Đồ án Qui trình kiểm tra chất lượng trạm BTS

à MS hiện thời đang ở vùng MSC nào. Thông tin này sẽ thay đổi khi MS di chuyển. Khi đó MS sẽ gửi thông tin về vị trí (qua MSC/VLR) đến HLR của mình, nhờ vậy đảm bảo phương tiện để thu một cuộc gọi. Bộ đăng ký định vị tạm trú VLR Trong thời gian MS cập nhật vị trí, dữ liệu thuê bao được chuyển từ HLR đến VLR hiện tại. Dữ liệu này được lưu trữ trong VLR trong suốt thời gian mà MS di chuyển trong vùng này. VLR sẽ cung cấp dữ liệu cho thuê bao bất kỳ lúc nào nó cần cho việc xử lý một cuộc gọi. Nếu một thuê bao di động di chuyển đến vùng phục vụ VLR khác thì một cập nhật vị trí xảy ra lần nữa, VLR mới yêu cầu dữ liệu thuê bao từ HLR chịu trách nhiệm về thuê bao di động. AuC và EIR Một thuê bao muốn truy cập mạng, VLR kiểm tra SIM card của nó có được chấp nhận hay không, nghĩa là nó thực hiện một sự nhận thực. VLR sử dụng những thông số nhận thực, gọi là những bộ ba, nó được tạo ra một cách liên tục và riêng biệt cho mỗi thuê bao di động được cung cấp bởi trung tâm nhận thực AuC. AuC được kết hợp với HLR. EIR kiểm tra tính hợp lệ của thuê bao dựa trên yêu cầu đặc tính thiết bị di động quốc tế IMEI từ MS sau đó gửi nó tới bộ nhận dạng thiết bị EIR. Trong EIR, IMEI của toàn bộ thiết bị di động được phân chia thành ba danh sách: Danh sách màu trắng: chứa thiết bị di động được chấp nhận. Danh sách màu xám: chứa thiết bị di động được theo dõi. Danh sách màu đen: chứa thiết bị di động không được chấp nhận. EIR kiểm tra IMEI có thích hợp vào một trong ba danh sách hay không và chuyển kết quả tới MSC. HỆ THỐNG OSS Được nối đến tất cả các thiết bị ở hệ thống chuyển mạch và nối đến BSC. OSS có ba chức năng đó là: Chức năng khai thác và bảo dưỡng: giám sát toàn bộ chất lượng dịch vụ (như tải lưu lượng, mức độ nghẽn, số lượng chuyển giao) và kịp thời xử lý sự cố. Ngoài ra cón bao gồm việc thay đổi cấu hình để giải quyết những vấn đề hiện tại đặt ra, để tăng lưu lượng trong tương lai, tăng diện tích phủ sóng. Chức năng quản lý thuê bao: việc quản lý đăng ký thuê bao bắt đầu từ việc xâm nhập và xóa thuê bao, xác định tính dịch vụ và tính năng bổ sung. Quản lý thuê bao còn bao gồm việc tính cước. Trong môi trường di động, các MSC và GMSC đều tính cước cuộc gọi di động. Tuy nhiên mạng cần tập trung dữ liệu tính cước đối với mỗi thuê bao MS vào một trung tâm rồi từ đó gửi đến thuê bao. Quản lý thuê bao do HLR và một số thiết bị chuyên dụng OSS đảm trách, trong đó có các trạm công tác (giao tiếp người-máy) ở các trung tâm giao dịch với thuê bao. Chức năng quản lý MS: Thanh ghi nhận dạng thiết bị lưu giữ số liệu vê thiết bị ME của MS. SIM của MS phục vụ giám sát thuê bao. SIM có thể tách khỏi ME cụ thể hoặc chuyển từ ME này sang ME khác, nên EIR kiểm tra sự hợp lệ của thiết bị. Với chức năng này, EIR thuộc về OSS. (Xem hình 1.2). Hình 1.2 - Mô hình hệ thống mạng GSM. HỆ THỐNG GPRS Đối với hệ thống GSM, tốc độ truyền dữ liệu được giới hạn là 9.6 kbps, với hình thức chuyển mạch mạch. Hệ thống GPRS (General Packet Radio Service) : dịch vụ vô tuyến gói chung sẽ là giải pháp để đáp ứng đòi hỏi cho việc truyền dữ liệu tốc độ cao dựa trên mạng chuyển mạch gói. Tốc độ dữ liệu có thể lên đến 160 kbps. Khi tốc độ dữ liệu tăng lên thì ta có thể tích hợp được nhiều dịch vụ số trên mạng. Lúc này trên mạng PLMN tồn tại hai hệ thống song song: + Hệ thống chuyển mạch mạch cho thoại. + Hệ thống chuyển mạch gói cho dữ liệu. Thành phần của hệ thống GPRS MFS: Multi BSS Fast Packet Server Thực hiện những chức năng điều khiển gói. Quản lý tài nguyên vô tuyến cho GPRS cho một vài BSS. Quản lý giao diện với GPRS. SGSN: Serving GPRS Support Node Định tuyến gói MS. Điều khiển thâm nhập, điều khiển bảo vệ. Giao diện với HLR. VLR cho GPRS. GGSN: Gateway GPRS Support Node Là phần của mạng GPRS. Định tuyến IP, link tới một hoặc vài mạng dữ liệu. Làm việc với mạng chuyển mạch gói bên ngoài. CẤU TRÚC ĐỊA LÝ CỦA MẠNG GSM Mỗi mạng điện thoại đều cần một cấu trúc nhất định để định tuyến các cuộc gọi vào đến tổng đài cần thiết và cuối cùng là đến thuê bao bị gọi. Ở mạng di động, cấu trúc này rất quan trọng do tính lưu thông của các thuê bao trong mạng. 1.2.6.1 Vùng mạng: Tổng đài vô tuyến cổng GMSC Các đường truyền giữa mạng GSM/PLMN và mạng PSTN, ISDN hay các mạng PLMN khác sẽ ở mức tổng đài trung kế quốc gia hay quốc tế. Tất cả các cuộc gọi vào cho mạng GSM/PLMN sẽ được định tuyến đến GMSC. Tại đây sẽ cho phép hệ thống định tuyến cuộc gọi đến nơi nhận cuộc gọi cuối cùng là trạm di động MS được gọi. (Xem hình 1.3). Hình 1.3 - Liên lạc giữa mạng GSM/PLMN và các mạng công cộng khác. Vùng phục vụ MSC/VLR Vùng MSC là bộ phận của mạng và được quản lý bởi một MSC. Để định tuyến một cuộc gọi đến một thuê bao di động, đường truyền qua mạng sẽ nối đến MSC ở vùng MSC nơi thuê bao đang có mặt. Vùng phục vụ là bộ phận của mạng được định nghĩa như là một vùng mà ở đó trạm di động MS có thể vào được do MS đã được đăng ký trong bộ ghi định vị tạm trú VLR. Một vùng mạng GSM/PLMN được chia thành một hay nhiều vùng phục vụ MSC/VLR. (Xem hình 1.4) Hình 1.4 - Các vùng phục vụ (MSC/VLR) I-IV của GSM/PLMN. 1.2.6.3 Vùng định vị (Location Area_LA) Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR được chia thành một số vùng định vị.Vùng định vị là nơi trạm di động có thể chuyển động tự do mà không cập nhật thông tin về vị trí cho tổng đài MSC/VLR. Vùng định vị là vùng mà ở đó một thông báo tìm gọi sẽ được phát quảng bá để tìm thuê bao di động bị gọi. Vùng định vị có thể có một số ô và phụ thuộc vào một hay vài BSC nhưng nó chỉ phụ thuộc vào một MSC/VLR. (Xem hình 1.5). Vùng định vị được hệ thống sử dụng để tìm một thuê bao đang ở trạng thái hoạt động. Vùng định vị được chia thành những cell. Cell là một vùng bao phủ sóng được mạng nhận dạng bằng nhận dạng cell toàn cầu (Cell Global Identity_CGI). Hình 1.5 - Phân chia vùng phục vụ (MSC/VLR) thành các vùng định vị LA. LIÊN KẾT VÔ TUYẾN: Hiệp hội liên lạc viễn thông quốc tế (ITU), quản trị chỉ định phổ vô tuyến quốc tế chỉ định băng thông 890-915 MHz dùng cho kênh uplink (trạm di động tới trạm gốc) và 935-960 MHz dùng cho kênh downlink (trạm gốc đến trạm di động) cho mạng di động Châu Âu. Vì tầm này đã được sử dụng đầu những năm 1980 bằng hệ thống analog, hội nghị bưu chính và viễn thông Châu Âu (CEPT) đã dành trước 10 MHz đầu của mỗi băng tần trên cho mạng GSM. Cuối cùng, GSM được chỉ định toàn bộ băng thông 2x25 MHz. ĐA TRUY CẬP VÀ CẤU TRÚC KÊNH Vì phổ vô tuyến là tài nguyên hữu hạn dùng chung cho tất cả thuê bao, một phương pháp phải đưa ra là chia băng thông để càng nhiều thuê bao sử dụng càng tốt. GSM đã chọn phương pháp kết hợp đa truy cập phân chia theo tần số và thời gian (FDMA/TDMA). FDMA bao gồm chia tần số băng thông tối đa 25 MHz thành 124 tần số sóng mang cách nhau 200 KHz. Một BS có thể có một hoặc nhiều tần số sóng mang và sử dụng kỹ thuật TDMA chia kênh vô tuyến 200 KHz thành 8 khe thời gian (tạo 8 kênh logic). Do đó một kênh logic được định nghĩa bằng tần số và số khe thời gian của khung TDMA. Bằng cách áp dụng 8 khe thời gian, mỗi kênh phát dữ liệu số theo từng chuỗi Burst ngắn: đầu cuối GSM chỉ phát 1 trong 8 khe thời gian đó. Tám khe TDMA cùng với 248 kênh bán song công vật lý tương ứng với tổng cộng 1984 kênh bán song công logic. Điều này tương ứng với 283 (=1984/7) kênh bán song công logic mỗi cell vì mỗi cell chỉ sử dụng 1/7 tổng số tần số. (Xem hình 1.6). Hình 1.6 - Sơ đồ phân chia tần số theo cell. Bảy tập tần số đủ để phủ một vùng lớn tùy ý, do khoảng cách lặp lại d phải lớn hơn hai lần bán kính lớn nhất phủ bởi mỗi máy phát. Mỗi kênh tần số được phân đoạn thành 8 khe thời gian có chiều dài bằng 0.577ms (=15/26ms). Tám khe tạo thành một khung TDMA dài 4.615ms (=120/26ms). Mỗi khe được lặp lại sau 4.615ms tạo thành một kênh cơ bản. Hệ thống GSM phân biệt giữa kênh lưu lượng (Traffic Channel_TCH) dùng cho dữ liệu thuê bao và kênh điều khiển (Control Channel_CCH) dùng cho các thông điệp quản lý mạng. Kênh lưu lượng (Traffic Channel_TCH) Kênh lưu lượng dùng để chuyển âm thoại và dữ liệu. TCH định nghĩa sử dụng 26 khung đa khung (nghĩa là một nhóm 26 khung TDMA). Chiều dài của 26 khung đa khung là 120ms, là chiều dài của một chu kỳ burst (120ms/26 khung/8 chu kỳ burst mỗi khung). Trong 26 khung đó thì 24 khung dùng để lưu thông, một khung dùng cho kênh điều khiển liên kết chậm (Slow Associated Control Channel_SACCH) và một khung chưa dùng. (Xem hình 1.7). Tuyến lên và tuyến xuống cách nhau một khoảng thời gian 3 burst để thuê bao không phát và thu đồng thời, đơn giản hóa mạch điện tử. Hình 1.7 - Cấu trúc khung TDMA. Dữ liệu được truyền trong các burst đặt trong các khe thời gian. Tốc độ bit truyền là 271 kbps (chu kỳ bit là 3.79 ms). Do sai số theo thời gian, phân tán thời gian…, burst dữ liệu hơi ngắn hơn khe thời gian. (148 thay vì 156.25 chu kỳ bit trong một khe thời gian). Kênh điều khiển (Control Channel_CCH) Các kênh chung di động có thể truy cập ở cả chế độ nghỉ Idle và chế độ dành riêng. Các kênh chung di động sử dụng ở chế độ nghỉ trao đổi thông tin báo hiệu cần thiết để chuyển qua chế độ nhận riêng. Di động đã ở trong chế độ dành riêng giám sát các trạm gốc xung quanh để trao tay và các thông tin khác. Các kênh chung có 51 khung đa khung để dành riêng di động sử dụng cấu trúc TCH 26 khung đa khung có thể vẫn giám sát kênh điều khiển. Các kênh chung bao gồm: Kênh điều khiển quảng bá (Broadcast Control Channel_BCCH): phát quảng bá các thông tin chung về tần số của cell lân cận, thông số dải quạt của cell và các thông số phục vụ việc truy cập, mã vùng định vị (Location Area Code_LAC), mã mạng di động (Mobile Network Code_MNC). Các bản tin này gọi là các thông tin hệ thống. Kênh hiệu chỉnh tần số (Frequency Correction Channel_FCCH) và kênh đồng bộ (Synchronisation Channel_SCH): sử dụng để đồng bộ di động với cấu trúc khe thời gian của cell bằng cách định nghĩa các biên của chu kỳ burst, và số khe thời gian. Mỗi cell trong mạng GSM phát chính xác một FCCH và một SCH dùng định nghĩa khe thời gian thứ 0 (trong một khung TDMA). Kênh tìm gọi (Paging Channel_PCH): được BTS dùng để gọi tìm MS (hướng xuống). Kênh truy cập ngẫu nhiên (Random Access Channel_RACH): là kênh hướng lên để MS yêu cầu một kênh dành riêng, yêu cầu này được thể hiện trong bản tin đầu của MS gửi tới BTS trong quá trình thực hiện cuộc gọi. Kênh cho phép truy nhập (Access Grant Channel_AGCH): là kênh hướng xuống mang tin tức phúc đáp của BTS đối với bản tin yêu cầu của MS, trả lời và chỉ định một kênh điều khiển dành riêng đứng một mình (Standalone Dedicated Control Channel_SDCCH) theo yêu cầu của MS trên kênh RACH. Kênh điều khiển dành riêng đứng một mình (Standalone Dedicated Control Channel_SDCCH): kênh này chỉ được sử dụng dành riêng cho báo hiệu với một MS. SDCCH được sử dụng cho các thủ tục cập nhật vị trí, đăng ký và thiết lập cuộc gọi, phục vụ bảo dưỡng kênh. Kênh điều khiển liên kết chậm (Slow Associated Control Channel_SACCH): kênh này liên kết với một kênh TCH hay một kênh SDCCH. Các phần tử mạng thông tin di động đối thoại nhau qua SACCH. Đây là một kênh số liệu liên tục để mang các thông tin liên tục như các bản tin báo cáo đo lường, định trước thời gian và điều khiển công suất. SACCH sử dụng cho cả đường lên và đường xuống. Kênh điều khiển liên kết nhanh (Fast Associated Control Channel_FACCH): kênh này liên kết với một kênh TCH. FACCH làm việc ở chế độ lấy cắp bằng cách thay đổi lưu lượng tiếng hay số liệu bằng báo hiệu. FACCH khác SDCCH ở chỗ là SDCCH tồn tại sẵn, còn FACCH chỉ thiết lập theo kiểu trưng dụng (lấy lén) TCH. FACCH cần cho các bản tin khẩn và dài phục vụ chuyển giao. FACCH chiếm chỗ của TCH trong burst và chỉ báo việc đó bằng cờ lấy lén S. CẤU TRÚC BURST Burst là đơn vị phát của GSM. Một burst thông thường (Normal Burst_NB) chứa hai gói 58 bit (57 bit dữ liệu được mã hóa + 1 bit lấy cắp S (Stealing bit)) và một chuỗi huấn luyện 26 bit. Ba bit đuôi T được thêm vào mỗi bên. (Xem hình 1.8). Hình 1.8 - Cấu trúc của Normal Burst. Bit đuôi T: là thời gian phòng vệ, tương ứng đầu và cuối của burst. Các bit T đều bằng 0. Dữ liệu được mã hóa: gồm 2x57 bit bao gồm không chỉ dữ liệu người dùng mà còn có các bit thêm vào trong quá trình mã hóa kênh. Bit lấy cắp S: cho biết burst có bị lấy cắp cho báo hiệu FCCH hay không vì thông thường burst được sử dụng cho lưu lượng. Chuỗi huấn luyện 26 bit: là một chuỗi biết trước dùng so sánh với chuỗi tín hiệu thu được để xây dựng lại tín hiệu gốc. Đây là chuỗi cố định được MS và BTS biết trước. Có 8 chuỗi huấn luyện khác nhau trong GSM. Các MS trong một cell đều dùng chung một chuỗi huấn luyện đặc trưng cho cell đó. Chuỗi này thường được chọn sao cho là duy nhất và không thể nhầm lẫn với các dữ liệu khác trong burst. CÁC ĐẶC TÍNH CỦA GSM: BIẾN ĐỔI ÂM THOẠI SANG SÓNG VÔ TUYẾN Quá trình biến đổi âm thoại sang sóng vô tuyến trải qua nhiều giai đoạn và ngược lại.(Xem hình 1.9). Hình 1.9 - Quá trình biến đổi âm thoại sang sóng vô tuyến và ngược lại. Mã hóa âm thoại GSM GSM là một hệ thống số mà âm thoại lại là tín hiệu tương tự nên phải được số hóa. Phương pháp mà ISDN và hệ thống điện thoại hiện tại dùng cho các đường ghép kênh thoại truyền qua trung kế tốc độ cao, cáp quang là điều chế mã xung PCM. PCM có tốc độ là 64 kbps, là một tốc độ cao có thể truyền qua lien kết vô tuyến. GSM có nhiều thuật toán mã hóa tiếng nói trên cơ sở chất lượng tiếng nói thực và độ phức tạp (lien quan đến giá cả, xử lý độ trễ và tiêu thục công suất) trước khi đưa đến chọn lựa phương pháp kích xung đều – mã hóa dự đoán tuyến tính (RPE – LPC) với vòng dự đoán dài. Về cơ bản, thông tin từ các mẫu trước, không thay đổi nhanh, dùng để dự đoán mẫu hiện tại. Các hệ số kết hợp tuyến tính của các mẫu trước đó, cộng thêm dạng mã hóa của phần còn lại, sai số giữa mẫu dự đoán và mẫu thực, sẽ biểu diễn tín hiệu. Tiếng nói lấy mẫu chu kỳ là 20ms, mỗi mẫu mã hóa thành 260 bit, với tốc độ bit là 13 kbps. Đây là mã hóa tuyến nói toàn tốc (Full Rate_FR). Gần đây, vài nhà điều hành GSM1900 Bắc Mỹ thực hiện thuật toán mã hóa toàn tốc cấp cao (EFR). Phương pháp này tăng tốc độ tiếng nói dựa trên tốc độ đang sử dụng 13 kbps. Mã hóa kênh truyền GSM Mã kênh truyền thêm các bit dư vào dòng dữ liệu cho phép phát hiện, thậm chí cả sửa lỗi bit sinh ra trong quá trình truyền. Thuật toán mã hóa tiếng nói đưa ra một khối 260 bit trên 20ms, nghĩa là tốc độ bit 13 kbps. Trong bộ giải mã, các khối bit tiếng nói được giải mã và biến đổi thành những mẫu tiếng nói mã đồng dạng 13 bit. 260 bit của khối tiếng nói được phân thành hai nhóm: (Xem hình 1.10). 78 bit loại II ít quan trọng và không được bảo vệ. 182 bit loại I được cắt thành 50 bit loại Ia và 132 bit loại Ib. Hình 1.10 - Chia khối tiếng nói thành các nhóm. Đầu tiên các bit loại Ia được bảo vệ bởi 3 bit parity để phát hiện lỗi. Sau đó các bit loại Ib được cộng vào them 4 bit đuôi trước khi đưa vào mã chập với tốc độ r=1/2 và chiều dài bắt buộc k=5. Kết quả 378 bit cộng vào với 78 bit loại II bảo vệ cho kết quả là một khung mã tiếng nói hoàn toàn 456 bit. (Xem hình 1.11). Hình 1.11 - Kết quả được khung tiếng nói 456 bit. Mã phát hiện lỗi GSM chuẩn dùng mã 3 bit lỗi dư để cho phép đánh giá sự chính xác của bit trong khung thoại (50 bit loại Ia). Nếu một bit bị sai, thì điều này sẽ tạo một nhiễu lớn thay cho phần tiếng nói 20ms. Phát hiện những lỗi này cho phép khối bị sai được thay thế bằng một vài nhiễu ít hơn (như là một phép ngoại suy của khối suy đoán). Đa thức trình bày mã phát hiện loại bit Ia là G(X) = X3 + X + 1. Ở bên thu, hoạt động tương tự và nếu phép chia có dư, lỗi được phát hiện và khung tần số âm thanh loại bỏ cuối cùng. Mã hóa chập/Giải mã Trong quá trình truyền, mã hóa chập là kết quả phép chập của chuỗi tín hiệu sử dụng các công thức tích chập khác nhau. Mã chập GSM có thêm 4 bit (mức 0) vào đầu chuỗi 185 bit, và sau đó áp dụng hai biểu thức tích chập khác nhau : G1(X) = X4 + X3 + 1 và G2(X) = X4 + X3 + X + 1. Kết quả cuối cùng gồm 2 chuỗi 189 bit. Bộ giải mã chập có thể sử dụng thuật toán Viterbi, bộ giải mã logic Viterbi khảo sát song song mỗi dữ liệu của user trong chuỗi. Nó mã hóa và so sánh mỗi dữ liệu dựa vào chuỗi thu được và chọn ra giá trị phù hợp nhất: đó là bộ giải mã khả năng có thể xảy ra lớn nhất. Để làm giảm độ phức tạp (số chuỗi dữ liệu có thể nhân đôi với mỗi bit dữ liệu thêm vào), bộ giải mã nhận ra thời điểm chuỗi không thuộc vào đường có khả năng xảy ra lớn nhất và hủy chuỗi này đi. Bộ nhớ mã hóa được giới hạn k bit, bộ giải mã Viterbi hoạt động lớn nhất chỉ giữ 2k-1 đường. Độ phức tạp của nó tăng theo hàm mũ của k. Tốc độ mã hóa chập GSM trên dòng dữ liệu là 378 bit trên mỗi 20ms, nghĩa là 18.9 kbps. Tuy nhiên, trước khi điều chế tín hiệu này, 78 bit loại II không bảo vệ được cộng thêm vào. Do đó tốc độ bit GSM là 456 bit trên mỗi 20ms, nghĩa là 22.8 kbps. Đan xen và rút ra (Interleaving/De-Interleaving) Đan xen có nghĩa là vị trí các bit liên quan không tương quan trong từ mã và trong các burst vô tuyến đã điều chế. Mục tiêu của thuật toán đan xen là tránh rủi ro mất những bit dữ liệu liên tiếp. Các khối tiếng nói toàn tốc GSM đan xen vào 8 burst: 456 bit của một khối được chia thành 8 burst trong các khối con 57 bit. Một khối con định nghĩa là các bit được đánh số chẵn hoặc lẽ của dữ liệu đã mã hóa trong một burst. Các burst khác nhau mang một khối con 57 bit và trong các khung TDMA khác nhau. Vì thế, một burst chứa hai khối tiếng nói liên tiếp nhau A và B. Để triệt sự liên quan của những bit liên tiếp nhau, các bit của khối A ở vị trí chẵn trong burst và các bit của khối B ở vị trí lẻ. (Xem hình 1.12). Rút ra là quá trình ngược lại. Trở ngại chính của quá trình đan xen là độ trễ tương ứng: thời gian truyền từ burst thứ nhất đến burst cuối cùng trong một khối bằng 8 khung TDMA (nghĩa là khoảng 37ms). Hình 1.12 - Thuật toán đan xen bit. Mã hóa/Giải mã Một biện pháp bảo mật được giới thiệu trong GSM là mã hóa đường truyền. Phương pháp mã hóa không phụ thuộc vào loại dữ liệu được phát đi (âm thoại, dữ liệu hoặc báo hiệu) nhưng chỉ áp dụng cho những burst thông thường. Mã hóa bằng cách thực hiện phép XOR giữa chuỗi giả ngẫu nhiên và 114 bit cần truyền của một burst thông thường (nghĩa là tất cả các bit thông tin ngoại trừ 2 bit cờ dư). Chuỗi giả ngẫu nhiên được lấy từ số burst và một phiên khóa thành lập trước qua ý nghĩa báo hiệu. Giải mã cũng đi theo một trình tự như vậy. Điều chế - Giải điều chế GSM sử dụng phương pháp điều chế GMSK với hệ số điều chế h = 0.5, B.T = 0.3 (băng thông bộ lọc nhân với chu kỳ bit) và tốc độ điều chế 271 kbps. Phương pháp điều chế GMSK được chọn vì dung hòa giữa công suất phổ khá cao (1bit/Hz) và độ phức tạp giải điều chế hợp lý. (Xem hình 1.13). Đường bao hằng số cho phép sử dụng những bộ khuếch đại công suất đơn giản và bức xạ ngoài dải băng thấp nhất gây ảnh hưởng nhiễu lên kênh kế cận. GMSK khác MSK là sử dụng bộ lọc Gauss trước điều chế. Đáp ứng xung miền thời gian của bộ lọc được cho trong phương trình sau, với và B là băng thông nửa công suất. Hình 1.13 - Sơ đồ khối bộ điều chế GMSK trong GSM. Mức công suất RF Các thiết bị vô tuyến trong GSM có thể được phân loại dựa vào những mức công suất khác nhau tương ứng với các mức công suất phát. Đặc điểm của các mức công suất ở trạm di động và trạm gốc. Mức công suất trạm di động nhỏ nhất là 20mW (13dBm). (Xem hình 1.14). Hình 1.14 - Các mức công suất trong hệ thống GSM. Cân bằng đa đường Ở tần số 900 MHz, sóng vô tuyến bị tán xạ do cao ốc, đồi núi, xe cộ, máy bay…Do đó có nhiều tín hiệu phản xạ, mỗi tín hiệu có pha khác nhau đến anten. Ta sử dụng bộ cân bằng lấy ra tín hiệu mong muốn từ các sóng phản xạ. Bộ cân bằng hoạt động tìm ra tín hiệu phát biết trước bị méo dạng do fading đa đường và xây dựng bộ lọc ngược và lấy ra phần còn lại của tín hiệu mong muốn. Tín hiệu biết trước này là một chuỗi huấn luyện 26 bit phát giữa mỗi burst khe thời gian. Cấu trúc của bộ cân bằng không nêu rõ trong bảng chi tiết GSM. NHẢY TẦN Trạm di động có đặc tính biến đổi nhanh, nghĩa là nó có thể di chuyển giữa các khe thời gian phát, thu và giám sát trong một khung TDMA, thường ở những tần số khác nhau. GSM sử dụng khả năng chuyển tần nhanh để thực hiện nhảy tần chậm mà di động và BTS phát trên các tần số sóng mang khác nhau trong khung TDMA. Thuật toán nhảy tần phát trên kênh quảng bá điều khiển (BCCH). Vì fading đa đường phụ thuộc vào tần số sóng mang, nhảy tần chậm sẽ làm giảm bớt vấn đề này. Hơn nữa nhiễu đồng kênh có đặc tính ngẫu nhiên. BĂNG TẦN CỦA HỆ THỐNG GSM Hiện nay trên thế giới, GSM có các băng tần: GSM 850MHz, 900MHz, 1800MHz và 1900MHz. (Xem hình 1.15). Hình 1.15 - Các băng tần của hệ thống GSM. Hệ thống thông tin di động GSM 900MHz là hệ thống thông tin di động dùng băng tần xung quanh băng tần 900MHz (890-960 MHz) được chia thành hai dãy tần: Dãy tần từ 890 đến 915 MHz dùng cho đường lên từ MS đến BTS (uplink). Dãy tần từ 935 đến 960 MHz dùng cho đường xuống từ BTS đến MS (downlink). Khoảng cách giữa các sóng mang trong hệ thống GSM là 200 KHz mà hệ thống GSM 900 có hai băng tần rộng 25MHz bao gồm 25MHz/200KHz = 125 kênh. Trong đó kênh 0 là dãy bảo vệ còn các kênh từ 1 đến 124 được gọi là kênh tần số vô tuyến tuyệt đối. Ở Việt Nam, băng tần GSM900 được cấp cho 3 nhà khai thác với sự phân chia như sau: QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÔ TUYẾN VÀ QUẢN LÝ DI ĐỘNG Bảo đảm truyền thoại hay dữ liệu với chất lượng cho trước qua liên kết vô tuyến chỉ là một phần chức năng của mạng di động tế bào. GSM có thể di chuyển không phân biệt trong nước hay quốc tế, yêu cầu có chức năng đăng ký, nhận thực, định tuyến cuộc gọi, cập nhật vị trí và được chuẩn hóa trong mạng GSM. Hơn nữa, mạng phủ trên một vùng địa lý chia ra thành các cell đòi hỏi phải thực hiện cơ cấu trao tay. Hệ thống mạng con thực hiện các chức năng này, sử dụng chính phần ứng dụng di động (MAP) xây dựng trong hệ thống báo hiệu số 7. (Xem hình 1.16). Hình 1.16 - Cấu trúc giao thức báo hiệu trong mạng GSM. Giao thức báo hiệu trong GSM chia thành ba lớp tổng quát, phụ thuộc vào giao tiếp như trong hình bên, lớp một là lớp vật lý dùng giao tiếp không trung. Lớp hai là lớp liên kết dữ liệu. Thông qua giao tiếp Um, lớp liên kết dữ liệu là một phiên bản sửa đổi của giao thức LAPD (các thủ tục truy tìm ở kênh D), sử dụng ISDN gọi là LAPDm (các thủ tục truy cập đường truyền ở kênh Dm). Thông qua giao tiếp A, lớp hai sử dụng phần truyền bản tin (MTP) của hệ thống báo hiệu số 7. Giao thức báo hiệu GSM ở lớp ba được chia thành ba lớp con: Quản lý tài nguyên vô tuyến: điều khiển thiết lập, duy trì, chấm dứt kênh vô tuyến và cố định gồm cả trao tay. Quản lý di động: quản lý việc cập nhật vị trí và thủ tục đăng ký cũng như bảo mật và nhận thực. Quản lý nối thông: điều khiển cuộc gọi tổng quát, tương tự với khuyến nghị Q.931 CCITT, và quản lý các dịch vụ bổ sung và dịch vụ bản tin ngắn. Báo hiệu giữa toàn bộ các khối khác nhau trong các phần cố định của mạng, như giữa HLR và VLR, thực hiện thông qua phần ứng dụng di động (MAP). MAP được xây dựng trên phần ứng dụng khả năng chuyển tác (TCAP), lớp trên cùng của hệ thống báo hiệu số 7. Bản chi tiết kỹ thuật của MAP rất phức tạp, là một trong những tài liệu dài nhất trong các khuyến nghị của GSM. Lớp quản lý tài nguyên vô tuyến RR Lớp quản lý tái nguyên vô tuyến (RR) giám sát việc thành lập một kết nối, cả vô tuyến và cố định, giữa trạm di động và MSC. Các thành phần chức năng chính gồm trạm di động, phân hệ trạm gốc và MSC. Lớp RR phụ trách quản lý một phiên RR là thời điểm di động chuyển qua chế độ dành riêng, cũng như cấu hình của kênh vô tuyến gồm chỉ định các kênh dành riêng. Một phiên RR luôn luôn bắt đầu khi trạm di động đi qua thủ tục truy cập, hoặc một cuộc gọi đi, hoặc trả lời thông điệp nhắn tin. Chi tiết các thủ tục truy cập và nhắn tin, như khi một kênh dành riêng thực sự gán cho di động và cấu trúc kênh nhắn tin con, được xử lý trong lớp RR. Hơn nữa, phiên xử lý quản lý các đặc trưng vô tuyến như điều khiển công suất, truyền và nhận gián đoạn, điều chỉnh thời gian. Trao tay (HANDOVER) Trong một mạng tế bào, yêu cầu liên kết vô tuyến và cố định không luôn luôn chỉ rõ trong suốt cuộc gọi. Trao tay là chuyển mạch một cuộc gọi từ một kênh hay một cell khác. Sự thực hiện và các phép đo yêu cầu cho việc trao tay là một trong các chức năng cơ bản của lớp RR. Có 4 loại trao tay trong hệ thống GSM, gồm chuyển một cuộc gọi giữa: Các kênh (các khe thời gian) trong cùng một cell. Các cell (các trạm thu phát gốc) dưới sự điều khiển của cùng một BSC. Các cell dưới sự điều khiển của các BSC khác nhau nhưng cùng một MSC. Cell dưới sự điều khiển của các MSC khác nhau. Hai loại trao tay đầu tiên gọi là trao tay trong, chỉ trong một BSC. Để tiết kiệm băng thông báo hiệu, BSC quản lý hai loại này, không liên quan đến MSC, trừ khi thông báo với MSC là đã hoàn tất trao tay. Hai loại trao tay cuối gọi là trao tay ngoài, được xử lý giữa các MSC. Một vấn đề quan trọng trong GSM là MSC neo, duy trì trách nhiệm còn lại cho hầu hết các chức năng liên quan đến cuộc gọi, ngoại trừ các trao tay giữa BSC đến sau dưới sự điều khiển của MSC mới. MSC hoặc thuê bao có thể bắt đầu thực hiện trao tay. Trong suốt các khe thời gian nghỉ