Chuyen giao trong gsm

3,743
-1

Published on

0 Comments
2 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total Views
3,743
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
0
Actions
Shares
0
Downloads
319
Comments
0
Likes
2
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Chuyen giao trong gsm

  1. 1. Phân tích chuyển giao trong mạng GSM ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Hoàng Hữu Thành PHÂN TÍCH CHUYỂN GIAO TRONG MẠNG GSM KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Điện Tử - Viễn Thông Cán bộ hướng dẫn: Ths. Nguyễn Quốc Tuấn Cán bộ phản biện : PGS.TS Vương Đạo Vi HÀ NỘI - 2008 1
  2. 2. Phân tích chuyển giao trong mạng GSM MỤC LỤCMỞ ĐẦU...........................................................................................................................4Chương 1...........................................................................................................................5TỔNG QUAN MẠNG GSM.............................................................................................5 1.1 MÔ HÌNH KIẾN TRÚC CỦA GSM.......................................................................6 1.1.1 Trạm di động MS (Mobile Station)...................................................................6 1.1.2 Modul nhận dạng thuê bao SIM (Subscriber Identuty Module)........................7 1.1.3 Trạm thu phát cơ sở BTS (Base Transceiver Station).......................................7 1.1.4 Bộ điều khiển trạm gốc BSC (Base Station controller).....................................7 1.1.5 Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động MSC..........................................8 1.1.6 Bộ ghi định vị thường trú HLR.........................................................................8 1.1.7 Bộ ghi định vị tạm trú VLR..............................................................................8 1.1.8 Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR...................................................................8 1.1.9 Quản lý thuê bao và trung tâm nhận thực AUC...............................................9 1.1.10 Điều khiển quản lý và bảo dưỡng OMC.........................................................9 1.1.11 Các giao diện trong mạng GSM......................................................................9 1.2 MÔ HÌNH MẠNG GSM.......................................................................................11 1.3 MẠNG TRUY CẬP GSM.....................................................................................12 1.3.1 Các kênh vật lý................................................................................................12 1.3.2 Các kênh logic.................................................................................................18 1.4 XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ TRONG GSM..................................................................22 1.4.1 Mã hoá tiếng nói..............................................................................................22 1.4.2 Mã hoá kênh ...................................................................................................23 1.4.3 Đan xen...........................................................................................................24 1.4.4 Mật mã hoá......................................................................................................25 1.4.5 Điều chế..........................................................................................................26Chương 2.........................................................................................................................30GIAO THỨC BÁO HIỆU MẠNG GSM........................................................................30 2.1 GIAO THỨC BÁO HIỆU.....................................................................................30 2.1.1 Giao diện A.....................................................................................................31 2.1.2 Giao diện Abis.................................................................................................34 2.1.3 Giao diện Air/Um............................................................................................43 2.2 THỦ TỤC TRONG MẠNG GSM.........................................................................56 2.2.1 Bật tắt máy ở trạm di động..............................................................................56 2.2.2 Gán và tách IMSI............................................................................................57 2.2.3 Cập nhật vị trí..................................................................................................57 a. Cập nhật vị trí trong BSS.....................................................................................57 b. Cập nhật vị trí trong NSS.....................................................................................61 2.2.4 Bắt đầu cuộc gọi.............................................................................................62 a. Bắt đầu cuộc gọi trong BSS.................................................................................62 b. Bắt đầu cuộc gọi trong NSS.................................................................................69 2.2.5 Cuộc gọi từ đầu cuối di động..........................................................................70 a. Đầu cuối di động gọi trong BSS...........................................................................70 b. Đầu cuối di động gọi trong NSS .........................................................................76 2
  3. 3. Phân tích chuyển giao trong mạng GSMChương 3.........................................................................................................................78CHUYỂN GIAO MẠNG GSM.......................................................................................78 3.1 CÁC LOẠI CHUYỂN GIAO................................................................................79 3.1.1 Trong BTS.......................................................................................................79 3.1.2 Chuyển giao trong cùng BSC..........................................................................79 3.1.3 Chuyển giao trong cùng MSC.........................................................................80 3.1.4 Chuyển giao giữa các MSC ............................................................................80 3.1.5 Nhận xét..........................................................................................................81 3.2 CÁC BỘ ĐỊNH THỜI...........................................................................................81 3.3 CHI TIẾT CHUYỂN GIAO..................................................................................84 3.3.1 Trường hợp thành công...................................................................................85 3.3.2 Trường hợp thất bại.........................................................................................88 3.3.3 Quay trở lại BSS củ........................................................................................89 3.3.4 Giải phóng cuộc gọi........................................................................................91 3.4 ỨNG DỤNG SDL ĐỂ PHÂN TÍCH CHUYỂN GIAO........................................92 3.4.1 Giới thiệu về SDL...........................................................................................92 3.4.2 Phân tích các trường hợp chuyển giao............................................................93 3.5 THIẾT KẾ MÔ HÌNH ..........................................................................................96 3.5.1 Thiết kế mô hình tổng quát.............................................................................96 3.5.2 Các bản tin.......................................................................................................97 3.6 MÔ TẢ VỀ MÔ HÌNH CPN...............................................................................100 3.6.1 Khía cạnh của mô hình..................................................................................101 3.6.2 Các trang CPN...............................................................................................103KẾT LUẬN...................................................................................................................115CÁC THUẬT NGỮ.......................................................................................................116TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................118 3
  4. 4. Phân tích chuyển giao trong mạng GSM MỞ ĐẦU Ngày nay thông tin liên lạc đả trở thành một nhu cầu quan trọng trong cuộc sốngcủa chúng ta. Ngoài các dịch vụ mà các điện thoại cố định có như: truyền thoại, nhắntin, Fax, dữ liệu, …vv. Thông tin di động còn cung cấp các tính năng ưu việt của nó ởchất lượng dịch vụ, tính bảo mật thông tin, thiết bị nhỏ gọn, linh hoạt trong việc dichuyển, và các dịch vụ ngày càng đa dạng như truyền hình di động, truyền video chấtlượng cao, kết nối mạng internet với việc phát triển hệ thống thông tin di động lên hệthống thông tin di động băng rộng (3G) ...vv. Cùng với sự phát triển của ngành thông tinliên lạc thì ngành công nghiệp viễn thông đả phát triển mạnh mẻ và mang lại nhiều lợinhuận cho các nhà khai thác. Để đáp ứng nhu cầu của khách hành các nhà cung cấp dịchvụ đả liên tục nâng cấp hệ thống mạng, chất lượng đường truyền, và đa dạng các dịchvụ, đồng thời giảm cước dịch vụ, những điều này đả mang lại cho họ một số lượng thuêbao khổng lồ và tăng nhanh. Hiện nay các nhà cung cấp dịch vụ như viettel, vinaphone,mobilephone đang có nguy cơ cháy số. Một ví dụ: Viettel có 5.555 trạm BTS. Từ đầunăm 2007 đến nay, Viettel đã xây dựng thêm hơn 2.500 trạm phát sóng và đến cuối năm2007 số trạm BTS của Viettel sẽ là 7.000 trạm. Một công nghệ quan trọng nhất và được sử dụng phổ biến nhất không chỉ ở ViệtNam mà còn các nước trên thế giới là công nghệ GSM (Global System for Mobilecommunication-Hệ thống thông tin di động toàn cầu). Ở Việt Nam hiện nay những nhàcung cấp dịch vụ viễn thông lớn như: Vinaphone, MobiFone, Viettel đều sử dụng côngnghệ GSM. Được phát triển từ năm 1982 với kỷ thuật đa truy nhập phân chia theo thờigian (TDMA) một giải pháp tăng dung lượng hệ thống và mã hoá tín hiệu đảm bảo tínhan toàn dữ liệu đồng thời đảm bảo chất lượng dịch vụ để đáp ứng nhu cầu của hàngtriệu khách hàng. Hệ thống GSM sử dụng SIMCARD có kích thước nhỏ gọn để cắmvào máy di động mà chỉ có người này mới có thể sử dụng nó tại một thời điểm như mộtthiết bị nhận dạng an toàn. GMS là công nghệ truyền sóng kỹ thuật số, cho phép một sốngười dùng truy nhập vào cùng một kênh tần số mà không bị kẹt bằng cách định vịnhững khe thời gian duy nhất cho mỗi người dùng trong mỗi kênh. Song song cùng tồntại và phát triển với công nghệ GSM còn có các công nghệ khác như CDMA (công nghệđa truy cập theo mã) cũng là một công nghệ tiên tiến và là đối thủ của GSM trong línhvực công nghệ truyền thông di động, hiện ở Việt Nam công nghệ này đang được cácnhà khai thác dịch vụ như: S-Fone, Hà Nội Telecom, ETC. Công nghệ GSM đòi hỏi vốnđầu tư ban đầu ít tốn kém hơn CDMA. Đây cũng chính là lý do CDMA chưa được pháttriển rộng rãi tại Việt Nam. Một chức năng để bảo đảm chất lượng truy cập của một cuộc gọi khi con ngườisử dụng điện thoại di động di chuyển là chuyển giao cuộc gọi. Chuyển giao được địnhnghĩa là chuyển một cuộc gọi trong suốt hiện thời từ một kênh tần số này tới một kênhtần số khác trong khi người sử dụng điện thoại di động di chuyển từ nơi này sang nơikhác. Đây là một chức năng quan trọng nhất và thể hiện được đặc tính khác biệt giữamạng di động và mạng điện thoại cố định vì thế nghiên cứu thủ tục chuyển giao để xây 4
  5. 5. Phân tích chuyển giao trong mạng GSMdựng một mô hình chuyển giao trong thực tế để làm cho chức năng này càng tối ưu vàhiệu quả là cần thiết. Vì vâỵ “Phân tích chi tiết giao thức chuyển giao và xây dựng môhình chuyển giao trong mạng GSM” là mục đích chính của luận văn này.Luận văn này bao gồm: • Chương 1: Giới thiệu tổng quan về mạng GSM. Mô hình kiến trúc, mô hình mạng và mạng truy cập GSM • Chương 2: Giao thức báo hiệu điều khiển cuộc gọi trong mạng GSM. Thủ tục bật tắt máy di động, việc cập nhật vị trí và các thủ tục điều khiển việc truy cập vào để tiến hành một cuộc gọi. • Chương 3: Chuyển giao trong mạng GSM. Giới thiệu về các loại chuyển giao có thể xảy ra trong mạng. Các giao diện liên quan đến chuyển giao, thủ tục chuyển giao bao gồm các bản tin có liên quan. Phân tích chuyển giao dựa trên ngôn ngữ SDL, dựa trên ngôn ngữ SDL để thiết kế mô hình chuyển giao sử dụng CPN. Luận văn này sẻ tâp trung vào xây dựng mô hình chuyển giao trong mạng GSM.Chúng ta sẻ đi phân tích các giao diện có liên quan tới quá trình chuyển giao và sử dụngmột ngôn ngữ thường dùng để phân tích các giao thức trong mạng viễn thông là SDL đểđi sâu phân tích chi tiết các quá trình thủ tục để chuyển giao một cuộc gọi. Sau đó làviệc xây dựng mô hình CPN của các quá trình chuyển giao trong cùng một MSC. Cuốicùng không thể thiếu là việc đánh giá mô tính hiệu quả của mô hình, những công việcđả làm được, những vấn đề còn thiếu sót và hướng phát triển trong tương lai. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Quốc Tuấn, người đả nhiệt tìnhhướng dẫn, chỉ bảo, cung cấp cho em nhiều tài liệu bổ ích giúp em cũng cố thêm kiếnthức và đi tới hoàn thành luận văn này. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáotrong khoa đả dạy dổ cho em nhiều kiến thức cơ bản bổ ích cũng như cho em các kiếnthức chuyên môn trong suốt 4 năm học tại trường Đại Học Công Nghệ, cảm ơn các thầycô giáo đả tạo điều kiện thuận lợi và giúp em hoàn thành khoá luận này. Cuối cùng xinchân thành cảm ơn các bạn học đả nhiệt tình giúp đở tôi trong 4 năm học và giúp tôihoàn thành khoá luận này.Chương 1 TỔNG QUAN MẠNG GSM 5
  6. 6. Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Hệ thống thông tin di động số sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thờigian (TDMA) đầu tiên trên thế giới ra đời đầu tiên ở châu Âu và có tên là GSM. Banđầu hệ thống này được gọi là “nhóm đặc trách di động” (Group Special Mobile) theotên gọi của một nhóm được CEPT cử ra nghiên cứu tiêu chuẩn. Sau đó để tiện cho việcthương mại hoá GSM được gọi là hệ thống thông tin di động toàn cầu “Global Systemfor Mobile communication”.1.1 MÔ HÌNH KIẾN TRÚC CỦA GSM Hệ thống GSM bao gồm 3 hệ thống cơ bản: hệ thống chuyển mạch SS, hệ thốngtrạm gốc BSS và trạm di động MS. Mổi hệ thống này chứa một số chức năng khác nhaunhư: chuyển mạch, quản lý nhận dạng thiết bị, tính cước .vv... tạo nên một hệ thốngmạng di động liên kết. Ngoài ra còn có tổng đài cổng GMSC. GMSC làm việc như một tổng đài trungkế để giao diện giữa GSM và các mạng khác. Hình 1: Sơ đồ kiến trúc logic của mạng GSM1.1.1 Trạm di động MS (Mobile Station) MS là các thuê bao, nó là các thiết bị mà người dùng sử dụng nó để thông tin vớinhau. MS có thể là các thiết bị cầm tay nhưđiện thoại di động, máy tính cá nhân, máyFax ...) MS cung cấp các giao diện với người dùng giúp cho việc khai thác các dịch vụtrong mạng.Các chức năng chính của MS: 6
  7. 7. Phân tích chuyển giao trong mạng GSM • Thiết bị đầu cuối thực hiện các chức năng không liên qua đến mạng GSM, FAX ... • Kết cuối trạm di động thực hiện các chức năng liên 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.1.1.2 Modul nhận dạng thuê bao SIM (Subscriber Identuty Module) Hệ thống GSM sử dụng một khoá nhận dạng thuê bao được cất trong một bộ nhớnhỏ gọn gọi là SIM-CARD. Thiết bị này được cắm vào máy di động để thông tin trựctiếp vớí VLR và gián tiếp với HLR.1.1.3 Trạm thu phát cơ sở BTS (Base Transceiver Station) Trạm thu phát cơ sở bao gồm các bộ thu phát và xử lý tín hiệu đặc thù cho giaodiện vô tuyến. BTS kết nối với trạm di động thông qua giao diện Abis. BTS như một cáiModem vô tuyến phức tạp mà trong nó có một bộ phận quan trọng là bộ chuyển đổi mãvà thích ứng tốc độ TRAU. TRAU thực hiện việc mã hoá và giãi mã tiếng đặc thù chohệ thống di động, việc thích ứng tốc độ cho việc truyền dữ liệu. TRAU là một bộ phậncủa BTS nhưng trên thực tế nó có thể đặt cách xa BTS và có thể đặt ở giữa BSC vàMSC. Hình 1.1: Kiến trúc logic của BSS1.1.4 Bộ điều khiển trạm gốc BSC (Base Station controller) BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiểntừ xa của BTS và MS. Các lênh này chủ yếu là các lênhj ấn định, giải phóng kênh vô 7
  8. 8. Phân tích chuyển giao trong mạng GSMtuyến và quản lý chuyển giao. BSC nối với BTS thông qua giao diện vô tuyến còn nốivới MSC thông qua giao diện A. Vai trò của nó chủ yếu là quản lý các kênh ở giao diệnvô tuyến và chuyển giao. Một BTS trung bình có thể quản lý được vài chục BTS phụthuộc vào lưu lượng của BTS này. BSC và BTS cũng có thể kết hợp trong một trạm gốc.1.1.5 Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động MSC MSC là trung tâm chuyển mạch chính của mạng GSM. Nhiệm vụ điều phối việcthiết lập cuộc gọi đến các người sử dụng mạng thông tin di động một mặt giao diện vớiBSC, mặt khác giao diện với mạng ngoài thông qua GMSC. Để thực hiện việc kết nốiMSC với mạng ngoài cần phải thích ứng các đặc điểm truyền dẫn. IWF là một thiết bịthích ứng giao thức và truyền dẫn sẻ làm việc đó. Hình 1.2: Kiến trúc logic của NSS1.1.6 Bộ ghi định vị thường trú HLR HLR là thiết bị lưu cơ sở dữ liệu của mạng, các thông tin liên quan đến việc cungcấp các dịch vụ viễn thông. HLR cũng chứa các thông tin liên quan đến vị trí hiện thờicủa thuê bao, nhưng không phụ thuộc vào vị trí hiện thời của thuê bao. HLR thường làmột máy tính không có khả năng chuyển mạch mà chỉ có khả năng quản lý hàng trămngàn thuê bao. Một chức năng con của HLR là nhận dạng trung tâm nhận thực AUC.1.1.7 Bộ ghi định vị tạm trú VLR VLR là cơ sở dữ liệu thứ hai trong mạng. Nó được nối với một hay nhiều MSCvà có nhiệm vụ lưu tạm thời số liệu của thuê bao dang nằm trong vùng phục vụ củaMSC tương ứng và đồng thời lưu giữ số liệu về vị trí hiện thời của thuê bao nói trên ởmức độ chính xác hơn HLR. Nó giống như chức năng của bộ nhớ Catche.1.1.8 Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR 8
  9. 9. Phân tích chuyển giao trong mạng GSM EIR có chức năng quản lý thiết bị di động, là nơi lưu giữ tất cả dữ liệu liên quanđến trạm di động MS. EIR được nối với MSC qua đường báo hiệu để kiểm tra sự đượcphép của thiết bị, một thiết bị không được phép sẻ bị cấm.1.1.9 Quản lý thuê bao và trung tâm nhận thực AUC AUC quản lý việc hoạt động đăng ký thuê bao như nhập hay xoá thêu bao rakhỏi mạng. Nó còn có một nhiệm vụ quan trọng khác nữa là tính cước cuộc gọi. Cướcphí phải được tính và gữi tới thuê bao. AUC quản lý thuê bao thông qua một khoá nhậndạng bí mật duy nhất được lưu trong HLR, AUC cũng được giữ vĩnh cữu trong bộ nhớSIM-CARD.1.1.10 Điều khiển quản lý và bảo dưỡng OMC OMC cho phép các nhà khai thác mạng theo dõi và kiểm tra các hành vi trongmạng như: tải của hệ thống, số lượng chuyển giao giữa các cell …vv. Nhờ vậy mà họ cóthể giám sát được toàn bộ chất lượng dịch vụ mà họ cung cấp cho khách hàng và kịpthời xữ lý sự cố. Khai thác và bão dưỡng cũng bao gồm việc thay đổi cấu hình để giảmnhững sự cố xuất hiện, nâng cấp mạng về dung lượng tăng vùng phủ sóng, định vị sữachữa các sự cố hõng hóc …vv. Việc kiểm tra có thể nhờ một thiết bị có khả năng pháthiện một sự cố hay dự báo sự cố thông qua tự kiểm tra nhờ tính toán. Việc thay đổimạng có thể thực hiện “mềm” qua báo hiệu hay thực hiện cứng đòi hỏi can thiệp trựctiếp tại hiện trường. Việc khai thác có thể được thực hiện bằng máy tính đặt trong mộttrạm.1.1.11 Các giao diện trong mạng GSM Hình 1.3: Các giao diện trong mạng GSMGiới thiệu các giao diện trong mạng GSM:  BS đến MSC: Là giao diện A để đảm bảo báo hiệu và lưu lượng cả số liệu lẩn tiếng. Chi tiết về giao diện sẻ được đề cập trong chương 3 9
  10. 10. Phân tích chuyển giao trong mạng GSM  BST đến BSC: Là giao diện A-bis. Là một kết nối cố định bằng cáp thông thường băng thông khoảng 2Mbps. Chi tiết về giao diện sẻ được trình bày trong chương 3.  MSC với PSTN: Là giao diện Ai. Giao diện này được định nghĩa như giao diênj tương tự sử dụng hoặc báo hiệu đa tần hai tông (DTMF) hay báo hiệu đa tần (MF).  MSC với VLR: Là giao diện B.  MSC với HLR: Là giao diện C.  HLR với VLR: Là giao diện D. Đây là giao diện báo hiệu giữa HLR và VLR được xây dựng trên cơ sở báo hiệu số 7.  MSC với ISDN: Là giao diện Di. Đây là giao diện số với mạng ISDN.  MSC với MSC: Là giao diện E. Đây là giao diện lưu lượng và báo hiệu giữa các tổng đài của mạng di động.  MSC với EIR: Là giao diện F.  VLR với VLR: Là giao diện G. Nó được sử dụng khi cần thông tin trao đổi giữa các VLR.  HLR với AUC: Là giao diện H.  DMH với MSC: Là giao diện I. Đây là giao diện giữa bộ xử lý bản tin dữ liệu với MSC.  MSC với IWF: Là giao diện F.  MSC với PLMN: Là giao diện Mi. Là giao diện với các mạng thông tin di động khác.  MSC với OS: Là giao diện O. Đây là giao diện với các hệ thống khác.  MSC với PSPDN: Là giao diện Pi. Đây là giao diện giữa MSC với mạng chuyển mạch gói.  Bộ thích ứng đầu cuối TA với thiết bị đầu cuối TE: Là giao diện R. Là giao diện đặc thù cho từng loại đầu cuối được kết nối với MS.  ISDN với TE: Là giao diện S. Nó được định nghĩa ở hệ thống ISDN.  BS với MS: Là giao diện Um. Đây là giao diện môi trường vô tuyến.  PSTN với DCE: Là giao diện W. Nó được định nghĩa ở hệ thống PSTN.  MSC với AUX: Là giao diện X. Chương sau ta sẻ đi chi tiết về các giao diện có liên quan tới quá trình chuyểngiao và đây cũng là các giao diện hoạt động chính trong mạng GSM. 10
  11. 11. Phân tích chuyển giao trong mạng GSM1.2 MÔ HÌNH MẠNG GSM Mạng GSM là mạng viễn thông phân cấp được nối theo mô hình cây. Các phầntử cùng cấp là ngang hàng (hình 1.4). Có thể chia mạng GSM thành 3 cấp tương ứng: Hình 1.4: Mô hình mạng phân lớp GSM  Tổng đài liên tỉnh: Cấp liên tỉnh được hiểu là cấp cao nhất trong mạng GSM. Tương đương với cấp liên tỉnh là hệ thống NSS mà đặc trưng là trung tâm chuyển mạch MSC. Một MSC có thể quản lý nhiều BSC và được phân nhánh theo hình cây.  Tổng đài nội hạt: Hệ thống BSS tương đương với một tổng đài nội hạt. Trong một BSS một BSC quản lý nhiều BTS. Giữa BTS và BSC có thể nối theo hình cây hoặc vòng sử dụng. Một BSC tương đương tổng đài host và các BTS tương đương với tổng đài vệ tinh. Hình 1.5: Kiều nối hình cây và vòng trong BSS 11
  12. 12. Phân tích chuyển giao trong mạng GSM  Tổng đài tập trung thuê bao: Là các thuê bao di động, chúng có thể di chuyển từ cell này sang cell khác và vì vậy một kết nối từ tổng đài nội hạt tới các tổng đài vệ tinh là không cô định, kết nối này là kết nối vô tuyến động.1.3 MẠNG TRUY CẬP GSM Mạng GSM sử dụng đa truy cập phân chia theo thời gian kết hợp phân chia theotần số cho phép tận dụng tối đa băng tần được cấp và tăng dụng lượng hệ thống. Xuhướng là tiết kiệm băng thông, thời gian truy cập ngắn và độ trể là nhỏ nhất. GSM băngtần 900MHz sử dụng phương pháp truy cập TDMA 8 kênh với độ rộng băng tần sóngmang 200kHz và sử dụng truyền dẫn có liên kết để một MS có thể truy cập vào mạng.1.3.1 Các kênh vật lý GSM sử dụng phối hợp giữa đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) và đatruy cập phân chia theo tần số (FDMA).Phân chia theo tần số: Phân bố tần số trong GSM được quy định nằm trong khoảng 890 - 960MHz vớisự bố trí các kênh tần số như sau: • Dải tần số tuyến lên (từ MS đến BTS) 25MHz: 890 – 915MHz fL = 890MHz + (0,2MHz) x n trong đó n = 0,1,...,124 • Dải tần đường xuống (từ BTS đến MS) 25MHz: 935 – 960 MHz fU = fL +45MHz Như vậy có 125 kênh được đánh số tứ 0 -> 124 riêng kênh 0 dành cho khoảngbảo vệ. Hệ thống GSM mở rộng (E-GSM) có băng tần rộng thêm 10MHz ở cả hai phíanhờ vậy số kênh tăng thêm 50 kênh. Phân bố tần số trong dải này như sau: • fL = 890MHz +(0,2MHz) x n; n =0,1,...124và fL = 890MHz +(0,2MHz) x (n – 1024); n=974,975,...,1023 • fU = fL + 45MHz Như vậy các kênh bổ sung được đánh số từ 974->1023 được sử dụng kênh thấpnhất 974 để làm khoảng bảo vệ. Đối với hệ thống DCS-1800 băng tần công tác 1710-1880 MHz phân bố tần sốnhư sau: 12
  13. 13. Phân tích chuyển giao trong mạng GSM • fL = 1710MHz + (0,2MHz) x (b-511); n= 512,513,...,885 • fU = fL + 95MHzNhư vậy có 375 kênh được đánh số từ 412 -> 884 Trong thông tin di động sử dụng phương pháp lặp lại tần số để tránh sự nhiểu cáckênh lân cân và tăng dung lượng hệ thống. Một phương pháp đặc biệt nữa để tăng dunglượng hệ thống là kết hợp phân chia theo thời gian và phân chia theo tần số. Truyền dẩnvô tuyến ở GSM được chia thành các cụm (Burst) chứa hàng trăm bit đã được điều chế.Mỗi cụm được phát đi trong một khe thời gian có độ rộng là 15/26ms~ 577us ở trongmột kênh tần số có độ rộng 200kHz nói trên. Hình 1.6: Đa truy cập kết hợp TDMA và FDMA Mổi kênh tần số cho phép tổ chức các khung truy cập theo thời gian có độ dài4,62ms, mỗi khung bao gồm 8 khe thời gian từ 0->7, mỗi khe gọi là một timeslots (TS0,TS1, ... , TS7). Hình 1.7a: Tổ chức một khung TDMA Tất cả các khung TDMA ở tất cả các kênh tần số ở cả đường lên lẩn đườngxuống đều được đồng bộ. Tuy nhiên để MS sử dụng cùng một khe thời gian cho cả 13
  14. 14. Phân tích chuyển giao trong mạng GSMđường lên lẩn đường xuống mà không phải thu phát đồng thời thì khởi đầu của khungTDMA đường lên trể 3 timeslots. Hình 1.7b: Phân khung TDMACấu trúc một cụm (Burst): Một cụm là một khe thời gian có độ dài 577us. Trong hệ thống GSM tồn tại 4dạng cụm khác nhau. Nội dung các cụm (hình 1.8) như sau: - Cụm bình thường (NB: Normal Burst): cụm này được sử dụng để mang thông tin về các kênh lưu lượng và các kênh kiểm tra. Đối với kênh lưa lượng TCH cụm này chứa 144 bit được mã mật mã, 2 bit cờ lấy cắp (chỉ cho kênh TCH) trong 58 bit thông tin, 2 cặp 3 bit đuôi 000 (tail bíts) để đảm bảo rằng bộ giải mã viterbi bắt đầu và kết thúc trong một trạng thái đả biết, 26 bit hướng dẫn (phản ánh tương đối đúng tình trạng truyền sóng cho máy thu từ đó bộ cân bằng viterbi có thể xây dựng mô hình kênh ở các thời điểm để loại bỏ ảnh hưởng của nhiểu pha định đa tia) và khoảng bảo vệ 8,25 bit tránh ảnh hưởng của kênh lân cận. Tổng cộng có 156,25 bits. - Cụm hiệu chỉnh tần số (FB: Frequency Correction Bits): Cụm này được sử dụng để đồng bộ tần số cho trạm di động. Cụm chứa 142 bit cố định bằng 0 để tạo ra dịch tần số +67,7kHz trên tần số định danh, 2 cặp 3 bit đuôi 000 chuổi bít không này sau khi sau khi điều chế GMSK cho một sóng hình sin hoàn toàn quanh tần số 68kHz cao hơn tần số sóng mang RF, 8.25 bit dùng cho khoảng bảo vệ. - Cụm đồng bộ (SB: Synchronisation Burst): cụm này dùng để đồng bộ thời gian cho trạm di động. Cụm chứa 2*39 bit thông tin được mật mã hóa để mang thông tin chi tiết về cấu trúc khung (về số khung (FN)) của khung TDMA và BSIC (Base Station Identity Code), 2 căp 3 bit đuôi 000 để đảm báo bắt đầu và kết thúc của khung mang thông tin cấn thiết, burst đồng bộ là burst đầu tiên mà MS giải điều chế vì lý do này mà chuổi hướng dẩn kéo dài 64 bit và nó cũng cho phép lớn hơn độ rộng trể đa đường, thêm khoảng bảo vệ 8,25 bit. - Cụm truy nhập (AB: Access Burst): cụm này được sử dụng bởi MS để truy nhập ngẫu nhiên khởi tạo mạng và chuyển giao. Nó là burst đầu tiên của 14
  15. 15. Phân tích chuyển giao trong mạng GSM đường lên mà BTS sẻ giải điều chế từ một MS đặc thù. Cùng với burst đồng bộcụm chứa 41 bit hướng dẫn để kéo dài thoải mái quá trình giải điều chế, cụm chứa 36 bit thông tin, 8 bit đuôi đầu, 3 bit đuôi cuối và khoảng bảo vệ 68,25 bit để bù trể cho sự lan truyền giữa MS và BTS và cũng để phù hợp với cấu trúc một cụm cho một khe thời gian. Hình 1.8: Khuôn dạng các burst trong GSM - Cụm giả (DB: Dummy Burst): Cụm giả được phát đi từ BTS trong một số trường hợp để lấp kín những khe thời gian không hoạt động trên kênh BCCH. Cụm không mang thông tin và có cấu trúc giống như NB nhưng các bít mật mã được thay thế bằng các bit hỗn hợp.Tổ chức khung đa khung siêu khung: Mổi khung TDMA cho một sóng mang. Một khung có 8 khe thời gian được đánhsố từ 0 đến 7. Nguyên lý mật mã hoá trong hệ thống GSM dùng một thông số là sốkhung TDMA. Vì vậy trạm thu phát gốc phải đánh số các khung ở dạng chu trình(không thể đánh số khung đến vô tận). Số này còn được sử dụng trong thuật toán nhảytần. Số được chọn là 2715648 tương ứng 3 giờ 28 phút 53 giây 760 ms. Cấu trúc nàyđược gọi là siêu siêu khung. Một siêu siêu khung được chia thành 2048 siêu khung vớikhoảng thời gian 6 phút 12 giây. Siêu khung được chia thành các đa khung.Có hai loại đa khung:  Đa khung 26 khung, đa khung này sử dụng cho kênh TCH, SACCH, FACCH và 51 đa khung hợp thành một siêu khung. 15
  16. 16. Phân tích chuyển giao trong mạng GSM  Ở đa khung điều khiển 51 khung để đảm bảo bất kỳ thuê bao GSM nào (ở tế bào phục vụ hay lân cận) có thể nhận được SCH và FCCH từ BCH mà không phụ thuộc vào việc nó đang dùng khung nào và khe thời gian nào. Đa khung này sử dụng cho các kênh báo hiệu logic BCCH, CCCH, FCCH và SACCH. (26 đa khung thành 1 siêu khung). Cấu trúc khung cho kênh lưu lượng toàn tốc (TCH/F) chiếm dữ một khe thờigian trong mỗi khung TDMA (hình 1.9a). 12 khe trong mỗi khung TDMA đầu tiên củađa khung 26 được sử dụng cho kênh TCH/F từ khung 0 tới 11. khe thời gian tiếp (khe12 trong đa khung 26) theo không được sử dụng cho truyền dẫn, là khoảng thời gian rổikhe “idle”. 12 khe tiếp theo trong mỗi khung TDMA của đa khung được sử dụng choTCH/F. Khe thời gian còn lại của đa khung 26 được sử dụng cho kênh SACCH. Hình1.9a có thể được ứng dụng cho cả đường lên và đường xuống. Chú ý cấu trúc đa khungthể hiện trong hình 1.9a chỉ gắn cho một kênh TCH/F chiếm giữ những khe thời gianđược đánh số lẻ. Trên khe thời gian được đánh số chẵn và khe thời gian 0 là vị trí củakhe thời gian rỗi và khe dành cho kênh SACCH được trao đổi.Chú ý rằng hình 2.9a chỉ thể hiện những khe thời gian từ cùng kênh vật lý, các khe thời gian từ 7 kênhvật lý còn lại đả bị bỏ quên. Hình 1.10b thể hiện ghép 2 kênh lưu lượng bán tốc TCH1&TCH0 lên các khungTDMA của đa khung 26, khung thứ 13 và 16 dành cho kênh SACCH0 và SACCH1. Hình 1.9a: Cấu trúc khung cho kênh lưu lượng toàn tốc TCH/F trên khe thời gian 1 Cấu trúc khung cho kênh điều khiển đặt trên khe thời gian TS0 thể hiện trên hình1.9b. Trong trường hợp đa khung 51 khung với thời gian 235ms. Toàn bộ các kênh 16
  17. 17. Phân tích chuyển giao trong mạng GSMngoại trừ kênh TCH đều sử dụng cấu trúc đa khung 51 khung. Mỗi đa khung điều khiểnBCCH/CCCH có độ dài là 235.4 ms(gồm 51 khung TDMA) được mapping trên TS0của sóng mang có chứa kênh BCCH/CCCH (không phải sóng mang nào cũng có chứa tổhợp kênh này), ở đa khung 51 này có độ dài 235.4 ms sẽ có 5 TS dùng để phát thông tintrên kênh SCH, cụ thể TS0 của khung thứ 1 (bắt đầu tính từ khung thứ 0 đến khung thứ50), TS0 của khung thứ 11, TS0 của khung thứ 21, 31, 41. Tức là cứ sau 10 khung (10 x4.615 ms) thì thông tin trên SCH (có chứa số hiệu khung) lại được phát 1lần. Kênh logic FACCH được dùng khi có yêu cầu chuyển giao khi đang hội thoại, nóchiếm 20 ms trên chính kênh TCH được cấp cho MS và vì vậy nó được gọi là "stealing". Thời gian tối đa phải chờ của MS để thu được số khung TDMA sẽ là khoảng thờigian từ sau TS0 cuối cùng trong đa khung 51 của kênh vật lý BCCH (TS0 trên sóngmang BCCH của trạm BS) dành cho kênh logic SCH, cho tới hết TS0 dành cho SCHđầu tiên của đa khung 51 của kênh vật lý BCCH tiếp theo.Do yêu cầu điều khiển chuyển giao khi đang diễn ra đàm thoại cần phải nhanh mà kênhSACCH thì lại có tốc độ quá chậm (chỉ có 1 lần trong đa khung 26 của kênh TCH, chỉđủ để: • Đường xuống, BS gửi yêu cầu điều khiển công suất và time alignment cho MS; • Đường lên, MS gửi các náo cáo đo lường công suất cho BS phục vụ điều khiển HO và tính toán điều khiển công suất/time alignment). Do đó người ta "lấy cắp" kênh TCH 2 chiều đang đàm thoại để truyền tin tứcđiều khiển HO (vì lúc này thì chất lượng thoại lúc đó cũng đã quá kém rồi, có để kênhTCH thì cũng không truyền thoại tiếp nữa). Việc lấy cắp được diễn ra như sau: • Ngắt không truyền tin tức cuộc gọi trên kênh logic TCH; • Truyền tín hiệu điều khiển chuyển giao trên kênh đó. Việc phân biệt khi nào kênh TCH là TCH, khi nào là FACCH thực hiện nhờ cờlấy cắp là 1 bít nằm sau đoạn 56 bít mã thông tin thứ nhất trong burst TCH (nằm ngaytrước 26 bít training) và 1 bít nằm đầu ngay trước đoạn 56 bít mã thông tin thứ hai trongburst TCH (ngay sau 26 bit training). Bít cờ ăn cắp này là 1 thì kênh TCH lúc đó đangdùng cho FACCH còn là 0 thì đang là TCH (đang truyền các dữ liệu thoại của cuộc đàmthoại). 17
  18. 18. Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Hình 1.9b: Cấu trúc khung cho một nhóm kênh điều khiển trên TS01.3.2 Các kênh logic Trong GSM có hai loại kênh logic chính là kênh lưu lượng TCH và kênh điềukhiển CCH. Hình 1.10a: Sơ đồ hệ thồng các kênh logic trong mạng GSM 18
  19. 19. Phân tích chuyển giao trong mạng GSMKênh lưu lượng (TCH): Các kênh lưu lượng được phân thành 2 loại: toàn tốc (13kbps) hay bán tốc(6,5kbps). Ở chế độ toàn tốc người dùng chiếm hoàn toàn một khe thời gian ở cáckhung liên tiếp, trong khi ở bán tốc khe được phân cách khung. TCH không được dùngở TS0 (khe này dành cho điều khiển). 26 khung liên tiếp tạo nên đa khung (trong đókhung thứ 13 luôn chứa dữ liệu điều khiển liên kết chậm, khung thứ 26 là khung rỗi ởchế độ toàn tốc và cũng chứa điều khiển liên tiếp chậm ở chế độ bán tốc). Hình 1.10b: Tổ chức hai kênh lưu lượng bán tốc TCH0/H và TCH1/H lên đa khung 26  Tiếng nói: tiếng nói được số hoá tại tốc độ 13kbps, thêm mã kênh sẻ có tốc độ 22,8kbps. Với bán tốc tốc độ số hoá 6,5kbps khi bổ sung thêm mã kênh cho tốc độ 11,4kbps.  Dữ liệu toàn tốc: 12kbps (cho tốc độ luồng cơ sở 9,6kbps), 6kbps (cho tốc độ luồng cơ sở 4,8kbps), 3,6kbps (cho tốc độ luồng cơ sở bé hơn hoặc bằng 2,4kbps).Các kênh điều khiển: Có 3 loại kênh điều khiển chính: Kênh quảng bá BCH, kênh điều khiển chungCCCH, kênh điểu khiển riêng DCCH.Kênh quảng bá BCH: có 3 loại kênh tách biệt • Các kênh hiệu chỉnh tần số FCCH: Các kênh này mang thông tin hiệu chỉnh tần số cho các trạm MS. Chứa ở khung 0 và lặp lại sau 10 khung nhằm đồng bộ tần số nội của máy di động MS với tần số trạm gốc BTS. • Kênh điểu khiển quảng bá BCCH: Chỉ sử dụng ở đường xuống. Kênh này hát quảng bá các thông tin về tế bào (Cell), mạng và tình trạng hiện tại của tế bào (cấu trúc điều khiển, các kênh lưu lượng còn rỗi, đang sử dụng hoặc nghẽn). Từ khung thứ 2 đến khung thứ 5 trong một đa khung (4/51 khung) chứa dữ liệu BCCH trên khe TS0. • Kênh đồng bộ SCH: Kênh này mang thông tin để đồng bộ khung cho trạm di động MS và nhận dạng BTS, nó chỉ sử dụng cho đường xuống. Khung SCH chứa tại các khung ngay sau FCCH cho phép máy di động xác định trạm 19
  20. 20. Phân tích chuyển giao trong mạng GSM cơ sở phục vụ và đồng bộ khung với trạm gốc. Số khung FN từ 0->2715647 được gửi cùng mã xác định trạm gốc (BSIC) trong dữ liệu SCH. Vì máy di động có thể ở xa BS đến 30Km nên nó thường phải hiệu chỉnh thời gian để đồng bộ đồng hồ với trạm gốc (tính đến thời gian truyền sóng). BS phát lệnh bổ sung thời gian đến MS thông qua SCH. Hình 1.10c: Tổ chức các kênh điều khiển quảng bá lên các khe thời gianCác kênh điều khiển dùng chung CCCH: Có 3 loại • Kênh tìm gọi PCH: Cung cấp tin nhắn từ BTS đến MS để tìm gọi MS, PCH phát IMSI của thuê bao và yêu cầu đáp lại trên tuyến lên RACH. Ngoài ra PCH cũng có thể được dùng cung cấp các bản tin quảng bá tế bào dạng ASCII. • Kênh truy cập ngẫu nhiên RACH: Kênh này tuyến lên để máy di động MS đáp lại lời tìm gọi hoặc để MS đề nghị khởi phát cuộc gọi (cung cấp một kênh). RACH dùng sơ đồ truy cập ALOHA và có thể chiếm tất cả các khung nằm ở TS0. Khi thiết lập dịch vụ BS phải trả lời RACH bằng cách phân kênh và dành một kênh điều khiển dành riêng SDCCH để báo hiệu cuộc gọi. Kết nối này (số hiệu kênh được phân) được thông báo qua AGCH. • Kênh trợ giúp truy cập AGCH: Hoạt động trên tuyến xuống, dữ liệu được mang chỉ thị cho MS chuyển sang một kênh vật lý xác định (một khe trong 20
  21. 21. Phân tích chuyển giao trong mạng GSM một ARFCN) với một kênh điều khiển riêng. AGCH là bản tin CCCH cuối cùng gữi từ trạm BS trước khi MS ngẳt khỏi kênh điều khiển (dùng để đáp lại RACH gữi ngược từ khung trước đó).Kênh điều khiển dành riêng DCCH: Dùng cho một cuộc gọi cụ thể. Cũng có 3 loại giống như kênh lưu lượng cóchức năng, dạng thức giống nhau trong cả 2 chiều đồng thời có thể ở bất kỳ khe nàongoài TS0, bất kỳ ARFCN nào. • Kênh điều khiển dành riêng đứng một mình SDCCH: mang dữ liệu báo hiệu và hiệu chỉnh kết nối MS và BS ngay trước khi được phân TCH. SDCCH đảm bảo rằng MS và BS vẫn được kết nối trong lúc BS và MSC kiểm tra thuê bao và phân TCH. SDCCH được dùng đê gửi bản tin nhận thực, báo hiệu cũng như đồng bộ máy di động với cấu trúc khung để chờ TCH, chúng có thể là một kênh vật lý khác hay chiếm TS0 của BCH nếu lúc đó có yêu cầu chậm lưu lượng BCH hoặc CCCH. • Kênh điều khiển liên kết chậm SACCH: kênh này liên kết với TCH hay SDCCH, ở tuyến xuống chúng mang thông tin điều khiển đến MS (mức công suất, đặt lại timing). Ở tuyến lên chúng mang thông tin về độ mạnh tín hiệu nhận được, chất lượng kênh TCH cũng như kết quả đo mức BCH từ tế bào lân cận. Dữ liệu được mang ở 8 khe (khi có 8 người dùng) trong khung thứ 13 hoặc 26. • Kênh liên kết nhanh FACCH: mang thông tin khẩn cấp (giống loại bản tin trong SDCCH) xen vào TCH bất kỳ lúc nào (ví dụ khi yêu cầu chuyển giao) bằng cách thay thế vào khe của TCH và đặt lại 2 bit cờ hiệu - cờ lấy lén).Kênh quảng bá ô CBCH: Kênh này chỉ được sử dụng ở đường xuống để phát quảng bá ô cho các bản tinngắn SMSCB. CBCH sử dụng cùng kênh vật lý như SDCCH.Cấu hình kênh logic có thể đặt vào một kênh vật lý: 21
  22. 22. Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Hình 1.10d: Tổ hợp các kênh logic lên kênh vật lý1.4 XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ TRONG GSM Hình 1.11 là sơ đồ miêu tả quá trình thu phát tín hiệu trong mạng GSM. Hình 1.11: Xử lý tín hiệu số và biến đổi vào sóng vô tuyến ở MS1.4.1 Mã hoá tiếng nói Tiếng nói được đưa qua bộ lọc thông thấp vào bộ biến đổi A/D để được mã hoáPCM đồng đều với tần số lấy mẫu 8kHz và 13 bit mã hoá cho một mẫu. Trước khi vàobộ mã hoá tiếng thì tín hiệu PCM đồng đều 13bit/8000mẫu/s được nhấn mạnh trước(Pre-emphasis) rồi được chia thành các đoạn (khung) 20ms/160mẫu/13bit đưa vào đầuvào của bộ mã hoá. Ở đầu ra của bộ mã hoá ta được các khối 20ms mã hoá 260 bit làmcho tốc độ của luồng là 13kbps. Nếu tín hiệu đầu vào mạng GSM lấy từ mạng PSTN thìtrước hết tín hiệu 8 bit PCM luật A được biến đổi thành 13 bit PCM đồng đều rồi sau đóđưa ra bộ mã hoá để biến đổi thành 13kbps. 22
  23. 23. Phân tích chuyển giao trong mạng GSM1.4.2 Mã hoá kênh Mã hoá kênh trong GSM được sử dụng để hiệu chỉnh và phát hiện lỗi trongluồng thu để giảm tỷ số bit lỗi BER. Ở hệ thống thông tin di động người ta sử dụng 2loại mã kênh khác nhau: mã khối tuyến tính (Linear Block Code) và mã xoắn(Convolutional Code). Mã khối được sử dụng để phát hiện lỗi còn mã xoắn để sửa lỗi.Mã hoá kênh cho lưu lượng tiếng: Lối ra của bộ mã hoá tiếng được xếp thành nhóm để chống lỗi dựa vào mức độquan trọng của bit. 260bit/20ms được chia thành 182 bit loại I (các bit được bảo vệ), 78bit loại II (không được bảo vệ).Trong 128 bit được bảo vệ phân ra 50 bit quan trongnhất Ia sẻ được bảo vệ bằng 3 bit chẵn lẻ (CRC) để phát hiện lỗi. Các bit này được tạora ở bộ mã hoá khối tuyến tính có đa thức tạo mã: (x) = x 3 + x +1. Cho phép phát hiệnlỗi trên một khối 50 bit. 132 bit tiếp theo cùng với 53 bit trên lại được bổ sung thêm 4bit zero vào cuối theo hai đa thức :g1(x) = 1 + x3 + x4 và g2(x) = 1 + x + x3 + x4 thành 189bit được mã xoắn tốc độ ½ tạo nên dãy 378 bit. 378 bit này lại được tách ra và xếp đanxen theo kiểu chẵn lẽ: các bít chẵn bít d0,d2 ...d180 xếp đầu đến 3 bít CRC rồi tớid181,d179.....d1 tiếp theo là 4 bít zero (hình 1.12). Tổ hợp các bít này cùng với 78 bitkhông quan trọng không được chống lỗi tạo thành khối 456bit/20ms cho tốc độ 22,8kbps. Hình 1.12: Mã hoá kênh cho tiếng toàn toàn tốc 23
  24. 24. Phân tích chuyển giao trong mạng GSMMã hoá kênh cho tiếng toàn tốc: Mã hoá kênh điều khiển: Bản tin điều khiển dài 184 bit được mã lửa dùng đathức sinh: G4(x) = (x23 + 1)(x17 + x3 + 1) sẻ cho 184 bit bản tin và 50 bit kiểm tra tiếptheo cộng thêm 4 bit đuôi (để phù hợp với mã xoắn tiếp theo). Tổng cộng là 228 bitđược cấp cho bộ mã xoắn ½ kết quả cho 456 bit, tốc độ 22,8kbps.1.4.3 Đan xen Để giảm nhiễu cụm trên dữ liệu nhận được 456bit/20ms (tiến nói hay bản tin)được tổ chức lại và được ghép xen theo 8 nữa cụm: 1 2 3 4 4 6 7 8 9 10 11 12 13 14 14 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 . . . . . . . . 47bit . . . . . . . . . . . . . . . . 449 450 451 452 453 454 454 456 8 khung Hình 1.13a: Đan xen tiếng toàn tốc mức 1Đan xen tiếng toàn tốc mức 1: Mỗi bán cụm chứa 47 bit. Sau đó các bán cụm nói trên được đan xen ở mức hai.Đan xen mức 2: Giã sử có 4 cụm giữ liệu A, B, C, D được ghép đan xen với nhau như hình 1.13b.Ta thấy 4 bán cụm đầu của một lớp (lớp A) được đặt vào bốn cụm đầu ở các vị trí lẻ,các vị trí chẵn được dành cho ghép xen các bít của 4 bán cụm sau của khối trước đó( khối D). Bốn bán cụm sau của khối A được đặt vào các vị trí chẵn của bốn cụm sau,các vị trí lẻ để đan xen các bán cụm từ khối B. Với cách đan xen này nếu ta mất hẳn mộtcụm thì mất 12,5% thông tin của một khối bản tin và sau khi sắp xếp lại các bít lỗi sẻphân tán cách nhau 8 bit. Nếu bị lỗi một cụm liên tiếp 10 bit thì khi sắp xếp lại ở phíathu các bit lỗi sẽ phân tán cách nhau 16 bit. 24
  25. 25. Phân tích chuyển giao trong mạng GSM A1 A17 A33 ... A9 A24 A41... A4 A20 A36 ... A12 A28 A44... B1 A5 B17 A21 B33 A37... B9 A13 B25 A29 B41 A45... B4 A8 B20 A24 B36 A40... B12 A16 B28 A32 B44 A48... C1 B5 C17 B21 C33 B37... C9 B13 C25 B29 C41 B45... C4 B8 C20 B24 C36 B40... C12 B16 C28 B32 C44 B48... Hình 1.13b: Đan xen mức 21.4.4 Mật mã hoá Mục đích của việc mật mã hoá dữ liệu là chống sự can thiệp của người thứ 3, haysự xâm phạm tín hiệu ngoài ý muốn. Trong GSM mật mã hóa là không phụ thuộc dữliệu, nhưng chỉ áp dụng cho cụm thường. Mật mã hoá tín hiệu đạt được bằng thao táchoặc loại trừ (XOR) giữa một chuổi ngẫu nhiên với 114 bit của cụm bình thường, nghĩalà với tất cả các bit thông tin trừ các cờ lấy cắp: Hình 1.14a: Quá trình mật mã hoá và giải mã Để giãi mã người ta thực hiện thao tác hoặc loại trừ XOR giữ tín hiệu thu vớichuổi ngẫu nhiên. Chuổi ngẫu nhiên được tạo ra từ số khung và khoá mật mã K c theo 25
  26. 26. Phân tích chuyển giao trong mạng GSMthuật toán A5. Thuật toán A3 được dùng để nhận thực MS bằng cách kiểm tra passcodetrong SIM và chìa khoá mã Ki tại MS của thuê bao. Mẫu tin được gữi từ mạng tới MS làmột số ngẫu nhiên 128 bit gọi là RAND. Cả A3 lẫn Ki được lưu trong SIM, nó chỉ đượcđọc từ SIM khi mà đã đựơc cá nhân hoá dưới sự điều khiển của mạng. Ki kết hợp vớiRAND qua thuật toán A3 cho SRES (13 bit). Hình 1.14b: Quá trình nhận thực và mật mã hóa1.4.5 Điều chế Công nghệ điều chế được sử dụng trên kênh vô tuyến trong mạng GSM là khoádịch pha cực tiểu GMSK. Đây là phương pháp băng hẹp dựa trên kỹ thuật điều chế dịchpha với tiêu chuẩn băng thông được sử dụng là BT =0,3 (B là độ rộng băng tần, Tkhoảng thời gian kéo dài của bit). GMSK là loại điều chế FM số đặc biệt. Nền tang củaGMSK chính là MSK. Mức logic 1 là nguyên nhân của sự dịch pha sóng mang tăng 90o,còn mức logic 0 sẻ là nguyên nhân của sự pha giảm 90o. Hay nói cách khác bit 1 và 0được biểu diễn bằng dịch tần sóng mang RF một lượng 67,708kHz. Sự dịch pha là dochuyển dịch tức thòi của tần số sóng mang giữa 2 giá trị khác nhau, f 1và f2, do đó MSKlà một trường hợp đặc biệt của FSK. Tần số f1 và f2 được cho bởi: Trong đó Rb là tốc độ ký hiệu điều chế ~ 271kbps, fc là tần số sóng mang. (tôc độkênh) chính bằng 4 lần sự dịch tần của sóng mang. Để thu được phổ tần số của tín hiệuđiều chế luồng bít đưa lên điều chế được đưa qua bộ lọc Gauss. Vì thế gọi là điều chếGMSK. 26
  27. 27. Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Các bit dữ liệu thứ i di, được mã hoá vi phân bỡi sự biễu diễn cộng modul 2 củabit hiện tại và bit trước đó: Trong đó là mã hoá vi phân của bit thứ i, di có thể mang giá trị 0 hoặc 1. Dữliệu điều chế tại đầu vào αi tới bộ điều chế GMSK, được cho bởi: Dữ liệu điều chế αi sau đó được cho qua bộ lọc liner (tuyến) với đáp ứng xungh(t) cho bởi: T là chu kỳ bit và B là băng thông của bộ lọc 3dB. BT trong GSM là 0,3 ý là mỗibit được trải dài 3 bit điều chế. Kết quả là ISI phải được tách ra tại nơi nhận khi sử dụngmôt bộ cân bằng (ví dụ bộ cân bằng Viterbi). Đáp ứng xung h(t) và đáp ứng tần số H(f)của bộ lọc được thể hiện ở hình 1.12a. 27
  28. 28. Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Hình 1.15a: Đáp ứng xung h(t) và đáp ứng tần số H(z) của bộ lọc Gauss được sử dụng trong GMSK Đáp ứng xung của bộ lọc g(t) (hình 1.12b), tín hiệu ở đầu ra của bộ lọc khi mộtxung có độ rộng T được đưa vào: Trong đó: 28
  29. 29. Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Đáp ứng xung g(t) thể hiện trong hình 1.12b ta nhận thấy nó kéo dài xấp xĩ 3 chukỳ bit T và biên độ của g(t) là 1. Hình 2.15b: Đáp ứng xung của bộ lọc GMSK Hình 2.15c: Đầu ra của bộ lọc băng cơ sở Tín hiệu tại đầu ra của bộ lọc là tổng của đáp ứng xung cho mỗi bit dữ liệu vào.Hình 1.12c là dãy dữ liệu 0010. Tín hiệu này được sử dụng để điều chế tần số của sóngmang. Pha của tín hiệu được điều chế φ(t) có thể đã được xác định bởi sự tích hợp cáctín hiệu tại đầu ra của bộ lọc: Trong đó m=1/2 chỉ số điều chế. Sự thay đổi của pha giới hạn là π/2 (radians).Tín hiệu sóng mang được điều chế RF có thể được biểu diễn: 29
  30. 30. Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Trong đó Ec là năng lượng trên bit điều chế. f0 là tần số sóng mang và φ0 là bùpha ngẫu nhiên được duy trì liên tục trong khoảng thời gian của 1 cụm đơn TDMA.Chương 2 GIAO THỨC BÁO HIỆU MẠNG GSM Trong phần trên chúng ta đả tổng quan về mạng GSM. Phần này chúng ta sẻ tìmhiểu về các giao thức báo hiệu, thủ tục để thiết lập điều khiển và kết thúc một cuộc gọi.Chúng ta sẻ đi tìm hiểu chi tiết về các giao diện hoạt động chủ yếu trong quá trình gọivà chuyển giao trong mạng. Các giao diện: A, Abis, Air được thể hiện trong hình 3.0. Hình 2.0: Các giao diện liên quan tới việc chuyển giao trong GSM2.1 GIAO THỨC BÁO HIỆU Nhiệm vụ chính của báo hiệu là để thiết lập và xoá kết nối cuộc gọi. Ngày naycác ứng dụng mới luôn luôn được thêm vào. Trong đó là việc tự động truy cập cơ sở dữliệu hoặc Các dịch vụ được mở rộng trên một vùng rộng lớn của mạng viễn thông. Hình 2.1: Giao thức báo hiệu trong mạng GSM 30
  31. 31. Phân tích chuyển giao trong mạng GSM2.1.1 Giao diện A Trên lớp vật lý, giao diện A bao gồm một hoặc nhiều liên kết PCM giữa MSC vàBSC với băng thông khoảng 2Mbps. Đặt giữa BSC và MSC là TRAU (TranscoderAdapter Rate Unit) là một thiết bị thích ứng tốc độ, ở đây còn có quá trình mã hoá vàgiãi mã tiếng một đặc thù trong thông tin di động được tiến hành. Vì thế có thể chia giaodiện A thành 2 phần như sau: • Phần thứ nhất giữa BSC và TRAU, nơi dữ liệu tải trọng truyền dẫn vẩn được nén. Hình 3.1 thể hiện một cấu hình kênh có thể cho 3 đường trung kế. Như trên giao diện Abis, một kênh lưu lượng đơn chỉ chiếm 2 trong số 8 bit của một kênh PCM. Điều này giải thích tại sao có thể truyền 4 kênh lưu lượng toàn tốc trên một kênh PCM. Không kể đến các TS nơi thông tin báo hiệu được mang. Thông tin báo hiệu yêu cầu toàn bộ 64Kbps của kênh. • Phần thứ hai là giữa TRAU và MSC, tại nơi đó toàn bộ dữ liệu không được nén. Bởi vì mổi kênh lưu lượng yêu cầu tất cả 8 bit hoặc chiếm toàn bộ 64Kbps của kênh PCM. Vị trí của kênh báo hiệu có thể khác trước và sau TRAU (hình 2.2). Hình 2.2: Cấu hình kênh có thể giữa BSC và MSC Giao diện A là giao diện giữa BSC và MSC, nó được xây dựng trên chuẩn giaotiếp đang tồn tại là hệ thống báo hiệu SS7 được sử dụng khắp trong NSS. Chuẩn báohiệu này rất phổ biến trong giao tiếp điện thoại. Trong mạng viễn thông PSTN và ISDN.Hệ thống báo hiệu kênh chung CSSN07 là tiêu chuẩn toàn cầu để định nghĩa truyềnthông bằng liên minh truyền thông quốc tế ITU. Phần tiêu chuẩn hoá truyền thông ITU-T. Tiêu chuẩn này được định nghĩa thủ tục và giao thức bằng phần tử mạng trong mạngchuyển mạch công cộng PSTN thông tin chuyển mạch qua mạng báo hiệu số 7 tới tế bào(liên kết vô tuyến) và đường dây thiết lập cuộc gọi định tuyến và điều khiển. Ở CCSN7đường báo hiệu tách riêng so với đường tiếng. Ở mạng này không nhất thiết có mộtkênh báo hiệu trên mọi đoạn nối, điều này có nghĩa là các bản tin báo hiệu có thể có cácđoạn nối khác với đường dẫn để đến được điểm nhận, để tránh nhầm lẫn người ta gánnhãn cho từng bản tin. Kênh báo hiệu có thể chiếm một khe thời gian bất kỳ trên cácđường truyền dẫn 2Mbps trừ khe TS0 và được sử dụng để truyền tất cả các báo hiệu củacác kênh thoại ở đoạn nối tương ứng. Các giao thức được sử dụng trong SS7. • Thiết lập cuộc gọi cơ sở, quản lý và Haldown 31
  32. 32. Phân tích chuyển giao trong mạng GSM • Dịch vụ klhông dây như dịch vụ thông tin cá nhân (PCS) chuyển giao không giây và nhận thực thuê bao di động • Di chuyển số định vị LNP • Miễn thuế cước và dịch vụ đường dây tính cước • Tăng đặc trưng gọi như định hướng cuộc gọi, tên cuộc gọi và hiển thị số, kết nối người thứ 3 • Truyền thông toàn cầu bảo mật và hiệu quả Các phần quan trong nhất trong giao thức báo hiệu SS7 trong phạm vi của GSM,được minh hoạ trong hình 2.3. Hình 2.3: Mô hình phân lớp hệ thống báo hiệu SS7Chú ý: Phần tô mầu xám liên quan tới các bản tin báo hiệu chuyển giao. Lớp thấp hơn của ngăn xếp giao thức SS7 (OSI lớp 1-3) được gọi là phần truyềndẫn bản tin MTP. Phần SCCP được xem như phần người sử dụng của MTP ẩn mìnhmột ít trong lớp 3. SCCP cung cấp dịch vụ mạng phi kết nối và kết nối định hướng,chuyển đổi tên toàn cầu qua mức ba của MTP. Tên toàn cầu (GTT: Global TitleTranslation) là địa chỉ được chuyển đổi bởi SCCP thành mã địa chỉ đích và số hệ thốngcon. Duy nhất hệ thống con nhận dạng ứng dụng tại điểm báo hiệu đích. SCCP được sửdụng để chuyển đổi lớp cho dịch vụ cơ sở TCAP. Đặc trưng báo hiệu GSM trong giao diện A được thực hiện bởi phần ứng dụng hệthống trạm cơ sở Base Station Subsystem Application Path (BSSAP). Phần này đượcchia thành 2 lớp: BSSMAP và DTAP. BSSMAP điều khiển, quản lý bản tin RR cònDTAP quản lý điều khiển bản tin MM và CC. BSSMAP bao gồm các bản tin được traođổi giữa MSC và BSC mà trên thực tế thì được tiến hành bởi BSC. Ví dụ các bản tinPAGING, HND_CMD và RESET. DTAP bao gồm tất cả các bản tin trao đổi giữa hệthống con của NSS và MS. Các bản tin này được truyền trong suốt qua BSS ngoại trừ 3bản tin của MM là LOC_UPD_REQ, IMSI_DET_IND và CM_SERV_REQ. Điều nàyđược minh hoạ dưới hình 2.4. 32
  33. 33. Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Hình 2.4: Mối liên hệ của bản tin BSSMAP tới báo hiệu trong mạng GSMCấu trúc bản tin của BSSAP: Hình 2.5 mô tả cấu trúc chung của các bản tin BSSAP. Toàn bộ bản tin BSSAPgắn vào trong một bản tin SCCP. 8 hoặc 16 bit đầu tiên của BSSAP để phân biệt giữaBSSMAP và DTAP. Phần đầu của DTAP dài 2 byte và bao gồm tham số phân biệt bảntin (01 = DTAP) và nhận dạng kết nối liên kết dữ liệu (DLCI). 3 bit Header của DLCInhận dạng điểm truy cập dịch vụ (SAPI), nó được sử dụng trên giao diện Air (SAPI = 0cho RR, MM và CC; SAPI = 3 cho SMS và SS). Hình 2.5: Định dạng bản tin BSSAP Phần Header của BSSMAP chỉ 1 byte và bao gồm chỉ là tham số nhận dạng bảntin (00 = BSSMAP). Trong BSSMAP không có octet DLCI. 8 bit chỉ thị độ dài cho biếtchiều dài của trường dữ liệu, theo sau header trong cả hai trường hợp BSSMAP vàDTAP. Hình 2.6 thể hiện cấu trúc bên trong của bản tin BSSMAP. Hình 2.6: Cấu trúc bên trong của các bản tin BSSMAP 33
  34. 34. Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Trên thực tế các tham số theo sau kiểu bản tin MT là tuỳ ý, mổi tham số luôn baogồm trường nhận dạng yếu tố thông tin IEI, trường chỉ thị độ dài, trường dữ liệu. Một sốbản tin của BSSMAP: HND_RQD, HND_REQ, HND_RQD_ACK, HND_REQ_ACK,HND_CMD, HND_CMP, HND_FAIL, HND_DET, CLR_CMD, CLR_REQ,CLR_CMP ...vv.Giải mã bản tin BSSMAP: Hình 2.7 thể hiện bản tin CLR_CMD ở cả hệ hex và dạng đả giải mã. Nhữngtham số này là 2 yếu tố thông tin: Thông tin Header lớp 3 và cause (lý do): Hình 2.7: Giải mã bản tin CLR_CMD  Phần thông tin Header của lớp 3 bao gồm phân biệt giao thức PD và nhận dạng sự giao dịch TI chúng có ý nghĩa là để sử dụng trên giao diện Air.  Phần 2 Cause (lý do của bản tin) nhận biết lý do tại sao tài nguyên vô tuyến riêng sẻ được giải phóng. Thông thường giá trị là 09 đại diện cho CC, chỉ ra rằng CC yêu cầu giải phóng kết nối khi cuộc gọi kết thúc và 0B chỉ ra rằng chuyển giao thành công.2.1.2 Giao diện Abis Giao diện Abis kết nối BTS với BSC. Giao diện là phần cố định của mạng vàgiao tiếp thông qua bởi cáp thông thường. Điển hình là một liên kết PSM 30 (cũng nhưISDN 30) được sử dụng với 32 kênh mỗi kênh 64kbps, cung cấp băng thông 2Mbps.Công nghệ nén cho phép GSM sử dụng các gói lên tới 8 kênh lưu lượng trên một kênhđơn 64kbps. Điều này cho phép tới 10 TRXs trong BTS, nhưng một đặc thù cài đặt là 34
  35. 35. Phân tích chuyển giao trong mạng GSMmột BTS có 1 đến 4 TRXs. Khi sử dụng 2 liên kết ISDN 30, tối đa 16 TRXs có thểđược cài đặt trên một BTS. Theo mô hình tham chiếu chuẩn OSI thì giao diện Abis sẻđược chia thành 3 lớp hình 2.8:Lớp 1 của giao diện Abis là kênh D của đường liên kết ISDN 30. ISDN 30 bao gồm 30kênh B cho lưu lượng (mổi kênh 64 kbps) và một kênh D cho báo hiệu. Hình 2.8: Ngăn xếp giao thức của giao diện AbisLớp 2 Giao thức trên kênh D mạng ISDN được GSM sử dụng giao thức LAPD cho báohiệu trên giao diện Abis. Các nguyên tắc chung được quy định trong Q.920 (I.440) vàcác thủ tục được quy định trong Q.921 (I.441). Mục đích của các giao thức LAPD là tạora cơ chế truyền số liệu với khả năng đảm bảo không lỗi. Hình 2.9a và hình 2.9b là địnhdạng của khung LAPD kiêu 8 và 128.  Trường FLAG: 8 bit đầu tiên và cuối cùng của mỗi khung LAPD là trường cờ, cờ mở và cờ đóng. Đặc điểm đầu tiên của trường này là luôn được đặt giá trị bằng 01111110 (7EH).  Trường ADDRESS: Tiếp theo cờ mở là trường địa chỉ có độ dài 2 byte. Trường này chứa nhận dạng điểm truy cập dịch vụ SAPI và nhận dạng điểm kết cuối thiết bị TEI. Ở đây mỗi TEI tương đương với một TRX trong BTS.  Trường CONTROL: Có 3 kiểu khung được định nghĩa trong LAPD. Trường điều khiển có nhiệm vụ thông báo cho thiết bị thu về kiểu thông tin đang được phát trong khung. Trường này cũng có hệ thống đánh số khung phát và thu tiếp theo (NS và NR). Độ dài của trường phụ thuộc kiểu LAPD. LAPD module 8 trường này sẻ có độ dài 8 bit, nếu LAPD module 128 trường này có độ dài 16bit.  Trường INFO: Trường thông tin là nơi chứa thông tin lớp 3. Trường này có độ dài thay đổi phụ thuộc vào dữ liệu.  Trường FCS: 2 byte cuối cùng ngay trước trường cờ kết thúc một khung LAPD là trường dãy kiểm tra khung. 35
  36. 36. Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Hình 2.9a. Định dạng khung LAPD module 128 Có hai kiểu LAPD được sử dụng trong mạng GSM. LAPD Module 8 thì trườngđiều khiển chỉ có 8 bít trong đó 3 bit để biểu diển cho mổi N(R) hoặc N(S), còn LAPDmodule 128 thì trường điều khiển dài 16 bit và 7 bit dành cho mổi N(R) và N(S). 36
  37. 37. Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Hình 2.9b : Định dạng khung LAPD module 8Trường FLAG Tất cả các khung LAPD bắt đầu và kết thúc bằng trường FLAG, trường này luônđược đặt bằng 01111110 hay 7E16, mục đích đồng bộ là chỉ thị vị trí bắt đầu và kết thúcmột khung. Vì số liệu trong trường thông tin có thể thay đổi chứa mẫu cờ 01111110 nênmột bit 0 được chèn vào 5 bit 1 liên tiếp, chỉ có cờ này không được chèn để tránh việcnhầm lẩn đáng tiếc. Bên thu tìm cờ, toàn bộ số liệu không phải là mẫu cờ sẽ được đưaqua bộ xoá bit 0 để khôi phục lại chuổi dữ liệu ban đầu.Trường ADDRESS Trường này có độ dài 2 octet và chứa các tham số: SAPI, TEI, C/R và EA. 37
  38. 38. Phân tích chuyển giao trong mạng GSMNhận dạng điểm truy cập SAPI BSC phải có khả năng đánh địa chỉ cho mỗi TRX riêng (hình 2.11). Hình 2.11. Kết nối liên kết dữ liệu trên kênh D Đánh địa chỉ trong LAPD được thực hiện trong 2 byte của trường địa chỉ. Địa chỉđược chia làm hai phần SAPI và TEI kết hợp với nhau để định hướng khung đi đếnđiểm kết nối logic chính xác. 6 bit nhận dạng điểm truy cập dịch vụ SAPI. Chức năng của SAPI tương tự nhưchức năng của hệ thống con SSN với SCCP. SAPI được dùng để định hướng thông tintrong khung LAPD đến phần thực thể logic chính xác. Một phần thực thể logic có thểđược xem như là một khối phần mềm điều khiển một tập hợp các chức năng. Ví dụ vềcác chức năng là khởi tạo cuộc gọi, trả lời cuộc gọi, kết thúc cuộc gọi .... Tất cả các bảntin liên quan đến điều khiển cuộc gọi của các mạch đã định phải có cùng một SAPI nênđịnh hướng bản tin đến thực thể logic chính xác.GSM sử dụng 3 giá trị của SAPI tronggiao diện Abis cho dưới hình 2.12. SAPI cũng chỉ ra ưu tiên di chuyển của một bản tin.Giá trị SAPI_62 và SAPI_63 có được sự ưu tiên cao hơn là SAPI_0. Hình 2.12. Các giá trị SAPI 38
  39. 39. Phân tích chuyển giao trong mạng GSMBít lệnh/đáp ứng C/R : Bit C/R (lệnh/đáp ứng) chỉ ra khung là khung điều khiển hay đáp ứng. Bít này sẻcho biết một bản tin là lệnh, trả lời hay xác nhận của một lệnh. Khung lệnh do BSC gửiđến BTS và khung đáp ứng do BTS gửi đến BSC có C/R = 1, ngược lại khung lệnh doBTS gửi đến BSC và khung đáp ứng do BSC gửi đến BTS có C/R = 0 (hình 2.13). Hình 2.13 : Bit C/R với lệnh và đáp ứngNhận dạng thiết bị đầu cuối TEI : 7 bit TEI được dùng để phân biệt giữa các TRX. Một TEI được gán cho mỗiTRX cung cấp khả năng phân biệt giữa các TRX trong khi phân tích một file xác định.Do có 7 bit nên tổng đài có thể phuc vụ 127 thiết bị.Các bít trường địa chỉ mỡ rộng : Trường địa chỉ gồm mỗi bit EA cho mỗi octet. Bit EA của octet thứ nhất đượcđặt bằng 0,nó chỉ ra rằng octet theo sau nó chính là một octet của trường địa chỉ và EAcủa trường thứ 2 được đặt bằng 1 nó chỉ rằng đó là octet cuối cùng của trường địa chỉ.Trường điều khiển Chiều dài của trường điều khiển phụ thuộc vào kiểu khung. 8 hoặc 16 bit. Nó baogồm các thông tin sau:Bit đầu Polling (P), bit cuối Final (F) và bit P/F: Thay cho các kiểu khung mà có thể được dùng chỉ là lệnh tương ứng với bit Phay chỉ là đáp ứng tương ứng với bit F hay bit P/F là cho cả hai. Thông tin bit P nhậnmột bản tin lệnh mà bên gữi mong chờ một câu trả lời, còn nếu kiểu bản tin thôngthường không muốn yêu cầu một xác nhận. Trên thực tế bit Polling trên giao diện Abisđược dùng chỉ khi BSC và BTS ở trong trạng thái rỗi và cần kiểm tra kết nối định (ví dụtrao đổi của khung RR). Khi khung lệnh được nhận thì bit P được đặt bằng 1, khung trả lời cần được quaytrở lại bit F được đặt lên 1. LAPD cho phép xác nhận của khung I khi này bit P được đặt 39
  40. 40. Phân tích chuyển giao trong mạng GSMbằng 0 với cả khung I và khung S. Tuy nhiên khung I, nơi bit P được đặt bằng 1 thì cóđược xác nhận cùng lúc với khung S. Bit P của khung UI luôn đặt bằng 0. Mà tại saokhung một khung UI mặc dù lệnh theo định nghĩa lại không được yêu cầu một xác nhận.Số tiếp theo gữi N(S) và số tiếp theo nhận N(R): N(S) và N(R) phục vụ mục đích của sự thừa nhận việc trao đổi và nhận củakhung I. Cách thức đếm có thể là module 8 hay module 128. Trong trường hợp module8, 3 bit sẻ được sử dụng cho bộ đếm, tính đến giá trị của các số khung giữa 0 và 7. 7 bitsẻ được sử dụng cho bộ đếm trong trường hợp module 128, tính đến các giá trị giữa 0 và127. Trên giao diện Air (LAPDm) chỉ module 8 được sử dụng. Khi một phía (BSC hoặcBTS) gửi một khung I, bộ đếm N(S) bên gửi sẻ tăng lên 1. Nó thể hiện rằng giá trị N(S)trong khung I vừa mới gửi vẩn có giá trị cũ, giá trị chỉ tăng lên sau khung đả gửi. Khi khung I đến nơi nhận nó sẻ được kiểm tra để thấy nếu như giá trị nhận đượccủa N(S) và N(R) phù hợp với những giá trị nhận được đả được lưu trước đó. Giá trịN(S) cho khung I được nhận để phù hợp với giá trị thực tế của N(R) bên nhận. Nếukhung cũng không có lỗi (FCS), bên nhận tăng giá trị của N(R) và gửi giá trị mới trongkhung RR trở lại cho bên gửi. Phía bên gửi mong chờ xác nhận trong một khung thờigian được ghi rỏ. Nếu mà chu kỳ thời gian kết thúc không có xác nhận, khung I sẻ gửilại. Chú ý rằng theo quy định Q920 và Q.921, sự xác nhận không phải mang bởi khunggiám sát S nhưng cũng có thể mang bởi khung I. Bởi thế sự gửi một khung RR khôngcần thiết nếu như bên nhận cũng đả gửi một khung I. Tuy nhiên GSM không tạo ra cáchdùng của sự lựa chọn ấy. Tất cả các khung I đều được xác nhận với một khung RR. Chotới khi sự xác nhận đả được nhận, bên gửi cất khung I vào bộ đệm. Ví dụ dưới sẻ minhhoạ điều này.Chức năng của N(S) và N(R): BTS gửi một khung I và tăng bộ đếm N(S) của nó. BSC nhận khung I và tăng bộđếm N(R) và gửi một khung RR với một giá trị của N(R) trở lại cho BTS. BTS khôngcần duy trì đệm khung I sau khi nó nhận xác nhận từ BSC. Tiếp theo BSC gửi một khung I tới cho BTS và tăng bộ đếm N(S) của nó lên 1.Một lần nữa chỉ ra rằng giá trị của N(S) và N(R) trong khung I được truyền tương ứngngược lại tới một khung được lưu trong BTS. Khi BTS kiểm tra tính chắc chắn củathông tin và nếu mọi thứ đều đúng, bộ đếm N(R) của nó được tăng và gửi đáp ứng lạiBSC với một khung RR và một giá trị mới của N(R). Thủ tục này được thể hiện tronghình 2.14. 40
  41. 41. Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Hình 2.14: Chức năng của N(R) và N(S) Khung RR cần được trao đổi giữa BSC và BTS trong khoảng thời gian nào đó vìthế được gọi là trường hợp rổi, khi không có dữ liệu được truyền, giá trị của N(R) vàN(S) không thay đổi trong quá trình đó, cái mà được gọi là phần đầu.Tuy nhiên chúngphải tưng ứng với chiều ngược lại tới mỗi cái khác.Kiểu khung:Có 3 kiểu của trường điều khiển khung LAPD (hình 2.9) như sau: - Khung thông tin (I): các khung này có thể so sánh được với đơn vị tín hiệu bản tin MSU của SS7. Khung này được sử dụng để truyền các bản tin Q.931 (lớp 3 bản tin lớp mạng) hoặc X.25 trên kênh D. Chỉ duy nhất khung này sử dụng trường NS và NR. NS là số thứ tự của khung đang truyền, còn NR là số thứ tự của khung chờ đợi tiếp theo. Nhờ cơ chế này mà TE và LT giám sát được các khung bị mất. - Các khung giám sát (S) : Điều khiển việc trao đổi các khung I. Nó được dùng để xác nhận các khung I, thông tin điều khiển truyền, yêu cầu truyền lại các khung I bị mất trên cơ sở NS và NR. Có 3 kiểu khung S được xác định bằn các bít S. Khung này không có trường thông tin và có thể so sánh với những đơn vị trạng thái liên kết (LSSU) của SS7. - Khung không được đánh số U : Có 7 loại khung U, các khung U được dùng để thiết lập và giải phóng các kết nối logic, xác định các tham số liên kết số liệu và chỉ thị các lỗi không thể sữa chữa sau khi truyền lại. NS và NR không được dùng ở khung này. Bít M đung để xác định kiểu khung U. Chỉ khung UI duy nhất trong nhóm các khung U là có trường thông tin, mang bản tin lớp mạng. Khung UI có TEI =127 mang thông tin quảng bá tới tất cả các TE trên đường DSL. 41
  42. 42. Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Hình 2.15: Các kiểu khung của LAPD Hình 2.15 là toàn bộ các khung của LAPD các giá trị ở hệ 16 đi kèm để nhậndạng khung. Ở khoá luận này chúng ta chỉ quan tâm tới hai khung có liên quan tới quátrình chuyển giao là khung UA và khung SABME. Dưới đây ta sẻ đi tìm hiểu chi tiết haikhung này. Hình 2.16: Dữ liệu chứa hệ 16 chứa trong khung LAPD chỉ thị khungKhung SABME: Khung này được truyền để yêu cầu một kết nối lớp 2. Hình 2.17: Trường điều khiển của khung SABME 42
  43. 43. Phân tích chuyển giao trong mạng GSMKhung UA : Khung UA được sử dụng để trả lời khung SABME hoặc khung DISC. Nóxác nhận một kết nối lớp 2 tồn tại đả được thiết lập. Hình 2.18: Trường điều khiển của khung UATrường kiểm tra tổng (FSC): Trường liên tục kiểm tra khung FSC được sử dung cho việc dò tìm lổi. Kiểm tratổng sẻ được tính toán, sử dụng dữ liệu giữa cờ bắt đầu và trường FSC. Kết quả gửitrong trường FSC. Quá trình hoạt động tương tự được thực hiện tại đầu nhận và giá trịcủa các FSC tương ứng được so sánh. Bên nhận sẻ yêu cầu truyền lại nếu như việc tínhtoán FSC không phù hợp với cái nhận được. Hình 2.19: Liên tục kiểm tra khungLớp 3 chia thành 4 lớp con: quản lý TRX (TRX Management), quản lý kênh chung(CCM), quản lý liên kết vô tuyến (RLM) và quản lý kênh chuyên dụng (DCM). Lớp conTRXM được sử dụng để chiếm lấy các TRX vào trong và ngoài của dịch vụ và điềukhiển các trạng thái của chúng. CCM được sử dụng cho bản tin quảng bá cho sự tồn tạicủa cell, ví dụ như một MS (mạng cố gắng để kết nối tới MS, khi nó được gọi hoặc mộtbản tin SMS được nhận), SMS quảng bá, và thông tin về cell. RLM là cho điều khiểnlớp 2 của liên kết vô tuyến giữa MS và BTS. Điều này bao gồm thiết lập và giải phóngkế nối. DCM được sử dụng cho điều khiển lớp 1 của giao diện Air như việc chuyểngiao, đo lường, phân/lấy lại kênh và cài đặt mã hoá. RLM và DCM chỉ được sử dụngcho hoạt động liên kết trên giao diện Air, nơi đó không giao tiếp trên chúng trong chếđộ rỗi. Hình 2.8 thể hiện ngăn xếp giao thức của giao diện Abis.Phần trên cùng của lớp 3, dữ liệu tải trọng được chuyên chở. Giao diện Abis được sửdụng hầu hết cho sự trao đổi của các bản tin RM, CC, và MM được miêu tả trong phầngiao diện Air. Giao diện Abis nói rỏ chi tiết hơn trong chương sau.2.1.3 Giao diện Air/Um Giao diện không khí là giao diện vô tuyến giữa MS và BTS. Giao diện này đượcso sánh khác nhiều với các giao diện khác, bởi vì giao tiếp vô tuyến là giao diện mở rấtnhạy cảm với sự xâm nhập từ ngoài hơn là với cable, nhưng đổi lại được băng thông 43
  44. 44. Phân tích chuyển giao trong mạng GSMlớn. Giao thức lớp 2 trên giao diện Um được gọi là LAPDm (LAPD mobile). Đây là mộtcải tiến của LAPD. Sự khác nhau giữa LAPD và LAPDm là chổ phát hiện và sữa lỗi ởUm được thực hiện ở chức năng lớp 1. Một điểm khác nhau nữa là các khung LAPD cóthể dài hơn nhiều so với các bản tin của LAPDm vì khung của LAPDm phải hiệu chỉnhđể đặt vừa các cụm (burst). Hình 2.20: Các lớp giao thức của giao diện AirLớp 1: Lớp vật lý Lớp thấp nhất của giao diện vô tuyến cung cấp các chức năng cần thiết để truyềncác luồng bit trên các kênh vật lý ở môi trường vô tuyến, bao gồm các phần tử đượcđịnh nghĩa cho truyền dẫn trên kênh vô tuyến như: tần số, khe thời gian, nhảy tần. Ởgiao diện này các bản tin được gửi đi liên quan đến ấn định các kênh vật lý (thâm nhậpngẫu nhiên) cũng như các thông tin hệ thống vật lý như các kết quả đo kiểm. Lớp này cócác chức năng như: • Mã hoá kênh để sửa lổi FEC • Mã hoá kênh để phát hiện lỗi • Sắp xếp các kênh lô gic lên các kênh vật lý • Mật mã hoá • Chon ô ở chế độ rỗi • Thiết lập các kênh vật lý riêng • Đo cường độ trường của các kênh riêng và cường độ trường của trạm BTS xung quanh • Thiết lập định trước thời gian và công suất theo sự điều khiển của mạng Cũng như dữ liệu người dùng các bản tin báo hiệu được truyền qua giao diệnAbis giữa BTS với BSC, giao diện A giữa BSC với MSC trên đường dây số với tốc độdữ liệu 2048Kbps(1544Kbps ở USA) hay 64Kbps (ITU G703, G704, G732). Giao diện với lớp 3, đây là một giao diện trực tiếp, RR thông qua những bản tingiao thức nguyên thuỷ MPH (là những bản tin giữa những giao thức trong một điểm báo 44
  45. 45. Phân tích chuyển giao trong mạng GSMhiệu được thông qua những yếu tố giao diện được tiêu chuẩn hoá như là bản tin request,respose thông qua thông tin từ giao thức lớp cao tới giao thức lớp thấp và indications,confirmation thông qua thông tin trong hướng đối diện ), những thay đổi bên lớp RRliên quan tới chức năng như gán kênh và kết quả đo kiểm tra kênh, việc đo ở đây là dolớp 1 đảm nhiệm đo chất lượng báo hiệu của kênh BCCH các trạm BTS lân cận và chấtlượng báo hiệu của chính BTS đang phục vụ. Thông tin đo lường được đưa tới lớp 3trong cơ sở dịch vụ đo lường lớp 3. Trong chế độ rổi, lớp 1 lựa chọn Cell (BTS) với chất lượng báo hiệu tốt nhất hoạtđộng cùng cơ sở lớp con RR trên dịch vụ của BCCH/CCCH.Thủ tục báo hiệu điểm - điểm GSM định nghĩa và phân biệt hai kiểu vận hành của một trạm di động: kiểu rổivà kiều dò tìm (hình 2.21). Ở kiểu rỗi trạm di động có thể tắt nguồn (trạng thái NULL) hoặc dò tìm đoBCCH với chất lượng tốt nhất (trạng thái SEARCHING BCH) hoặc đồng bộ hoá BCCHcủa trạm cơ sở đặc biệt và sẵn sàng để thực hiện thủ tục truy cập ngẫu nhiên trên RACHđể yêu cầu kênh dò tìm BCH trạng thái. Hình 2.21: Sơ đồ trạng thái lớp vật lý của trạm di động TUNING DCH trạng thái của kiểu dò tìm, trạm di động thực hiện kênh vật lý vàcố gắng đồng bộ nó với kết quả cuối cùng truyền tới DCH trạng thái. Ở trạng thái này,MS sẵn sàng để thiết lập kênh logic và chuyển mạch chúng, Trạng thái truyền của lớp 1được điều khiển bởi cơ sở dịch vụ MPH của giao diện RR. Giao diện với lớp 2 (lớp liên kết dữ liệu) thông qua các hàm PH nguyên thuỷ. Vàgiao diện với các khối chức năng khác trong MS và trong mạng qua kênh TCHs. 45
  46. 46. Phân tích chuyển giao trong mạng GSM Hình 2.22: Giao diện của lớp vật lý với các lớp trên Điểm truy cập dịch vụ (SAP: Service Access Point) của lớp này được định nghĩanhư là các cổng (Gates) truyền thông mà qua đó lớp này cung cấp dịch vụ cho lớp caohơn (lớp 2). Tồn tại các cổng khác nhau cho các bản tin ngắn và cho các bản tin của lớpđường truyền. Trong GSM, SAP được định nghĩa giữa lớp vật lý và lớp liên kết giữ liệucho các kênh BCCH, PCH+AGCH, RACH, SDCCH, SACCH và FACCH. SAP đượcđiều khiển bởi lớp con RR của lớp 3 (lớp quản lý, thiết lập và giải phóng kênh), xa hơnbởi thủ tục điều khiển trong lớp liên kết. Điều khiển SAP lớp 1 bởi RR bao gồm: hoạtđộng, không hoạt động, cấu hình, định tuyến, không kết nối của lớp vật lý và kênhlogic. Lớp 1 định nghĩa cấu trúc khung riêng cho truyền dẫn của bản tin báo hiệu thựchiện như khung LAPDm tại SAP của kênh logic tương ứng hình 3.23. Hình 2.23: Cấu trúc khung dử liệu LAPDm Khung RACH chứa đựng một loại tiêu đề giao thức mang mức công suất nguồnvà giá trị tăng thời gian định thời. Tiêu để này bị bỏ sót trong kênh logic khác (FACCH,SDCCH, CCCH, BCCH) và chứa LAPDm PDU. 46
  47. 47. Phân tích chuyển giao trong mạng GSMLớp 2: lớp liên kết dữ liệu Mục đích chính của giao thức lớp 2 là cung cấp kết nối liên kết tới tổng đài báohiệu giữa MS, BTS, MSC, VLR, HLR, và mạng SSN07. Trong GSM, có 3 kiểu giaothức lớp 2 được sử dụng như trong hình 1 đó là: LAPDm(giao thức truy cập cho kênhbáo hiệu) trên giao diện Um, LAPD trên giao diện A-bis và MTP-2 cho các giao diệnA,B,C,D của kênh báo hiệu. LAPDm được xây dựng trên cơ sở giao thức LAPD của ISDN. Tuy nhiên có mộtvài thay đổi cho phù hợp với môi trường truyền dẫn vô tuyến và để đạt được hiệu suấtcao hơn trong việc tiết kiêm phổ tần. Không sử dụng các bit kiểm tra tổng vì mã hoákênh ở lớp 1 đã thực hiện chức năng này. Do vậy sự hoạt động của lớp này là hoàn toànđược đồng bộ. Một số khung điều khiển khác như SABM và UA có thể mang thông tinlớp 3 nhờ vậy tiết kiệm thời gian và phổ. Thủ tục này được gọi là Pigg-Backing (cõngnhau). Các bản tin LAPD có thể dài tới 249 byte vì thế chúng được phân đoạn cho phùhợp với cấu trúc Bust.Chức năng chi tiết của lớp 2 LAPDm được cho như sau: • Thiết lập và giải phóng kết nối báo hiệu của lớp 2 • Hợp kênh và phân kênh của một vài kết nối báo hiệu lớp 2 trên một kênh điều khiển chuyên biệt và phân biệt rõ giữa chúng bởi bao gồm sự khác nhau của SAPI (Service Access Point Identifiers). • Ánh xạ của dịch vụ khối dữ liệu báo hiệu lớp 2 trên giao thức khối dữ liệu. • Sự đánh số của giao thức khối dữ liệu modul 8 để bảo trì thứ tự liên tục • Tìm kiếm và sữa lỗi • Điều khiển luồng Sự thiết lập và giải phóng của kết nối lớp 2 trùng với sự định xứ, giải phóng vàthay đổi của kênh vô tuyến chuyên biệt. Kết nối báo hiệu lớp 2 thường xuyên được thiếtlập và giải phóng chính vì thế mà thời gian tồn tại của một kết nối là ngắn. LAPDm làgiao thức liên kết dữ liệu cho kênh báo hiệu tại giao diện không khí. Nó tương tự HDLDvà cung cấp 2 kiểu vận hành (hoạt động): • Vận hành không nhận biết (không xác nhận) • Vận hành nhận biết (xác nhận) Cả hai kiểu đều được sử dụng trên kênh DCCH còn kênh CCCHs thì chỉ hoạtđộng không nhận biết là được dùng. 47

×