Đồ án Tổng quan về hệ thống thông tin di động GSM

uyển mạch nhưng có khả năng quản lý hàng trăm ngàn thuê bao. Các thông tin lưu trữ trong HLR bao gồm: Các số nhận dạng: IMSI, MSISDN. Các thông tin về thuê bao. Danh sách các dịch vụ mà MS được sử dụng và bị hạn chế. Số hiệu VLR đang phục vụ MS. Một chức năng con của HLR là nhận dạng trung tâm nhận thực AuC, nhiệm vụ của trung tâm này là quản lý an toàn số liệu của các thuê bao được phép. HLR còn chứa những cơ sở dữ liệu bậc cao của tất cả các thuê bao trong GSM. Những dữ liệu này được truy nhập từ xa bởi các MSC và VLR của mạng. Bộ ghi định vị tạm trú VLR (Visitor Location Register): VLR là cơ sở dữ liệu thứ hai trong GSM, chứa thông tin về tất cả các MS hiện đang ở vùng phục vụ của MSC tương ứng và đồng thời lưu trữ số liệu về vị trí của các thuê bao nói trên ở mức độ chính xác hơn HLR. Mỗi MSC có một VLR, thường thiết kế VLR ngay trong MSC. Vì vậy các chức năng của VLR thường được liên kết với các chức năng của MSC. Ngay cả khi MS lưu động vào một vùng MSC mới. VLR liên kết với MSC sẽ yêu cầu số liệu về MS từ HLR. Đồng thời HLR sẽ được thông báo rằng MS đang ở vùng MSC nào. Nếu sau đó MS muốn thực hiện một cuộc gọi thì VLR sẽ có tất cả các thông tin cần thiết để thiết lập một cuộc gọi mà không cần hỏi HLR. Có thể coi VLR như một HLR phân bố. VLR chứa thông tin chính xác hơn về vị trí MS ở vùng MSC. Nhưng khi thuê bao tắt máy hay rời khỏi vùng phục vụ của MSC thì các số liệu liên quan tới nó cũng hết giá trị. Nói cách khác, VLR là cơ sở dữ liệu trung gian lưu trữ tạm thời thông tin về thuê bao trong vùng phục vụ MSC/VLR được tham chiếu từ cơ sở dữ liệu HLR. VLR bao gồm: Các số nhận dạng: IMSI, MSISDN, TMSI. Số hiệu nhận dạng vùng định vị đang phục vụ MS. Danh sách các dịch vụ mà MS được và bị hạn chế sử dụng. Trạng thái của MS (bận: busy; rỗi: idle). Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR (Equipment Indentity Register): 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 các trạm MSC thông qua đường báo hiệu để kiểm tra tính hợp lệ của ME thông qua số liệu nhận dạng di động quốc tế IMEI (International Mobile Equipment Indentity) của thuê bao gửi tới khi thiết lập thông tin với số IMEI lưu trữ 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. Hơn nữa EIR còn chứa các số liệu về phần cứng của thiết bị. Một ME sẽ có số IMEI thuộc một trong ba danh sách sau: Nếu ME thuộc danh sách trắng (White list) thì nó vẫn được quyền truy nhập và sử dụng dịch vụ đã đăng ký. Nếu ME thuộc danh sách xám (Gray List), tức là có nghi vấn và cần kiểm tra. Danh sách xám bao gồm những ME có lỗi (lỗi phần mềm hay lỗi sản xuất thiết bị) nhưng không nghiêm trọng tới mức loại trừ khỏi hệ thống. Nếu ME thuộc danh sách đen (Black List) có nghĩa là bị cấm không cho truy nhập vào hệ thống, những ME đã thông báo mất máy. Khối trung tâm nhận thực AuC (Aunthentication Center): AuC được kết nối đến HLR, chức năng của AuC là cung cấp cho HLR các tần số nhận thực và các khóa mật mã để sử dụng cho bảo mật. Đồng thời các AuC quản lý các thông tin nhận thực và mật mã liên quan đến từng cá nhân thuê bao dựa trên một khóa nhận dạng bí mật Ki để đảm bảo an toàn số liệu cho các thuê bao được phép. Khóa này cũng được lưu giữ vĩnh cửu và bí mật trong bộ nhớ ở MS. Bộ nhớ này có dạng Simcard có thể rút ra và cắm lại được. AuC có thể được đặt trong MSC hoặc HLR hoặc độc lập với cả hai. Khi đăng ký thuê bao, khóa nhận thực Ki được ghi nhớ vào Simcard của thuê bao cùng với IMSI của nó. Đồng thời khóa nhận thực Ki 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 hóa: Số ngẫu nhiên RAND. Mật khẩu SRES được tạo ra từ khóa Ki và số ngẫu nhiên RAND bằng thuật toán A3. Khóa mật mã Kc được tạo ra từ Ki và số ngẫu nhiên bằng thuật toán A8. Đường vô tuyến cũng được AuC cung cấp mã bảo mật để chống nghe trộm, mã này được thay đổi riêng biệt cho từng thuê bao. Cơ sở dữ liệu của AuC còn ghi nhiều thông tin cần thiết khác khi thuê bao đăng ký nhập mạng và được sử dụng để kiểm tra khi thuê bao yêu cầu cung cấp dịch vụ, tránh việc truy nhập mạng một cách trái phép. Trạm di động (MS – Mobile Station): Trạm di động là thiết bị duy nhất 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: micro, loa, màn hình hiển thị, bàn phím để quản lý cuội gọi) hoặc giao diện với một 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. Trạm di động (MS) bao gồm thiết bị trạm di động ME (Mobile Equipment) và một khối nhỏ gọi là môđun nhận dạng thuê bao (SIM - Subscriber Identity Module). Đó là một khối vật lý tách riêng, chẳng hạn là một IC Card hoặc còn gọi là card thông minh. SIM cùng với thiết bị trạm (ME- Mobile Eqiupment) hợp thành trạm di động MS. SIM cung cấp khả năng di động cá nhân, vì thế người sử dụng có thể lắp SIM vào bất cứ máy di động GSM nào truy nhập vào dịch vụ đã đăng ký. Mỗi điện thoại di động được phân biệt bởi một số nhận dạng điện thoại di động IMEI (International Mobile Equipment Identity). Card SIM chứa một số nhận dạng thuê bao di động IMSI (International Mobile Subcriber Identity) để hệ thống nhận dạng thuê bao, một mật mã để xác thực và các thông tin khác. IMEI và IMSI hoàn toàn độc lập với nhau để đảm bảo tính di động cá nhân. Card SIM có thể chống việc sử dụng trái phép bằng mật khẩu hoặc số nhận dạng cá nhân (PIN). Trạm di động ở GSM thực hiện ba chức năng: Thiết bị đầu cuối thực hiện chức năng không liên quan đến mạng GSM. Kết cuối trạm di động thực hiện chức năng lien quan đến truyền dẫn ở giao diện vô tuyến. Bộ thích ứng đầu cuối làm việc như một cửa nối thông thiết 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. Phân hệ khai thác và hỗ trợ (OSS): Một hệ thống GSM bao gồm rất nhiều trung tâm chuyển mạch MSC, bộ điều khiển trạm gốc BSC và trạm thu phát gốc BTS được lắp đặt ở rất nhiều vị trí khác nhau trên một vùng diện tích lớn. OSS (Operation and Support System) thực hiện 3 chức năng chính: Khai thác và bảo dưỡng mạng. Quản lý thuê bao và tính cước. Quản lý thiết bị di động 2.5.1 Khai thác: Khai thác là 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 Cell… nhờ vậy nhà khai thác có thể giám sát được toàn bộ chất lượng dịch vụ mà họ cung cấp cho khách hàng và kịp thời nâng cấp. Khai thác còn 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 sóng. Ở hệ thống viễn thông hiện đại, khai thác được thực hiện bằng máy tính và tập trung ở một trạm. Bảo dưỡng: Có nhiệm vụ phát hiện, định vị và sửa chữa các sự cố và hỏng hóc, nó có một số quan hệ với khai thác. Các thiết bị ở hệ thống viễn thông hiện đại có khả năng tự phát hiện một số các sự cố hay dự báo sự cố thông qua kiểm tra. Bảo dưỡng bao gồm các hoạt động tại hiện trường nhằm thay thế các thiết bị có sự cố, cũng như việc sử dụng các phần mềm điểu khiển từ xa. Hệ thống khai thác và bảo dưỡng có thể xây dựng trên nguyên lý của TMN (Telecommunication Management Network- Mạng quản lý viễn thông). Khi đó, hệ thống khai thác và bảo dưỡng được nối đến các phần tử của mạng viễn thông (MSC, HLR, VLR, BSC và các phần tử mạng khác trừ BTS). Ngoài ra hệ thống khai thác và bảo dưỡng được nối tới máy tính chủ đóng vai trò giao tiếp người - máy. Theo tiêu chuẩn GSM hệ thống này được gọi là trung tâm vận hành và bảo dưỡng (OMC- Operation and Maintenance Center). 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 có thể thâm nhập được các thông số nói trên. Một nhiệm vụ quan trọng khác của khai thác là tính cước các cuộc gọi rồi gửi đến thuê bao. Khi đó HLR, SIM - Card đóng vai trò như một bộ phận 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 trữ toàn bộ dữ liệu liên quan đến trạm di động MS. EIR được nối đến MSC qua đường báo hiệu kiểm tra tính hợp lệ của thiết bị. Trong hệ thống GSM thì EIR được coi là thuộc phân hệ chuyển mạch SS. CHƯƠNG III: CHUYỂN GIAO HANDOVER TRONG GSM Một trở ngại trong việc phát triển mạng thông tin di động tế bào là vấn đề phát sinh khi một thuê bao di động di chuyển từ cell này sang cell khác. Các khu vực kề nhau trong hệ thống tế bào sử dụng các kênh vô tuyến có tần số khác nhau. Khi thuê bao di động di chuyển từ cell này sang cell khác thì cuộc gọi hoặc bị rớt hoặc tự động chuyển từ kênh vô tuyến này sang một kênh khác thuộc cell khác. Thay vì để cuộc gọi bị rớt, quá trình Handover (tiếng Mỹ: Handoff) giúp cho cuộc gọi được liên tục trong quá trình đàm thoại, hai thuê bao cùng chiếm một kênh thoại. Khi một thuê bao di động chuyển động ra khỏi vùng phủ sóng của cell cho trước, tín hiệu đầu thu của cell này sẽ giảm. Lúc đó, cell đang sử dụng sẽ yêu cầu một Handover (chuyển giao) đến hệ thống. Hệ thống sẽ chuyển mạch cuộc gọi đến một cell có tần số với cường độ tín hiệu thu mạnh hơn mà không làm gián đoạn cuộc gọi hay gửi cảnh báo đến người sử dụng. Cuộc gọi sẽ được tiếp tục mà người sử dụng không nhận thấy quá trình Handover diễn ra. Quyết định có thực hiện chuyển giao hay không phụ thuộc vào BSC phục vụ. Khi gọi, MS định kì gửi kết quả đo tới BTS. BTS phục vụ đo đường lên về chất lượng tín hiệu vô tuyến của cuộc gọi và trước kết quả đo từ MS. Cả hai kết quả đo được sẽ được BTS gửi tới BSC. Dựa vào bản tin báo cáo kết quả đo BSC sẽ quyết định có chuyển giao tới cell khác hay không. Quyết định đó được thực hiện bởi một thuật toán đã được cài đặt và thông số của nó do người quản trị mạng cài đặt. Có các loại chuyển giao khác nhau và trong đó có các phần tử khác nhau của mạng. Chuyển giao trong cùng BSC hay giữa các BTS không phức tạp như giữa các MSC. Hình 3.1 Chuyển giao trong mạng GSM 3.1 Các loại chuyển giao : 3.1.1 Chuyển giao trong BTS: Được gọi là chuyển giao trong cell hay trong cùng BTS. Chuyển giao trong cell trên thực tế là không có chuyển giao thực. Vì kết quả của nó chỉ để thay đổi tần số của cuộc gọi đang xảy ra. Thay đổi tần số được thực hiện khi chất lượng của liên kết giảm và sự đo lường các cell kế bên cũng không tốt hơn. Trong trường hợp này BSC điều khiển BTS phục vụ MS ra lệnh cho MS và BTS trở về tần số có thể cho chất lượng liên kết tốt hơn. Việc làm giảm chất lượng liên kết là do ảnh hưởng của các cuộc gọi khác trong các cell lân cận sử dụng chung tần số (nhiễu đồng kênh). Giải pháp là để cố gắng thay đổi sang một kênh khác (khe thời gian khác) mà có thể đảm bảo tốt hơn cho cuộc gọi. Hình 3.2 Chuyển giao trong BTS. 3.1.2 Chuyển giao trong cùng BSC: Chuyển giao trong cùng BSC thực hiện khi cell đích được điều khiển bởi một BTS khác từ cell nguồn và cả hai BTS được điều khiển bởi cùng một BSC. MSC không liên quan tới quá trình chuyển giao, nó chỉ được BSC thông báo khi chuyển giao hoàn thành. Nếu cell đích được đặt trong LA khác, MS cần thực hiện cập nhật vị trí một thủ tục sau khi kết thúc cuộc gọi. Hình 3.3 Chuyển giao trong cùng BSC. 3.1.3 Chuyển giao trong cùng MSC: Khi BSC quyết định chuyển giao là cần thiết, nhưng cell đích không được điều khiển bởi chính nó, nó cần sự giúp đỡ từ MSC để tìm ra chính xác vị trí của cell đang được BSC nào đó quản lý, lúc này MSC mới tham gia vào quá trình chuyển giao. Cell đích sẽ được xác định đúng vị trí trong một BSS khác nào đó mà cũng được quản lý cùng một MSC. Khi tìm ra BSS đích, MSC sẽ kết nối BSS nguồn với BSS đích và gửi tin báo cho BSS nguồn khi đã sẵn sàng. Sau đó quá trình yêu cầu BTS đích cấp tài nguyên, khi cấp tài nguyên thành công, MS được chỉ dẫn để truy cập kênh mới và cuộc gọi được chuyển sang BSS mới. Hình 3.4 Chuyển giao trong cùng MSC. 3.1.4 Chuyển giao giữa các MSC: Thủ tục chuyển giao giữa các MSC khác nhau được thực hiện khi các cell đích kết nối tới MSC khác (MSC –B) với yêu cầu chuyển giao. Yêu cầu MSC –B cấp tài nguyên cho cuộc gọi như trong trường hợp intra – MSC. Hình 3.5 Chuyển giao giữa các MSC khác nhau. Khi tài nguyên được cấp , cuộc gọi được chuyển mạch như trong trường hợp intra – MSC. Vì MS đã chuyển sang một cell khác (được phục vụ bởi BSS/MSC - VLR) mà MSC – A có tất cả thông tin về thuê bao trong VLR của nó. Thông tin chỉ được chuyển qua cho MSC/VLR mới khi LU được thực hiện. Do vậy, LU luôn được yêu cầu khi kết thúc cuộc gọi, khi chuyển giao giữa các MSC thực hiện xong. CHƯƠNG IV: GIAO TIẾP VÔ TUYẾN SỐ Giao tiếp vô tuyến là tên gọi chung của đầu nối giữa MS và BTS. Giao tiếp sử dụng khái niệm TDMA và một khung TDMA cho một tần số mang. Một khung bao gồm 8 khe thời gian (Time Slot – TS). 4.1 Giao diện vô tuyến: Trong GSM, giao diện vô tuyến sử dụng cả hai phương thức phân kênh theo tần số và theo thời gian: FDMA (Frequency Division Multiple Access) và TDMA (Time Division Multiple Access). Trong FDMA, GSM sử dụng băng tần 900 Mhz (hay còn gọi là GSM 900) và 1800 Mhz (hay GSM 1800). Nhưng ở đây, chúng ta chỉ nghiên cứu sâu về GSM 900. Mỗi kênh được đặc trưng bởi một tần số (sóng mang) gọi là kênh tần số RFCH (Radio Channel) cho mỗi hướng thu phát, các tần số này cách nhau 200Mhz. Trong GSM 900, MS sử dụng 124 RFCH trong dãy tần 25Mhz và BTS sử dụng 124 RFCH trong dãy tần từ 935 đến 960 Mhz (ở đây, nếu MS phát thì BTS thu và ngược lại). Tại mỗi tần số TDMA chia thành 8 khe thời gian TS tức là số kênh được tăng lên 8 lần. Nhưng trong tương lai số khe có thể sẽ tăng lên 16 lần. Một cặp RFCH (thu và phát) tại một khe thời gian được gọi là một kênh vật lý. Mỗi kênh được dùng để truyền một nhóm nhất định tham số thông tin được gọi là kênh logic (Logical Channel). Mỗi kênh vật lý được gán cho một hoặc một số kênh logic. Các kênh được chia thành hai loại: Kênh dùng để tải thông tin của thuê bao như thoại, số liệu….được gọi là kênh Traffic (Traffic Channel - TCH). Có 2 loại tốc độ truyền trên TCH là tốc độ đầy đủ (Full Rate) THC/F là loại tốc độ đang được sử dụng hiện nay và tốc độ bằng một nửa (Half Rate), TCH/H sẽ được sử dụng trong tương lai. Kênh điều khiển CCH (Control Channel) được sử dụng để truyền thông tin báo hiệu các thông tin quản lý Um. 4.2 Suy hao đường truyền và Fading: Suy hao đường truyền là quá trình mà ở đó tín hiệu thu yếu dần do khoảng cách giữa trạm di động và trạm gốc tăng mà không có mặt vật cản giữa anten phát và thu. Suy hao trong không gian tự do: Ls ≈ d.f Ls (dB) = 33,4(dB) + 20logF(Mhz) + 20logd(km) d: là khoảng cách giữa anten phát Tx và thu Rx. f: tần số phát. 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 giữa Tx và Rx có hay không có chướng ngại. Hiệu ứng này gọi là Fading chuẩn logarit. Thời gian giữa 2 chỗ trũng Fading khoảng vài giây khi máy di động MS là loại lắp trên xe và chuyển động. Hình 4.1 Fading chuẩn Logarit. Khi môi trường thông tin có mật độ thuê bao dày và nhiều chướng ngại ta có Fading nhiều tia hay Raile, xảy ra khi tín hiệu truyền nhiều đường từ anten Tx đến Rx. Ở hiện tượng Fading 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 nghĩa là cường độ tín hiệu bằng 0. Đó là chỗ trũng Fading nghiêm trọng. Khoảng thời gian giữa hai chỗ trũng Fading phụ thuộc vào tốc độ chuyển động và tần số phát. Hình 4.2 Fading Raile. Ở một khoảng cách nhất định (x mét) so với anten phát Tx. Tín hiệu thu được minh họa như sau: Hình 4.3 Tín hiệu thu được khi ở cách anten phát Tx một khoảng nhất định Độ nhạy máy thu là mức tín hiệu vào yếu nhất cần thiết cho một tín hiệu ra quy định. Khi quy hoạch hệ thống, để chống lại Fading thì giá trị trung bình chung được lấy lớn hơn độ nhạy máy thu lượng Y(dB) bằng chỗ trũng Fading mạnh nhất, Y(dB) được gọi là dự trữ Fading. 4.3 Phân tán thời gian: Hiện tượng này có nguồn gốc từ phản xạ của một vật ở xa anten thu Rx vài km. Khi phản xạ sẽ dần đến giao thoa giữa các ký hiệu ISI tức là giao thoa giữa các ký hiệu lân cận với nhau dẫn đến phía thu khó quyết định nhận được ký hiệu nào. Ở GSM tốc độ bit là 270kb/s, mỗi bit tương ứng với 3,7µm 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 quãng đường dài hơn tín hiệu đi thẳng là 2km. Tín hiệu phản xạ sẽ trộn tín hiệu mong muốn với tín hiệu trễ 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 quy 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 4bit so với tín hiệu đến trực tiếp, tương ứng với 15µs. 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 cửa sổ 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 15µs 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 C và năng lượng ngoài cửa sổ R 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 lý 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 quãng đường lớn hơn 4,5km so với tín hiệu trực tiếp thì mới có trễ hơn 15µs. Tuy vậy, nếu tín hiệu phản xạ đó không mạnh tức là tỉ số C/R lớn hơn một 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 vị trí BTS, hoặc dùng phương pháp đặt thêm BTS phụ trợ. Nhiễu đồng kênh: Nhiễu giao thoa đồng kênh là nhiễu do tín hiệu thu không mong muốn có cùng tần số với tần số tín hiệu thu mong muốn. Tỉ số giữa mức sóng mang mong muốn và không mong muốn là tỉ số nhiễu giao thoa đồng kênh (C/I). Tỉ số này phụ thuộc vào các yếu tố sau: Mẫu sử dụng lại tần số: khoảng cách giữa hai Cell tấn số ảnh hưởng lẫn nhau. Vị trí địa hình. Các vùng phản xạ địa phương. Kiểu anten, tính định hướng, chiều cao anten. Các sóng gây nhiễu địa phương có cùng tần số. Tỉ số này có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của tín hiệu, dẫn đến sai tín hiệu, giải mã sai gây ra sót cuộc gọi hoặc thất bại trên đường truyền vô tuyến. Tiêu chuẩn GSM cho phép tỉ số C/I nhỏ nhất là 10. Ngoài ra trong thông tin vô tuyến tín hiệu còn ảnh hưởng bởi các kênh lân cận là các kênh gần tần số với tín hiệu thu, dải tần của chúng trùng lên nhau ở mức lớn. Khi đó cũng gây nhiễu 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 khi đo đạc được gồm rất nhiều loại tín hiệu và nhiễu như đã nói ở trên. 4.4 Các phương pháp phòng suy hao đường truyền do Fading: Để cải tiến máy thu và chất lượng của tín hiệu thu, có bốn phương pháp để thực hiện như sau: Phân tập anten (phân tập không gian): do hai anten thu ít có nguy cơ bị chỗ trũng Fading sâu cùng một lúc nên ta sử dụng hai 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 Fading hơn. Khoảng cách giữa hai anten phải đủ lớn để tương quan giữa các tín hiệu ở hai anten nhỏ. Hình 4.4 Biểu diễn phân tập không gian Nhảy tần: với Fading Raile mẫu Fading phụ thuộc vào tần số. Nghĩa là chỗ trũng Fading xảy ra ở các vị trí khác nhau đối với các tần số khác nhau. Vì vậy, ta có thể thay đổi tần số sóng mang trong một tần số khi cuộc gọi đang tiến hành, khi gặp chỗ trũng Fading một phần thông tin bị mất. Mã hóa 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 tỉ số bit lỗi BER quan trọng với phát triển số liệu hơn Voice. Ở phương pháp mã hóa kênh ta phải phát đi một lượng thông tin có số bit lớn hơn nhưng sẽ đạt độ an toàn chống lỗi cao hơn. Ngoài ra phương pháp này 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 sung 3 bit như sau: Thông tin Bổ sung Gửi đi 0 000 0000 1 111 1111 Khối mã “0000” sẽ đúng với bit “0” và khối mã “1111” sẽ đúng với bit “1111”. Tỷ lệ là 1:4, bảo vệ xảy ra như sau: Thu được: 0000 0010 0110 0111 1110 Quyết định: 0 0 x 1 1 Riêng mã “0110” không xác định được cụ thể, mã “ 0111” và “1110” được phát hiện là lỗi và có thể sửa. Ở mỗi kênh kiểm tra lỗi được chia thành mã khối và mã xoắn và hai loại mã đều được sử dụng cho cả truyền tiếng và số liệu: + Các mã khối tuyến tính: với loại mã này luồng thông tin được chia thành các khối có độ dài bằng nhau. Các bit dư được bổ sung vào khối theo một thuật toán nhất định phụ thuộc vào loại mã được sử dụng. Các mã khối tuyến tính được xác định bằng ba thông số: độ dài khối n, độ dài thông tin và khoảng cách cực đại d. Các mã khối tuyến tính, trong đó các bản tin xuất hiện ở phần đầu của khối được gọi là mã hệ thống. + Các mã xoắn: đối với mã xoắn, bộ mã hóa tạo ra các bit mà không chỉ phụ thuộc vào các bit thông tin của khối bản tin hiện thời. Ghép xen kẽ: các lỗi bit thường xảy ra theo từng cụm do các chỗ trũng Fading lâu làm ảnh hưởng nhiễu bit liên tiếp. Để giải quyết hiện tượng lỗi bit quá dài, ta dùng phương pháp ghép kênh xen kẽ để tách các bit liên tiếp của một bản tin sao cho các bit này gửi đi không liên tiếp. 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: Mã hóa kênh có thể khôi phục lại thông tin của tất cả các khối. Ở GSM thì bộ mã hóa kênh cung cấp 456 bit cho từng 20ms tiếng và được ghép xen để tạo ra các khối 57bit. 4.5 Phương pháp chống phân tán thời gian: Mô hình truyền dẫn: 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 khi có phản xạ (b). 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 rồi đưa chúng qua mô hình kênh chuỗi đầu vào mà từ đó nhận được chuỗi đầu ra giống nó nhất gọi là chuỗi ngyên thủy hay chuỗi phát. Theo quy định của GSM, một bộ cân bằng cần có khả năng xử lý một tín hiệu phản xạ trễ đến 14,8µs tương ứng với thời gian của 4bit. Khi đó ngay cả tín hiệu phản xạ cũng bị ảnh hưởng bởi Fading Raile, nhưng do tín hiệu có mẫu Fading độc lập so với tín hiệu đi thẳng nên nó được lợi dụng để đạt hiệu quả cao hơn. Như vậy, với các tín hiệu phản xạ trễ dưới 15µs cho ta thêm năng lượng để cải tạo tín hiệu thu. Thực tế, độ dài chuỗi N lớn nên phải được thực hiện nhiều so sánh và mất nhiều thời gian tính toán gây sự chậm trễ không cho phép. Để khắc phục khó khăn này người ta sử dụng thuật toán Viterbi mà ở đó không cần phải thử tất cả các chuỗi. Nguyên lý là khi tính toán ta loại bỏ tất cả các tổ hợp không có khả năng là tín hiệu và nhờ đó giảm được số lượng tính toán cần thiết. 4.6 Nguyên tắc khi chia kênh theo thời gian: 4.6.1 Khái niệm về khe vô tuyến: Mạng GSM/PLMN được chia thành 124 kênh sóng mang, sóng này ở dải tần: Đường lên (MS-BTS): 890 – 915 Mhz. Đường xuống (BTS – MS): 935 – 960 Mhz. Băng tần đường lên 890,2 – 914,8 Mhz và đường xuống 935,2 – 959,8 Mhz. Trên mỗi sóng mang thực hiện ghép kênh theo thời gian, thực hiện ghép khung TDMA ta có số kênh bằng 124 x 8 (TS) = 992 kênh. 4.6.2 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 là một kênh vật lý. Mỗi một kênh tần số vô tuyến được tổ chức thành các khung TDMA dài 4,62ms gồm 8 khe thời gian (mỗi khe dài 577µs). Tại BTS, các khung TDMA trong các kênh tần số cả ở đường lên và đường xuống đều được đồng bộ. Tuy nhiê