Đề tài Mạng thông tin di động GSM

ơn HLR. Các chức năng VLR thường được liên kết với các chức năng MSC. 1.2.1.4. Trung tâm nhận thực AUC AUC quản lý các thông tin nhận thực và mật mã liên quan đến từng cá nhân thuê bao dựa trên một khoá nhận dạng bí mật để đảm bảo toàn số liệu cho các thuê bao được phép. Khoá này cũng được lưu giữ vĩnh cửu và bí mật trong bộ nhớ ở MS. Bộ nhớ này có dang Simcard có thể rút ra và cắm lại được. AUC có thể được đặt trong HLR hoặc MSC hoặc độc lập với cả hai. Khi dăng ký thuê bao, khoá nhận thực được ghi nhớ vào Simcard của thuê bao cùng với IMSI của nó. Đồng thời khoá nhận thực cũng được lưu giữ ở trung tâm nhận thực AUC để tạo ra bộ ba thông số cần thiết cho quá trình nhận thực và mật mã hoá: - Số ngẫu nhiên RAND - Mật khẩu SRES - Khoá mật mã 1.2.1.5. Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR Quản lý thiết bị di động được thực hiện bởi bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR. EIR lưu giữ tất cả các dữ liệu liên quan đến phần thiết bị di động ME của trạm di động MS. EIR được nối với MSC thông qua đường báo hiệu để kiểm tra sự được phép của thiết bị bằng cách so sánh tham số nhận dạng thiết bị di động quốc tế IMEI (International Mobile Equipment Identity) của thuê bao gửi tới khi thiết lập thông tin với số IMEI lưu giữ trong EIR phòng trường hợp đây là những thiết bị đầu cuối bị đánh cắp, nếu so sánh không đúng thì thiết bị không thể truy nhập vào mạng được. 1.2.2. Phân hệ trạm gốc BSS BSS thực hiện nhiệm vụ giám sát các đường ghép nối vô tuyến, liên kết kênh vô tuyến với máy phát và quản lý cấu hình của các kênh này. Đó là: - Điều khiển sự thay đổi tần số vô tuyến của đường ghép nối (Frequency Hopping) và sự thay đổi công suất phát vô tuyến. - Thực hiện mã hoá kênh và tín hiệu thoại số, phối hợp tốc độ truyền thông tin. - Quản lý quá trình chuyển giao Handover. - Thực hiện bảo mật kênh vô tuyến. Phân hệ BSS gồm hai khối chức năng: bộ điều khiển trạm gốc (BSC: Base Station Controller) và các trạm thu phát gốc (BTS: Base Transceiver Station). Nếu khoảng cách giữa BSC và BTS nhỏ hơn 10m thì các kênh thông tin có thể được kết nối trực tiếp (chế độ Combine), ngược lại thì phải qua một giao diện A-bis (chế độ Remote). Một BSC có thể quản lý nhiều BTS theo cấu hình hỗn hợp của 2 loại trên. 1.2.2.1. Trạm thu phát gốc BTS Một BTS bao gồm các thiết bị phát thu, anten và xử lý tín hiệu đặc thù cho giao diện vô tuyến. Có thể coi BTS là các Modem vô tuyến phức tạp có thêm một số các chức năng khác. Một bộ phận quan trọng của BTS là TRAU (Transcoder and Rate Adapter Unit: khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ). TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình mã hoá và giải mã tiếng đặc thù riêng cho GSM được tiến hành, ở 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 đặt cách xa BTS và thậm chí trong nhiều trường hợp được đặt giữa BSC và MSC. BTS có các chức năng sau: - Quản lý lớp vật lý truyền dẫn vô tuyến - Quản lý giao thức cho liên kết số liệu giữa MS và BSC - Vận hành và bảo dưỡng trạm BTS - Cung cấp các thiết bị truyền dẫn và ghép kênh nối trên giao tiếp A-bis 1.2.2.2. Bộ điều khiển trạm gốc BSC BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến qua các lệnh điều khiển từ xa 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 phía kia nối với MSC của SS. Trong thực tế, BSC là một tổng đài nhỏ có khả năng tính toán đáng kể. Một BSC có thể quản lý vài chục BTS tuỳ theo lưu lượng các BTS này. Giao diện giữa BSC và MSC là giao diện A, còn giao diện giữa nó với BTS là giao diện A-bis. Nhân viên khai thác có thể từ trung tâm khai thác và bảo dưỡng OMC nạp phần mềm mới và dữ liệu xuống BSC, thực hiện một số chức năng khai thác và bảo dưỡng, hiển thị cấu hình của BSC. BSC có thể thu thập số liệu đo từ BTS và BIE (Base Station Interface Equipment: Thiết bị giao diện trạm gốc), lưu trữ chúng trong bộ nhớ và cung cấp chúng cho OMC theo yêu cầu. 1.2.2.3. Bộ chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ TRAU Trong GSM, tín hiệu thoại trên giao diện vô tuyến được mã hoá ở tốc độ 13Kbps sử dụng mã hoá tiền định tuyến LPC. Để thích ứng tốc độ này các tốc độ mạng hội thoại cố định PSTN cần có bộ chuyển đổi mã TRAU để chuyển đổi giữa 13Kbps PCM giữa MS và MSC. TRAU có thể được đặt tại BTS, BSC hoặc tại MSC. Để giảm thiểu chi phí truyền dẫn, thường TRAU đặt ở MSC. Khi đó cần thêm báo hiệu bổ xung vào tiếng thoại 13Kbps để truyền thông tin điều khiển từ bộ chuyển đổi mã từ xa dặt ở BTS đến TRAU. 1.2.3. Trạm di động MS(Mobile Station) 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 môt 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 thiêt bị đầu cuối với kết cuối di động. Cần sử dụng bộ thích ứng đầu cuối khi giao diện ngoài trạm di động tuân theo tiêu chuẩn ISDN để đấu nối đầu cuối, còn thiết bị đầu cuối lại có thể giao diện đầu cuối – modem. 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. 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, mà tất cả các thông tin này được lưu trữ trong SIM. SIM thường được chế tạo bằng một vi mạch chuyên dụng gắn trên thẻ gọi là Simcard. Simcard 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. 1.2.4. Phân hệ khai thác OSS Phân hệ khai thác OSS thực hiện ba chức năng chính sau: Khai thác và bảo dưỡng mạng: 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 giữa hai ô…, nhờ vậy nhà khai thác có thể giám sát 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 tại, để chuẩn bị lưu lượng cho tương lai, để tăng vùng phủ. 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. Bảo dưỡng cũng bao gồm cả các hoạt động tại hiện trường nhằm thay thế thiết bị có sự cố. Hệ thống khai thác và bảo dưỡng có thể được xây dựng trên nguyên lý 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 ( các MSC, BSC, HLR và các phần tử mạng khác trừ BTS, vì thâm 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. Theo tiêu chuẩn GSM, hệ thống được gọi là OMC (Operation and Maintenance Center: Trung tâm khai thác và bảo dưỡng). Quản lý thuê bao: Bao gồm các hoạt động quản lý đăng ký thuê bao. Nhiệm vụ đầu tiên là nhập và xóa 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 có thể thâm nhập được tất cả các thông số nói trên. Một nhiệm vụ quan trọng khác của khai thác là tính cước các cuộc gọi. Cước phí phải được tính và gửi đến thuê bao. Quản lý thuê bao ở GSM chỉ liên quan đến HLR và một số thiết bị OSS riêng chẳng hạn mạng nối HLR với các thiết bị giao tiếp người máy ở các trung tâm giao dịch với thuê bao. Simcard cũng đóng vai trò như một bộ phận của hệ thống 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 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. Trong hệ thống GSM, EIR được 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 » 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 GSM 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. 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 GSM 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. 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 GSM 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 (3h28¢53²760ms) 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 ti