc. Trạm gốc điều khiển công suất phát tới máy di động nhờ việc quy định công suất này tương ứng với công suất đo được tại máy di động. Do đó làm giảm công suất phát của máy di động rỗi hoặc ở gần trạm gốc, giảm fading và đa đường, giảm hiệu ứng bóng dâm, giảm giao thoa giữa các trạm gốc khác và công suất phát sẽ được cung cấp thêm cho những vùng thu tín hiệu bị gián đoạn và các máy di động ở xa có tỷ lệ lỗi cao. Dung lượng của hệ thống là tối đa khi tín hiệu truyền thu được tỷ số tín hiệu/giao thoa ở mức yêu cầu tối thiểu qua việc điều khiển công suất. c. Giá trị Eb/N0 thấp và chống lỗi Gb/N0 là tỷ số của năng lượng trên mõi bit đối với mật độ phổ công suất của tạp âm để so sánh hiệu suất của phương pháp điều chế và mã hoá số. Eb/N0 cũng tương tự như tỷ số sóng mang/tạp âm (C/I) của phương pháp FM analog. Do độ rộng băng tần rộng nên hệ thống CDMA có hiệu suất và độ dư mã sửa sai cao. Mã sửa sai sử dụng trong hệ thống CDMA cùng với giải điều chế số hiệu suất cao. Có thể tăng dung lượng và giảm công suất yêu cầu với máy phát nhờ giảm Eb/N0. d. Công suất phát thấp. Việc giảm tỷ số Eb/N0. Làm tăng dung lượng hệ thống và giảm công suất phát yêu cầu để khắc phục tạp âm và giao thoa. Giảm công suất phát yêu cầu sẽ làm tăng phạm vi phục vụ, dẫn tới giảm số trạm gốc so với các hệ thống khác. e. Mã hoá/ giải mã Bộ vocoder (mã hoá/ giải mã) có các tốc độ 8 kbps và 13 kbps. Dịch vụ thoại 2 chiều của tốc độ số liệu biến đổi cung cấp thông tin thoại có sử dụng thuật toán mã hoá/ giải mã thoại tốc độ số liệu biến đổi động giữa trạm gốc và máy di động. Vocoder phía phát lấy mẫu tín hiệu thoại tạo ra các gói tín hiệu thoại được mã hoá để truyền tới vocoder phía thu để được giải mã thành tín hiệu thoại. Thuật toán mã hoá/ giải mã là CELP (mã dự đoán tuyến tính), thuật toán dùng cho hệ thống CDMA là QCELP. Bộ vocoder 8 kbps có 4 nấc tốc độ 9,6; 4,8; 2,4; 1,2 Kpbs. f. Tái sử dụng tần số và vùng phủ sóng Tất cả các trạm gốc đều