thông tin di động,đỗ trọng tuấn,dhbkhn

2/17/2014

1

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Viện Điện tử Viễn thông

Thông tin di động

Mobile Communications

TS. Đỗ Trọng TuấnBộ môn Kỹ thuật thông tin

Hà Nội, 04-2011

2/17/2014

2

Phân cấp vùng phục vụ

trong mạng GSM

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

cuu d

uong

than

cong

. com

http://cuuduongthancong.com?src=pdf

https://fb.com/tailieudientucntt

2/17/2014

3

Phân cấp vùng phục vụ GSMLocation Information-GSM Service Area Hierarchy

2/17/2014

4

GSM Service Area

Service area = the areain which a subscriber

an access the network.

Location Information-GSM Service Area HierarchyPhân cấp vùng phục vụ GSM


cuu d

uong

than

cong

. com



2/17/2014

5

Vùng phục vụ PLMN

2/17/2014

6

Vùng định vị LAI và vùng phục vụ MSC/VLR

Vùng định vị LA là vùng gồm một số cell do nhà

quy hoạch ấn định tại đó MS có thể di chuyển tự

do mà không cần cập nhật lại vị trí.


cuu d

uong

than

cong

. com



2/17/2014

7

Số nhận dạng vùng định vị LAI

Location Area Code (LAC)

Mobile countryCode (MCC)

3 digits 2 digits

Số LAI: Location Area Identity => Số nhận dạng vùng định vị

Location AreaCode (LAC)

Mobile countryCode (MCC)

3 digits 2 digits

Số nhận dạng ô toàn cầu GCI:

GCI = MCC + MNC + LAC + GCI = LAI + GCI

Global CellIdentity (GCI)

2 Bytes 2 Bytes

2 Bytes

MobileNetwork Code

(MNC)

Mobile NetworkCode (MNC)

2/17/2014

8



cuu d

uong

than

cong

. com



2/17/2014

9


2/17/2014

10

Số nhận dạng vùng định vị LAI được lưu giữ

ở đâu ?



cuu d

uong

than

cong

. com



2/17/2014

11


2/17/2014

12

Ví dụ


cuu d

uong

than

cong

. com



2/17/2014

13

Kênh tại giao diện vô tuyến Um

2/17/2014

14

Giao diện vô tuyến Um


cuu d

uong

than

cong

. com



2/17/2014

15

FDMA

Time

Frequency

Channel

2/17/2014

16

Kênh tần số trong hệ thống GSM và DCS


cuu d

uong

than

cong

. com



2/17/2014

17

TDMA

Time

Frequency

0 1 2 3 4 5 6 7

Channel

Time Slot

2/17/2014

18

Khái niệm

Kênh vật lý là phương tiện truyền tải thông tin.

Tại Um:

• Kết hợp sử dụng 2 phương thức đa truy nhập

FDMA và TDMA.

• Kênh vật lý CH = TSi є ARFCNj

Kênh logic là thông tin mang trên kênh vật lý


cuu d

uong

than

cong

. com



2/17/2014

19

Channels : differentiating between Physical and Logical channels

Physical channels : The combination of an ARFCN and a time slot defines a physical channel.

Logical channels : These are channels specified by GSM which are mapped on physical channels.

2/17/2014

20

Kênh vật lý và kênh logic


cuu d

uong

than

cong

. com



2/17/2014

21

GSM900 utilizes two bands of 25 MHz. 890-

915 MHz band is used for uplink while the

935-960 MHz is used for downlink.

The frequency bands are divided into 200 KHz wide channels called ARFCNs (Absolute Radio Frequency Channel Numbers) i.e. there are 124 ARFCNs are used.

Each ARFCN supports 8 users with each user transmitting / receiving on a particular time slot (TS).

Chế độ làm việc song công - Duplex

0 1 2 3 4 5 6 7

Data burst = 156.25 bit periods = 576.9s

960 MHz

959.8MHz

200KHz

935 MHz

935.2 Mhz

915 MHz

200KHz

45 MHz

Downlink (TDMA frame) = 8 TS

Uplink (TDMA frame)

Delay

TS: Time slot

914.8 MHz

890.2 MHz

890 MHz

DOWNLINK

UPLINK

Therefore 1 TDMA frame = 156.25 x 8 = 1250 bits and has a duration of 576.92s x 8 = 4.615 ms

0 1 2 3 4 5 6 7

124

123

…….

……

2

1

124

123

…….

……

2

1

Duplex methods

FDD

TDD

FDD: Frequency Division DuplexTDD: Time Division Duplex

2/17/2014

22

Time Slot & Burst

156,25 bits = 577 µs

148 bits = 542,8 µs

- 70 dB

- 30 dB

- 6 dB

+4 dB

± 1 dB 34 dBm

Time Slot: khe thời gian Busrt: Cụm thông tin

Mức công suất phát của MS biến thiên theo thời gian

t (µs)

P (dB)


cuu d

uong

than

cong

. com



2/17/2014

23

OR 26 (51 frame) multiframes

Phân cấp cấu trúc khung - Frame hierarchy

0 1 2 3 2044 2045 2046 2047

0 1 2 3 47 48 49 50

0 1 24 25

T0 T1 ….. T11 S T12 ….. T24 I T0 T1 T2 T3 …. ….. ….. T48 T49 T50

1 superframe = 51 (26frame) multiframes

1 hyperframe = 2048 superframes = 2715648 TDMA frames

1 trafic multiframe = 26TDMA frames 1 control multiframe = 51TDMA frames

……….

……….

……

235.4 ms

26 * 51 = 1326 TDMA Frames

6.12 s

3 h 28 min 53.76 s

0 1 6 7...

TDMA Frameburst

slot 577 µs

4.615 ms

120 ms

2/17/2014

24

Cấu trúc cụm bình thường NB – Normal Burst

f2

f1...0 1 2 ... 7 0 1...0 1 2 ... 7 0 1 156.25 Bits in 576.923 s

(3.6923 s/Bit)

useful part

Power p(t)

t

8.25 Bits Guard Period

26 Training Bits

2 x 57 Encrypted Bits

3 Tail Bits 3 Tail Bits

Stealing Flag


cuu d

uong

than

cong

. com



2/17/2014

25

Normal Burst

0 1 2 3 4 5 6 7

TB3

Data57

SF1

Training 26

SF1

Data 57

TB3

148 bits

156.25 bits = 0.577ms

• To carry information on the TCH and all control channels except

for RACH, SCH and FCCH

• The two sets of encrypted 57 bits are data or speech …….

TB: tail bit

4.615ms

2/17/2014

26

•The stealing flag (SF) indicates whether the burst was

stolen for signaling or not.

•The 3 tail bits are (0,0,0) and is used as the start/stop

pattern.

• The GP (guard period of 8.25 is used to prevent

overlapping of frames

•The 26 training bits is a known bit sequence to get an

estimate of how the channel is affected by interference

Normal Burst


cuu d

uong

than

cong

. com



2/17/2014

27

Synchronization Burst

0 1 2 3 4 5 6 7

TB

3

Encrypted

Bits 39

Extended training bits

64

Encrypted

Bits 39

TB

3

148 bits

156.25 bits = 0.577ms

4.615ms

• This burst is used for time synchronization of the mobile• The long training sequence is a synchronization sequence

• The encrypted 78 bits carry the information of the TDMA frame number and the BSIC (Base Tranceiver Station Identity Code)

BTSMTS

2/17/2014

28

0 1 2 3 4 5 6 7

TB3

Fixed all zeros142

TB3

148 bits

156.25 bits = 0.577ms

Frequency Correction Burst

4.615ms

• This burst is used for frequency synchronization of the mobile

• The sequence of fixed zeros is equivalent to an unmodulated carrier.

BTSMTS


cuu d

uong

than

cong

. com



2/17/2014

29

Access Burst

4.615ms

0 1 2 3 4 5 6 7

TB

8

Syn. Sequence

41

Encrypted

message

36

TB

3

Additional guard time

60

148 bits

156.25 bits = 0.577ms

• The random access burst has a longer guard period since the mobile does not know the timing advance when it randomly accesses the system

2/17/2014

30

Cấu trúc cụm tại giao diện vô tuyến

NB

FB

SB

DB

AB


cuu d

uong

than

cong

. com



2/17/2014

31

Kênh logic

2/17/2014

32

Kênh lưu lượng - TCH


cuu d

uong

than

cong

. com



2/17/2014

33

Kênh lưu lượng TCH

TCH/FS : for speech digitized at raw data

rate of 13 kbps (FS: Full Speech): Bm

TCH/HR: for speech digitized at raw data

rate of 6.5 kbps (HS: Half Speech):Lm

TCH/9.6 -> data transfer rate at 9.6 kbps

TCH/4.8, TCH/2.4 . . .

2/17/2014

34

Kênh điều khiển - CCH


cuu d

uong

than

cong

. com



2/17/2014

35

Control Channels

Functions:

• To help the MS find the control channels.

• To provide information about

- voice and control channel repetition cycle.

- parameters in the cell.

- surrounding cells.

- paging.

• To allow random access attempts by the MS.

2/17/2014

36

Nhóm kênh điều khiển quảng bá BCH

In general mapped to BCCH ARFCN on TS0.

Broadcast control channels consist of:

- Kênh điều khiển quản bá: BCCH - Broadcast Control

Channel .

- Kênh hiệu chỉnh tần số FCCH – Frequency Correction

Channel.

- Kênh đồng bộ SCH - Synchronization Channel


cuu d

uong

than

cong

. com



2/17/2014

37

Broadcast Control Channel (BCCH)

Serves as a Beacon for the Cell

Country Code (CC) and the Network Code (NC)

Location Area Identity (LAI) and Cell identity

List of neighboring cells which should be

monitored by MS

List of frequencies used in the cell

2/17/2014

38

Frequency Correction Channel-FCCH

Allows each user unit to synchronize its

internal frequency standard with BTS

Repeated each 10 frame in control

multiframe


cuu d

uong

than

cong

. com



2/17/2014

39

Contains:• Identification of base station for mobile

(BSIC).

• Frame synchronize with BTS ( 0 to 2715647)

• Timing advancement command

Transmitted just after FCCH , i.e. after each 10 frames in control multiframe.

Synchronization Channel (SCH)

2/17/2014

40

Các kênh điều khiển chung CCCH

In general mapped to BCCH ARFCN on TS0.

Common control channels consist of:

- Kênh tìm gọi: PCH ( Paging CHannel, forward channel),

- Kênh truy nhập ngẫu nhiên RACH ( RANDOM Access

CHannel, reverse channel).

- Kênh cho phép truy nhập AGCH ( Access Grant

CHannel, forward channel).


cuu d

uong

than

cong

. com



2/17/2014

41

Kênh tìm gọi PCH

functions:

• Paging signal from BS to to all mobile in the

cell.

• Notifies one mobile of an incoming call, by

sending IMSI/TMSI to target subscriber along

with request for ack on RACH.

2/17/2014

42

Common control channels, CCCH

RACH

• RACH is reverse channel for user to BTS ack

for a Page.

• Also used by mobiles to originate a call.

• The BTS responds by assigning a Stand

Alone Dedicated channel (SDCCH) for

signalling during a call. This is done on

AGCH.


cuu d

uong

than

cong

. com



2/17/2014

43

Common control channels, CCCH

AGCH ( Access Grant CHannel)

• AGCH is the final CCCH mesg to subscriber

before it moves off from Control Channel.

2/17/2014

44

Dedicated Control Channels

Three types of Dedicated Channel,

Bidirectional like traffic channels.

Like TCH, they exist on any channel

except TS0 of BCCH ARFCN

Used for providing signaling service

required by a particular user during a

call.


cuu d

uong

than

cong

. com



2/17/2014

45


SDCCH ( stand alone dedicated control

channel)

• This ensures that MS and BS remain

connected while BS and MSC verify

subscriber identity before BS allocate

resource ( TCH assignmnet) to MS.

• SDCCH may be assigned their own physical

channel

2/17/2014

46

What function does Stand-Alone Dedicated Control channel

(SDCCH) serve?

Used by MS for call setup

Authentication

Location Updating

Short message service (SMS)

Back

(Bi-directional)

BTS

MTS


cuu d

uong

than

cong

. com



2/17/2014

47


Slow Associated Control Channel• Always associated with a traffic channel TCH

or maps to a SDCCH phy channel.

SACCH of transmitted every 13 (26 for

half rate) TDMA frames i.e on each

speech multiframe, 8 TS is used for 8

users ( or 16 users for half rate).

2/17/2014

48

A Slow Associated Control channel (SACCH) is associated

with both a TCH and a SDCCH

DOWNLINK:

Power control

Timing Advance information

UPLINK

Receive Signal Strength Indicator

Quality reports

Back

(Bi-directional)

BTS

MTS


cuu d

uong

than

cong

. com



2/17/2014

49


FACCH: Fast Associated Control Channels:

FACCH contains same type of signaling data (but urgent, like handoff request) and used when SDCCH has not been dedicated for a particular user.

This is done by stealing frames from TCH forward channel burst.

Two special bits called S bits in one TS, When set indicates that data is FACCH data and not user data.

2/17/2014

50

ξ3. Tổ hợp kênh

và cấu trúc đa khung


cuu d

uong

than

cong

. com



2/17/2014

51

Tổ hợp kênh - Channel combinations

Trên 1 kênh vật lý có thể mang 1 trong

các tổ hợp kênh sau:

- TCH/F + FACCH/F + SACCH/F

- TCH/H + FACCH/H + SACCH/H

- FCCH + SCH + BCCH + CCCH

- FCCH + SCH + BCCH + CCCH + SDCCH/4 + SACCH/4

- SDCCH/8 + SACCH/8

2/17/2014

52

Đa khung lưu lượng toàn tốc MF26

0 1 62 3 4 5 7 0 1 62 3 4 5 7 0

0 1 62 3 4 5 7 8 9 •10 11 12 13 • 25

Traffic Signaling (S)

TDMA slots

TDMA Frameson a given channel

TDMA Frame 0 TDMA Frame 1

Tại 1 thời điểm: TS2 sẽ phục vụ 1 MS

TCH SACCH

full rate: toàn tốc


cuu d

uong

than

cong

. com



2/17/2014

53

IT24…..T13ST11…..T1T0

0 1 2 ………… 12 13 ……….….. 25

0

1

2

3

4

5

6

7

Time slots

Frame number

T: TCH :Traffic channel

Đa khung lưu lượng - MF26

T T T T T T T T I

S : SACCH : Slow Associated Control channel

ssssssss

2/17/2014

54

Đa khung lưu lượng bán tốc

0 1 62 3 4 5 7 0 1 62 3 4 5 7

0 1 62 3 4 5 7 • • • • • • 25

0 1 62 3 4 5 7 8 9 10 11 12 13 • • 25

••

Burst for one user

Burst for another user

TDMA Frame 0 TDMA Frame 1

half rate: Bán tốc

210

Tại 1 thời điểm: TS2 sẽ phục vụ 2 MS TS2 2

2


cuu d

uong

than

cong

. com



2/17/2014

55

Kết nối bán tốc - Haftrate

2/17/2014

56

Đa khung điều khiển - Control Multiframe MF51

Đa khung không kết hợp(non-combined

multiframe).

• Đa khung điều khiển quảng bá

-> BCCH Multilframe: Luôn mang trên TS0 của

sóng mang BCCH.

• Đa khung điều khiển chuyên dụng.

-> DCCH Multilframe.

Đa khung kết hợp(combined multiframe): kết

hợp hai kiểu đa khung trên.


cuu d

uong

than

cong

. com



2/17/2014

57

Đa khung quảng bá - BCCH/CCCH

DL

UL

01 2

B C C C C C C C C C

0 50

5049

1 block = 4 TS

FCCH SCH RACH

BCCH CCCH: PCH or AGCH

Idle

Frame

2/17/2014

58

Đa khung chuyên dụng - SDCCH/8

DL

0 3

D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 A2 A3

50

D: SDCCH/8 A: SACCH/8

A0 A1

D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 A6 A7A4 A5

Idle

51 101

1 block = 4 TS

UL

0 3

A5 A6 A7 D0 D1 D2 D3 D4 D7 A0

50

D5 D6

51 101

A1 A2 A3 D0 D1 D2 D3 D4 D7 A4D5 D6

1 block = 4 TS

Mang CBCH


cuu d

uong

than

cong

. com



2/17/2014

59

Đa khung kết hợp – SDCCH/4

DL

UL

01 2

B C C C D0 D1 D2D3 A0 A1

0

101

50

FCCH SCH RACH

BCCH CCCH: PCH or AGCH

Idle

B C C C D4 D5 D6 D7 A2 A3

D3 A0 A1 D2D1D0

D3 A2 A3 D2D1D0

SACCH/4 SDCCH/4

FrameMang CBCH

101

2/17/2014

60

The remaining frames contain : Common Control Channels (CCCH) and Dedicated Controls Channels (DCCH) in TS0

Also FCCH and SCH appear 5 times in a Multiframe

0

1

2

3

4

5

6

7

Time slots

0 1 2 3 4 5 6 7 … 10 1112 ……… 50

Frame number

T7 …

T10

T6

T5

T50

…………..T11

T4

T3

T2

T1

T0

Đa khung quảng bá BCCH/CCCH

F S B B B B C C … F S . . . I

F: FCCH : Frequency Correction channel

S: SCH : Synchronization channel

B: BCCH : Broadcast Control channel


cuu d

uong

than

cong

. com



2/17/2014

61

Cấu trúc đa khung

2/17/2014

62

Cấu hình kênh báo hiệu

Cấu hình cấp phát kênh báo hiệu trong 1 kênh tần số

RFC phụ thuộc vào mật độ thuê bao và lưu lượng báo

hiệu.

Đối với 1 cell bình thường (standard cell) sóng mang

BCCH sẽ mang đa khung điều khiển không kết hợp với

8 kênh SDCCH tại TS1

TS0 TS1 TS2 TS3 TS4 TS5 TS6 TS7

C0:Sóng mang BCCH – sóng mang tham chiếu

BCCH/CCCH

SDCCH/8

TCH

BCCHCarrier

C0


cuu d

uong

than

cong

. com



2/17/2014

63


Đối với 1 cell lớn (busier/larger cells – require 4 or

more carrier) sóng mang BCCH sẽ mang đa khung điều

khiển không kết hợp với 16 kênh SDCCH tại TS1 và TS2

TS0 TS1 TS2 TS3 TS4 TS5 TS6 TS7Sóng mangBCCH

BCCH/CCCH

SDCCH/8

TCH

SDCCH/8

BCCHCarrier

C0

BCH ARFCN

2/17/2014

64


Đối với 1 cell nhỏ (quite cells in rural area) sóng mang

BCCH sẽ mang đa khung điều khiển kết hợp với 4 kênh

SDCCH/4 tại TS0

TS0 TS1 TS2 TS3 TS4 TS5 TS6 TS7Sóng mangBCCH

BCCH/CCCH + SDCCH/4

TCH

BCCHCarrier

C0

BCH ARFCN


cuu d

uong

than

cong

. com



2/17/2014

65

Ánh xạ tổ hợp kênh logic vào kênh vật lý

2/17/2014

66

Chu trình thu phát của MS


cuu d

uong

than

cong

. com



2/17/2014

67

Định thời sớm - timing advance

Bán kính cell 35 km 233 µs

2/17/2014

68

Các giao diện trong mạng GSM

Giao diện – Interface:

”Là ranh giới giữa các thực thể chức năng

(functional entities) tại đó khuôn dạng dữ

liệu (protocols) và quá trình trao đổi

thông tin (procedure) được chuẩn hóa”


cuu d

uong

than

cong

. com



2/17/2014

69

2/17/2014

70


cuu d

uong

than

cong

. com



2/17/2014

71

Cấu trúc CCS7

2/17/2014

72

Cấu trúc khung LAPD


cuu d

uong

than

cong

. com



2/17/2014

73

Báo hiệu CCS7 - MTP

2/17/2014

74

Báo hiệu CCS7 - UP


cuu d

uong

than

cong

. com



thông tin di động,đỗ trọng tuấn,dhbkhn

Documents