chuong 3 (ppt2003)

Chương 3

Septe

mber

200

7HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

GSM

Nội dung

Hệ thống thông tin di động GSM

Kiến trúc hệ thống GSM. Tổ chức kênh và cụm trong hệ thống GSM

Mã hóa thoại và mã hóa kênh. Báo hiệu và chuyển giao trong hệ thống GSM. Tái sử dụng tần số trong hệ thống GSM. Dung lượng trong hệ thống GSM.


GSM là hệ thống TTDĐ số toàn cầu ở dải tần 900MHz, 1800MHz và 1900MHz do ETSI quy định.

GSM là tổ hợp các giải pháp bao gồm: hệ thống chuyển mạch kênh-gói, nút điều khiển vô tuyến và các trạm phát gốc cùng với CSDL mạng, các dịch vụ cơ bản và các nút quản lý mạng.

GSM sử dụng kết hợp phương pháp TDMA và FDMA, trong đó mỗi MS được cấp phát một cặp tần số và một khe thời gian để truy nhập vào mạng.


Kiến trúc hệ thống GSM (1)


VLR

HLR

EIR

AUC

CBC ISDN

PSPDN

PLMN

PSTN GMSC SMS - SC

MSC

TRAU

BSC

BTS

BTS

Kiến trúc hệ thống GSM (2) Tạp âm cộng.

Cộng chồng lên tín hiệu truyền lan và có biên độ phân bố theo phân bố chuẩn Gauss. Tạp âm khí quyển (dải tần dưới 20MHz) Tạp âm vũ trụ (dải tần từ 15 – 100MHz) Tạp âm nhân tạo (chỉ ảnh hưởng trong vùng đông dân cư)

Tạp âm nhân.Là quá trình điều biến tín hiệu bởi nhiễu.


Kiến trúc hệ thống GSM (3)Hệ thống GSM được chia thành nhiều hệ thống con sau:

Phân hệ chuyển mạch NSS (Networking Switch Subsystem).Phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem).Phân hệ bảo dưỡng và khai thác OSS (Operation Subsystem).Trạm gốc MS (Mobile Station).


Phân hệ chuyển mạch NSS (1)

NSS gồm các chức năng chuyển mạch chính và CSDL cần thiết để quản lý thuê bao. Chức năng chính của NSS là quản lý thông tin giữa những người sử dụng mạng với nhau

và với các mạng khác. NSS cũng giao tiếp với mạng ngoài để sử dụng khả năng truyền tải của các mạng này

cho việc truyền tải số liệu của người sử dụng hay báo hiệu giữa các phần tử của mạngNSS gồm: MSC, VLR, HLR, GMSC, AUC và EIR



MSC - Mobile Switching Center.MSC là giao diện giữa GSM và PSTN, thực hiện kết nối và giám sát cuộc gọi đến/từ

MS. MSC có giao diện với BSS và với các mạng ngoài.GMSC (Gate MSC) có nhiệm vụ phối ghép thích ứng với mạng ngoài để bảo đảm

thông tin giữa thuê bao di động và cố định.Để kết nối MSC với các mạng khác cần thích ứng các đặc điểm truyền dẫn PLMN

với các mạng đó các chức năng tương tác IWF (Internet Working Function)



HLR - Home Location Register.HLR chứa thông tin về thuê bao như: dịch vụ mà thuê bao lựa chọn và các thông số nhận

thực. Bất kể MS ở đâu, HLR đều lưu giữ thông tin về MS, kể cả vị trí hiện thời của MS.Ngoài ra, HLR sẽ nhận dạng thông tin do AUC cung cấp. HLR kết nối với các MSC và VLR

thông qua giao thức GSM MAP.Dữ liệu được lưu trữ trên một hay nhiều HLR



VLR - Visitor Loacation Register.Là CSDL chứa thông tin về tất cả các MS hiện đang ở vùng phục vụ của MSC. Mỗi MSC

có một VLR và thường ở trong MSC.Khi MS vào vùng MSC mới, VLR liên kết với MSC sẽ yêu cầu số liệu về MS từ HLR.

Đồng thời, HLR sẽ được thông báo MS đang ở vùng MSC nàoSố liệu về thuê bao ở VLR chính xác hơn HLR.Chức năng của VLR được liên kết với chức năng MSC



GMSC - Gateway-MSC.Tất cả các cuộc gọi vào cho mạng GSM/PLMN sẽ được định tuyến cho GMSC.

G-MSC có chức năng hỏi định tuyến cuộc gọi.Nếu thuê bao ở mạng PSTN thực hiện cuộc gọi đến MS của mạng GSM/PLMN, tổng đài

tại PSTN sẽ kết nối cuộc gọi này đến MSC có trang bị một chức năng được gọi là chức năng cổng. MSC này gọi là G-MSC và nó có thể là một MSC bất kỳ trong mạng GSM.



AuC - Authentication Center.AuC được nối với HLR. AUC cung cấp cho HLR các tần số nhận thực và các khoá mật

mã để sử dụng cho bảo mật. Đường vô tuyến cũng được AUC cung cấp mã bảo mật (cho từng MS) để chống nghe

trộm.CSDL 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.



EIR - Equipment Identity Register.EIR kết nối với MSC qua đường báo hiệu cho phép MSC kiểm tra sự hợp lệ của thiết bị ME thông qua số

liệu nhận dạng di động quốc tế (IMEI - International Mobile Equiptment Indentity) và chứa các số liệu về phần cứng của thiết bị.

ME thuộc một trong ba danh sách sau: ME thuộc danh sách trắng. ME thuộc danh sách xám. ME thuộc danh sách đen.


Phân hệ trạm gốc BSS (1)BSS là một hệ thống đặc thù riêng cho tính chất tổ ong vô tuyến của GSM. BSS giao tiếp với MS thông qua giao diện vô tuyến, vì thế nó bao gồm các thiết bị

thu/phát đường vô tuyến và quản lý các chức năng này. BSS thực hiện giao tiếp với các tổng đài ở phân hệ SS. BSS cũng phải được điều

khiển, do đó nó được đấu nối với phân hệ OMS. BSS bao gồm hai loại thiết bị: BTS giao diện với MS và BSC giao diện với MSC.


Phân hệ trạm gốc BSS (2)


Abis

to MSC

2Mbps

o Bao gồm BTS và BSC.

o Giao diện Abis.

Phân hệ trạm gốc BSS (3)BTS - Base Tranceiver Station.

BTS gồm các thiết bị giao tiếp truyền dẫn và vô tuyến cần thiết ở trạm vô tuyến dù trạm phủ một hay nhiều cell. BTS thực hiện các chức năng:

Thu phát vô tuyến. Ánh xạ kênh logic vào kênh vật lý. Mã hóa và giải mã hóa. Mật mã hóa và giải mật mã. Điều chế và giải điều chế.


Phân hệ trạm gốc BSS (4)TRAU - Transcode/Rate Adapter Unit.

Bộ phận quan trọng nhất trong BTS chính là khối chuyển đổi mã và tốc độ TRAU. TRAU thực hiện mã hóa và giải mã thoại rất đặc thù cho TTDĐ số cellular. TRAU cũng thực hiện thích ứng tốc độ truyền số liệu.


MSC

BSC TRAU

64Kbps

Các khe 16Kbps 64Kbps

2,048 Mbps

(30 kênh 16 Kbps) 16Kbps

13 Kbps

Phân hệ trạm gốc BSS (5)BSC (Base Station Controller) (1).

BSC là khối chức năng điều khiển, giám sát các BTS và liên lạc vô tuyến trong hệ thống. BSC điều khiển công suất, quản lý giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển của BTS và MS.

Vai trò chủ yếu của BSC là quản lý các kênh vô tuyến và quản lý chuyển giao. Một BSC quản lý hàng chục BTS tạo thành một trạm gốc. Tập hợp các trạm gốc gọi là phân hệ trạm gốc.

Giao diện Abis được quy định giữa BSC –MSC và giữa BSC - BTS.


Phân hệ trạm gốc BSS (6)BSC (Base Station Controller) (2).

BSC được ấn định các chức năng chính sau Quản lý mạng vô tuyến. Quản lý trạm vô tuyến gốc BTS. Điều khiển nối thông các cuộc gọi. Quản lý mạng truyền dẫn.


Trạm di động MS(1)MS là một đầu cuối di động, có thể được đặt trên ô tô hay xách tay. Sự hợp tác giữa

các mạng thông tin tạo điều kiện để MS được chuyển giao trong phạm vi bất kì. MS gồm: ME (Mobile Equipment).

Có đầy đủ phần cứng và phần mềm để phối ghép với giao diện vô tuyến được quy định sẵn.

Modul nhận dạng thuê bao SIM (Subscriber Indentity Module).


Trạm di động MS (2) ME (Mobile Equipment).Là phần cứng để thuê bao truy nhập mạng. Có 3 loại ME:

- Trên xe (lắp đặt trong xe, anten ngoài xe)- Xách tay(anten không liền tổ hợp cầm tay).

- Cầm tay (anten liền với tổ hợp cầm tay, máy cầm tay nằm gọn trong lòng bàn tay). ME có số nhận dạng là IMEI. Nhờ có IMEI mà ME bị mất sẽ không được phục vụ


Trạm di động MS (3) SIM (Subcriber Identity Module).

Là một card điện tử cắm vào ME để nhận dạng thuê bao và các loại dịch vụ mà thuê bao đăng ký. MS có 3 chức năng:

Thiết bị đầu cuối Thích ứng đầu cuối

Bộ thích ứng đầu cuối trong MS có vai trò liên kết thiết bị đầu cuối với kết cuối di động. Kết cuối di động


Phân hệ khai thác và bảo dưỡng OSS

Hệ thống OSS được nối với tất cả các thiết bị ở hệ thống chuyển mạch và nối đến BSC.

OSS 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.


Tổ chức kênh và cụm trong GSM

Trong hệ thống thông tin di động GSM, có hai loại kênh như sau:

Kênh vật lý.Được tổ chức theo quan điểm truyền dẫn.

Kênh logicĐược tổ chức theo nội dung tin tức và được đặt vào các kênh vật lý.


Kênh vật lý (1)Kênh vật lý là một khe thời gian ở một sóng mang vô tuyến để truyền tải thông tin. Đối với hệ thống TDMA GSM 900:

890 ÷ 915 MHz cho đường lên (MS BTS). 935÷960 MHz cho đường xuống (BTS MS).

Dải thông tần kênh vật lý là 200KHz. Mỗi dải thông tần kênh là một khung TDMA gồm 8Ts. Mỗi khe sẽ được cấp phát cho 1 người dùng.

Dải tần bảo vệ ở biên cũng rộng 200KHz.


Kênh vật lý (2)Một kênh người dùng tương đương Nếu MS được cấp khe 1 thì nó chỉ phát trong khe 1 và không phát ở 7

khe còn lại trong khung. Một khe thời gian dài 577µs , một khung TDMA dài 8 x 577µs =

4,616ms. Sự đóng ngắt đều đặn theo chu kỳ khung của máy phát gọi là burst.


KHz258

KHz200

6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1

Khung TDMA 4,615ms

Kênh vật lý (3)Về mặt thời gian, các kênh vật lý ở một dải thông tần vô tuyến được tổ chức theo cấu trúc khung, đa

khung, siêu khung và siêu siêu khung.- Một siêu siêu khung có độ dài 3h28’53”760.- Một siêu siêu khung có 2048 siêu khung.- Một siêu khung chia thành các đa khung:Đa khung 26 khung có độ dài 120ms

(dùng cho kênh TCH, SACCH và FACCH) Đa khung 51 khung có độ dài 235,4ms (dùng cho kênh BCCH, CCCH và SACCH)


Kênh vật lý (4)


Kênh vật lý (5)


Kênh vật lý (6)Sự phát xạ xung.

Vì MS chỉ phát trong một khe Ts và chờ trong 7 khe

còn lại của một khung nên yêu cầu đóng ngắt năng lượng tần số vô tuyến rất chặt chẽ.


Thời gian đóng và ngắt là 28µs, tức mức công suất nhảy -70dB trong 28µs (không cho phép mức ngắt lớn hơn -36dBm). Sau khi kết thúc thời gian quá độ lên mức phát, MS có 542,8 µs để truyền tin

Kênh vật lý (7)Sự sớm định thời.

Trong một cell, dMS BTS là khác nhau nên trễ và suy hao của MS sẽ khác nhau. Kỹ

thuật TDMA dựa vào sự định thời thích ứng đối với sự phát burst để tránh xung đột. BTS đo trễ truyền dẫn của mọi MS và phát lệnh cho từng MS phát càng sớm nếu dMS

BTS càng xa sao cho tín hiệu mà BTS thu nhận được từ các MS trong cell ở đúng khe

thời gian gọi là sự sớm định thời.


Kênh vật lý (8)Sự sớm định thời.

Trong một cell, dMS BTS là khác nhau nên trễ và suy hao của MS sẽ khác nhau. Kỹ

thuật TDMA dựa vào sự định thời thích ứng đối với sự phát burst để tránh xung đột. BTS đo trễ truyền dẫn của mọi MS và phát lệnh cho từng MS phát càng sớm nếu dMS

BTS càng xa sao cho tín hiệu mà BTS thu nhận được từ các MS trong cell ở đúng khe

thời gian gọi là sự sớm định thời.


Cụm - Burst (1)Khuôn mẫu tin tức ở một khe thời gian được gọi là một cụm. Cụm (burst) là khái

niệm trung gian giữa kênh vật lý và kênh logic. Có các cấu trúc cụm khác nhau để truyền các loại dữ liệu khác nhau:

Cụm bình thường NB. Cụm truy nhập AB. Cụm hiệu chỉnh tần số FB. Cụm đồng bộ SB.


Cụm - Burst (2)


Cụm – Burst (3)Cụm bình thường NB (Normal Burst) (1).

Bit đuôi T là khoảng thời gian phòng vệ tương ứng đầu và đuôi của busrt. Các bit T đều là bit 0.Dữ liệu được mã hóa 2 x 58bit, bao gồm dữ liệu người dùng và các bit thêm vào trong quá trình

mã hóa kênh.Khoảng phòng vệ GP là thời gian sườn xung burst. Trong khoảng GP không phát dữ liệu. Con số

GP = 8,25bit hiểu là khoảng thời gian này dài tương đương 8,25bit x 3,69µs/bit = 30,4µs.



Cờ lấy lén S: lưu lượng bao gồm dữ liệu người dùng và dữ liệu báo hiệu. Dữ liệu người dùng còn gọi là lưu lượng và dữ liệu báo hiệu gọi là báo hiệu. Khi cần, NB thay thế lưu lượng bằng báo hiệu. Cờ lấy lén S chỉ rõ dữ liệu mã hóa là báo hiệu hay lưu lượng:

Nếu SF = 0 bán cụm 57 bit đầu là dữ liệu hoặc lưu lượng. Nếu SF = 1bán cụm 57 bit đầu là báo hiệu.

.



Chuỗi hướng dẫn TS (Training Sequence – 26 bit) là chuỗi bit cố định được MS và BTS biết trước. Có 8 chuỗi khác nhau trong GSM. Các MS trong một cell dùng chung một TS đặc trưng cho cell đó. Chuỗi này được lựa chọn sao cho duy nhất và không thể nhầm lẫn với các dữ liệu khác trong burst


Cụm – Burst (6)Cụm truy cập AB (Access Burst) (1).

Sự định thời chính xác chỉ đạt được khi MS đã hoàn thành truy cập. AB phục vụ cho MS truy cập mạng nên nó chỉ phù hợp với điều kiện chưa có định thời chính xác.

Khi truy cập, MS phát AB một cách ngẫu nhiên. AB là một burst ngắn (88 bit dữ liệu), nên dù MS ở xa nhất thì sườn sau của AB cũng không thể trùng với bất kỳ burst nào khác.

AB dùng cho RACH và TCH.


Cụm – Burst (7)Cụm truy cập AB (Access Burst) (2).

Chuỗi đồng bộ burst thực chất là TS nhưng dài hơn, đến 41 bit. Trong điều kiện truy cập, bộ hiệu chỉnh ở máy thu cần nhiều tin tức và thời gian hơn để đạt đến thu tối ưu.

Khoảng phòng vệ GP của AB dài đến 68,25 bit: 68,25bit x 3,69µs/bit =252µs = 2R/cR≈37,75km


Cụm – Burst (8)Cụm hiệu chỉnh tần số FB(Frequency Burst).

FB dùng để đồng bộ tần số cho MS theo chuẩn của hệ thống. Cụm chứa

124 bit cố định bằng 0 để tạo ra dịch tần số + 67,7KHz trên tần số

danh định. Ba bit đuôi (0,0,0) đầu, cuối và khoảng bảo vệ 8,25bit. FB

được sử dụng cho FCCH.


Cụm – Burst (9)Cụm đồng bộ SB (Synchronous Burst).

BTS phát SB để báo cho MS biết chìa khóa khởi động sự truy cập vào mạng. SB

được sử dụng cho SCH. Ngoài chuỗi hướng dẫn dài 64 bit để bộ hiệu chỉnh máy

thu đạt đến thu tối ưu thì SB còn có các nội dung sau:

Số khung TDMA dạng rút gọn

BSIC = BCC + NCC


Kênh logic (1)Kênh logic là khái niệm cấu trúc khung để

truyền đưa từng loại tin tức. Kênh logic được đặc trưng bởi thông tin truyền giữa BTS và MS. Các kênh logic được đặt vào các kênh vật lý.


Kênh logic (2)


Kênh logic (3)


Cấu trúc khung (1)Tin tức các loại (lưu lượng và báo hiệu) được sắp đặt có trật tự trước khi được

ánh xạ vào khe thời gian. Các khung được tổ chức thành cấu trúc của tổ hợp các kênh logic nhất định sao cho máy thu có thể nhận biết và phân loại dữ liệu đã truyền với sai lỗi và trễ tối thiểu.

Có 7 tổ hợp kênh logic được đánh số La Mã. Mỗi tổ hợp kênh logic yêu cầu một kênh vật lý riêng


Cấu trúc khung (2)Kỹ thuật TDMA tạo ra 8 kênh vật lý (8 khe) trên một sóng mang. Vậy có thể đặt các tổ hợp

kênh khác nhau vào một sóng mang.Cấu trúc khung TDMA biểu thị trật tự khe thời gian trên một sóng mang. Cấu trúc đa khung

biểu thị trật tự các kênh logic trong các khe thời gian từ một số cố định các khung TDMA. Đa khung 26 khung TDMA dùng cho tổ hợp TCHĐa khung 51 khung dùng cho tổ hợp CCH.


Tổ hợp kênh logic I. TCH/FS + FACCH/FS + SACCH/FS II. 1kênh bán tốc TCH/HS(0,1) + FACCH/HS(0,1) + SACCH/HS(0,1)III. 2kênh bán tốc TCH/HS(0) + FACCH/HS(0) + SACCH/HS(0) + TCH/HS(1) + FACCH/HS(1) +

SACCH/HS(1) IV. FCCH + SCH + CCCH + BCCHV. FCCH+SCH+CCCH+BCCH+SDCCH/4 + SACCH/4VI. CCCH + BCCHVII. SDCCH/8 + SACCH/8 (1 khe phục vụ 8 MS)


Ánh xạ kênh logic vào kênh vật lý


Possible time slotsChannels

Down-linkUp-link

0 –71 TCH/F (+SACCH)1 TCH/F (+SACCH)

0 –72 TCH/H (+SACCH)2 TCH/H (+SACCH)

0 –78 SDCCH (+SACCH)8 SDCCH (+SACCH)

01SCH + 1 FCCH +

1BCCH+1AGCH+1PCH

1 RACH

01SCH + 1FCCH + 1BCCH

+ 1AGCH* + 1PCH*

+ 4SDCCH (+ SACCH)

1RACH* +4SDCCH

(+SACCH)

2,4,61 BCCH + 1 AGCH + 1 PCH1 RACH

Mã hóa thoại (1)Yêu cầu đối với mã hóa thoại GSM.

Độ dư nội tại của thoại phải lọc bỏ. Sau mã hóa chỉ giữ lại tin tức tối thiểu đủ để khôi phục thoại ở máy thu. Bảo đảm chất lượng truyền thoại đến Rx.

Ngừng phát vô tuyến khi không tích cực thoại trong quá trình đàm thoại. Đây là chức năng phát gián đoạn (DTX – Discontinuous transmission). DTX giảm bớt lưu lượng và can nhiễu, đồng thời giảm yêu cầu về nguồn.


Mã hóa thoại (2)


Mã hóa thoại (3)Quá trình mã hóa thoại.

ADC lấy mẫu với chu kỳ và lượng tử hóa đều 13 bit/mẫu. Tốc độ bit tại DAI:8000mẫu/s x 13bit/mẫu = 104Kbit/s

CODEC sẽ tiến hành mã hóa thoại lại theo kiểu VOCODER để loại bỏ tối đa độ dư trong thoại. Nguyên lý VOCODER là mô hình phát âm được xác định trước ở cả phía phát và phía thu thoại. Bên thu chỉ cần nhận đủ những đặc trưng của thoại theo yêu cầu là có thể tái tạo lại tín hiệu.


Mã hóa thoại (4)LPC (Linear predictive Coding) – RPE (1).

Là nguyên lý giảm độ dư thoại dựa vào đặc tính tương quan ngắn 1ms giữa các mẫu. Mỗi cửa sổ 20ms của thoại (có 160 mẫu) được lưu vào bộ nhớ và phân tích để đưa ra 8 hệ số bộ lọc và thông số tín hiệu kích theo yêu cầu của mô hình phát âm. 160 mẫu trong một cửa sổ được chia thành 4 nhóm: 40 mẫu cho mỗi nhóm 5ms. Một nhóm lại phân thành 4 chuỗi:


Mã hóa thoại (5)LPC (Linear predictive Coding) – RPE (2).

Bằng thuật toán chọn chuỗi có năng lượng lớn nhất đại diện cho nhóm sẽ giảm đợt đầu độ dư thoại.


Chuỗi1 gồm các mẫu15913 ….37

2261014 ….38

3371115 ….39

4481216 ….40

Mã hóa thoại (6)Phân tích LTP (Long Term Prediction) (1).

LTP giảm độ dư thoại dựa vào tương quan dài. Bộ nhớ lưu 4 chuỗi đại diện cho 4 nhóm của một cửa sổ. Thuật toán chọn chuỗi đại diện cho cửa sổ theo nguyên tắc “Chuỗi của cửa sổ xét phải gần giống với chuỗi đại diện cho cửa sổ trước”.

Dòng bit mang thông tin thoại truyền đến máy thu có con trỏ cho biết chuỗi của nhóm nào được chọn và thông số thay đổi giữa chuỗi của cửa sổ này với chuỗi của cửa sổ trước


Mã hóa thoại (7)Phân tích LTP (Long Term Prediction) (2).

Sau lần giảm độ dư thoại này, sẽ được kết quả là 260bit/20ms, tức là 13Kbit/s = 1/8 tốc độ thoại ở DAI.

Sau khi mã hóa thoại, dòng thoại đầu ra của CODEC đã được mã hóa thoại đặc thù cho môi trường di động. Sau đó, nó sẽ được mã hóa kênh nhằm tạo điều kiện sửa sai lỗi truyền dẫn qua môi trường vô tuyến.


Mã hóa kênh (1)Mã hoá kênh được sử dụng để phát hiện và hiệu chỉnh lỗi trong luồng bit thu để giảm tỉ

số bit lỗi BER. Trong các hệ thống thông tin di động, sử dụng hai dạng mã hoá kênh khác nhau:

Mã khối tuyến tính (phát hiện lỗi). Mã xoắn (sửa lỗi).

Trong phần mã hóa thoại, đầu ra của CODEC là dòng số 260bit/20ms. 260 bit này đươc phân cấp theo tầm quan trọng và được bảo vệ khác nhau để đạt hiệu quả cao nhất.


Mã hóa kênh (2)


50 bit Ia 132 bit Ib 78 bit II

50 bit Ia 3 132 bit Ib 4

378 coded bits

Các bit cấp II không cần bảo vệ

Mã hóa vòng xoắn r = 1

2, K = 5.

78 bit

Mã hóa khối cho các bit Ia ( 3 bit CRC )

Thêm 4 bit 0 để khởi tạo lại bộ mã hóa

Mã hóa kênh (3)Mã hóa khối.

Mã khối là một mã chu kỳ để phát hiện lỗi cho 50 bit cấp cấp Ia.

Nếu thêm vào 3 bit CRC thì có thể phát hiện lỗi để hủy toàn bộ cửa sổ xét và bộ ngoại suy ở máy thu lấp lỗ trống này.


Mã hóa kênh (4)Mã hóa vòng xoắn (1).

Mã hóa vòng xoắn cho phép sửa sai lỗi và được áp dụng cho các bit cấp Ia, Ib. Thường dùng mã vòng xoắn với tốc độ r = ½ và độ trễ K = 5.

Ý nghĩa của các thông số: 5 bit liên tiếp được dùng để tính ra bit dư, mỗi bit tin được kèm một bit dư. Bộ mã hóa

vòng xoắn được xóa về trạng thái ban đầu bằng 4 bit 0, vì vậy bit cuối cùng của một cửa sổ sẽ kéo theo 4 bit 0.


Mã hóa kênh (5)Mã hóa vòng xoắn (2).

Kết quả của việc mã hóa kênh đối với 260 bit của một cửa sổ tín hiệu thoại số đầu ra CODEC là đầu ra của bộ mã hóa kênh có: 456bit/20ms = 4 x 114 = 8 x 57 = 22,8Kbit/s


Sự cài xen (1)Do fading sâu và lâu, nên các lỗi bit thường xảy ra từng cụm dài. Tuy nhiên, mã

hoá kênh đặc biệt là mã hoá vòng xoắn chỉ hiệu quả khi phát hiện và sửa các lỗi ngẫu nhiên đơn lẻ và các cụm lỗi không quá dài.

Để giải quyết vần đề này, người ta chia khối bản tin cần gửi thành các cụm ngắn rồi ghép xen các cụm này với các cụm của các khối bản tin khác gọi là quá trình cài xen.


Sự cài xen (2)456 bit của một cửa sổ có thể đặt vừa khít trong 4 khe thời gian. Tuy nhiên,

môi trường truyền sóng vô tuyến có thể làm mất cả một cụm và có thể làm mất từng mảng các bit tin nếu ta sắp xếp các bit này vào 4 khe thời gian liên tiếp nhau. Để tránh mất nhiều bit liền nhau đến mức mã hóa vòng xoắn không có tác dụng, ta sử dụng sự cài xen như sau (“even” và “odd” là tên đặt phân biệt các khối con bit):


Sự cài xen (3)


Số thứ tự bit trước cài xenCài xen trong cấu trúc khung

08 ………448Even bit of burst NNo ( 0,4,8.13,17,21)

19 ………449Even bit of burst N +1No ( 1,5,9.14,18,22)

210 ……..450Even bit of burst N +2No ( 2,6,10,15,19,23)

311 ……..451Even bit of burst N +3No ( 3,7,11,16,20,24)

412 ……..452Odd bit of burst N +4No ( 4,8,12,17,21,0)

513 ……..453Odd bit of burst N +5No ( 5,6,13,18,22,1)

614 ……..454Odd bit of burst N+6No ( 6,7,14,19,23,2)

715 ……..455Odd bit of burst N+7No ( 7,8,15,20,24,3)

Tổng kết mã hóa kênh trong GSM


Loại kênhTốc độ bit

(Kbps)

Các bit/khối số liệu +

chẵn lẻ + đuôiĐộ dư mã xoắn

Số bit của

một khối

TCH/FS13

Loại Ia50 + 3 + 0456

Loại Ib182 + 3 + 4½(378)

Loại II78(78)

TCH/F 9,6124*60 + 0 + 41/2 (244/456 có trích bỏ)456

TCH/F 4,86120 + 0 + 321/3456

TCH/H 4,864*60 + 0 + 41/2 (244/456 có trích bỏ)456

TCH/F 2,43.672 + 0 + 41/6456

TCH/H 2,43.6144 + 0 + 81/3456

FACCH184 + 40 + 41/2456

SDCCH SACCH184 + 40 + 41/2456

BCCH AGCH PCH184 + 40 + 41/2456

RACH8 + 6 + 41/236

SCH25 + 10 + 41/278

Chuyển giao – Handover HO (1)Khi đang đàm thoại, một kênh được xác lập. Khi một MS chuyển động ra khỏi

vùng phủ sóng của cell cho trước, tín hiệu thu của cell này sẽ giảm. Khi đó, cell đang sử dụng sẽ yêu cầu một HO đến hệ thống. Đến một mức quy định, hệ thống sẽ chuyển mạch cuộc gọi đến một cell có cùng tần số với cường độ tín hiệu mạnh hơn mà không làm gián đoạn cuộc gọi hay gửi cảnh báo đến người sử dụng. Cuộc gọi được tiếp tục mà người dùng không nhận thấy quá trình HO diễn ra


Chuyển giao – Handover HO (2)Phân loại HO.

Intra-cell HandOver. Inter-cell HandOver. Intra-MSC HandOver. Inter-MSC HandOver.


Chuyển giao – Handover HO (3)Intra-cell HandOver.


Chuyển giao – Handover HO (4)Inter-cell Hand Over.


Chuyển giao – Handover HO (5)Intra - MSC Hand Over.


Chuyển giao – Handover HO (6)Inter - MSC Hand Over.


Chuyển giao – Handover HO (7)Quy trình chuyển giao cuộc gọi.

Về cơ bản, thủ tục Handover bao gồm 4 giai đoạn: Giai đoạn 1: BSC quyết định thực hiện handover để đảm bảo kết nối. Giai đoạn 2: Một kết nối mới được thiết lập, song song với kết nối gốc. Giai đoạn 3: MSC chuyển cuộc gọi sang kết nối mới. Giai đoạn 4: Kết nối gốc được giải phóng.


Tái sử dụng tần số trong GSM (1)

Hệ thống GSM đã đưa ra giải pháp mảng mẫu để sử dụng lại tần số ở một phạm vi khác có khoảng cách xác định theo tính toán để tránh nhiễu (gọi là khoảng cách sử dụng lại tần số D).

Sử dụng lại tần số là vấn đề cốt lõi của hệ thống cellular. Người dùng ở những cell xa nhau có thể dùng lại đồng thời một tần số như nhau. Việc sử dụng lại tần số làm tăng hiệu suất phổ rất nhiều, nhưng cũng có thể gây can nhiễu rất lớn. Can nhiễu này gọi là can nhiễu kênh chung.



Mảng mẫu (1).Mảng mẫu là một tập hợp cell xác định có cấu trúc xác định mà ở đó toàn bộ

tài nguyên tần số được phân chia và sử dụng hết trong mảng mẫu. Những cell trong cùng mảng mẫu sử dụng những nhóm tần số sóng vô tuyến khác nhau, vì vậy không có can nhiễu kênh chung giữa các cell trong cùng một mảng mẫu.

Số lượng cell K trong mỗi mảng mẫu được sử dụng làm tên gọi cho mảng mẫu.



Mảng mẫu (2).Để phủ sóng một diệntích lớn hơn mảng mẫu thì phải thiết lập lại mảng mẫu theo kiểu lát sàn nhà. Những cell tương ứng thuộc về những mảng mẫu khác nhau dùng chung một nhóm tần số sẽ gây can nhiễu kênh chung cho nhau.



Mảng mẫu (3).Việc lựa chọn loại mảng mẫu nào để phủ sóng cho phù hợp còn phụ

thuộc vào nhiều yếu tố thực tế, trong đó quan trọng nhất là mật độ thuê bao. Và chỉ sau khi chọn loại mảng mẫu phù hợp sẽ tiến hành tính can nhiễu kênh chung tương ứng với mảng mẫu đó.


Can nhiễu kênh chung trong GSM (1)

Tái sử dụng tần số bị giới hạn bởi mức can nhiễu kênh chung. Do vậy, cần tìm khoảng cách tối

thiểu sử dụng lại tần số Dmin để can nhiễu kênh chung vẫn nằm trong giới hạn cho phép. Dmin phụ

thuộc vào nhiều yếu tố:Số cell dùng lại tần số xung quanh cell xem xétĐặc điểm địa lý vùng phủ sóng.Chiều cao anten.Công suất phát.



Về lý thuyết, số lượng cell K càng tăng thì khoảng cách Dmin cũng

tăng, vì vậy sẽ làm giảm can nhiễu kênh chung. Trên thực tế, vì tổng số kênh tần số là cố định, nếu số cell K càng

tăng thì số kênh trong mỗi cell lại càng giảm, khi đó hiệu suất sử dụng kênh sẽ giảm.



Gọi C/I là tỉ số sóng mang trên nhiễu theo yêu cầu đảm bảo chất lượng thu tín hiệu ở máy thu của MS:

C: cường độ sóng mang (tín hiệu có ích).I: can nhiễu kênh chung (với các cell dùng chung tần số) đi vào anten.

KI: số cell dùng chung tần số với cell xét, gây can nhiễu kênh chung với nó.


IK

KKI

C

I

C

1


Gọi q = D/R là hệ số giảm can nhiễu kênh chung. Tham số q quyết định mức can nhiễu kênh chung, q tăng thì can nhiễu giảm.


Trong trường hợp can nhiễu kênh chung là đáng kể nhất thì can nhiễu này quyết định C/I có giá trị gần như nhau đối với máy thu BTS hay MS trong cell xét.


R: bán kính cell.D: khoảng cách sử dụng lại tần số.γ: tốc độ suy hao truyền sóng theo khoảng cách (phụ thuộc vào môi trường,

địa hình truyền sóng), thường γ= 4.Các cell dùng chung tần số ở tầng xa hơn gây can nhiễu không đáng kể. Khi

đó:


IK

KKD

R

I

C

1

II K

1Kk

K

1K

K q

1

R

D

1

I

C


Với giả thiết hệ thống là cân bằng, nghĩa là C/I của máy thu BTS và máy thu của MS đều bằng nhau (C/I phụ thuộc vào yêu cầu chất lượng của hệ thống). Khi đó:

Với C/I = 18 dB và γ = 4, tính được:


6

q

D6

R

I

C

I

C6q

1

I

C6q

41.41,63x6R

Dq 4


Xét trường hợp xấu nhất: MS ở vị trí mà tín hiệu yếu nhất, nhưng can nhiễu mạnh nhất.

Với tốc độ suy haotruyền sóng theo cự ly 40dB/dec, nhận thấy rằng:


444

444

4

)1(22)1(2

1

)(22)(2

qqq

RDDRD

R

I

C


Thay q = 4.6 vào (3.7), tính được C/I = 54 = 17dB < chuẩn = 18dB.Để thận trong hơn nữa, cự ly nhiễu kênh chung đều lấy nhỏ nhất, bằng D – R với cả 6 cell.

Trong thực tế, do vị trí của BTS không tối ưu vì địa hình nên tỉ số C/I luôn xấu, có thể < 14dB. Tỷ số xấu như vậy dễ xảy ra vào giờ cao điểm

phải thiết kế HT quanh giá trị xấu nhất này.


dB47.1428)1q(6

1

)RD(6

R

I

C44

4

Một số mảng mẫu thường gặp (1)

Ký hiệu tổng quát của mẫu sử dụng lại tần số: Mẫu M /N, trong đó: M = tổng số sites trong mảng mẫu.N = tổng số cells trong mảng mẫu.

Ba kiểu mẫu sử dụng lại tần số thường dùng: Mảng mẫu 3/9. Mảng mẫu 4/12. Mảng mẫu 7/21.



Mảng mẫu 3/9.Các tần số được chia thành 9 nhóm, ấn định trong 3

vị trí trạm gốc (site). Mẫu này có khoảng cách giữa các trạm đồng kênh là D = 5,2R.


Ấn định tần số

A1B1C1A2B2C2A3B3C3

BCCH848586878889909192

TCH193949596979899100101

TCH2102103104105106107108109110

TCH3111112113114115116117118119

TCH4120121122123124


Mảng mẫu 4/12.



A1B1C1D1A2B2C2D2A3B3C3D3

BCCH848586878889909192939495

TCH196979899100101102103104105106107

TCH2108109110111112113114115116117118119

TCH3120121122123124


Mảng mẫu 7/21.



BCCHTCH

A184105

B185106

C186107

D187108

E188109

F189110

G190111

A291112

B292113

C293114

D294115


BCCHTCH

E295116

F296117

G297118

A398119

B399120

C3100121

D3101122

E3102123

F3103124

G3104

Lưu lượng trong mạng GSM (1)Lưu lượng là tin tức được truyền dẫn qua các kênh thông

tin.Đây là khái niệm đơn giản và luôn gắn liền với kênh thông tin.

Lưu lượng trên kênh vô tuyến được đo bằng Erlang. Lưu lượng của một thuê bao được tính theo công thức:


3600

*tCA

C : số cuộc gọi trung bình trong một giờ của một TB.t : thời gian trung bình cho một cuộc gọi.A : lưu lượng thông tin trên một TB (Erl).

Lưu lượng trong mạng GSM (2)Cấp độ dịch vụ GoS (Grade of Service).

Để một kênh đường trục có chất lượng phục vụ cao thì xác suất nghẽn phải thấp số người dùng có thể phải bị giới hạn, tức là lưu lượng muốn truyền phải giữ trong

dung lượng kênh. Nếu chấp nhận một cấp phục vụ thấp hơn, tức là xác suất nghẽn lớn hơn, thì tương ứng tăng được dung lượng muốn truyền (tăng số người dùng).

GoS cùng một nghĩa với xác suất nghẽn.


Lưu lượng trong mạng GSM (3)

Sơ đồ lưu lượng.


Lưu lượng trong mạng GSM (4)Mô hình Erlang B (thích hợp với GSM).

Là mô hình hệ thống thông tin hoạt động theo kiểu tiêu hao. Thuê bao không hề gọi lại khi cuộc gọi không thành. Đồng thời giả thiết rằng:

Phân bố xác suất cuộc gọi theo luật ngẫu nhiên Poisson. Số người dùng lớn hơn số kênh dùng chung. Không có kênh dự trữ dành riêng. Cuộc gọi bị nghẽn không được gọi lại ngay. Mô hình Erlang B thích hợp cho mạng GSM.


Lưu lượng trong mạng GSM (5)Mô hình Erlang C.

Là mô hình hệ thống thông tin hoạt động theo kiểu đợi, thuê bao kiên trì gọi lại đến khi cuộc gọi thành công.

Hiệu suất đường trục (trung kế)Hiệu suất sử dụng trung kế là tỷ số giữa lưu lượng được truyền với số kênh của đường trục.Với cùng một cấp phục vụ, trung kế càng lớn (số kênh dùng chung lớn) thì hiệu quả sử

dụng trung kế càng cao.


Lưu lượng trong mạng GSM (6)Định cỡ cho kênh SDCCH (1).

Trước khi MS được cấp phát TCH, MS sẽ thực hiện báo hiệu nhằm thiết lập cuộc gọi nhờ SDCCH. Quá trình cấp phát tức thì một SDCCH cho MS phải hoàn thành trước khi có thể cấp phát TCH cho MS. Ngay cả khi TCH còn rỗi, nếu MS bị tắc nghẽn vì thiếu SDCCH thì cuộc gọi cũng không thể thực thi.

Vì vậy, xác suất tắc nghẽn SDCCH phải bé hơn so với TCH, tức là GoSSDCCH > GoSTCH.


Lưu lượng trong mạng GSM (7)

Định cỡ cho kênh SDCCH (2).


A: lưu lượng thoại và báo hiệu yêu cầu

một SDCCH và một TCH.

A’: lưu lượng báo hiệu yêu cầu chỉ một SDCCH

chuong 3 (ppt2003)

Documents