Your SlideShare is downloading. ×
Cac bien phap ky thuat ho tro mang gsm theo chuan 3 g
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Thanks for flagging this SlideShare!

Oops! An error has occurred.

×

Saving this for later?

Get the SlideShare app to save on your phone or tablet. Read anywhere, anytime - even offline.

Text the download link to your phone

Standard text messaging rates apply

Cac bien phap ky thuat ho tro mang gsm theo chuan 3 g

306
views

Published on

cac bien phap ky thuat ho tro mang GSM theo chuan 3G

cac bien phap ky thuat ho tro mang GSM theo chuan 3G

Published in: Education

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

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total Views
306
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
0
Actions
Shares
0
Downloads
20
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

Report content
Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
No notes for slide

Transcript

  • 1. MỤC LỤC. Trang LỜI MỞ ĐẦU. 3 Chương I. TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM. 4 1.1. Giới thiệu tổng quan về hệ thống thông tin di động GSM. 4 1.1.1. Lịch sử phát triển mạng GSM. 4 1.1.2. Đặc điểm truyền sóng trong mạng GSM. 5 1.2. Cấu trúc mạng và chức năng của các thành phần chính trong mạng GSM.7 1.2.1. Sơ đồ cấu trúc cơ bản mạng GSM. 7 1.2.2. Chức năng của các thành phần chính trong mạng. 8 1.2.3. Mạng báo hiệu kênh chung số 7 (CCSN7). 10 1.3. Các kỹ thuật chính sử dụng trong mạng GSM. 15 1.3.1. Mã hóa tiếng nói . 15 1.3.2. Mã hóa kênh và ghép xen. 15 1.3.3. Điều chế. 17 1.3.4. San bằng. 18 1.3.5. Nhảy tần. 19 1.3.6. Điều khiển công suất. 19 1.4. Cấu trúc kênh và cấu trúc khung tin trong mạng GSM. 20 1.4.1. Cấu trúc kênh cơ bản. 20 1.4.2. Cấu trúc khung tin. 24 1.4.3. Cấu trúc cụm (Burst). 26 1.5. Hoạt động của mạng GSM trong quá trình thiết lập một cuộc gọi. 26 1.5.1. Trạm di động MS thực hiện một cuộc gọi. 26 1.5.2. Trạm di động MS nhận một cuộc gọi. 28 1.6. Xu hướng phát triển của mạng GSM. 29 Chương II. HỆ THỐNG GPRS HỖ TRỢ MẠNG GSM. 31 2.1. Giới thiệu chung về mạng GPRS. 31 2.2. Cấu trúc mạng và chức năng của các thành phần chính trong hệ thống GPRS. 32 2.2.1. Cấu trúc mạng GPRS. 32 2.2.2. Chức năng của các phần tử chính trong mạng GPRS. 33 2.2.3. Mặt phẳng truyền dẫn và mặt phẳng báo hiệu trong mạng GPRS. 37 2.3. Cấu trúc kênh logic trong mạng GPRS. 42 1
  • 2. 2.3.1. Kênh điều khiển phát quảng bá kiểu gói PBCCH. 43 2.3.2. Các kênh điều khiển chung kiểu gói PCCCHs. 43 2.3.3. Các kênh điều khiển riêng biệt kiểu gói PDCCHs. 44 2.3.4. Kênh lưu lượng dữ liệu gói PDTCH. 44 2.4. Các kỹ thuật chính sử dụng trong mạng GPRS hỗ trợ mạng GSM. 44 3.4.1. Kỹ thuật mã hóa dữ liệu (CS1→CS4). 45 3.4.2. Kỹ thuật chuyển mạch gói. 47 3.4.3. Kỹ thuật xe đường truyền. 48 2.5. Giải pháp thiết bị mạng lõi GPRS của hai nhà cung cấp lớn trên thế giới. 50 2.5.1. Thiết bị mạng lõi GPRS của Ericsson. 51 2.5.2. Thiết bị mạng lõi GPRS của Alcatel. 52 2.6. Xu hướng phát triển của mạng GPRS. 52 Chương III. HỆ THỐNG EDGE HỖ TRỢ MẠNG GSM. 54 3.1. Giới thiệu chung về mạng EDGE. 54 3.2. Cấu trúc mạng và chức năng của các thành phần chính trong mạng EDGE. 55 3.3. Các kỹ thuật chính sử dụng trong mạng EDGE hỗ trợ mạng GSM. 56 3.3.1. Điều chế 8-PSK. 56 3.3.2. Các phương pháp mã hóa và điều chế. 59 3.4. Một số giải pháp kỹ thuật cho mạng EDGE của Nokia. 60 3.4.1. Vùng phủ sóng cho 8-PSK 61 3.4.2. Hỗ trợ phương thức truyền lặp tiên tiến IR cho đường lên/xuống. 62 3.4.3. Abis động. 63 3.5. Xu hướng phát triển mạng EDGE. 64 KẾT LUẬN. 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 67 CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT. 68 2
  • 3. LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay trong thời đại công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước, thời kỳ nền kinh tế hàng hóa mở cửa thì thông tin nhanh và chính xác là một trong những nhu cầu cấp bách và cần thiết đối với mỗi con người. Do vậy nhu cầu sử dụng điện thoại đã tăng lên rất nhanh. Đặc biệt là nhu cầu sử dụng điện thoại di động, là phương tiện không thể thiếu trong thời đại kinh tế năng động. Để đảm bảo chất lượng các dịch vụ và nhu cầu của xã hội thì các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông không ngừng nâng cấp mạng. Do đó để tiến tới công nghệ thông tin di động thứ ba (3G) thì các nhà khai thác GSM ở Việt Nam cũng như trên thế giới đều mong muốn giữ lại mạng lõi của mình trong khi tiến hành nâng cấp mạng, vẫn duy trì được các dịch vụ đang cung cấp hiện thời. Vấn đề cân nhắc chính là các khía cạnh kinh tế và kỹ thuật cho việc nâng cấp, điều đó buộc các nhà khai thác GSM phải suy tính và lựa chọn. Chính vì vậy các nhà khai thác GSM đã lựa chọn tiến hành nâng cấp mạng theo con đường GSM → GPRS → EDGE → WCDMA. Thực tế các nhà khai thác GSM trên thế giới đã tiến hành nâng cấp thành công theo con đường đó. Còn ở Việt Nam thì các mạng GSM đang chờ quyết định của Chính Phủ cấp giấy phép nâng cấp lên mạng thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G). Dựa vào tình hình thực tế đó cho nên Em đã chọn đề tài tốt nghiệp là: “Các biện pháp kỹ thuật hỗ trợ mạng GSM theo chuẩn 3G (GSM→WCDMA)”. Đề tài gồm có 3 chương sau: - Chương I. Tổng quan về hệ thống thông tin di động GSM. - Chương II. Hệ thống GPRS hỗ trợ mạng GSM. - Chương III. Hệ thống EDGE hỗ trợ mạng GSM. Sau một thời gian nung nấu và nghiên cứu luận văn Em đã chọn được đề tài và đã hoàn thành. Do nhiều yếu tố khó khăn hợp thành lên đề tài không khỏi không tránh được những thiếu sót, Em rất mong được sự đóng góp của các thầy và các bạn để Em rút ra được bài học, bổ sung vào kinh nghiệm trong công việc cũng như trong cuộc sống. Em xin chân thành cảm ơn Thầy Giáo Th.S Bùi Đình Thịnh đã nhiệt tình hướng dẫn Em trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp, các Thầy Cô trong bộ môn, Anh Th.S Nguyễn Như Thông, các Anh Chị trong Công Ty Viettel Telecom và các bạn trong lớp đã giúp đỡ Em hoàn thành đề tài này. Em xin chân thành cảm ơn! 3
  • 4. Chương I. TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM. 1.1. GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM. 1.1.1. Lịch sử phát triển mạng GSM. Vào cuối thế kỷ 19, các thí nghiệm của nhà bác học người ITALYA Marconi Guglielmo (1874-1937, đạt giải Nobel Vật Lý năm 1909) đã cho ta thấy thông tin vô tuyến có thể thực hiện liên lạc được giữa các máy thu phát di động ở xa nhau. Loại mã sử dụng thời đó là mã Morse và đến năm 1928 hệ thống vô tuyến truyền thanh được thiết lập lần đầu tiên cho cảnh sát. Đến năm 1933 sở cảnh sát Bayone New Jersy thiết lập được một hệ thống điện thoại di động tương đối hoàn chỉnh đầu tiên trên thế giới. Các thiết bị thời đó sử dụng rất cồng kềnh, nặng, đầy tạp âm và rất tốn nguồn do sử dụng đèn điện tử, chất lượng mạng di động kém. Tần số sóng vô tuyến sử dụng trong dải thấp của băng VHF lên chỉ có thể liên lạc được trong khoảng cách vài chục dặm. Tuy vậy thời đó quân đội đã ứng dụng nó một cách rất hiệu quả trong quá trình triển khai và chiến đấu và trong đời sống như: Cảnh sát, cứu thương, cứu hỏa, hàng hải, hàng không... Đến năm 1947 Bell Laboratories đã có thai nghén về ý đồ một mạng di động tế bào. Nhưng công nghệ điện tử thời đó chưa phát triển lắm lên mãi đến năm 1981 thì hệ thống vô tuyến di động tế bào đầu tiên ở Châu Âu được lắp đặt đầu tiên ở khu vực bán đảo Scan-đi-na-vơ, thoạt đầu chỉ dùng cho vài chục ngàn thuê bao. Hệ thống này ra đời nhờ sự phát triển của các mạch tổ hợp và tích hợp như: Các bộ vi xử lý, các mạch tổng hợp tần số, các chuyển mạch nhanh dung lượng lớn và thường được gọi là mạng vô tuyến di động mặt đất công cộng PLMRN (Public Land Mobile Radio Network), làm việc ở dải tần UHF. Do đó năm 1982 tại Hội Nghị Bưu Chính Viễn Thông Châu Âu CEPT (Conference of Post ang Telecommunications) đã thành lập được nhóm chuyên môn về thông tin di động GSM (Groupe Speciale Mobile). Nhóm này có nhiệm vụ xác định một hệ thống thông tin di động công cộng tiêu chuẩn cho toàn Châu Âu hoạt động trên băng tần 900MHz. Nhóm đã quyết định xây dựng hệ thống toàn cầu cho thông tin di động GSM (Global System for Mobile Communications - hệ thống toàn cầu cho thông tin di động). Các thí nghiệm và các mô phỏng đã được tiến hành ở 4
  • 5. nhiều nước Châu Âu trên nhiều hệ thống với nhiều nguyên tắc và các chuẩn khác nhau. Tới năm 1986 thì có 9 đề nghị về chuẩn cho một hệ thống GSM toàn Châu Âu và đã được thử nghiệm tại hội nghị diễn ra ở Pari. Hội nghị được tiến hành bỏ phiếu với 15 nước Châu Âu để chọn ra cấu hình chuẩn của hệ thống GSM căn cứ theo các yêu cầu sau: Hiệu quả phổ, chất lượng âm thanh, giá thành máy di động, giá trạm cố định, tính tiện lợi, khả năng phục vụ với các dịch vụ mới và khả năng cùng hoạt động với các mạng hiện hành. Cho đến năm 1992 thì toàn Châu Âu đã có 6 mạng tế bào khác nhau tại 16 nước phục vụ cho 1,2 triệu thuê bao. Lúc đó thì các thuê bao di động của các mạng không tương thích nhau, dẫn đến giá thành thiết bị và giá sử dụng dịch vụ rất cao dẫn đến số lượng thuê bao rất ít. Hệ thống GSM cho phép các trạm di động (MS) trong mạng không những liên lạc được với nhau mà còn liên lạc được với bất kỳ thuê bao nào nối tới các mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PSTN (Public Switched Telephone Network), các mạng số liên kết đa dịch vụ ISDN (Intergrated Services Digital Network)... Các dịch vụ chủ yếu khi mạng GSM ra đời là: Truyền thoại, truyền số liệu, truyền fax, truyền các bản tin ngắn SMS…. 1.1.2. Đặc điểm truyền sóng trong mạng GSM. Đặc tính truyền sóng trong thông tin vô tuyến di động là tín hiệu thu được ở máy thu bị thay đổi so với tín hiệu đã phát ở máy phát về tần số, biên độ, pha và thời gian giữ chậm. Các thay đổi này có tính chất rất phức tạp và sự tác động của chúng ảnh hưởng tới chất lượng liên lạc hay truyền dữ liệu. Nó phụ thuộc vào hàng loạt các yếu tố như: Địa hình, khoảng cách liên lạc, dải tần, khí quyển, mật độ thuê bao…Tuy vậy ta có thể cơ bản chia ảnh hưởng của chúng thành: Ảnh hưởng của hiệu ứng Dopler, tổn hao đường truyền, hiệu ứng pha-đinh và hiện tượng trải trễ. Tổn hao đường truyền: Là lượng suy giảm của mức điện thu so với mức điện đã phát đi. Mức điện trung bình của tín hiệu thu giảm dần theo khoảng cách, do công suất của tín hiệu trên một diện tích của mặt cầu sóng tới giảm dần theo khoảng cách giữa anten phát và anten thu, hấp thụ của môi trường truyền sóng…Tổn hao đường truyền phụ thuộc vào: Tần số bức xạ, địa hình, mật độ thuê bao, mức độ di động của chướng ngại vật, loại anten được sử dụng…Trong mạng tế bào thì tổn hao này tăng tỷ lệ với lũy thừa của khoảng cách, tuân theo luật mũ 4. 5
  • 6. Tổn hao đường truyền hạn chế kích thước của tế bào và cự ly thông tin, do đó ta có thể lợi dụng nó để phân chia hiệu quả các tế bào, cho phép tái sử dụng tần số một cách hiện hữu, làm tăng hiệu quả sử dụng tần số. Ảnh hưởng của hiệu ứng Dopler: Là sự thay đổi của tần số tín hiệu thu so với tần số tín hiệu được phát gây bởi chuyển động tương đối giữa máy thu và phát trong quá trình truyền sóng. Giả sử tần số thu được tại máy thu là: f = fc + fm*cosαi → f = fc*(1+(v/c) * cosαi) (1.1) Trong đó: f là tần số tín hiệu thu được ở đầu vào máy thu. fc là tần số sóng mang phát không bị điều chế. fm là lượng dịch tần Dopler. αi góc của tia sóng tới thứ i so với hướng chuyển động của máy thu. c là vận tốc ánh sáng mà fm= v *fc/c. Khi máy thu đứng yên so với máy phát (v = 0) hoặc máy thu chuyển động vuông góc với góc tới của tín hiệu phát (αi = 900 ) thì tần số của tín hiệu thu mới không bị thay đổi. Ngược lại thì bị thay đổi và hiệu ứng xảy ra mạnh nhất khi máy thu chuyển động theo phương của tia sóng tới (αi = 00 ; 1800 ) như: Anten phát bố trí dọc theo quốc lộ còn máy thu đặt trên xe chuyển động trên xa lộ đó… Hiện tượng pha-đinh: Ở một khoảng cách ngắn nào đó thì mức tín hiệu thu trung bình không đổi, khi mức điện tức thời của tín hiệu thu tại anten có thể thay đổi nhanh hoặc chậm (pha-đinh nhanh hoặc pha-đinh chậm), nhưng khi khoảng cách giữa MS và BTS tăng thì mức điện thu trung bình giảm. Nguyên nhân gây ra pha đinh là: Sự truyền lan theo nhiều tia của sóng vô tuyến trong môi trường di động như: Nhiễu xạ, tán xạ và phản xạ từ các chướng ngại vật hay người ta còn gọi là pha đinh đa đường. Pha đinh gọi là phẳng nếu mức tín hiệu thu trung bình xảy ra như nhau với mọi tần số làm việc của kênh trong suốt dải tần. Pha đinh tần số là pha đinh xảy ra đối với tất cả các tần số trong suốt dải tần. Khi pha-đinh rất sâu xảy ra thì tín hiệu thu được có thể giảm tới không, tỷ số tín hiệu/tạp âm nhỏ hơn không (S/N<0) thì đầu ra của máy thu hoàn toàn phụ thuộc vào nhiễu của kênh. Hiện tượng trải trễ: Đối với thông tin di động số thì việc truyền dẫn tín hiệu theo nhiều tia sóng trong môi trường di động dẫn đến sự trải trễ và độ trải trễ có thể xem như độ dài của xung khi xung cực hẹp được phát đi. 6
  • 7. Hiện tượng trải trễ làm hạn chế tốc độ truyền tin và khi lưu lượng trải trễ càng lớn thì tốc độ truyền tin càng nhỏ. Đối với hệ thống thông tin di động trong nhà thì tốc độ tối đa có thể đạt được khoảng 2 Mb/s mà không cần bộ san bằng kênh. Còn đối với thông tin di động tế bào lớn muốn truyền tin với tốc độ cao thì nhất thiết phải có bộ san bằng kênh hoặc là chia nhỏ kích thước của tế bào (thực chất của bộ san bằng kênh là mạch lọc). Do đó kích thước của tế bào có ảnh hưởng rất lớn đến đặc điểm truyền sóng trong thông tin di động. 1.2. CẤU TRÚC MẠNG VÀ CHỨC NĂNG CỦA CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH TRONG MẠNG GSM. 1.2.1. Sơ đồ cấu trúc cơ bản mạng GSM. MT TE MS MS TEMT BTS BTS BTS BSC TRAU BSS BSS TRAUBSC BTS BTS BTS MT TE MS MS TEMT NSS OMC/ ADC/NMC MSC/VLR HLR/ AuC/EIR GMSC ISDN PSTN PSPDN CSPDN PLMN Um Air Interface A-bis Interface A Interface Hình 1.1. Cấu trúc mạng GSM. Chú thích: Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt PLMN Groupe Speciale Mobile Nhóm chuyên môn di động GSM Global System for Mobile Communication Hệ thống toàn cầu cho thông tin di động GSM MT Mobile Terminal Đầu cuối di động TE Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối MS Mobile Station Trạm di động Um Um Air Interfacee Giao diện vô tuyến giữa MS và BTS BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc BSS Base Station System Hệ thống trạm gốc 7
  • 8. BSC Base Station Controller Trạm điều khiển gốc MSC Mobile Switching Centre Trung tâm chuyển mạch di động VLR Visitor Location Register Bộ ghi định vị tạm trú HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú EIR Equipment Identity Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị AuC Authentication Centre Trung tâm nhận thực thuê bao GMSC Gateway Mobile Switching Centre Cổng trung tâm chuyển mạch di động NMC Network Management Centre Trung tâm quản lý mạng OMC Operations and Maintenance Centre Trung tâm khai thác và bảo dưỡng ADC Administration Centre Trung tâm quản trị điều phối A-bis A-bis Interface Giao diện A-bis giữa BTS và BSC A A Interface Giao diện A giữa BSS và MSC ISDN Intergrated Services Digital Network Mạng số liên kết đa dịch vụ PSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng CSPDN Circuit Switched Packet Data Network Mạng dữ liệu gói chuyển mạch kênh PSPDN Packet Switched Packet Data Network Mạng dữ liệu gói chuyển mạch gói PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng TRAU Transcoder Rate Adapter Unit Khối thích ứng tốc độ chuyển đổi mã 1.2.2. Chức năng của các thành phần chính trong mạng GSM. Trạm di động MS: Là một thuê bao dùng để truy nhập các dịch vụ của hệ thống. MS gồm có một đầu cuối di động MT và một thiết bị đầu cuối TE. Trong đầu cuối di động có một Modul thông minh dùng để xác nhận thuê bao SIM (Subscriber Identity Module) mà thiếu SIM thì thiết bị di động không thể truy nhập mạng GSM được ngoại trừ các số khẩn cấp như: Cảnh sát, cứu thương… Thực tế MS có rất nhiều hình dáng, kích thước và chức năng khác nhau, điều này tuỳ thuộc vào các nhà sản xuất hay các dịch vụ của mạng GSM. MS có 2 chức năng chính là: Chức năng truyền dữ liệu và chức năng liên quan đến truyền dẫn ở giao diện vô tuyến. Trạm thu phát gốc BTS: Thực hiện các chức năng thu phát vô tuyến trực tiếp đến các thuê bao di động MS trong tế bào BTS đó quản lý thông qua giao diện vô tuyến Um như: Phát quảng bá các thông tin của hệ thống, thực hiện thu phát một cuộc gọi…BTS được kết nối với BSC thông qua giao diện A-bis (sử dụng đường truyền vi ba hoặc cáp quang với tốc độ truyền dẫn trên dưới 100 Mb/s). Ngoài ra BTS còn có chức năng mã hoá và giải mã tiếng nói (kênh), sửa lỗi, điều khiển công suất phát… Trạm điển khiển gốc BSC : Thực hiện các chức năng chuyển mạch và điều khiển các kênh vô tuyến của hệ thống BSS, BSC thực hiện việc quản lý các kênh vô 8
  • 9. tuyến và truyền các bản tin đến và đi từ thuê bao di động MS. BSC ấn định kênh vô tuyến trong toàn bộ thời gian thiết lập cuộc gọi và giải phóng liên kết khi kết thúc cuộc gọi. Ngoài ra BSC còn có nhiệm vụ quản lý các trạm BTS thuộc phạm vi của mình… Trung tâm chuyển mạch di động MSC: Lập tuyến gọi và điều khiển cuộc gọi; các thủ tục cần thiết để làm việc với các mạng khác như: Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PSTN, mạng số liên kết đa dịch vụ ISDN, mạng chuyển mạch số công cộng theo mạch CSPSN, mạng dữ liệu gói chuyển mạch theo gói PSPDN... ; các thủ tục cần thiết để tiến hành chuyển điều khiển (HO); các thủ tục liên quan tới quản lý quá trình di động của các trạm di động như: Nhắn tin để thiết lập cuộc gọi, báo mới vị trí trong quá trình lưu động và nhận thực nhằm chống các cuộc truy nhập trái phép. Bộ ghi định vị thường trú HLR: Là một đơn vị cơ sở dữ liệu dùng để quản lý các thuê bao di động. HLR chứa một phần thông tin được VLR chuyển tới báo mới thường xuyên vị trí hiện thời của MS đang nằm trong MSC nào. Ngoài ra nó còn chứa các thông tin về thuê bao như: Các dịch vụ phụ mà MS có quyền sử dụng trong mạng hay các thông số nhận thực liên quan tới quá trình nhận thực thuê bao (số nhận diện thuê bao di động quốc tế). Trung tâm nhận thực thuê bao AuC: Là một đơn vị cơ sở dữ liệu trong mạng, cung cấp các tham số mã mật và nhận thực cần thiết để đảm bảo tính riêng tư (mật) của từng cuộc gọi, nhận thực quyền truy nhập của thuê bao đang tiến hành truy nhập mạng và AuC được đặt trong khối HLR. Bộ ghi số nhận diện thiết bị EIR: Cũng là một cơ sở dữ liệu của mạng, chứa các thông tin về thiết bị như con số nhận diện phần cứng của thiết bị di động. Nó cho phép MSC nhận diện được các MS bị hỏng, bị lấy cắp hay đang gọi trộm và được đặt trong khối HLR. Bộ ghi định vị tạm trú VLR: Là một khối chức năng theo dõi mọi MS hiện có trong vùng MSC của nó, kể cả các MS đang hoạt động ngoài vùng phủ sóng HLR và nó được bố trí trong cùng một thiết bị với MSC. OMC, NMC và ADC: Là các bộ phận chức năng mà thông qua chúng có thể giám sát quá trình hoạt động của các trạm, điều khiển các yêu cầu cần thiết, quản lý và bảo trì toàn bộ hệ thống. Ngoài ra còn có khối thích ứng tốc độ chuyển đổi mã TRAU: TRAU có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu thoại của mạng GSM thành dạng mã dùng trong điện thoại cố định. TRAU có thể được bố trí trong BSC hoặc trong MSC. 9
  • 10. Để truyền các gói tin đến và đi nhanh chóng, chính xác tới địa điểm thu thì trong mạng GSM sử dụng mạng báo hiệu kênh chung số 7 (CCSN7) và cải tiến của nó. Đây là một vấn đề không kém phần quan trọng làm tăng tốc độ truyền dẫn sử dụng trong mạng GSM. Ta sẽ đi sâu về mạng báo hiệu CCSN7 ở phần dưới đây. 1.2.3. Mạng báo hiệu kênh chung số 7 CCSN7 (Common Channel Signalling Number Seven). Báo hiệu kênh chung số 7. Trong hệ thống thông tin di động thì đường báo hiệu CCSN7 tách riêng so với đường tiếng. Trong mạng CCSN7 thì không nhất thiết phải có phải có một kênh báo hiệu trên mọi đường nối. Có nghĩa là các bản tin báo hiệu có thể có các đường truyền khác nhau so với đường tiếng để đến được điểm thu. Điều này giúp cho hệ thống tránh được sự cố và tắc nghẽn. Để tránh nhầm lẫn với các bản tin khác thì người ta gán nhãn cho các bản tin báo hiệu. Kênh báo hiệu có thể chiếm một khe thời gian bất kỳ trên đường truyền dẫn 2 Mb/s (trừ khe TS0) và được sử dụng để truyền tất cả các báo hiệu của các kênh thoại ở đường nối tương ứng. Nếu bản tin báo hiệu và kênh thoại được phát đi ở cùng một đường truyền PCM thì được gọi là báo hiệu liên kết, còn ngược lại là tự liên kết. Mạng báo hiệu kênh chung số 7 (CCSN7). Trong mạng GSM sử dụng mạng báo hiệu CCSN7 và cải tiến của nó. Sự cải tiến đó là CCSN7 được thiết kế để có thể sắp đặt trên mô hình 7 lớp của OSI. Sự tương ứng giữa CCSN7 và mô hình OSI được cho bởi hình sau: AA-bisRadio Lí p7 Lí p 4-6 Lí p3 Lí p2 Lí p1 OSI MSC/VLR HLR/GMSC... MSCBSCBTSMS Lí p3 Lí p2 RR MM CM LAPDm B¸o hiÖu lí p1 RR LAPD B¸o hiÖu lí p1 B¸o hiÖu lí p1 LAPDm BTSM RR BTSM LAPD BSSAP SCCP MTP lí p3 MTP lí p2 MTP lí p 1 MTP lí p1MTP lí p 1 MTP lí p2 MTP lí p 3 SCCP BSSAP MM CM MTP lí p2 MTP lí p 3 SCCP TCAP MAP ISUPTUP B¸o hiÖu lí p1 Lí p1 10
  • 11. Hình 1.2. Mô tả sự tương ứng giữa CCSN7 và mô hình OSI. Chú thích: Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng việt CM Connection Management Quản lý nối thông MM Mobility Management Quản lý di động RR Radio Resource Management Quản lý tiềm năng vô tuyến LAPDm Link Access Produres on Dm Channel Các thủ tục thâm nhập đường truyền ở kênh Dm BSSAP Base Station System Application Part Phần ứng dụng hệ thống trạm gốc BTSM BTS Management Quản lý trạm thu phát gốc SCCP Signalling Connection Control Part Phần điều khiển nối thông báo hiệu MTP Message Transfer Part Phần chuyển thông báo MAP Mobile Application Part Phần ứng dụng di động TCAP Transaction Capabilities Application Part Phần ứng dụng khả năng trao đổi ISUP ISDN User Part Phần người sử dụng ISDN LAPD Link Access Procedures on D- Channel Các thủ tục truy nhập đường truyền trên kênh D TUP Telephone User Part Phần người sử dụng điện thoại Báo hiệu giữa MSC với các phần tử khác trong hệ thống con chuyển mạch NSS: Dựa vào hình vẽ ta thấy ở phía bên phải cùng là các giao thức cho báo hiệu kênh chung số 7 giữa MSC với VRL, HLR, GMSC và PSTN. Tương ứng với các giao thức đó là sự phân lớp theo mô hình OSI. Trong đó phần truyền bản tin MTP được sử dụng như là môi trường truyền dẫn và để định tuyến cũng như đánh địa chỉ. Phần điều khiển và nối thông báo hiệu SCCP được bổ sung cho báo hiệu số 7 để đảm bảo mô hình của CCITT phù hợp với mô hình OSI. SCCP được bổ sung các chức năng để thiết lập các đấu nối logic và để mở rộng thêm cho việc đánh địa chỉ và định tuyến. MTP và SCCP tạo nên phần phục vụ mạng và tương ứng với các lớp 1,2 và 3 của OSI 7 lớp. Phần ứng dụng di động MAP và phần ứng dụng khả năng trao đổi TCAP đều là các giao thức lớp 7. TCAP đảm bảo chức năng thông tin với đầu xa của đường báo hiệu và thiết lập các hội thoại nhiều người sử dụng, còn MAP thì dành riêng cho GSM và nó được sử dụng ở hệ thống con chuyển mạch NSS của PLMN. 11
  • 12. Các giao thức ISUP và TUP tương ứng với các lớp từ 4-7 trong mô hình OSI và là các giao thức lớp 7 giữa PSTN và MSC để thiết lập và giám sát cuộc gọi. Giao diện A: Đây là giao diện giữa MSC và BSC của hệ thống trạm gốc BSS và nó được sử dụng để truyền các bản tin giữa MSC với BSC và MS. Các bản tin giữa MSC và MS sử dụng các giao thức sau: - Giao thức quản lý nối thông CM: Giao thức này được sử dụng để điều khiển thiết lập, giám sát và giải phóng các cuộc gọi. Đồng thời quản lý các dịch vụ bổ sung và các dịch vụ bản tin ngắn. - Giao thức quản lý di động MM: Được sử dụng để quản lý vị trí cũng như tính bảo mật của trạm di động. Giao thức CM và MM thuộc lớp 3 và được đặt bên trong MSC. Thay cho việc sử dụng các bản tin ISDN-UP và MAP thì nó được biến đổi và truyền đi các bản tin CM và MM. Các bản tin điều khiển cuộc gọi như đăng ký các dịch vụ bổ sung cũng được sắp xếp ở bản tin MAP trong MSC. Phần ứng dụng hệ thống trạm gốc BSSAP là giao thức được sử dụng để truyền các bản tin CM và MM, để điều khiển trực tiếp BSS như khi MSC yêu cầu BSC ấn định kênh. BSSAP sử dụng các giao thức MTP và SCCP để truyền các bản tin sau: Các bản tin liên quan đến MS giữa BSC và MSC, các bản tin tới/từ MS ở chế độ định hướng theo nối thông và các bản tin phân phối dùng để phân loại giữa các bản tin BSSAP và DTAP. Giao diện A-bis: Đây là giao diện giữa BSC và BTS, các bản tin được trao đổi ở giao diện này có nhiều nguồn gốc và nơi nhận khác nhau như: Các bản tin điều khiển BTS, các bản tin đi từ MS và các bản tin tới MS từ nhiều nguồn khác nhau của mạng. Các bản tin lớp 3 từ MS được truyền trong suốt (không bị xử lý) qua BTS và giao diện A-bis tới BSC. Giao thức quản lý tiềm năng vô tuyến RR nằm trong BSC dùng để thiết lập, duy trì và giải phóng nối thông các tiềm năng vô tuyến ở các kênh điều khiển dành riêng. Hầu hết các bản tin ở giao thức RR được truyền đi trong suốt, nhưng cũng có một số bản tin liên quan mật thiết với BTS thì sẽ được xử lý tại BTS bởi giao thức quản lý BTS (BTSM) như: Bản tin mật mã thì khóa mật mã chỉ gửi đến BTS mà không gửi đến MS. Giao thức được sử dụng ở lớp 2 trên giao diện A-bis là các thủ tục thâm nhập đường truyền ở kênh D (LAPD). Kênh D là kênh báo hiệu dùng để phân biệt với 12
  • 13. kênh B là kênh lưu lượng. Giao thức này có chức năng phát hiện lỗi, sửa lỗi và định hạn khung bằng cách đưa vào các cờ ở đầu khung và cuối khung. Giao diện vô tuyến Um: Đây là giao diện rất quan trọng của hệ thống liên quan chặt chẽ tới tốc độ đường truyền và chất lượng mạng, là giao diện giữa BTS và MS. Lớp báo hiệu 1: Đây là lớp vật lý trình bày các chức năng cần thiết để truyền các luồng bit trên các kênh vật lý ở môi trường vô tuyến. Ở giao diện này các bản tin được gửi đi liên quan đến ấn định kênh vật lý và các thông tin hệ thống của lớp vật lý bao gồm: - Sắp xếp các kênh logic trên các kênh vật lý. - Mã hóa kênh để sửa lỗi trước FEC. - Mã hóa kênh để phát hiện lỗi CRC. - Mật mã hóa. - Chọn ô ở chế độ rỗi. - Thiết lập các kênh vật lý dành riêng. - Đo cường độ trường của các kênh dành riêng và cường độ trường của trạm gốc xung quanh. - Thiết lập định trước thời gian và công suất theo sự điều khiển của mạng. Các cổng mà qua đó lớp này cung cấp dịch vụ cho lớp 2 được gọi là các điểm thâm nhập dịch vụ SAP. Các cổng này tồn tại dưới dạng khác nhau cho các bản tin ngắn và cho các bản tin của lớp đường truyền. Lớp báo hiệu 2: Lớp này sẽ ứng dụng các dịch vụ của lớp báo hiệu 1, với mục đích là cung cấp đường truyền tin cậy thuê bao và mạng. Giao thức của lớp này là LAPDm, được xây dựng trên cơ sở giao thức LAPD của ISDN. Tuy nhiên LAPDm có một vài thay đổi so với giao thức LAPD để phù hợp với môi trường truyền dẫn vô tuyến và đạt được hiệu suất lớn hơn trong việc tiết kiệm phổ tần như: Trong lớp 2 không sử dụng phần kiểm tra tổng, vì mã hóa kênh ở lớp 1 đã thực hiện chức năng này rồi. Trong lớp 2 thì lại có một số khung điều khiển mang thông tin về lớp 3 như: SABM và UA. Do đó tiết kiệm được thời gian truyền dẫn và phổ của tín hiệu. Lớp báo hiệu 3: Đây là lớp cao nhất của MS đảm bảo các thủ tục báo hiệu giữa MS và mạng và được chia thành 3 lớp con: Quản lý tiềm năng vô tuyến RR, quản lý di động MM và quản lý nối thông CM. - Quản lý tiềm năng vô tuyến RR: Các bản tin của lớp này được đặt bên trong BSC và được truyền trong suốt qua BTS. Bao gồm các chức năng cần thiết để 13
  • 14. thiết lập, duy trì và giải phóng đấu nối các tiềm năng trên các kênh điều khiển dành riêng: + Thiết lập chế độ mật mã. + Thay đổi kênh dành riêng khi vẫn ở ô như cũ. + Chuyển giao từ một ô này đến một ô khác. + Định nghĩa lại tần số sử dụng cho nhảy tần. - Quản lý di động MM: Lớp con này chứa các chức năng liên quan đến tính di động của một thuê bao như: Nhận thực, ấn định lại IMSI và nhận dạng trạm di động bằng cách yêu cầu IMSI hay IMEI. - Quản lý nối thông CM: Lớp này gồm có 3 phần tử sau: Điều khiển cuộc gọi CC, đảm bảo các dịch vụ bổ sung SS và đảm bảo các dịch vụ bản tin ngắn. + Điều khiển cuộc gọi CC (Call Control): Cung cấp các chức năng và các thủ tục để điều khiển cuộc gọi ISDN, các chức năng và các thủ tục này đã được cải tiến để phù hợp với môi trường truyền dẫn vô tuyến. Việc thiết lập lại cuộc gọi hay thay đổi trong quá trình gọi các dịch vụ mạng như: Thay đổi từ tiếng tới số liệu và ngược lại là hai thủ tục đặc biệt mới trong CC, hay báo hiệu giữa các thuê bao. + Phần tử đảm bảo các dịch vụ bổ sung SS (Suppliment Service): Xử lý các dịch vụ bổ sung không liên quan đến cuộc gọi như: Chuyển hướng cuộc gọi khi không có trả lời, đợi gọi… + Phần tử đảm bảo dịch vụ bản tin ngắn SMS (Short Message Service): Cung cấp các giao thức lớp để truyền tải các bản tin ngắn giữa mạng và thuê bao. 1.3. CÁC KỸ THUẬT CHÍNH SỬ DỤNG TRONG MẠNG GSM. 1.3.1. Mã hoá tiếng nói. Đây là một vấn đề sống còn liên quan đến việc ấn định tốc độ bit; liên quan chặt chẽ tới phổ tần của tín hiệu, mức độ tiêu thụ nguồn. Với các hệ thống tế bào nhỏ thì việc này không quan trọng lắm có thể dùng các biện pháp mã hoá tiếng nói đơn giản như: Điều chế Delta, điều chế xung mã Logarit Log-PCM (Pulse Coded Modulation) hay EDM (Embedded Delta Modulation) nhằm đạt được độ giữ chậm xử lý thấp, đơn giản về thiết bị và mức tiêu thụ nguồn thấp với chất lượng yêu cầu. Đối với các mạng tế bào lớn thì mã hóa tiếng nói phức tạp hơn rất nhiều, tiêu tốn nguồn hơn. Tuy nhiên thời gian giữ chậm xử lý đáng kể và dựa trên các đặc tính cơ bản của âm thanh và quá trình phát âm cho phép nén thông tin cao nhằm đạt được tốc độ bit thấp với chất lượng tiếng nói theo yêu cầu. Để gửi tiếng nói của chúng ta qua một mạng vô tuyến thì ta phải chuyển tiếng nói thành tín hiệu số. Trong mạng GSM người ta áp dụng mã hoá tiếng nói thông dụng là mã hóa dự đoán 14
  • 15. tuyến tính – giải pháp kích thích xung đều RPE-LPC (Regular Pulse Excitation – Linear Pridictive Coding), để chuyển tiếng nói ở dạng tín hiệu tương tự sang tín hiệu số nén. Giải pháp kích thích xung đều RPE là các xung kích thích phân bố đều và biên độ của chúng tính toán được. Nó cho phép đạt tốc độ trên dưới 10 kb/s và có thể xuống thấp tận 4,8 kb/s, hoặc sử dụng phương pháp mã hóa dự đoán tuyến tính kích thích mã CELP (Code Excited Linear Prediction) cho phép tốc độ sau mã hóa thấp xuống 2,4 kb/s. Mã hoá tiếng nói sử dụng trong mạng GSM là RPE-LPC cho phép truyền tiếng nói với tốc độ 13,4 kb/s cho chất lượng âm thanh gần chuông. 1.3.2. Mã hóa kênh và ghép xen (mã hóa chống nhiễu và tráo thứ tự truyền). Mã hoá kênh: Kênh vô tuyến thường gây ra các lỗi cụm trong quá trình truyền tín hiệu số. Để chống lại lỗi cụm thì phải mã hoá chống nhiễu kết hợp với tráo thứ tự truyền một cách thích hợp. Các mã chống nhiễu dùng để mã hoá trong mạng GSM là sử dụng mã khối và mã xoắn kết hợp. Trong đó mã khối là mã kiểm tra bit chẵn nhằm phát hiện lỗi còn sót sau khi đã sửa bằng mã xoắn (mã xoắn sử dụng trước mã khối). Để tốc độ bit truyền đi không quá lớn thì ta chỉ mã hoá các bit quan trọng trong tín hiệu truyền đi. Nếu tốc độ bit lớn thì dẫn đến chiếm phổ tần lớn làm giảm hiệu quả sử dụng phổ tần. Trong mạng GSM thì mã khối với 3 bits kiểm tra được sử dụng để mã hoá 50 bits tiếng nói quan trọng nhất, sau đó 53 bits này được ghép với 132 bits tiếng nói quan trọng, cộng với 4 bits đuôi tạo thành cụm 189 bits. Sau đó lại được mã hoá tiếp bằng mã xoắn với tốc độ 1/2 (độ dài ép buộc k = 5) tạo nên độ dài mã là 378 bits (189×2), ghép với 78 bits không quan trọng không được mã hoá tạo thành khối 456 bits (là tổng số bit có trong một cụm để phát lên kênh truyền). Tốc độ truyền tín hiệu thoại trong GSM là (189+78)bit/20ms = 13,4 kb/s. Sau đây là sơ đồ mã hóa thoại trong mạng GSM. 15
  • 16. Interleaver Vocoder 456 78 378 189 189 4 132 350 Type II Type Ib Type Ia Error Detection ADD Convolutionalencoder K=5r=1 2 MPX Hình 1.3. Sơ đồ mã hóa thoại trong mạng GSM. Ta có thể giải thích tại sao mã hóa kênh trong mạng GSM có được tốc độ truyền dữ liệu là 9,6 kb/s, dựa vào sơ đồ điều chế sau: Dữ liệu được đưa vào bộ mã hóa là khối 191 bits có độ dài là 20 ms, cộng với 3 bits cờ trạng thái đường lên USF và cộng với 40 bits chuỗi kiểm tra khối BCS, ta được 237 bits. Sau đó khối sử dụng 3 bits mã hóa lại cờ trạng thái đường lên USF và cộng với 4 bits đuôi thêm vào ta được 244 bits. Tiếp tới ta cho qua bộ mã hóa xoắn với tốc độ r=1/2 và độ dài k=5, ta có tổng số bit của khối sau mã hóa xoắn là 488 bits. Nhưng khối vô tuyến GSM có cỡ là 456 bits nên ta phải nén số bit xuống bằng cách cho qua khối Puncturing loại bỏ đi 32 bits. Cuối cùng ta được khối 456 bits, với phương pháp này cho ta tốc độ truyền dữ liệu là 191bit/20ms = 9,6 kb/s. BCS 40bits U SF Precoding 3bits A dd U SF 6 bits A dd tail bit 4 bits Convolution Coding r=1 2 k=5 Puncturing 32 bits D ata in D ata out 191bits 197bits 237bits 240bits 244bits488bits 456bits 16
  • 17. Hình 1.4. Sơ đồ mã hóa dữ liệu trong mạng GSM. Trong mạng GSM sử dụng mã hóa kênh toàn tốc cho tốc độ truyền đi là 22,8 kb/s, dữ liệu được truyền đi trên kênh truyền là 9,6 kb/s. Tốc độ bit tiếng nói được truyền đi trong kênh lưu lượng là 13,4 kb/s. Ghép xen (tráo thứ tự truyền): Là biện pháp nhằm giảm tương quan lỗi, giảm nhẹ nhiệm vụ cho giải mã kênh ở phía thu. Bản chất của ghép xen là thay vì truyền các ma trận đi theo hàng thì các ma trận số liệu được truyền đi theo cột. Ở phía thu thì các tín hiệu số liệu sau giải điều chế được sắp xếp lại theo thứ tự ban đầu, lỗi cụm sẽ được rải ra. Nhờ đó bộ giải mã chống nhiễu sẽ phát hiện và sửa được dễ dàng hơn. Trong mạng GSM thì tráo thứ thự truyền được thực hiện 2 lần nhằm giải tương quan lỗi một cách triệt để. 1.3.3. Điều chế. Để đạt được hiệu quả phổ tần cao thì trong mạng GSM người ta sử dụng phương pháp điều chế khóa dịch pha cực tiểu Gau-xơ GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying), có đường bao không đổi BT=0.3 (Bandwidth bitinterval). Tức là tín hiệu sau khi điều chế MSK có dạng xung chữ nhật (tín hiệu NRZ) cho qua bộ lọc Gaussian có dạng hình chuông thì tín hiệu sau bộ lọc có dạng gần như hình sin. Với BT = 0,3 tức là bộ lọc được thiết kế với hình chuông cân. Phương pháp này cho phép điều chế số liệu với tốc độ truyền tối đa là 9,6 kb/s và độ rộng phổ tín hiệu đầu ra là 50kHz. Ngoài ra nó còn cho phép truyền thoại với tốc độ là 13,4 kb/s. Đặc điểm của loại điều chế này là phản ứng xung đầu ra trải lấn sang các dấu lân cận tạo nên ISI (InterSymbol Interference). Nhờ đó làm suy giảm giữa 2 sóng mạng lân cận là 18 dB và hơn 50 dB đối với các kênh xa hơn. Đây là phương pháp điều chế băng hẹp dựa trên kỹ thuật điều chế dịch pha. 90 Sin(c(t)) Sin(w(t)) Cos(c(t)) T?ch ph©n t?ng phÇn Bé läc Gaussian LPF T?n hiÖu sau ®i?u ch? M SK a(t) b(t) c(t) Cos(w(t)) Q(t) I(t) Cos(w(t) + o) Tí i bé khu?ch ®¹i T?n hiÖu t? bé dao ®éng Hình 1.5. Sơ đồ điều chế GMSK. 17
  • 18. Sau đây là thiết bị thực tế điều chế 0,3 GMSK được sử dụng trong mạng Vinaphone của hãng Agilent HP (Agilent HP 8657A). 1.3.4. San bằng. Do đặc điểm truyền sóng trong thông tin di động ảnh hưởng tới sóng mang lên ở phía thu bộ giải điều chế không dễ dàng gì loại bỏ được xuyên nhiễu giữa các dấu ISI. Đây là nhiễu do tại phía thu các Symbol được truyền kế tiếp nhau sẽ chồng lấn lên nhau về mặt thời gian và gây nhiễu lẫn nhau. Do đó để loại bỏ ISI một cách hiệu quả thì trong mạng GSM người ta sử dụng mạch san bằng với thuật toán Viterbi sử dụng với cửa sổ ước lượng kênh. Nhờ thuật toán này mà tính phân tập theo tia sóng được lợi dụng, làm giảm ảnh hưởng của kênh biến đổi theo thời gian (thực chất mạch san bằng là mạch lọc). Để phục vụ san bằng thì chuỗi san bằng kênh được phát kèm với tín hiệu phát. Trong mạng GSM thì chuỗi dò kênh gồm 26 bits được truyền vào giữa khung của tín hiệu TDMA. Căn cứ vào chuỗi dò kênh thì mạch san bằng ở máy thu sẽ đánh giá được ước lượng kênh một cách liên tục theo thời gian nhằm đưa ra các quyết định chính xác về tính cực tính của các bit số liệu. 1.3.5. Nhảy tần. Trong mỗi tế bào thì có rất nhiều tần số được sử dụng và MS có thể thay đổi các tần số đó ngay trong mỗi khung TDMA được gọi là nhảy tần. Tốc độ nhảy tần trong mạng GSM là 217lần/s. Do các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông mạng GSM trong mỗi quốc gia cùng chia sẻ một băng tần chung lên vấn đề nhiễu ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng dịch vụ, nhất là các vùng đô thị nơi tập trung mật độ thuê bao di động lớn. Do đó các nhà khai thác mạng GSM đã áp dụng kỹ thuật nhảy tần nhằm giảm ảnh hưởng của 18
  • 19. phađing đa đường, của nhiễu lên chất lượng thoại được cải thiện đáng kể. Làm cho quá trình sử dụng lại tần số chặt chẽ và hiệu quả hơn. Vì kỹ thuật nhảy tần có 2 ưu điểm lớn là độ lợi phân tập tần số và độ lợi trung bình hoá nhiễu. Độ lợi phân tập tần số có ý nghĩa trong việc cải thiện vùng phủ sóng, vì các tần số khác nhau thì có độ dự trữ pha đinh khác nhau; làm giảm ảnh hưởng của phađing đa đường đối với MS đặc biệt là đường xuống, do đường xuống không có phân tập về anten. Độ lợi trung bình hóa nhiễu có ý nghĩa trong việc cải thiện chất lượng, vì MS chỉ bị nhiễu ở một số tần số nhất định trong chuỗi tần số nhảy tần. Một tần số bị nhiễu thì được trung bình hoá với các tần số không bị nhiễu khác và nếu càng nhiều tần số nhảy tần thì sẽ cho ta kết qủa độ lợi lớn hơn. Hiện nay mạng GSM sử dụng hai kỹ thuật nhảy tần chính là: Kỹ thuật nhảy tần băng gốc (Base Band Hopping) và kỹ thuật nhảy tần tổng hợp (Synthersizer Hopping). 1.3.6. Điều khiển công suất. Kiểm soát công suất trong mạng GSM là rất cần thiết, dùng để giảm nhiễu giữa các tế bào nằm gần nhau làm việc trên cùng một băng tần số. Điều này làm tăng hiệu quả tái sử dụng tần số và điều khiển công suất còn cho phép tiết kiệm pin của máy di động MS. Đồng thời nhờ vào công suất ta tính được độ lớn của một tế bào sử dụng. Không gây nhiễu, ảnh hưởng đến các mạng khác hoạt động trong cùng dải tần số. Đối với hệ thống thông tin di động CDMA thì điều khiển công suất rất là vấn đề sống còn. 1.4. CẤU TRÚC KÊNH VÀ CẤU TRÚC KHUNG TIN TRONG MẠNG GSM. 1.4.1. Cấu trúc kênh cơ bản. Hệ thống GSM gồm có rất nhiều sóng mang, sử dụng phương thức đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA (Time Division Multi Access) và phương thức song công phân chia theo tần số FDD (Frequency Division Duplex). Sau đây là bảng dải tần số sử dụng trong mạng GSM. Dải tần GSM Dải tần sử dụng Nơi áp dụng 400MHz 450.4-457.6 MHz + 460.4-467.6 MHz Châu Âu 19
  • 20. 800MHz 824-849 MHz + 869-894 MHz Mỹ 900MHz 890-915 MHz + 935-960 MHz Châu Âu, Châu Á 1800MHz 1710-1785 MHz + 1805-1880 MHz Châu Âu, Châu Á 1900MHz 1850-1910 MHz + 1930-1990 MHz Mỹ Bảng 1.1. Các dải tần số sử dụng trong mạng GSM Để bảo đảm các quy định về tần số bên ngoài băng thì phải có khoảng bảo vệ giữa các băng. Do đó người ta ấn định trong mạng GSM khoảng cách giữa 2 sóng mang lân cận nhau là 200 kHz. Dải tần số sử dụng chung cho mạng GSM toàn cầu là dải 900 MHz, Việt Nam cũng sử dụng dải này. 1.4.1.1. Kênh vô tuyến. Mỗi sóng mang GSM hình thành lên một kênh vô tuyến. Như vậy xét trong dải 900 MHz và dải 1800 MHz ta có tương ứng 124 cặp và 374 cặp sóng mang, ứng với 124 kênh (bắt đầu từ kênh 890.2 MHz) và 374 kênh (bắt đầu từ 1710.2 MHz) tần số vô tuyến dùng trong mạng GSM. Hai sóng mang liên tiếp nhau trong mạng GSM cách nhau một khoảng cách là 200 kHz. Thực tế, thông thường ở một tế bào thì người ta sử dụng 2 sóng mang và cho phép tối đa 14 cuộc đàm thoại hoạt động cùng một lúc. Ở những nơi có mật độ thuê bao cao thì người ta sử dụng đến 3 sóng mang cho phép 22 cuộc đàm thoại hoạt động ở một thời điểm. 1.4.1.2. Kênh Vật Lý. Mỗi tần số vô tuyến được phân chia theo thời gian và mỗi khung TDMA có độ dài là 4,615 ms. Trong mỗi khung TDMA lại phân nhỏ thành 8 khe thời gian có độ dài là 0,577 ms và mang theo 156,25 bits. Mỗi một khe thời gian ở một tần số là một kênh vật lý, dành để truyền tải thông tin trên đường truyền vô tuyến giữa MS và BTS. Do mỗi sóng mang có thể có 8 MS cùng hoạt động ở một thời điểm lên các khe đó được đánh số từ TS0→TS7. Tổng số kênh có thể có của hệ thống GSM phụ thuộc vào dải tần như: Ở dải 900 MHz và 1800 MHz có 124 và 374 kênh vô tuyến ứng với 992 và 2992 kênh vật lý. Do hệ thống sử dụng cấu trúc khung lên trên mỗi kênh vật lý ta có thể ghép một số kênh logic, mỗi một loại kênh logic thì phục vụ một mục đích nhất định như: Truyền thoại, số liệu, tìm gọi, truy nhập, báo hiệu tạo cuộc gọi, truyền tín hiệu đo lường, điều khiển… 1.1.4.3. Các kênh logic. Các bit thực hiện cùng chức năng hình thành lên kênh logic. Trong hệ thống GSM gồm có 11 loại kênh logic, trong đó có 2 kênh được sử dụng để truyền thông tin thoại hoặc số liệu gọi là kênh lưu lượng và 9 kênh còn lại dùng cho báo hiệu và điều khiển. 20
  • 21. Hình 1.6. Mô tả cấu trúc kênh logic trong mạng GSM. Chú thích: Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt TCH/F Traffic Channel/Full Rate Kênh lưu lượng toàn tốc TCH/H Traffic Channel/Half Rate Kênh lưu lượng bán tốc FCCH Frequency Correction Channel Kênh hiệu chỉnh tần số SCH Synchronization Channel Kênh đồng bộ BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển phát quảng bá PCH Paging Channel Kênh tìm gọi RACH Radom Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên AGCH Access Grant Channel Kênh trao quyền truy nhập SDCCH Standalone Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dành riêng đứng riêng một mình SACCH Slow Associated Control Channel Kênh điều khiển liên kết chậm FACCH Fast Associated Control Channel Kênh điều khiển liên kết nhanh Các kênh lưu lượng TCH (Traffic Channel): Kênh toàn tốc TCH/F (Full Rate Channel): Dùng cho truyền thoại với tốc độ mã hóa là 13 kb/s hoặc truyền số liệu với tốc độ 9,6; 4,8 hoặc 2,4 kb/s. Kênh toàn tốc sử dụng phương pháp điều chế pha cực tiểu Gaussian, tương tác sóng mang, tốc 21
  • 22. độ bit tăng lên tức thời từ 0→22,8 kb/s. Nếu một kênh toàn tốc sử dụng phương pháp điều chế 8-PSK thì tốc độ bit tức thời tăng từ 0→96,6 kb/s. Kênh bán tốc TCH/H (Half Rate Channel): Dùng cho truyền thoại với tốc độ mã hóa là 7 kb/s và truyền số liệu với tốc độ là 4,8 và 2,4 kb/s. Kênh bán tốc phân bổ tài nguyên vô tuyến tương ứng cho nhiều người sử dụng trên một nửa kênh vật lý và tốc độ mã hóa của kênh bán tốc bằng 1/2 kênh toàn tốc. Các kênh điều khiển và báo hiệu: Lại được chia làm 3 loại là: Các kênh điều khiển phát thanh, các kênh điều khiển dùng chung và các kênh điều khiển dành riêng. Các kênh phát thanh BCH (Broadcast Channels): Gồm có 3 loại kênh là: Kênh hiệu chỉnh tần số FCCH, kênh đồng bộ SCH và kênh điều khiển phát thanh BCCH. Kênh hiệu chỉnh tần số FCCH (Frequency Correction Channel): Là kênh đường xuống truyền từ BTS tới MS mang thông tin hiệu chỉnh tần số cho các MS và thông báo tần số phát kênh BCCH cho cell hiện thời. Kênh đồng bộ SCH (Synchronization Channel): Là kênh đường xuống truyền từ BTS tới MS mang thông tin về hệ thống cho các MS đang hiện diện trong tế bào mà BTS phục vụ để đồng bộ. Ngoài ra kênh này còn truyền cả số khung TDMA và mã nhận diện trạm gốc BSIC ( Base Station Identity Code- gồm có mã quốc tế và mã quốc gia) của BTS đã chọn. Kênh điều khiển phát thanh BCCH (Broadcast Control Channel): Đây là kênh đường xuống, dùng để thông báo cho MS các thông tin riêng về tế bào và mạng (cho biết tần số nào đang dùng, số nhận diện vùng định vị LAI, tế bào nào bị cấm, mô tả các tế bào lân cận, mã mạng, mã nước…). Các kênh điều khiển chung CCCH (Common Control Channels): Cũng gồm có 3 kênh là: Kênh tìm gọi PCH, kênh truy nhập ngẫu nhiên RACH và kênh trao quyền truy nhập AGCH. Kênh tìm gọi PCH (Paging Channel): Là kênh đường xuống, dùng để nhắn gọi MS. Khi có một cuộc gọi tới một MS nào đó đang đăng ký vị trí trong một vùng LA nào đó, thì tất cả các BTS trong vùng LA sẽ phát tín hiệu gọi MS gồm có số IMSI hoặc TMSI trên kênh Paging. Kênh truy nhập ngẫu nhiên RACH (Random Access Channel): Đây là kênh đường lên truyền từ MS tới BTS yêu cầu mạng đặt một kênh điều khiển dành riêng đứng riêng SDCCH, hoặc để đáp lại tín hiệu nhắn tìm gọi của mạng, hoặc MS dùng để truy nhập nhằm tạo một cuộc gọi hay đăng ký. 22
  • 23. Kênh trao quyền truy nhập AGCH (Access Grant Channel): Đây là kênh đường xuống được mạng sử dụng để ấn định một kênh điều khiển dành riêng đứng riêng SDCCH cho một MS. Các kênh điều khiển dành riêng DCCH (Dedicated Control Channels): Cũng gồm có 3 loại kênh là: Kênh điều khiển dành riêng đứng riêng một mình SDCCH, kênh điều khiển liên kết chậm SACCH và kênh điều khiển liên kết nhanh FACCH. Kênh điều khiển dành riêng đứng riêng một mình SDCCH (Standalone Dedicated Control Channel): Kênh này chỉ được dành riêng để truyền báo hiệu giữa mạng và một MS, để thực hiện các thủ tục cập nhật, đăng ký vị trí và thiết lập một cuộc gọi trước khi MS được ấn định một kênh lưu lượng TCH. SDCCH được phát ở cả đường lên lẫn đường xuống. Kênh điều khiển liên kết chậm SACCH (Slow Associated Control Channel): Đây là kênh đường lên – xuống, kênh này được kết hợp với một kênh lưu lượng TCH hoặc một kênh SDCCH. Trên đường lên thì MS báo cáo kết quả đo lường về cường độ và chất lượng tín hiệu của cell hiện thời và 6 cell lân cận tới BTS phục vụ quá trình HO. Trên đường xuống từ BTS tới MS thì kênh này mang lệnh điều khiển công suất, phát định trước về thời gian phát cho MS. Kênh điều khiển liên kết nhanh FACCH (Fast Associated Control Channel): Đây là kênh đường lên - xuống, kênh này được kết hợp với một kênh TCH sử dụng để báo hiệu chuyển vùng, khi MS đang liên lạc chuyển từ cell này tới cell khác. Để thời gian giãn đoạn liên lạc trong khi chuyển vùng không quá lớn thì kênh FACCH được tổ chức bằng cách lấy trộm các bit của kênh TCH để truyền tín hiệu điều khiển. 1.4.2. Cấu trúc khung tin. Cơ cấu mã và giải mã mật trong mạng GSM sử dụng số khung TDMA như một thông số, do đó trạm BTS nhất thiết phải đánh thứ thự số các khung TDMA theo một mẫu tuần hoàn, không thể đánh chúng vô hạn được vì cuộc đàm thoại dễ bị nghe trộm. Chu kỳ của khung tín hiệu là 2715648 khung, mà mỗi khung có độ dài là 4.615 ms lên độ dài của một chu kỳ là 2715648x4.615= 3 giờ 28 phút 53 s và 760 ms. Về mặt thời gian các kênh vật lý ở một kênh tần số được tổ chức theo cấu trúc khung, đa khung, siêu khung hoặc siêu siêu khung. Chu kỳ lớn nhất khung TDMA là 2715648 khung được gọi là một siêu siêu khung. Một siêu siêu khung được chia thành 2715648/1326 = 2048 siêu khung và 23
  • 24. được đánh số từ 0→2047, có độ dài là 6,12 s. Mỗi siêu khung được chia thành các đa khung và có hai loại đa khung là: - Đa khung 26 khung được đánh số từ 0→25, có độ dài là 26x4,615ms = 120 ms các đa khung này được sử dụng để tải các kênh lưu lượng TCH, SACCH và FACCH và cứ 51 đa khung 26 sẽ tạo nên một siêu khung có độ dài là 51x120 = 6,12 s. - Đa khung 51 khung được đánh số từ 0→50, có độ dài là 51x4,615ms = 235 ms (vì mỗi khung TDMA có độ dài là 4,615 ms) và đa khung này sử dụng cho các kênh điều khiển phát thanh BCCH, SDCCH và SACCH và cứ 26 đa khung 51 sẽ tạo nên một siêu khung có độ dài là 25x235ms = 6,12 s. Trong một khe thời gian có 156,25 bits mà khoảng các các bit là 3,69 µs nên một khe thời gian có độ dài là 156,25x3,69µs = 0,577 ms. Tám cụm thường của 8 người sử dụng là xếp chéo nhau được ghép kênh trên một sóng mang vô tuyến cho ta độ dài của một khung TDMA là 8x0,577ms = 4,615ms. Do đó một đa khung TDMA 26 có độ dài là 120 ms còn một đa khung TDMA 51 có độ dài là 235 ms. 24
  • 25. 1siªusiªukhung=2048siªukhung=2715648khungTDMA (3h28m53s760ms) 204720460 1 2 3 4 2045 250 1 2 3 2423 500 1 2 3 4948 1siªukhung=26x51khungTDMA(6,12s) 500 1 2 3 4948250 1 2 3 2423 1®akhung=51khungTDMA(235ms)1®akhung=26khungTDMA(120ms) 1khungTDMA=8khethêi gian(4,615ms) 3210 4 5 6 7 CPTBFC¸cbit®uî cm· Dß®uêng C¸cbit®uî cm·TB 3 Cômthuêng 1khethêi gian=156,25bits=0,577ms(tèc®é271Kbps) 57 261 57 3 8,25 TB C¸cbitcè®?nh TB CP TB C¸cbit®uî cm·D·ybit®ångbéC¸cbit®uî cm· TB CP CômsñatÇnsè Côm®ångbé CômtruynhËp CPTBD·y®ångbéTB 3 8,253 142 3 39 3 8,253964 3 C¸cbit®uî cm· 68,25341 36 Hình 1.7. Cấu trúc siêu siêu khung, siêu khung, khung TDMA và cụm Burst trong GSM 25
  • 26. 1.4.3. Cấu trúc cụm (Burst). Thông tin được phát trong một khe thời gian biểu thị như một khối dữ liệu gọi là một cụm Burst (có độ dài là 15/16 ms tương ứng với 156,25 bits) và có 5 cụm mang ý nghĩa khác nhau như sau: Cụm bình thường, cụm thâm nhập, cụm hiệu chỉnh tần số, cụm đồng bộ và cụm giả. Cụm bình thường (NM-Normal Burst): Được sử dụng để truyền các thông tin trên kênh lưu lượng (TCH) và các kênh điều khiển CCH (Control Channels), ngoại trừ các kênh RACCH, SCH và FCCH. Cụm hiệu chỉnh tần số (FB-Frequency Corrrection Burst): Cụm này được sử dụng để hiệu chỉnh tần số cho máy di động. Khi cụm này được truyền thì nó tương đương như một sóng mang không bị điều chế với một lượng dịch tần xác định. Việc lặp đi lặp lại các cụm này được gọi là kênh hiệu chỉnh tần số FCCH. Các MS khi thu kênh FCCH sẽ thu được sóng mạng không bị điều chế đó và dùng nó như là tín hiệu quy chiếu để điều chỉnh tần số sóng của mình. Cụm đồng bộ (SB-Synchronixation Burst): Cụm này được sử dụng để truyền tín hiệu đồng bộ thời gian cho máy di động truyền trên kênh đồng bộ. Cụm thâm nhập (AB-Access Burst): Cụm này được sử dụng để thâm nhập ngẫu nhiên và truyền trên kênh điều khiển liên kết chậm RACCH ở đường lên. Cụm này có khoảng phòng vệ dài hơn so với các cụm khác để tránh đè lên nhau. Cụm giả (DM-Dummy Burst): Được phát đi từ BTS trong một số trường hợp như: Trên kênh Paging PCH khi không có tìm gọi cũng như không trao quyền truy nhập hay trong quá trình liên lạc khi có phần nói ngưng. 1.5. HOẠT ĐỘNG CỦA MẠNG GSM TRONG QUÁ TRÌNH THIẾT LẬP MỘT CUỘC GỌI. 1.5.1. Trạm di động MS thực hiện một cuộc gọi. MS yêu cầu ấn định kênh: Sau khi thực hiện việc quay số, MS yêu cầu được ấn định kênh truy nhập ngẫu nhiên RACH. Khi nhận được yêu cầu này trạm thu phát gốc BTS sẽ giải mã bản tin. Phần mềm của BSS ấn định kênh điều khiển dành riêng đứng riêng một mình SDCCH với bản tin ấn định kênh tức thời gửi trên kênh cho phép truy nhập ngẫu nhiên AGCH. MS trả lời: MS trả lời bản tin ấn định kênh tức thời trên kênh điều khiển dành riêng đứng riêng một mình SDCCH. MS sẽ truyền đi các bản tin SABM (kiểu cân bằng kênh không đồng bộ tổ hợp). Bên trong bản tin SABM bao gồm các chỉ thị yêu cầu các dịch vụ khác nhau như bản tin yêu cầu thực hiện cuộc gọi hay cập 26
  • 27. nhật vị trí. Các bản tin này được xử lý tại trạm gốc BSS và được chuyển tới trung tâm chuyển mạch MSC thông qua giao diện A-bis. Yêu cầu nhận thực: Sau khi nhận được các yêu cầu về dịch vụ, trung tâm chuyển mạch MSC sẽ gửi đi một yêu bản tin yêu cầu nhận thực đối với trạm di động MS. Các yêu cầu dịch vụ sẽ được gửi tới trạm gốc BSS thông qua đường báo hiệu CCSN7. Trạm thu phát gốc sẽ làm nhiệm vụ truyền các yêu cầu này tới MS trên kênh điều khiển chuyên dụng độc lập SDCCH. MS trả lời nhận thực: Trạm di động MS trả lời yêu cầu nhận thực bằng một đáp ứng nhận thực. Đáp ứng trả lời nhận thực của MS sẽ được trạm thu phát gốc BTS chuyển tới trung tâm chuyển mạch MSC trên đường báo hiệu vô tuyến. Yêu cầu mã hóa: Sau quá trình nhận thực được hoàn thành thì MSC sẽ gửi đến BSC một lệnh yêu cầu mã hóa quá trình trao đổi thông tin giữa MS và MSC. Quá trình này có được thiết lập hay không là phụ thuộc vào BSC, và MSC thiết lập chế độ mã hóa Cipherring Mode là ON hay OFF, nếu là ON thì các thuật toán hay khóa bảo mật được sử dụng. Hoàn thành quá trình mã hóa: MS trả lời hoàn thành quá trình mã hóa bằng cách gửi bản tin thực hiện xong quá trình mã hóa tới MSC. MS thiết lập cuộc gọi: Trạm di động MS gửi bản tin thiết lập cuộc gọi trên kênh điều khiển chuyên dụng độc lập SDCCH tới tổng đài di động MSC yêu cầu dịch vụ thiết lập cuộc gọi. Yêu cầu ấn định kênh lưu lượng: Sau khi tổng đài MSC nhận được bản tin yêu cầu thiết lập cuộc gọi thì MSC sẽ gửi lại hệ thống BSS bản tin ấn định kênh lưu lượng, bản tin này chỉ thị loại kênh lưu lượng yêu cầu là kênh bán tốc hay toàn tốc hoặc là truyền số liệu. Trạm thu phát gốc BTS sẽ chỉ định và ấn định cho MS một kênh lưu lượng TCH bằng cách gửi một lệnh ấn định trên kênh SDCCH. MS hoàn thành việc ấn định kênh TCH: Để đáp ứng lệnh ấn định thì MS chiếm lấy kênh TCH và đồng thời gửi bản tin hoàn thành việc ấn định kênh trên kênh điều khiển liên kết nhanh FACCH. Bản tin đổ chuông: MSC gửi bản tin đổ chuông tới trạm di động MS gọi, bản tin này thông báo cho MS biết hoàn thành việc gọi và có tín hiệu hồi âm chuông được nghe thấy từ máy MS. Bản tin kết nối: Khi MS bị gọi nhấc máy trả lời thì một bản tin kết nối được gửi tới thuê bao gọi, tín hiệu này là trong suốt đối với trạm BSS. Bản tin kết nối được truyền thông qua kênh điều khiển liên kết nhanh FACCH. Để trả lời tín hiệu 27
  • 28. nối thì MS mở một đường tiếng và truyền đi thông qua kênh FACCH, bản tin kết nối với tổng đài di động MSC và cuộc gọi được thực hiện. 1.5.2. Trạm di động MS nhận một cuộc gọi. Nhắn tin tìm gọi: Khi thuê bao nhận được tín hiệu tìm gọi thì tổng đài di động MSC sẽ gửi một bản tin “ yêu cầu nhắn tin” đến hệ thống điều khiển trạm gốc BSC. Khi có tin nhắn đến thì BSC sẽ xử lý bản tin này và truyền chúng trên kênh nhắn tin PCH. Thuê bao trả lời: Sau khi thu được bản tin Paging Request thì trạm di động MS trả lời bằng cách gửi bản tin yêu cầu truyền trên kênh truy nhập ngẫu nhiên RACH. Ấn định kênh điều khiển chuyên dụng độc lập SDCCH: Khi nhận được bản tin ấn định kênh thì BSS sẽ xử lý bản tin và ngay lập tức ấn định một kênh điều khiển SDCCH. Việc ấn định này sẽ được mã hóa và truyền trên kênh cho phép truy nhập AGCH. Trạm di động MS được ấn định một kênh SDCCH và truyền một bản tin kiểu cân bằng không đồng bộ tổng hợp SABM để trả lời nhắn tin. Mạng sẽ trả lời trên đường lên để thiết lập kết nối vô tuyến lớp thứ hai. Sau khi được xử lý tại phần BSS thì bản tin trả lời tìm gọi sẽ được gửi tới MSC. Yêu cầu nhận thực: Sau khi tổng đài di động MSC nhận được bản tin trả lời tìm gọi thì nó sẽ gửi đi một yêu cầu nhận thực đối với trạm di động MS tới trạm gốc BSS. Tại đây BSS sẽ làm nhiệm vụ truyền các yêu cầu này tới trạm di động MS trên kênh điều khiển chuyên dụng độc lập SDCCH. MS trả lời nhận thực: Trạm di động MS trả lời yêu cầu nhận thực bằng một đáp ứng nhận thực tới trạm thu phát gốc BTS. Sau đó trạm thu phát gốc BTS chuyển tới trung tâm chuyển mạch MSC trên đường báo hiệu vô tuyến. Yêu cầu mã hóa: Sau khi quá trình nhận thực được hoàn thành thì MSC sẽ gửi đến BSC một lệnh yêu cầu mã hóa quá trình trao đổi thông tin giữa MS và MSC. Quá trình này được thiết lập phụ thuộc vào BSC và MSC đặt ở chế độ ON hay OFF. Hoàn thành quá trình mã hóa: MS trả lời hoàn thành quá trình mã hóa bằng cách gửi đi bản tin “ Hoàn thành chế độ mã hóa” tới MSC. Bản tin thiết lập: MSC gửi bản tin thiết lập tới MS yêu cầu các dịch vụ. BSS gửi bản tin thiết lập trên kênh điều khiển chuyên dụng độc lập SDCCH. MS xác nhận cuộc gọi: Khi MS nhận được bản tin thiết lập cuộc gọi, nó sẽ gửi đi một bản tin xác nhận cuộc gọi và thông báo cho MSC có thể nhận được cuộc gọi. 28
  • 29. Ấn định kênh: Khi nhận được bản tin xác nhận thì tổng đài di động MSC gửi đi một bản tin ấn định kênh. Hệ thống trạm gốc BSS nhận được bản tin này, ấn định kênh lưu lượng TCH và gửi đi bản tin ấn định kênh tới trạm di động MS trên kênh điều khiển chuyên dụng độc lập SDCCH. Hoàn thành ấn định kênh: Trạm di động MS chiếm lấy kênh TCH và gửi đi bản tin hoàn thành việc ấn định kênh trên kênh điều khiển liên kết nhanh FACCH. Hệ thống trạm gốc sau khi nhận được bản tin này thì gửi nó tới tổng đài di động MSC. Bản tin đổ chuông: MS gửi bản tin đổ chuông tới tổng đài di động MSC trên kênh điều khiển liên kết nhanh FACCH. Sau đó tổng đài di động MSC gửi hồi âm chuông này cho máy chủ gọi. MS thực hiện kết nối: Khi trạm di động bị gọi trả lời thì nó sẽ gửi bản tin kết nối trên kênh điều khiển liên kết nhanh FACCH tới MSC, và thiết lập một đường thoại đến MS gọi. Bản tin kết nối được truyền qua BSS tới tổng đài di động MSC trên đường báo hiệu. Bản tin xác nhận kết nối được gửi trả lại tổng đài di động MSC để tìm đến tổng đài của máy chủ gọi. Thiết lập cuộc gọi thành công: Kết nối cuộc gọi được thiết lập và cuộc gọi được diễn ra. 1.6. XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG GSM. Do mạng GSM sử dụng đường truyền dữ liệu chuyển mạch kênh đối xứng với tốc độ truyền dữ liệu là 9,6 kb/s và truyền thoại 13,4 kb/s.Tốc độ cực đại mà một khe thời gian có thể cung cấp cho một người sử dụng là 271 kb/s. Vì mỗi một thuê bao sử dụng một khe thời gian trong suốt quá trình liên lạc của mình lên đó cũng là tốc độ tối đa cho phép một người sử dụng. Do nhu cầu không ngừng ngày càng cao của người sử dụng về tốc độ truyền dẫn, chất lượng mạng, dung lượng đường truyền dẫn với các dịch vụ như: Internet, thư điện tử,wap….Mà mạng GSM hiện tại thì lại không đáp ứng được các nhu cầu đó. Trước tình hình đó các nhà khai thác mạng GSM đã không ngừng nghiên cứu và tìm tòi. Để hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu cao hơn thì về mặt kỹ thuật có hai giải pháp sau: Tối ưu tốc độ mã hóa kênh và định tuyến dữ liệu đi qua giao diện vô tuyến Um. Các nhà khai thác mạng GSM đã chọn giải pháp hỗ trợ mạng là: Dữ liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD (High Speed Circuit Switched Data). Đây là giải pháp định tuyến dữ liệu đi qua giao diện Um nhiều hơn bằng cách sử dụng một vài kênh lưu lượng tức là MS sử dụng 4 khe thời gian thay cho một khe thông 29
  • 30. thường cho một cuộc gọi. Do vậy tốc độ truyền dữ liệu của người sử dụng tăng lên là: 4x9,6kb/s = 38,4 kb/s. HSCSD còn hỗ trợ cả truyền đối xứng và truyền không đối xứng. Ở chế độ truyền đối xứng thì tốc độ truyền lên từ MS lên BTS và đường truyền xuống từ BTS tới MS là bằng nhau và thường dùng để truyền thoại. Còn chế độ truyền không đối xứng thì tốc độ truyền xuống từ BTS xuống MS cao hơn tốc độ ngược lại và thường được dùng để truyền dữ liệu. Dữ liệu trong HSCSD được truyền dưới dạng các luồng bit song song được đưa vào các khe thời gian khác nhau thông qua các cụm Burst, truyền đi trên một sóng mang và chúng sẽ được kết hợp tại đầu cuối. Việc cấp phát khe thời gian hoàn toàn phụ thuộc vào thủ tục cấp phát khe thời gian và dịch vụ đăng ký của người sử dụng. Nếu dữ liệu không đủ để điền vào 4 khe thời gian thì các bit trống sẽ được chèn vào. Ở một số nước trên thế giới đã triền khai nhưng nó không được triển khai rộng, vì sử dụng cả 4 khe nên phụ thuộc rất lớn vào chính sách giá của nhà khai thác mạng. Phần lớn lưu lượng truyền dữ liệu là không đối xứng mà giao diện vô tuyến Um thì lại không tối ưu cho chuyển mạch kênh không đối xứng. Ở Việt Nam các mạng GSM cũng đã triển khai mạng HSCSD trên mạng của mình. Điều này đặt ra là phải nâng cấp mạng HSCSD lên nữa nhằm đáp ứng nhu cầu tốc độ truyền dữ liệu cho người sử dụng với chất lượng mạng cao. Đứng trước tình hình đó thì các nhà cung cấp dịch vụ GSM đã chọn giải pháp: Dịch vụ vô tuyến gói chung (General Packet Radio Service) cho phép đạt tốc độ truyền dữ liệu là 21,4 kb/s trên một khe thời gian và tốc độ truyền dữ liệu lớn nhất mà một thuê bao có thể đạt được là: 8x 21,4kb/s = 171,2 kb/s. 30
  • 31. Chương II. HỆ THỐNG GPRS HỖ TRỢ MẠNG GSM. 2.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG GPRS. Do mạng GSM có những hạn chế về tốc độ và dung lượng truyền dẫn đã nói ở trên nên đến năm 1999 các nhà khai thác mạng GSM đã áp dụng giải pháp GPRS, và đã triển khai hoạt động trên cơ sở nền tảng của mạng GSM. GPRS áp dụng nguyên lý chuyển mạch gói vô tuyến để truyền số liệu của người sử dụng một cách hiệu quả với tốc độ truyền số liệu cao hơn chuyển mạch kênh mạng GSM hay HSCSD, mà không ảnh hưởng tới các dịch vụ hiện thời của mạng GSM. GPRS cho phép truyền số liệu với tốc độ cao hơn vì: Trong mạng GSM thì một thuê bao chỉ sử dụng một khe thời gian trong suốt thời gian liên lạc của mình lên tốc độ đạt được tối đa truyền dữ liệu là 9,6 kb/s và truyền thoại là 13,4 kb/s. Còn trong chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD thì mỗi một MS sử dụng tối đa 4 khe thời gian với tốc độ tối đa cho phép truyền dữ liệu là 38,4 kb/s (4 khe x 9,6 kb/s). Nhưng với sự hỗ trợ của GPRS bằng phương pháp chuyển mạch gói thì tốc độ tối đa cho phép truyền dữ liệu là 171,2 kb/s (sử dụng hết 8 khe thời gian x 21,4 kb/s). GPRS cho phép thiết lập cuộc gọi nhanh hơn vì: Trong mạng GSM, thời gian thiết lập trong vài giây, còn trong mạng GPRS thì cho phép thời gian kết nối dưới 1s và coi như MS luôn kết nối với mạng số liệu. GPRS cho phép tính cước ít hơn mạng GSM vì: Trong mạng GPRS tính cước theo dung lượng truyền dẫn chứ không tính theo thời gian truyền dẫn như mạng GSM. Do đó nó cho phép MS kết nối với mạng dài lâu mà không bị tính tiền như: Đọc web, thư điện tử… GPRS cho phép sử dụng phổ tần hiệu quả hơn vì: Trong truyền dẫn chuyển mạch kênh, một kênh được ấn định cho một người sử dụng trong suốt khoảng thời gian của cuộc gọi. Với một mạng chuyển mạch gói GPRS, phổ vô tuyến được chia cho tất cả mọi người sử dụng trong một tế bào. Phổ tần được sử dụng chỉ khi nào thuê bao có thông tin để gửi. Khi không có số liệu để phát, phổ hoàn toàn rỗi và được sử dụng cho các cuộc gọi khác. Như vậy khi số liệu bùng nổ một cách tự nhiên, các tài nguyên mạng có thể được cân bằng một cách hiệu quả hơn, bởi vì nhà khai thác có thể sử dụng những khoảng trống trong truyền dẫn để điều khiển các cuộc gọi khác tức là: Sau khi MS gửi và nhận dữ liệu xong thì tài nguyên vô tuyến được giải phóng ngay cho người khác sử dụng nếu có nhu cầu. Như vậy một kênh vật lý (một khe thời gian) có thể sử dụng cho nhiều MS và mỗi MS có thể sử dụng nhiều khe thời gian cùng một lúc. Vì tại một thời điểm mà MS đó không sử dụng 31
  • 32. khe thời gian của mình để trao đổi thông tin thì khe rỗi đó sẽ được dành cho người khác sử dụng. GPRS sử dụng giao thức IP: Đây là một giao thức mới được sử dụng mà mạng GSM không có. Vì xu hướng hiện nay là các mạng đều hỗ trợ giao thức IP, nó cho phép liên kết các mạng với nhau và liên kết với mạng Internet toàn cầu. Nhờ có khả năng kết nối với Internet lên GPRS cho phép MS sử dụng dịch vụ Internet di động. Khi nhu cầu phát triển cao, tốc độ truyền số liệu cao hơn đến 2 Mb/s theo phương thức chuyển mạch gói, sẽ được hỗ trợ trong tương lai thông qua sử dụng mạng 3G. Chuyển mạch kênh không thích hợp cho lưu lượng lớn, vì người sử dụng phải trả tiền cho toàn bộ thời gian chiếm dụng kênh mặc dù có những thời điểm không có gói tin nào được gửi đi. Trái lại với công nghệ chuyển mạch gói GPRS, khách hàng chỉ phải trả tiền cho số gói tin được chuyển đi (tức là thuê bao chỉ trả tiền theo dung lượng truyền dẫn). Thuê bao GPRS chỉ chiếm tài nguyên mạng GSM khi có yêu cầu truyền tải, sau đó nó sẽ giải phóng ngay điều này thuận lợi cho người sử dụng khi kết nối trực tuyến một thời gian dài với mạng. 2.2. CẤU TRÚC MẠNG VÀ CHỨC NĂNG CỦA CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH TRONG MẠNG GPRS. 2.2.1. Cấu trúc mạng GPRS. GPRS được thiết kế bởi ETSI và được triển khai trên cơ sở hạ tầng sẵn có của mạng GSM mà không làm ảnh hưởng đến các dịch vụ hiện thời của mạng. Với mục đích triển khai nhanh các dịch vụ số liệu gói trên mạng GSM với chi phí đầu vào thấp, hiện tại mạng GSM chỉ cần nâng cấp về phần mềm, ngoại trừ khối BSC phải nâng cấp về phần cứng, cũng có một số tuyến truyền dẫn được sử dụng cho cả GSM và GPRS, như các tuyến BTS và BSC… Mạng GSM chỉ cung cấp dịch vụ chuyển mạch kênh, nhưng mạng GPRS lại cung cấp chuyển mạch gói. Do đó để mạng GSM và GPRS hoạt động nhịp nhàng cùng với nhau thì ta phải đưa thêm một số thiết bị mới hỗ trợ chuyển mạch gói vào sử dụng. Hai nút mới được bổ sung đó là nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN: Service GPRS Support Node) và nút hỗ trợ cổng GPRS (GGSN: Gateway GPRS Support Node) và khối điều khiển gói PCU (Packet Control Unit). Do đó MS có thể chuyển các gói tin qua mạng GSM tới một mạng dữ liệu gói bên ngoài (internet). 32
  • 33. BSC/PCU BSC/PCU Giao diÖnGb M¹ NG D÷ LIÖU KH¸ C INTERNET M¹ NG LâI gpRS GGSNSGSN Thayđæi HW vàSW cho GPRS Giao diÖnAGiao diÖn A-bis Giao diÖn Um PLMN CSPDN PSPDN PSTN ISDN GMSC HLR/ AuC/EIR MSC/VLR OMC/ ADC/NMC NSS MT TE MS MS TEMT BTS BTS BTS TRAU BSS BSS TRAU BTS BTS BTS MT TE MS MS TEMT Hình 2.1. Cấu trúc mạng GPRS. 2.2.2. Chức năng của các phẩn tử chính trong mạng GPRS. 2.2.2.1. Chức năng của các phần tử mới bổ sung trong mạng GPRS. Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN- Serving GPRS Support Node): Chức năng của nút hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN) tương tự như chức năng của MSC/VLR. Chỉ khác ở chỗ là MSC/VLR thực hiện các chức năng trong vùng chuyển mạch kênh còn SGSN phục vụ trong vùng chuyển mạch gói. Tức là SGSN phụ trách việc phân phát và định tuyến các gói số liệu giữa thiết bị MS và các mạng truyền số liệu bên ngoài. Khi có các gói tin gửi cho MS thì các gói này sẽ được định tuyến tới BSS. Lúc này SGSN sẽ thực hiện việc chuyển đổi giao thức giữa mạng đường trục IP và giao thức tại BSS/MS. Vùng phục vụ của SGSN thì được chia thành vùng định tuyến RA (Routing Area), nó tương tự như các vùng định vị LA (Local Area) ở mạng chuyển mạch kênh. Khi MS của mạng GPRS chuyển động từ RA này sang RA khác thì MS tiến hành cập nhật vùng định tuyến cũng giống cập nhật vùng định vị trong mạng chuyển mạch kênh. Chỉ có một điều khác nhau căn bản là MS có thể cập nhật vùng định tuyến trong khi đang xảy ra phiên số liệu, còn trong chuyển mạch kênh thì MS không tiến hành cập nhật vùng định vị. 33
  • 34. Các nút SGSN phục vụ cho bất kỳ một thuê bao GPRS nào nằm trong vùng phục vụ của nó và cho nhiều BSC, còn mỗi một BSC chỉ trao đổi thông tin với một SGSN thông qua giao diện Gb và SGSN có các chức năng chính sau: - Phục vụ tất cả các trạm di động GPRS trong một khu vực nào đó. - Quản lý tính di động như: Nhập mạng, rời mạng, cập nhật RA và paging. - Lưu trữ và duy trì thông tin thuê bao trong thanh ghi vị trí SGSN (SLR) của tất cả các thuê bao đã đăng ký trong khu vực định tuyến thuộc về SGSN đó. - Điều khiển gói: Truyền dữ liệu người dùng từ PCU tới SGSN và ngược lại. - Quản lý phiên: Kích hoạt hoặc làm không hoạt động giao thức dữ liệu gói PDP (Packet Data Protocol- context) để thiết lập một kết nối tới SGSN. - Điều khiển cập nhật khu vực định tuyến inter-SGSN: SGSN mới – nơi thuê bao đã đăng ký- liên lạc với SGSN cũ để nhận các thông tin về thuê bao đó thông qua thanh ghi SLR (Subcriber Location Register). - Thực hiện kỹ thuật nén dữ liệu, nhằm rút ngắn thời gian kết nối trong mạng. - Điều khiển SMS: Trung tâm SMS có thể kết nối trực tiếp với SGSN qua Gd. - Quản lý sự thực thi để đo lưu lượng trong vùng này của mạng. - Duy trì và quản lý lỗi: Để phát hiện lỗi trong quá trình truyền và các thủ tục. - Cung cấp các kết nối với các phần tử khác trong mạng: SGSN- MSC/VLR, HLR, BSC…. - Cung cấp các khả năng tương tác với mạng GSM, trong khi cả hai công nghệ này cùng sử dụng chung một nguồn tài nguyên vô tuyến. - Điều hành việc sắp xếp theo trật tự các hàng của các gói dữ liệu khi tiến hành trao đổi giữa BSS và SGSN. - Tập hợp, cung cấp các dữ liệu phục vụ cho việc tính cước: Gồm các bộ dữ liệu charging data đã truyền, từ đó tạo các file dùng để tính hóa đơn. - Điều khiển trả trước: Ghi nợ các account đã trả tiền cho việc sử dụng GPRS. Nút hỗ trợ cổng GPRS (GGSN). Chức năng của GGSN trong hệ thống GPRS, tương tự như chức năng của GMSC trong mạng GSM. GGSN cung cấp một giao diện cổng Gi phục vụ cho việc trao đổi dữ liệu gói giữa thuê bao với các mạng số liệu gói bên ngoài và GGSN có các chức năng chính sau: 34
  • 35. - Cung cấp giao diện Gi giữa mạng GPRS với các mạng dữ liệu bên ngoài, GGSN đóng vai trò như một bộ định tuyến, kết nối tới mạng IP. - Bảo mật IP. - Định tuyến và truyền tải dữ liệu giữa các GSN và các phần tử trong mạng. - Quản lý phiên làm việc trong mạng GPRS: GGSN hỗ trợ các thủ tục quản lý phiên như: PDP context activation, deactivation và modification. - Cung cấp khả năng chuyển đổi khuôn, dạng của các gói dữ liệu trao đổi giữa mạng GPRS với các mạng dữ liệu khác. Điều này cho phép các gói dữ liệu X.25 và IP được truyền tải với cùng khuôn dạng. - Cung cấp các dữ liệu phục vụ cho việc tính cước. - Điều khiển việc truy nhập của các thuê bao. Sự kết hợp giữa nút hỗ trợ dịch vụ SGSN và nút hỗ trợ cổng GGSN: Các chức năng của nút hỗ trợ dịch vụ SGSN và nút hỗ trợ cổng GGSN có thể kết hợp được với nhau trong cùng một khối vật lý hoặc có thể tách thành các khối riêng biệt để truyền đi. Khi mà hai nút đó thuộc hai mạng công cộng mặt đất PLMN khác nhau thì chúng kết nối với nhau thông qua giao diện IP của GPRS. Khối dữ liệu điều khiển gói PCU (Packet Control Unit): Khối điều khiển dữ liệu gói PCU có nhiệm vụ kết hợp các chức năng điều khiển kênh vô tuyến GPRS với phần hệ trạm gốc BSS của mạng GSM hiện tại, PCU được đặt tại bộ điều khiển trạm gốc BSC và phục vụ cho BSC đó. PCU quản lý các chức năng về chuyển tiếp khung, quản lý các thông tin báo hiệu về dịch vụ mạng, báo hiệu BSSGP, định tuyến các bản tin báo hiệu, quản lý tải tin các lớp RLC/MAC và truyền tải dữ liệu của người sử dụng. Tại PCU các khối dữ liệu RLC sẽ được sắp xếp lại trong khung điều khiển kết nối logic LLC (Logic Link Control), sau đó được chuyển tới SGSN. Báo hiệu BSSGP và NS (dịch vụ mạng) sử dụng giao thức chuyển tiếp khung, làm nhiệm vụ báo hiệu giữa PCU và SGSN. PCU được kết nối với SGSN thông qua mạng chuyển tiếp khung hoặc có thể kết nối trực tiếp với SGSN. 2.2.2.2. Chức năng thêm của các phần tử cũ trong mạng. Khi đưa thêm các phần tử mạng GPRS vào khai thác, dựa trên nền tảng sẵn có của mạng GSM hiện tại thì các phần tử của mạng GSM cùng trở thành phần tử của mạng GPRS. Tức là các phần tử đó hoạt động nhịp nhàng với cả hai mạng. Trạm điều khiển gốc BSC: Đóng vai trò là trung tâm phân phối, định tuyến dữ liệu và thông tin báo hiệu trong mạng GPRS, đồng thời nó cung cấp các chức năng liên quan trong phần BSS. BSC cũng có thể thiết lập, giám sát và hủy bỏ các 35
  • 36. cuộc gọi chuyển mạch gói. Ngoài ra nó còn thực hiện các chức năng chuyển vùng, thiết lập các tham số của các tế bào thuộc phạm vi quản lý của nó trong mạng GPRS. Trạm thu phát gốc BTS: Cung cấp khả năng ấn định các kênh vật lý cho các gói tin trong mạng GPRS. Ngoài ra nó còn kết hợp với khối PCU thực hiện các chức năng về giao diện vô tuyến trong mạng GPRS. Trung tâm chuyển mạch di động/Bộ đăng ký tạm trú (MSC/VLR): MSC/VLR được sử dụng cho việc đăng ký và liên lạc với thuê bao nhưng không đóng vai trò gì trong việc định tuyến dữ liệu GPRS. Một MSC có thể được kết nối với một hoặc nhiều SGSN tuỳ thuộc vào lưu lượng thông tin và cấu hình của hệ thống. Trong hệ thống GPRS, MSC/VLR không được dùng cho thủ tục nhận thực thuê bao như trong hệ thống GSM mà thay vào đó là HLR. Do đó SGSN sẽ nhận bộ ba thông số dành cho việc nhận thực từ bộ đăng ký thường trú/trung tâm nhận thực HLR/AuC. Bộ đăng ký thường trú/trung tâm nhận thực HLR/Auc. HLR lưu trữ tất cả các thông tin về thuê bao của mạng GSM cũng như của mạng GPRS. Thông tin về thuê bao GPRS được trao đổi giữa HLR với SGSN thông qua giao diện Gc. HLR được sử dụng trực tiếp cho việc nhận thực thuê bao thay cho MSC/VLR trong hệ thống GSM. Trung tâm nhận thực AuC cung cấp bộ ba thông số dành cho việc nhận thực và thực hiện mã hoá đường truyền. Thủ tục nhận thực trong GPRS và GSM là như nhau, chỉ có quá trình mã hoá đường truyền là thay đổi so với hệ thống GSM. Bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR: EIR lưu giữ tất cả các dữ liệu liên quan đến thiết bị đầu cuối MS của mạng GSM/GPRS. EIR được nối đến MSC qua đường báo hiệu để kiểm tra sự được phép của thiết bị, nếu thiết bị không được phép thì sẽ bị cấm. Thiết bị đầu cuối GPRS (MT, TE): Thiết bị đầu cuối TE (Terminal Equipment): Về bản chất là một máy tính, mà thông qua nó người sử dụng có thể truy nhập và lấy thông tin từ mạng. Đầu cuối di động MT (Mobile Terminal): Có nhiệm vụ kết nối TE với hệ thống GPRS thông qua giao diện vô tuyến Um. MT là máy điện thoại GSM thông thường, tuy nhiên nó được trang bị thêm một số chức năng để cung cấp dịch vụ số liệu gói. Thiết bị đầu cuối GPRS có thể hoạt động được ở ba chế độ: 36
  • 37. - Chế độ mà thiết bị đầu cuối di động có thể đăng nhập vào cả hai dịch vụ GSM và GPRS, và có thể sử dụng cả hai dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói đồng thời. - Chế độ mà máy đầu cuối di động không thể sử dụng cả hai dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói đồng thời, nhưng tại mỗi thời điểm chỉ sử dụng 1 dịch vụ theo kiểu liên tiếp nhau. - Chỉ cho phép máy đầu cuối di động sử dụng một dịch vụ chuyển mạch kênh hay chuyển mạch gói tại một thời điểm. 2.2.3. Mặt phẳng truyền dẫn và mặt phẳng báo hiệu trong mạng GPRS. 2.2.3.1. Mặt phẳng truyền dẫn. Mặt phẳng truyền dẫn bao gồm các cấu trúc giao thức phân lớp, kết hợp với các thủ tục điểu khiển phục vụ cho việc truyền tải dữ liệu của người sử dụng như: Điều khiển luồng, phát hiện và sửa lỗi… øngdông IP/X25 SNDPC LLC RLC MAC GSM RF ChuyÓntiÕp RLC MAC GSM RF IP/X25 BSSGP L1bis ChuyÓntiÕp khung ChuyÓntiÕpIP L1bis ChuyÓntiÕp khung L1 L2 IPBSSGP LLC SNDCP GTP UDP/TCP GTP UDP/TCP IP L2 L1 MS Um BSS Gb SGSN Gn GGSN Hình 2.2. Mô tả Cấu trúc phân lớp giao thức. Giao thức hội tụ phụ thuộc phân hệ mạng SNDCP (SUB-Network Dependent Convergence Protocol): Thực hiện chuyển đổi các đặc tính lớp mạng và các đặc tính dưới lớp mạng như: - Ghép kênh các gói dữ liệu từ một hay nhiều ứng dụng vào một liên kết logic. - Nén thông tin điều khiển và dữ liệu của người dùng trước khi được chuyển từ lớp mạng xuống lớp điều khiển kết nối logic LLC. - Phân mảnh và tập hợp dữ liệu: Thông tin sau khi được nén phân mảnh cho phù hợp với kích cỡ của khung LLC. 37
  • 38. Giao thức tạo đường hầm GPRS GTP (GPRS Tunnelling Protocol): Giao thức này phục vụ cho việc truyền tải dữ liệu giữa các nút SGSN và GGSN trong mạng đường trục GPRS. Giao thức điều khiển kết nối logic LLC (Logical Link Control): Cung cấp liên kết dữ liệu tin cậy giữa các thiết bị đầu cuối MS và SGSN đang phục vụ thiết bị đầu cuối đó thông qua giao diện Um và Gb. Giao thức LLC hỗ trợ các thủ tục sau: - Phục vụ truyền tải các khối dữ liệu giao thức PDU (Protocol Data Unit) của LLC giữa máy đầu cuối và SGSN ở chế độ xác nhận và chế độ không xác nhận. - Phát hiện và khôi phục các PDU của LLC bị thất lạc hoặc ngắt quãng. - Điều khiển luồng và mã hoá các PDU của LLC giữa máy đầu cuối và SGSN. Giao thức điều khiển truyền dẫn/Giao thức gói dữ liệu người sử dụng TCP/UDF (Transmission Control Protocol/User Dâtgram Protocol): Giao thức TCP chuyển các khối trong mạng đường trục GPRS cho các giao thức cần thiết để liên kết dữ liệu tin cậy. Còn giao thức UDP cung cấp khả năng bảo vệ chống lại việc khối dữ liệu gói PDU của GTP bị ngắt quãng và chuyển các bản tin báo hiệu giữa các GGSN. Giao thức BSSGP: Giao thức này có nhiệm vụ vận chuyển các thông tin về định tuyến và cấp độ phục vụ giữa BSC và SGSN. Giao thức IP (Internet Protocol): Được sử dụng trong mạng đường trục GPRS, phục vụ cho việc báo hiệu và định tuyến dữ liệu. Giao thức điều khiển kết nối vô tuyến/Giao thức điều khiển truy nhập bắt buộc RLC/MAC (Radio Link Control/Mandatory Access Control): Giao thức RLC cung cấp một liên kết tin cậy trên giao diện vô tuyến. Giao thức MAC điều khiển vô tuyến và thủ tục báo hiệu truy nhập trên kênh vô tuyến, thực hiện sắp xếp các khung LLC và các kênh vật lý. Giao thức chuyển tiếp: Trong BSC chức năng này sẽ chuyển tiếp các PDU của LLC giữa giao diện Um và Gb. Tại SGSN thì nó sẽ chuyển tiếp các PDU của PDP giữa các giao diện Gb và Gn. Giao thức tần số vô tuyến GSM GSM RF: Tạo lập nên khung TDMA. 38
  • 39. 2.2.3.2. Mặt phẳng báo hiệu. SGSN GGSN PDN TE CGF EIR BSS MSC/VLR MSC/VLR SMS-C BS SMS-GMSC SMS-IWMSC GGSN PLMN KHÁC HLR E Gr C Gs Gd D BTS Um TE ME A-bis A Gb Gn Gn Ga Gf Gp Gc GiGa Hình 2.3. Mô tả các điểm chuẩn và giao diện trong hệ thống GPRS. Mặt phẳng báo hiệu bao gồm các giao diện điều khiển và hỗ trợ cho các chức năng được thực hiện ở mặt phẳng truyền dẫn bao gồm: - Điều khiển việc truy nhập mạng GPRS như: Nhập mạng và rời mạng. - Điều khiển thiết lập các kết nối trong mạng như khởi hoạt một địa chỉ PDP. - Điều khiển việc định tuyến trong mạng, hỗ trợ khả năng di động của MS. - Điều khiển việc ấn định tài nguyên - Cung cấp các di động bổ sung. Ngoài các giao diện trong mạng GSM sẵn có, hệ thống GPRS còn đưa thêm ra các giao diện G mới cho mạng GSM. Các kết nối của hệ thống GPRS tới các phần tử mạng và chuyển mạch NSC (Network & Switching Subsystem) của hệ thống GSM được thực hiện thông qua mạng báo hiệu số 7 CCSN7 gồm: Gc, Gd, Gf, Gr, Gs. Các điểm chuẩn và các giao diện khác được thực hiện thông qua mạng backbone Intra-PLMN (Gn), Inter-PLMN (Gp) hoặc các mạng ngoài (Gi). Các giao diện hiện thời mạng GSM sẵn có: - Giao diện Um: Là giao diện vô tuyến giữa MS và BTS. - Giao diện A: Là giao diện phục vụ giữa BSC và MSC. - Giao diện A-bis: Là giao diện giữa BTS và BSC. 39
  • 40. - Giao diện B: Là giao diện giữa MSC và VLR liên quan. Giao diện này ở bên trong MSC/VLR và báo hiệu trên giao diện này chưa được chuẩn hoá. - Giao diện C: Là giao diện giữa MSC và HLR, MSC phải thẩm vấn HLR về thuê bao được yêu cầu để có thông tin định tuyến nhằm chuyển một cuộc gọi hoặc tin nhắn tới thuê bao đó. Báo hiệu trong giao diện này sử dụng giao thức MAP - Giao diện D: Là giao diện giữa HLR và VLR, được dùng để trao đổi thông tin liên quan tới vị trí của MS và để quản lý thuê bao này. Báo hiệu trong giao diện này cũng sử dụng giao thức MAP. - Giao diện E: Là giao diện giữa các MSC, được dùng để trao đổi số liệu phục vụ việc chuyển giao giữa các MSC. Giao diện này cũng được dùng để chuyển tiếp các tin nhắn. Báo hiệu trong giao diện này cũng sử dụng giao thức MAP. - Giao diện F: Là giao diện giữa MSC và EIR. - Giao diện G: Là giao diện giữa các VLR, khi MS khởi tạo việc cập nhật vị trí bằng cách sử dụng TMSI, VLR có thể lấy IMSI và bộ nhận dạng từ VLR trước. Báo hiệu trong giao diện này cũng dùng MAP. Các giao diện mới mà hệ thống GPRS đưa vào sử dụng: - Giao diện Gb: Là giao diện giữa một SGSN và một vài BTS/PCU, Gb mang báo hiệu và lưu lượng giữa mạng GSM và GPRS. Frame Relay dựa trên các dịch vụ mạng NS (Network Service) tạo ra khả năng điều khiển lưu lượng cho giao diện này và thực hiện các chức năng sau: + Cho chức năng quản trị di động như: Nhập mạng, rời mạng, cập nhật vùng định tuyến, cập nhật vùng định vị, khởi tạo hay hủy bỏ PDP context… + Cho phép dùng chung hạ tầng mạng như: Lưu lượng của dữ liệu truyền trên giao diện A và Gb có thể cùng đi trên một đường E. + Cho phép kết hợp các liên kết như: Kết hợp nhiều giao diện Gb trên nhiều đường E về một đường E. + Cho phép điều khiển luồng. - Giao diện Gc: Là giao diện giữa GGSN và HLR, GGSN có thể yêu cầu thông tin vị trí đối với NRCA (Network Requested Context Activation) thông qua giao diện tuỳ chọn này. Trong tiêu chuẩn cũng xác định việc sử dụng một Proxy GSN, với vai trò chuyển đổi giao thức GTP (GPRS Tunnelling Protocol) thành giao thức MAP (Mobile Application Part), nhờ vậy nó tránh cho việc phải thực hiện giao thức MAP trong GGSN. 40
  • 41. - Giao diện Gd: Là giao diện giữa SMS-GMSC và một nút SGSN, và giữa SMS-IWMSC với SGSN. Giao diện Gd cho phép MS sử dụng dịch vụ SMS hiệu quả hơn qua kênh vô tuyến GPRS. - Giao diện Gf: Là giao diện giữa một nút SGSN và EIR, Gf cho phép SGSN truy nhập tới các thông tin về thiết bị. Trong EIR, các trạm di động được phân loại theo ba danh sách: Đó là black list (cho các Mobile bị mất trộm), gray list (cho các Mobile đang được theo dõi) và white list (cho các Mobile khác). - Giao diện Gn: Là giao diện giữa hai GSN trong cùng mạng PLMN. Gn có cấu hình như giao diện IP, nó tạo ra một giao diện báo hiệu và số liệu trong mạng trục Intra-PLMN. Giao thức đường hầm của GPRS (GTP) được dùng trong Gn (và trong Gp) thông qua mạng trục IP cơ sở. - Giao diện Gp: Là giao diện giữa hai GSN trong các mạng PLMN khác nhau. Gp cung cấp các chức năng giống như với giao diện Gn. Nhưng ngoài ra, cùng với BG và Firewall, nó còn cung cấp tất cả các chức năng cần thiết khác cho việc đấu nối liên mạng của mạng trục Inter-PLMN như: Chức năng bảo mật, định tuyến... - Giao diện Gr: Là giao diện giữa SGSN và HLR, Gr cho phép SGSN truy nhập tới các thông tin về thuê bao trong HLR. HLR có thể được đặt trong một mạng PLMN khác so với mạng của SGSN hiện tại. - Giao diện Gs: Là giao diện giữa SGSN và MSC, SGSN có thể gửi số liệu vị trí tới MSC hoặc nhận về các yêu cầu nhắn tin từ MSC thông qua giao diện tuỳ chọn này. Gs sẽ làm tăng hiệu quả sử dụng tài nguyên mạng và tài nguyên vô tuyến khi có sự kết hợp giữa mạng GSM và GPRS. Giao diện này sử dụng giao thức BSSAP. - Giao diện Um: Um là giao diện truy nhập cho MS tới mạng GPRS. MS có một giao diện vô tuyến với BTS, và Um cũng giống với giao diện này của GSM nhưng ngoài ra nó có một số thay đổi cho phù hợp với mạng GPRS. Có hai điểm chuẩn khác nhau trong mạng GPRS là: Điểm chuẩn Gi dành riêng cho mạng GPRS, và điểm chuẩn R được dùng chung cho cả mạng GPRS & GSM. - Điểm chuẩn Gi: Là giao diện giữa GGSN với một mạng bên ngoài. Mạng GPRS được nối tới mạng ngoài (mạng số liệu X.25 hay mạng IP,..) thông qua giao diện này. Hệ thống GPRS sẽ hỗ trợ cho việc kết nối với nhiều kiểu mạng số liệu khác nhau và điều này giải thích tại sao Gi không phải là một giao diện chuẩn hoá mà chỉ đơn thuần là một điểm chuẩn. 41
  • 42. - Điểm chuẩn R: Là giao diện giữa thiết bị đầu cuối và đầu cuối di động. Điểm chuẩn này có chức năng kết nối thiết bị đầu cuối TE tới đầu cuối di động MT. Điểm chuẩn R tuân theo các chuẩn ITU-T V.24/V.28 hoặc PCMCIA PC-card. 2.3. CẤU TRÚC KÊNH LOGIC TRONG MẠNG GPRS. Hình 2.4. Mô tả cấu trúc kênh logic trong mạng GPRS. Chú thích: Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt PBCCH Packet Broadcast Control Channel Kênh điều khiển phát quảng bá gói PCCCHs Packet Common Control Channels Các kênh điều khiển chung gói PPCH Packet Paging Channel Kênh tìm gọi gói PRACH Packet Random Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên gói PAGCH Packet Access Grant Channel Kênh cho phép truy nhập gói PNCH Packet Notification Channel Kênh thông báo gói PDCCHs Packet Discrate Control Channels Các kênh điều khiển riêng biệt gói PACCH Packet Associate Control Channel Kênh điều khiển liên kết gói PTCCH Packet Timing Control Channel Kênh điều khiển định thời gói PDTCH Packet Data Traffic Channel Kênh lưu lượng dữ liệu gói Mỗi một sóng mang GPRS là một kênh vô tuyến, trong mỗi kênh vô tuyến đó lại có nhiều kênh vật lý khác nhau và mỗi kênh vật lý lại bao gồm nhiều kênh 42
  • 43. logic. Trong hệ thống GPRS thì kênh logic được chia làm hai loại là: Kênh chung và kênh riêng biệt. Trong mỗi kênh đó lại được chia ra làm hai loại, kênh chung bao gồm kênh quảng bá và các kênh điều khiển chung, còn kênh riêng biệt gồm các kênh điều khiển riêng biệt và kênh lưu lượng. 2.3.1. Kênh điều khiển phát quảng bá gói PBCCH. Kênh này có nhiệm vụ phát quảng bá các thông tin về hệ thống dữ liệu gói GPRS trong một tế bào, và được sử dụng ở đường xuống. Kênh PBCCH được sắp xếp trên kênh vật lý tương tự như kênh điều khiển phát quảng bá BCCH trong mạng GSM và sự tồn tại của kênh PBCCH trong hệ thống GPRS sẽ được kênh BCCH thông báo cho hệ thống biết. 2.3.2. Các kênh điều khiển chung gói PCCCHs. Chức năng của các kênh PCCCHs tương tự như các kênh điều khiển chung CCCH trong mạng GSM và chức năng đó được thể hiện trong từng kênh riêng biệt. Nếu trong một tế bào mà không tồn tại các kênh PCCCHs thì việc truyền tải dữ liệu do các kênh CCCH đảm nhiệm. Kênh tìm gọi gói PPCH (Packet Paging Channel): Kênh này chỉ được sử dụng ở đường xuống, dùng để nhắn tìm MS trước khi kết nối hoặc tải dữ liệu xuống MS và nó có thể hoạt động ở cả hai chế độ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. Khi mà đang trong chế độ nhận hoặc gửi dữ liệu thì có thể nhắn tìm MS cho các dịch vụ chuyển mạch thông qua kênh điều khiển kết hợp kiểu gói PACCH. Kênh truy nhập ngẫu nhiên gói PRACH (Packet Random Access Channel): Kênh này chỉ được sử dụng ở đường lên khi MS muốn truy nhập mạng để thông báo cho mạng biết nó cần tài nguyên để thực hiện phiên liên lạc hoặc trả lời thông tin báo hiệu như: Trả lời bản tin tìm gọi,… Kênh cho phép truy nhập gói PAGCH (Packet Access Grant Channel): Kênh này được sử dụng ở đường xuống, BTS sử dụng nó để gửi bản tin ấn định tài nguyên đến một MS sau khi MS gửi bản tin truy nhập mạng trên kênh PAGCH, và nó cũng có thể được gửi tới MS trong trường hợp MS đang thực hiện việc truyền tải dữ liệu. Kênh thông báo gói PNCH (Packet Notification Channel): Kênh này được sử dụng ở đường xuống, và BTS dùng nó để gửi bản tin ấn đinh tài nguyên tới nhiều MS cùng một lúc trong chế độ truyền tải dữ liệu điểm - đa điểm. 2.3.3. Các kênh điều khiển riêng biệt gói PDCCHs. Gồm có kênh điều khiển liên kết gói và kênh điều khiển định thời gói. 43
  • 44. Kênh điều khiển liên kết gói PACCH (Packet Associate Control Channel): Kênh này được sử dụng ở cả đường lên xuống, nó được dùng để đo các kết quả hoạt động của MS và sau đó gửi cho mạng như: Thông tin về điều khiển công suất, các bản tin ấn định lại tài nguyên cho MS…Ngoài ra kênh này còn truyền tải các bản tin tìm gọi MS của mạng cho các dịch vụ chuyển mạch kênh khi MS đó đang bận hay đang nhận hoặc gửi số liệu. Ngoài ra đây là một kênh hai chiều dùng để báo hiệu trong khi các gói dữ liệu được truyền đi và nó không được ấn định một tài nguyên cố định nào. Kênh điều khiển định thời gói PTCCH (Packet Timing Control Channel): Kênh PTCCH được sử dụng ở đường xuống, BTS dùng nó để truyền các thông tin về định thời sớm như: Thời gian phát cho các MS hay các thông tin tính toán khác. 2.3.4. Kênh lưu lượng dữ liệu gói PDTCH. Kênh PDTCH được sử dụng để truyền tải dữ liệu qua giao diện vô tuyến Um ở cả đường lên xuống. Kênh này được dành riêng tạm thời cho một hay vài MS trong tế bào. Một MS có thể sử dụng một hoặc tối đa 8 kênh lưu lượng để truyền tải dữ liệu. Tóm lại: Chức năng của các kênh logic trong mạng GPRS cũng tương tự như các kênh logic trong mạng GSM. Điều khác biệt là các kênh lưu lượng PDTCH trong mạng GPRS có khả năng sử dụng linh hoạt hơn. Điều này tùy thuộc vào tài nguyên vô tuyến của mạng, dịch vụ hay trạng thái hoạt động của mạng. 2.4. CÁC BIỆN PHÁP KỸ THUẬT CHÍNH SỬ DỤNG TRONG MẠNG GPRS HỖ TRỢ MẠNG GSM. Các kỹ thuật chính sử dụng trong mạng GPRS thì hầu như kế thừa các kỹ thuật đã được sử dụng trong mạng GSM. Vì mạng GPRS xây dựng trên nền tảng của mạng GSM và hoạt động đồng thời với nhau. Đặc trưng cơ bản nhất của mạng GPRS so với mạng GSM là tốc độ truyền dẫn dữ liệu hay tốc độ truyền thông tin trong một khe thời gian ở trong mạng GPRS lớn hơn rất nhiều so với trong mạng GSM, chất lượng mạng cao hơn và hiệu quả sử dụng phổ cũng tốt hơn. Do đó trong mạng GPRS sẽ phải thêm vào các biện pháp kỹ thuật để làm tăng tốc độ truyền dẫn dữ liệu, làm tăng chất lượng mạng và hiệu quả sử dụng phổ. Các kỹ thuật hỗ trợ làm tăng tốc độ truyền dẫn, hỗ trợ truyền tải gói…. Các kỹ thuật đó là: Kỹ thuật mã hóa dữ liệu, kỹ thuật chuyển mạch gói và kỹ thuật xe đường truyền… 2.4.1. Kỹ thuật mã hõa dữ liệu. Các phương pháp mã hóa dữ liệu trong mạng GPRS. 44
  • 45. Có 4 phương pháp mã hóa dữ liệu trong mạng GPRS từ CS1→CS4 (CS- Coding Schemme), các phương pháp mã hóa được sử dụng tuy có khác nhau nhưng đều có chung một mục đích là chống lỗi xảy ra trên đường truyền dẫn qua giao diện vô tuyến. Phương pháp mã hóa 1 (CS-1): Phương pháp này sử dụng 3 bits cờ trạng thái đường lên USF (Uplink State Flag) và 40 bits parity được sử dụng cho chuỗi khiểm tra khối BCS (Block Check Sequence) để tăng cường sự bảo vệ, dò tìm lỗi. Phần đầu và dữ liệu là 181 bits và thêm vào đó 4 bits đuôi. Tổng cộng được 228 bits, sau đó qua bộ mã hóa xoắn với tốc độ 1/2. Kết quả được 456 bits (228 bit x 2). Do đó tốc độ mã hóa dữ liệu sử dụng phương pháp CS-1 bằng 181bits/20ms = 9,05Kbps (mỗi khối dữ liệu có độ dài là 20ms). Phương pháp mã hóa 2 (CS-2): Với phương pháp này thì cờ trạng thái đường lên USF sử dụng 6 bits, dùng để tăng độ chính xác khi truyền dữ liệu qua giao diện vô tuyến Um. Khối kiểm tra chuỗi BCS sử dụng 16 bits, còn khối phần đầu và dữ liệu là 268 bits, sau đó lại thêm vào 4 bits đuôi được tổng số bit là 294 bits trước khi đưa vào bộ mã hóa xoắn. Tổng số bit sau khi qua bộ mã hóa xoắn với tốc độ 2/3, độ dài ràng buộc k=5 là 588 bits (294bits x 2). Nhưng cấu trúc cụm của mạng GSM chỉ có 456 bits, do đó cần phải nén lại để giảm số bit đó xuống bằng cách cho khối dữ liệu qua khối Punctured. Do đó tốc độ mã hóa dữ liệu sử dụng phương pháp CS-2 là 268bits/20ms, tương ứng với 13,4Kbps. Phương pháp mã hóa 3 (CS-3): Về cơ bản phương pháp này giống với phương pháp mã hóa CS-2, chỉ khác ở chỗ là phần đầu và dữ liệu không phải là 268 bits mà là 312 bits và tốc độ mã hoá xấp xỉ 3/4. Do đó tốc độ mã hóa dữ liệu phương pháp CS-3 là 312bits/20ms, tương ứng với 15,6 Kbps. Phương pháp mã hóa 4 (CS-4): Phương pháp này không gửi các bit sửa lỗi FEC như các phương pháp trên, mục đích là để chứa nhiều thông tin của người sử dụng hơn. Phần USF sử dụng 12 bits vì có sử dụng bộ mã CRC, còn khối kiểm tra chuỗi BCS vẫn sử dụng 16 bits. Vì vậy sử dụng phương pháp này có thể mang 428 bits header and Data, tốc độ mã hoá r=1, độ dài ràng buộc k=5. Tốc độ truyền dữ liệu phương pháp CS-4 bằng 428bits/20ms, tương đương với 21,4 kb/s. Sau đây sẽ trình bày cụ thể về các thủ tục mã hóa CS-4. Các thủ tục mã hóa trong mạng GPRS. Trình bày các thủ tục mã hóa với phương pháp CS-4: Dữ liệu đưa vào đầu vào bộ mã hóa có kích thước khối là 428 bits, với độ dài của khối là 20 ms. Sau đó thêm vào 12 bits cờ trạng thái đường lên USF được 440 45
  • 46. bits, cộng với 16 bits chuỗi kiểm tra chuỗi, trong đó có sử dụng bộ mã CRC. Ta được tổng cộng là 456 bits, khối dữ liệu này tới khối mã hóa xoắn với r=1, k=5. Phương pháp này không sử dụng bộ mã hóa lại trạng thái đường lên, không có bit đuôi được cộng vào và do khối sau mã hóa xoắn có tổng số bit đúng bằng cụm Burst nên không cần phải qua khối Puncturing để nén khối dữ liệu lại. Phương pháp này có tốc độ mã hóa dữ liệu 428bits/20ms, tương ứng với 21,4 kb/s. BCS 16 bits U SF Precoding 0bits A dd U SF 12 bits A dd tail bit 0 bits Convolution Coding r=1 k=5 Puncturing 0 bits Data in Data out 428bits 440bits 456bits 456bits 456bits456bits 456bits Hình 2.5. Mô tả các thủ tục mã hoá CS-4. Sau đây là bảng chi tiết các phương pháp mã hóa CS1-CS4: Các phương pháp mã hóa Tốc độ mã Số bit dữ liệu Kiểm tra chuỗi (BCS) Cờ trạng thái đường lên USF Tổng số bit thêm vào Tổng số bit sau mã hóa Tổng số bit nén Tốc độ dữ liệu (Kbps) CS1 1/2 181 40 3 4 456 0 9,05 CS2 2/3 268 16 6 4 588 132 13,4 CS3 3/4 312 16 6 4 676 220 15,6 CS4 1 428 16 12 0 456 0 21,4 Bảng 2.1. Bảng các phương pháp mã hóa GPRS. 2.4.2. Kỹ thuật chuyển mạch gói. Khái quát chung. Mạng GPRS đặt giao diện vô tuyến kiểu gói lên trên giao diện vô tuyến Um chuyển mạch kênh hiện thời trong mạng GSM. Điều này cho phép người sử dụng có rất nhiều lựa chọn sử dụng dịch vụ mới của mạng dữ liệu gói. Việc bổ sung kỹ thuật chuyển mạch gói vào cấu trúc chuyển mạch kênh trong mạng GSM không đòi hỏi quá lớn về sự thay đổi mạng. Thực tế các nhà khai thác dịch vụ chỉ cần bổ sung 46
  • 47. một số nút mới vào nâng cấp các phần tử hiện có trong mạng GSM. Chủ yếu là sự thay đổi, nâng cấp về phần mềm. Kỹ thuật chuyển mạch gói là một loại kỹ thuật gửi dữ liệu từ một thiết bị đầu cuối nguồn đến một thiết bị đầu cuối đích qua mạng, thông qua một loại giao thức (giao thức sử dụng này tùy thuộc vào mạng) và thỏa mãn 3 điều kiện sau: - Dữ liệu cần vận chuyển được chia thành các gói có kích thước và định dạng xác định. Thông thường khối 456 bits chia thành 4 gói phát trên 4 khe thời gian riêng biệt trong cùng khung hay khác khung tới điểm thu. - Mỗi gói sau khi chia ra sẽ được vận chuyển trên các đường truyền riêng rẽ hoặc trên cùng một đường truyền đến nơi nhận. Như vậy các gói đó có thể sẽ dịch chuyển trong cùng một thời điểm. - Khi toàn bộ các gói dữ liệu đã đến nơi nhận tin thì chúng sẽ được tập hợp lại và sắp xếp lại, khôi phục lại các gói tin đã mất hợp thành dữ liệu ban đầu đã phát đi. Mỗi gói dữ liệu có kích thước được định nghĩa từ trước. Đối với giao thức TCP/IP thì kích thước tối đa của nó là 1500 bytes (còn một số giao thức khác được sử dụng thì kích thước gói vào khoảng 1000 bytes) và thường gồm có 3 phần sau: - Phần mào đầu (Header): Phần này chứa các thông tin sau: địa chỉ nguồn, địa chỉ đích, các thông tin về loại giao thức sử dụng và số thứ tự của gói. - Phần tải dữ liệu (Data hay Payload): Phần này chứa một trong những đoạn dữ liệu gốc đã được chia nhỏ. - Phần đuôi (Trailer): Phần này chứa các thông tin về kết thúc gói và thông tin về sửa lỗi dữ liệu. Các đặc điểm của kỹ thuật chuyển mạch gói. Không cần có một đường dây truyền liên tục nối từ máy nguồn gửi đến máy đích. Mà thay vào đó là các đường truyền dữ liệu giữa các bộ chuyển mạch. Các bộ này được thiết lập một cách tạm thời từng cặp một để làm trung gian vận chuyển các gói từ địa chỉ nguồn đến địa chỉ đích. Các đoạn mạch nối trung chuyển không cần phải thiết lập từ trước mà chỉ đến khi gói cần vận chuyển thì mới được hình thành. Trong trường hợp tắc nghẽn hay xảy ra sự cố trên đường truyền dẫn thì các gói tin có thể trung chuyển bằng các con đường khác thông qua các nút trung gian khác. Dữ liệu vận chuyển bằng các gói tin đã chia nhỏ sẽ tiết kiệm thời gian hơn và hiệu quả hơn là khi gửi trọn vẹn một khối dữ liệu khổng lồ. Vì trong trường hợp gói 47
  • 48. tin chia nhỏ bị thất lạc hay lỗi thì thiết bị đầu cuối nguồn chỉ gửi lại gói tin đã bị mất hoặc lỗi thay vì phải gửi lại toàn bộ dữ liệu gốc. Hơn nữa trong một số trường hợp mà gói tin bên nhận bị thất lạc hay lỗi thì nhờ vào mã sửa lỗi hay quy luật mã hóa thì có thể khôi phục lại các gói tin đó. Trong mạng phức tạp có nhiều nút trung chuyển thì việc vận chuyển các gói tin sẽ không thể biết trước được các gói tin sẽ được chuyển theo con đường nào (trừ trong trường hợp là bên gửi có thông tin về đường đi cho gói). Điều này cũng không cần thiết lắm vì các gói tin đó chỉ đến và ở lại địa chỉ đích mà thôi. Kỹ thuật chuyển mạch gói này còn cho phép nối gần như với số lượng thiết bị đầu cuối bất kỳ. Thực tế nó chỉ bị giới hạn bởi khả năng cho phép của giao thức cũng như khả năng nối vào mạng của các bộ chuyển mạch với các thiết bị đầu cuối. Vì các gói tin có thể được gửi qua các đường trung chuyển khác nhau nên thời gian vận chuyển của mỗi gói tới địa chỉ đích cũng khác nhau và thứ tự các gói đến được địa chỉ đích cũng có thể không theo thứ tự như khi đã gửi đi. Một số giao thức được sử dụng trong kỹ thuật chuyển mạch gói là: - Giao thức điều khiển truyền dữ liệu/giao thức mạng Internet TCP/IP. - X.25. - Giao thức chuyển tiếp khung Frame Relay. - Giao thức IPX/SPX. 2.4.3. Kỹ thuật xe đường truyền. Trong mạng GPRS thì tốc độ truyền dẫn dữ liệu đạt tối đa trong một khe thời gian là 21,4 kb/s. Tuy đây là tốc độ truyền dẫn cao hơn rất nhiều so với tốc độ truyền dẫn dữ liệu trong một khe thời gian của mạng GSM (9,6 kb/s). Nhưng nhu cầu của người sử dụng trong mạng GSM hay GPRS đòi hỏi ngày càng cao về tốc độ truyền dẫn dữ liệu cũng như chất lượng mạng. Do đó các nhà khai thác dịch vụ viễn thông GSM đã áp dụng kỹ thuật xe đường truyền trong mạng của mình. Trong mạng GSM thì kỹ thuật xe đường truyền được áp dụng cho mạng chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD. Với mạng này thì sóng mang được truyền trong một tế bào mang theo các khung thời gian. Trong một khung thời gian thì lại có 8 khe thời gian cho phép người sử dụng. Nếu người sử dụng trong một phiên liên lạc chỉ dùng thoại thì ta có thể chỉ cần một khe thời gian cho người đó là đủ. Còn nếu trong một phiên liên lạc thuê bao cần trao đổi dữ liệu với mạng, thì lúc đó tùy vào đăng ký sử dụng dịch vụ của thuê bao và tài nguyên vô tuyến trên mạng, mà ta xe đường truyền cho phiên đó là 1 khe hay 4 khe thời gian. Nếu sử dụng cả 4 khe 48
  • 49. thì tốc độ truyền dẫn dữ liệu đạt 4x9,6 kb/s=38,4 kb/s. Nhưng thuê bao sẽ phải trả tiền cao hơn rất nhiều so với sử dụng một khe. Trong mạng GPRS thì kỹ thuật xe đường truyền không phụ thuộc vào đăng ký dịch vụ tốc độ nhanh hay chậm mà là tất cả mọi người đăng ký dịch vụ GPRS thì đều có tốc độ truyền dẫn như nhau. Kỹ thuật xe đường truyền có thể giải thích được như sau: Khi một thuê bao mạng GPRS muốn tải dữ liệu về máy thì tại thời điểm đó mạng tính toán xem là đã có bao nhiêu khe thời gain sử dụng cho mạng GSM, thì số còn lại sẽ được dành cho thuê bao đó tại thời điểm đó. Hiếm khi trong mạng GPRS trong một thời điểm lại có 2 thuê bao trở lên truy nhập mạng cùng một thời điểm. Vì nó phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: Cách bấm máy của hai người, đời máy… Cho nên tại một thời điểm thì thuê bao có thể sử dụng 1 khe hoặc tới 8 khe thời gian, điều này tùy thuộc vào tài nguyên của mạng lúc đó. Do đó tốc độ truyền dẫn tối đa mà một thuê bao có thể đạt được trong mạng GPRS là 8x21,4 kb/s = 171,2 kb/s. Các khe thời gian sau khi cấp phát cho MS tải dữ liệu thì lại được giải phóng ngay cho người khác sử dụng. Điều khó khăn nhất trong mạng GPRS cũng như trong kỹ thuật xe đường truyền là không biết chính xác tại một thời điểm thì tài nguyên vô tuyến còn lại là bao nhiêu. Vì mạng GPRS được xây dựng trên nền tảng của mạng GSM mà lại hoạt động đồng thời nữa. Hơn nữa sự ưu tiên của tài nguyên vô tuyến bao giờ cũng dành cho mạng GSM trước. Cho nên đây cũng là một bài toán rất khó cho các nhà khai thác dịch vụ viễn thông. Thông thường một thuê bao GPRS có thể truyền và nhận dữ liệu với tốc độ khoảng 115 kb/s. 49
  • 50. 2.5. GIẢI PHÁP THIẾT BỊ CỦA HAI NHÀ CUNG CẤP LỚN TRÊN THẾ GIỚI CHO MẠNG LÕI HỆ THỐNG GPRS. 2.5.1. Thiết bị mạng lõi GPRS của Ericsson. Chức năng của nút SGSN : Nút SGSN cung cấp các gói tin tới một vùng dịch vụ SGSN. Nó phục vụ tất cả thuê bao GPRS nằm trong vùng phục vụ của SGSN và nó thực hiện các chức năng sau: - Định tuyến: Hỗ trợ việc định tuyến IP động hoặc IP tĩnh. - Quản lý di động: Cho phép mạng kiểm soát các thuê bao đang di chuyển (SGSN thực hiện cập nhật vùng định tuyến RA). - Nhận thực: SGSN nhận thực thiết bị đầu cuối di động khi thiết bị khai báo liên kết mạng. - Quản lý phiên. - Bảo mật: GPRS mật mã không được kết thúc trong BSC như với GSM nhưng được hoàn thành trong SGSN. - Chức năng tính cước: SGSN đưa ra các bản ghi chi tiết dung lượng truyền tải của cuộc gọi để lập hoá đơn tính cước. - Dịch vụ nhắn tin SMS: SGSN hỗ trợ giao diện Gd hoạt động cùng với mạng GSM. Chức năng của nút GGSN: Nút GGSN cung cấp giao diện với các mạng khác cũng như giao diện với các mạng IP bên ngoài và nó thực hiện chức năng sau: - Định tuyến tới các mạng bên ngoài khi trong mạng thuê bao có yêu cầu. - Bức tường lửa: Để bảo vệ khỏi sự xâm nhập trái phép từ các thuê bao bên ngoài trong khi tiến hành cuộc gọi. - Cổng ngoại biên (Border Gateway): Cho phép nhà điều hành kết nối an toàn với các mạng GPRS khác và với các mạng IP bên ngoài. - Bảo mật: Để tăng cường sự bảo mật lưu lượng quản lý. - Quản lý di động: Đảm bảo các gói tin được truyền đi theo giao thức đường hầm đến GGSN thích hợp. - Quản lý phiên: Hỗ trợ việc đánh địa chỉ IP động và tĩnh. - Tính cước: GGSN đưa ra chi tiết các cuộc gọi CDR (Call Detail Records) giống như chức năng này tại SGSN. 50
  • 51. Phần cứng thiết bị mạng lõi GPRS của Ericsson: SGSN-25 và GGSN –25 được xây dựng trên nền phần cứng của Ericsson, có độ tích hợp cao đảm bảo khả năng làm việc liên tục, có cấu trúc dự phòng. Hệ thống có độ tin cậy cao, với các chức năng cho phép phát hiện các lỗi của phần mềm. Dung lượng của thiết bị mạng lõi GPRS được tính theo số lượng thuê bao sử dụng đồng thời, số lượng PDP context và khả năng thông tải theo bảng sau: Số thuê bao tối đa truy nhập đồng thời Số PDP context tối đa Năng suất truyền tối đa gói/s Năng suất tối đa Mb/s SGSN-25 25000 25.000 10.000 24 GGSN-25 - 25.000 10.000 24 GSN-25 25000 25000 7.000 17 Hình 2.2. Bảng dung lượng của thiết bị mạng lõi GPRS. Các ưu điểm thiết bị mạng lõi GPRS của Ericsson: - Chi phí thấp. - Chất lượng mạng cao. - Giảm thiểu thời gian cung cấp dịch vụ. - Tăng doanh thu cho nhà khai thác. - Giảm thiểu rủi ro và tăng tính bảo mật. 2.5.2. Thiết bị mạng lõi GPRS của Alcatel. Về cơ bản, giải pháp GPRS của Alcatel thêm vào ba thành phần mới so với GSM là: Thiết bị PCU, SGSN và GGSN. Thiết bị điều khiển gói PCU: PCU được đặt tại BSC trong hệ thống và có các chức năng sau: - Tách và tái nhập gói. - Quản lý và điều khiển truy nhập kênh vô tuyến. - Phát hiện lỗi truyền dẫn và thực hiện phát lại theo phương thức ARQ. - Điều khiển công suất. Chức năng của nút SGSN: Nút SGSN trao đổi thông tin với BSS qua giao diện Gb và có các chức năng sau: - Quản lý di động của thuê bao GPRS. - Mã hoá. - Tính cước. Chức năng của nút GGSN: Nút GGSN trao đổi thông tin với mạng số liệu bên ngoài như: Internet/Intranet, X.25, mạng PLMN khác... Những ưu thế của Alcatel trong hệ thống GPRS. 51
  • 52. - Cung cấp dịch vụ số liệu gói từ đầu cuối đến đầu cuối. - Sử dụng tối đa nguồn tài nguyên vô tuyến. - Chỉ sử dụng nguồn tài nguyên vô tuyến khi dữ liệu được truyền đi, sau đó giải phóng ngay. - Kênh vô tuyến đường lên và đường xuống riêng biệt. - Thoả thuận quyền ưu tiên dịch vụ. - Tốc độ dữ liệu truyền lên đến 171,2 Kbps/sóng mang. - Kết nối liên tục cho việc gửi và nhận thông tin. - Tính cước. - Thời gian kết nối dưới 1s. - Khối lượng dữ liệu truyền tải lớn. - Phí trả trước … Đánh giá. Hệ thống Công nghệ Dung lượng Tính cước Ericsson Chuyển mạch gói 25 Mb/s Theo số lượng byte, thời gian, linh hoạt Alcatel Ethernet (dựa trên bộ định tuyến tiêu chuẩn) 12Mb/s-150Mb/s Theo số lượng byte, thời gian, linh hoạt Bảng 3.2 Mô tả công nghệ, dung lượng, tính cước của hãng Ericsson và Alcatel 2.6. XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN MẠNG GPRS. Mặc dù mạng GPRS có nhiều những ưu điểm so với mạng GSM như: GPRS có khả năng kết nối không đối xứng khi có yêu cầu. Do đó tài nguyên mạng có thể được sử dụng tốt hơn, cung cấp khả năng IP di động cho các thiết bị di động, hay mở đầu cho bước phát triển các dịch vụ gói.... Nhưng vẫn còn rất nhiều những hạn chế như: Dung lượng tế bào còn hạn chế cho tất cả mọi người trong tế bào đó sử dụng, trễ chuyển tiếp các gói tin vẫn còn xảy ra hay tốc độ truyền dữ liệu thực tế còn thấp. Để đạt được tốc độ truyền dữ liệu tối đa dựa trên lý thuyết là 171,2 kb/s như đã trình bày ở trên, thì một thuê bao sử dụng phải chiếm toàn bộ 8 khe thời gian cùng với điều kiện không có mã sửa lỗi. Việc dành tất cả các khe thời gian chỉ cho một người sử dụng là rất khó chấp nhận đối với nhà cung cấp dịch vụ viễn thông, về thực tế rất khó xảy ra như vậy. Cho nên thực tế thuê bao chỉ dành được trung bình từ 4 đến 6 khe thời gian. Do đó băng thông dành cho thuê bao GPRS sử dụng sẽ rất hạn hẹp. 52
  • 53. Khi kết nối chuyển mạch gói được sử dụng thì chất lượng dịch vụ có tính quan trọng hàng đầu. Nhưng lưu lượng GPRS luôn luôn ở mức ưu tiên thứ hai trong mạng GSM, vì mạng GPRS được xây dựng trên nền tảng của mạng cung cấp dịch vụ thoại, hơn nữa là số thuê bao sử dụng mạng GPRS là rất ít so với thuê bao sử dụng mạng GSM. Cho nên chỉ có các tài nguyên chưa sử dụng ở giao diện Um mới được dành cho lưu lượng GPRS. Rõ ràng là không ai có thể đảm bảo luôn dành một độ rộng băng nhất định cho lưu lượng GPRS vì không thể biết trước được tài nguyên chưa sử dụng tại giao diện vô tuyến Um. Do đó tốc độ trung bình mà một thuê bao GPRS đạt được vào khoảng 115 kb/s. Thực tế khi các nhà khai thác mạng GSM đưa hệ thống GPRS vào hoạt động đã đáp ứng được như cầu của khách hàng trong thời gian đầu, và tốc độ truyền dữ liệu đã tăng lên được đáng kể là 115 kb/s, so với mạng GSM là 9,6 kb/s. Hơn nữa chất lượng mạng cũng được tăng lên và hiệu quả sử dụng phổ tăng rõ rệt khi dành các khe thời gian trống, xe cho thuê bao khác trong phiên liên lạc. Để giải quyết bài toán này thì các nhà khai thác dịch vụ mạng không ngừng tìm tòi, nghiên cứu và đã áp dụng một kỹ thuật điều chế mới tại giao diện vô tuyến Um là 8-PSK. Với kỹ thuật điều chế 8-PSK thì khi một ký tự truyền đi trên giao diện vô tuyến nó sẽ mang theo 3 bits thông tin, do đó tốc độ truyền dữ liệu sẽ cải thiện được đáng kể. Khi kỹ thuật điều chế 8-PSK kết hợp với các kỹ thuật mã hóa kênh phức tạp thì ta có thể đạt được tốc độ truyền dữ liệu tối đa trên một khe thời gian là 59,2 kb/s so với 9,6 kb/s cho một kênh GSM truyền thống (mỗi một ký tự truyền đi trên Um thì mang theo một bit), GPRS là 21,4 kb/s. Kỹ thuật làm tăng tốc độ truyền trên được gọi là EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution). 53
  • 54. Chương III. HỆ THỐNG EDGE HỖ TRỢ MẠNG GSM. 3.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG EDGE. EDGE là thuật ngữ với tên đầy đủ tiếng Anh là: Enhanced Data Rates for GSM Evolution hay Enhanced Data Rates for Global Evolution, nghĩa là : Các tốc độ số liệu tăng cường cho nhánh tiến hóa GSM hay các tốc độ số liệu tăng cường để phát triển toàn cầu. Trước đây công nghệ EDGE được đề xuất để phát triển trực tiếp từ IS-136 sau đó tiến tới WC-136 (công nghệ TDMA băng rộng). Tuy nhiên gần đây một số nhà khai thác mạng IS-136 lớn nhất trên thế giới đã quyết định lộ trình phát triển mạng không qua hệ thống EDGE, mà bỏ qua tiến tới UMTS luôn. Thực ra các nhà khai thác mạng IS-136 đang trong quá trình bổ sung và thay thế mạng hiện tại là GSM/GPRS lên UMTS. Mục tiêu chính về kỹ thuật của mạng EDGE là tăng cường các khả năng cho qua số liệu tại giao diện vô tuyến của mạng GSM/GPRS. Nói một cách khác chính là nén nhiều bit hơn trong một ký tự truyền đi trong một giây ở 8 khe thời gian trên sóng mang. Để thực hiện được điều này thì đầu tiên các nhà khai thác mạng sẽ chuyển từ sơ đồ điều chế khóa chuyển pha cực tiểu Gau-xơ GMSK trong mạng GSM/GPRS sang sơ đồ điều chế khóa chuyển pha 8 trạng thái (8-PSK). Khi đó mạng EDGE sẽ hỗ trợ tốc độ truyền số liệu lên tới 473,6 kb/s (sử dụng hết 8 khe x 59,2 kb/s). Tốc độ này cao hơn rất nhiều so với mạng GSM/GPRS là 9,6 kb/s/171,2 kb/s. Nhưng một thuê bao EDGE trung bình chỉ đạt được khoảng 384 kb/s, và bằng với tốc độ truyền dữ liệu của mạng 3G ở môi trường ngoài trời. Nhưng lại rất thấp so với tốc độ truyền dữ liệu trong nhà của mạng 3G là 2 Mbps. Việc mạng EDGE có được đưa vào khai thác và sử dụng rộng rãi trên nền tảng của mạng GSM/GPRS hay không còn phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: Thời gian, nhu cầu về các dịch vụ số liệu tốc độ cao của người sử dụng, mức độ sẵn sàng của các thiết bị đầu cuối EDGE, giá thành…Nhưng có ba vấn đề chính mà chúng ta phải quan tâm đó là thời gian, giá thành và các biện pháp kỹ thuật hỗ trợ. Về mặt thời gian: Sự phát triển của mạng EDGE và mạng UMTS cùng trong một khung thời gian phát triển mạng. Thực chất các tiêu chuẩn của mạng EDGE được thực hiện trong khuôn khổ của đề án đối tác thế hệ ba là 3GPP (Third Generation Partnership Project). 54
  • 55. Về mặt giá thành: Việc triển khai mạng EDGE không đòi hỏi phổ tần mới và không đòi hỏi thay đổi hay nâng cấp mạng quá lớn. Chính vì thế việc triển khai mạng EDGE có thể được thực hiện được một cách dễ dàng. Hiện nay các nhà khai thác mạng GSM Việt Nam đã và đang triển khai mạng EDGE và tiến tới mạng 3G là WCDMA. Tới thời điểm hiện nay thì hai nhà khai thác mạng GSM lớn trong nước đã triển khai mạng EDGE là mạng Mobifone và Vinaphone, còn Viettel thì đang trong quá trình triển khai. Vấn đề kỹ thuật hỗ trợ đưa vào sử dụng: Đây là vấn đề cũng không kém phần quan trọng, vì nó sẽ quyết định đến chất lượng mạng, hiệu quả sử dụng phổ, cũng như là quyết định tốc độ truyền dẫn dữ liệu trong mạng. 3.2. CẤU TRÚC MẠNG VÀ CHỨC NĂNG CHÍNH CỦA CÁC PHẦN TỬ TRONG MẠNG EDGE. Cấu trúc mạng EDGE. Mạng EDGE có cấu trúc cơ bản giống mạng GPRS như: Các phần tử, các giao thức, các giao diện và các thủ tục rất giống nhau…Chỉ có một số điểm khác như: Sự tăng cường ở giao diện vô tuyến BTS thêm khối TRU, BSS đổi thành E- RAN.. và Soft ware thay đổi so với mạng GPRS E-RAN TRAU MT TE MS MS TEMT NSS OMC/ ADC/NMC MSC/VLR HLR/ AuC/EIR GMSC ISDN PSTN PSPDN CSPDN X.25 GiaodiÖn Um GiaodiÖn A-bis GiaodiÖnA Thay đæi HWvàSWchoEDGE SGSN GGSN m¹ ng l âi EDGE INTERNET M¹ ng d÷l iÖu kh¸c GiaodiÖnGb BSC/PCU BSC/PCU E-RAN BTS/TRU BTS/TRU BTS/TRU BTS/TRU BTS/TRU MT TE MS MS TEMT BTS/TRU TRAU Hình 3.1. Cấu trúc mạng EDGE. Chức năng của các phần tử chính trong mạng EDGE. Nhìn chung chức năng của các phần tử trong mạng EDGE không thay đổi nhiều so với mạng GPRS. Vì hai mạng đó đều sử dụng các khối đó, chỉ có điều 55
  • 56. khác là mạng EDGE có thêm khối TRU vào BTS trong hệ thống điều khiển trạm gốc. Chức năng của thiết bị TRU: Thiết bị này được bố trí trong BTS và có chức năng điều khiển tăng cường dữ liệu trên giao diện vô tuyến cho thuê bao mạng EDGE. Mặt phẳng truyền dẫn và mặt phẳng báo hiệu EDGE. Trong mạng GPRS và mạng EDGE đều sử dụng chung các mặt phẳng truyền dẫn và mặt phẳng báo hiệu. Chỉ có khác là mạng EDGE các thiết bị trong toàn hệ thống thêm điều chế 8-PSK, các phương pháp hoá tối ưu MCS và Soft ware là thay đổi. Các kênh lưu lượng trong mạng EDGE. Trong mạng EDGE đều sử dụng các kênh giống như mạng GPRS, chỉ có điều khác biệt là khi thuê bao của mạng EDGE sử dụng kênh lưu lượng dữ liệu gói PDTCH thì trong mạng EDGE có thể sử dụng phương pháp điều chế GMSK hoặc 8-PSK, còn nếu kênh PDTCH được sử dụng cho thuê bao mạng GPRS thì nhất thiết phải sử dụng phương pháp điều chế GMSK. 3.3. CÁC KỸ THUẬT CHÍNH SỬ DỤNG TRONG MẠNG EDGE HỖ TRỢ MẠNG GSM. Các kỹ thuật sử dụng trong mạng EDGE và GPRS là chung nhau như: Mã hóa tiếng nói, điều chế GMSK, mã hóa kênh, ghép xen….Tuy nhiên hệ thống EDGE có đưa thêm một số biện pháp kỹ thuật mới vào hoạt động để làm tăng tốc độ truyền dẫn dữ liệu, tăng hiệu quả sử dụng phổ như: Điều chế 8-PSK và các phương pháp mã hóa và điều chế MCS1→MCS9 được trình bày ở dưới đây. 3.3.1. Điều chế. Trong mạng EDGE cũng sử dụng các kênh vô tuyến có độ rộng băng là 200 kHz và một khung TDMA cũng có 8 khe thời gian giống như mạng GSM/GPRS. Tuy nhiên về mặt kỹ thuật điều chế thì mạng GSM/GPRS sử dụng điều chế 0,3 GMSK còn mạng EDGE thì lại sử dụng phương pháp điều chế 0,3 GMSK và 8- PSK. Điều chế 0,3 GMSK có nghĩa là bộ điều chế GMSK có bộ lọc băng thông với độ rộng băng là 3 dB tương ứng với 81,25 kHz. Trong mạng GSM thì tốc độ Symbol là 270,833 Kbps (Kilo Symbol trên giây), mỗi một Symbol là một ký tự được truyền đi trên đường truyền dẫn mang theo một bit, vì thế tốc độ bit được truyền đi cũng bằng 270,833 kb/s. Vì giá trị 81,25 bằng 0,3 của 270,833 nên điều 56
  • 57. chế này được gọi là 0,3 GMSK. Hiệu suất sử dụng băng tần trong trường hợp này bằng 270,833 Kbps/200kHz = 1,35 kb/s/Hz. Trong mạng EDGE sử dụng phương pháp điều chế 8-PSK, với phương pháp này thì mạch điều chế cho tín hiệu ra có 1 trong 8 pha tùy thuộc trạng thái của 3 bits đầu vào. Ta có sơ đồ khối của mạch điều chế 8-PSK. Hình 3.2. Sơ đồ điều chế 8-PSK. Mạch chia tổ hợp 3 bits theo 3 kênh khác nhau, các bit a và b được truyền theo kênh I và Q xác định cực tính của tín hiệu ra ở mạch biến đổi từ 2 đến 4 mức, trong khi đó bit c xác định biên độ của điện thế một chiều DC. Có 2 biên độ được dùng là 0,34V và 0,821V. Khi đầu ra với bit a và b là các bit 1 thì mạch biến đổi có trị dương và ngược lại khi a và b là bít 0. Biên độ của tín hiệu ra từ mạch biến đổi luôn luôn khác nhau, bất cứ khi nào một mạch nhận tín hiệu c là 0 (hay 1) để cho ra tín hiệu có biên độ là 0,821 (0,34), thì mạch kia nhận được tín hiệu đảo lại và cho ra tín hiệu có biên độ là 0,34 (0,821). Vì 3 bits abc là độc lập nhau nên các biên độ ±0,821 và ±0,34 luôn luôn là 4 giá trị có thể có ở đầu ra các mạch biến đổi. Ở kênh I thì mạch điều chế trên sóng mang ban đầu không làm lệch pha nên 4 giá trị đầu ra là ±0,821cosωct và ±0,34cosωct. Trong khi đó ở đầu ra kênh Q là các giá trị ±0,821sinωct và ±0,34sinωct. Mạch tổng hợp sẽ tổng hợp tín hiệu ra của 2 kênh đó để cho ra một tín hiệu duy nhất. Tùy theo các tín hiệu vào mà các tín hiệu ra sẽ có các pha khác nhau như trong hình sau và góc A xác định bởi: A = tan-1 (0,34/0,821) = 22,50 (3.1) 57
  • 58. Hình 3.3. Các trạng thái pha của 8-PSK. Dựa vào hình vẽ ta thấy các trạng thái pha ở đầu ra của các tribit truyền kế tiếp nhau cách nhau 450 . Với 3 bits đầu vào cba là 101 thì tín hiệu ra sau cùng là: 0,821cosωct - 0,34sinωct và góc pha của tín hiệu được xác định bởi dấu X trên hình vẽ và bằng 2 lần góc A. Với phương pháp này thì mỗi Symbol được truyền đi mang theo 3 bits thông tin. Các Symbol lại được truyền ở một trong 8 trạng thái pha của sóng mang và nó cho tín hiệu ra là một trong 8 trạng thái pha, tùy thuộc vào tổ hợp 3 bits đầu vào. Tức là 3 bits ứng với một pha của tín hiệu nên vận tốc baud bằng 1/3 vận tốc bit. Do đó để thỏa điều kiện đường truyền thì người ta chọn vận tốc bit là 4800 bit/s, nên vận tốc baud là 1600 baud/s và băng thông kênh truyền là 1600 Hz (theo Shannon thì vận tốc baud bằng băng thông kênh truyền), hiệu suất băng thông được tính bằng tỷ số giữa tốc độ bit trên băng thông của kênh truyền. Do đó hiệu suất băng thông yêu cầu là 4800b/s/1600Hz = 3 b/s/Hz. Ta thấy hiệu suất băng thông của EDGE gấp hơn 2 lần hiệu suất băng thông của GSM (1,35 b/s/Hz). Người ta sử dụng hiệu suất của băng thông để đánh giá chất lượng của hệ thống, hiệu suất càng cao thì ta càng tận dụng được băng thông. Với fc = 1700Hz thì băng thông chiếm một khoảng từ (fc – 800) → (fc + 800) tương ứng với 900Hz→2500Hz, phù hợp với đường truyền của kênh thoại. Như vậy khi áp dụng phương pháp điều chế 8-PSK thì mỗi một Symbol truyền đi mang theo 3 bits nên độ rộng của các bit giảm đi 3 lần bằng 3,69μs/3 = 1,23 μs, nên hiệu quả phổ tăng lên rõ rệt và tốc độ truyền dữ liệu cũng tăng lên và chất lượng mạng cũng tăng lên so với mạng GSM (gấp hơn 2 lần so với GSM). 58
  • 59. 3.3.2. Các phương pháp mã hoá và điều chế. Khi nhà khai thác mạng GSM đưa hệ thống EDGE vào hoạt động thì dẫn đến sự thay đổi các sơ đồ mã hóa kênh mạng GSM/GPRS. Vì thuật ngữ EDGE với các dịch vụ của nó được đưa vào hoạt động trong mạng GSM lên ta có thể hiểu và sử dụng thuật ngữ E-GPRS (tăng cường GPRS). Các sơ đồ mã hóa kênh mới cho EGPRS được gọi là các sơ đồ mã hóa và điều chế từ MCS-1 → MCS-9. Vì từ MCS-1 → MCS-4 ta sử dụng phương pháp điều chế GMSK, còn từ MCS5→MCS- 9 ta sử dụng phương pháp điều chế 8-PSK. Sau đây là bảng các sơ đồ mã hóa điều chế MSC và tốc độ số liệu được áp dụng cho từng sơ đồ: Sơ đồ Điều chế Tốc độ điều chế Số lượng các bit đầu vào (bit) Tốc độ số liệu (Kbps) MCS-1 GMSK 0,53 176 8,8 MCS-2 GMSK 0,66 224 11,2 MCS-3 GMSK 0,8 296 14,8 MCS-4 GMSK 1 352 17,6 MCS-5 8-PSK 0,37 448 22,4 MCS-6 8-PSK 0,49 592 29,6 MCS-7 8-PSK 0,76 2x448 44,8 MCS-8 8-PSK 0,92 2x554 54,4 MCS-9 8-PSK 1 2x592 59,2 Bảng 3.1. Mô tả các phương pháp mã hoá và điều chế MCS. Trong tất cả các sơ đồ mã hoá và điều chế trên thì chỉ có MCS-4 và MCS-9 là không sử dụng các bit bảo vệ chống lỗi số liệu cho người sử dụng. Phương pháp điều chế MCS-4 giống như phương pháp điều chế CS-4 sử dụng cho hệ thống GPRS. Điểm khác nhau cơ bản ở đây là trong phương pháp mã hóa và điều chế EGPRS thì phần đầu đề PDU của các cụm truyền đi được mã hóa khác so với GPRS. Tức là ngoài các bit được mã hóa cho PDU nó còn sử dụng các bit bổ sung cho sửa lỗi. Mục tiêu của mã hóa sửa lỗi đầu đề là giải mã đúng được phần PDU ở phía thu, điều này giúp cho MS và mạng biết MS nào muốn truy nhập mạng GPRS hay EGPRS. Vì thế các phương pháp mã hóa và điều chế từ MCS1→MCS4 có tốc độ thấp hơn một chút so với các phương pháp mã hóa CS1→CS4 tương ứng. Khi hệ thống EDGE sử dụng phương pháp mã hóa và điều chế MCS9 đạt được tốc độ truyền dữ liệu là 59,2 kb/s/1TS, ta có thể giải thích được như sau: Một khối dữ liệu đầu vào bộ mã hóa kênh có tổng số bit là 1194 bits, với độ dài khối là 20 ms nên tốc độ truyền dữ liệu đạt được trên một khe thời gian là 1194 bits/20ms = 59,2 kb/s. 59
  • 60. Việc mạng điều khiển sử dụng phương pháp mã hoá và điều chế MCS cho thuê bao sử dụng mạng EDGE cũng giống như trong mạng GPRS, tức là thông tin điều khiển được thực hiện ở cả đường lên và đường xuống. Quá trình này được thực hiện bởi các bit bổ sung ở các bản tin ấn định đường lên gói và đường xuống gói (Packet Uplink-Downlink Assignment). Bảng sau đây sẽ hiển thị chi tiết tốc độ số liệu của thuê bao sử dụng mạng, tương ứng với từng sơ đồ mã hóa điều chế và số lượng khe sử dụng trong một phiên liên lạc. TS/MCS 1TS 2TS 3TS 4TS 5TS 6TS 7TS 8TS MCS1 8,8 17,6 26,4 35,2 44 52,8 61,6 70,4 MCS2 11,2 22,4 33,6 44,8 56 67,2 78,4 89,6 MCS3 14,8 29,6 44,4 59,2 74 88,8 103,6 118,4 MCS4 17,6 35,2 52,8 70,4 88 105,6 123,2 140,8 MCS5 22,4 44,8 67,2 89,6 112 134,4 156,8 179,2 MCS6 29,6 59,2 88,8 118,4 148 177,6 207,2 236,8 MCS7 44,8 89,6 134,4 179,2 224 268,8 313,6 358,4 MCS8 54,4 108,8 163,2 217,6 272 326,4 380,8 435,2 MCS9 59,2 118,4 177,6 236,8 296 355,2 414,4 473,6 Bảng 3.2. Mô tả tốc độ truyền dữ liệu trên số khe sử dụng ứng với từng MCS 3.4. MỘT SỐ GIẢI PHÁP KỸ THUẬT HỖ TRỢ CHO MẠNG EDGE CỦA NHÀ CUNG CẤP THIẾT BỊ NOKIA EDGE được chuẩn hóa bởi 3GPP, để đảm bảo việc tương thích mạng lưới giữa mạng truy nhập vô tuyến và mạng lõi và giữa các mạng vô tuyến với nhau, cũng như giữa mạng và thiết bị đầu cuối. Các hãng cung cấp thiết bị EDGE đều phải phát triển sản phẩm tuân thủ những tiêu chuẩn được 3GPP đặt ra. Tuy nhiên tùy vào chiến lược phát trỉển, khả năng tài chính cũng như nguồn nhân lực. Mỗi nhà cung cấp đều có một lộ trình riêng thực hiện từng bước những tiêu chuẩn 3GPP qua các phiên bản kế tiếp nhau của mình. Điều này tạo ra một “khoảng cách” về mặt thời gian giữa các sản phẩm của các hãng khác nhau cung cấp thiết bị khác nhau. Bên cạnh đó, các nhà cung cấp thiết bị cũng có những giải pháp riêng biệt để thực hiện những chức năng mà tiêu chuẩn đề ra, đem lại những hiệu quả khác nhau trên mạng lưới. Điều này tạo ra một “khoảng cách" về chất lượng giữa các nhà cung cấp. 3.4.1. Vùng phủ sóng cho 8-PSK. 60
  • 61. EDGE sử dụng phương thức mã hóa và điều chế, cơ chế thích ứng đuờng truyền mới để đạt được tốc độ truyền dữ liệu tối đa với MCS-9 là 59,2 kb/s/1TS, gấp 3 lần tốc độ tối đa của GPRS với CS-4 là 21,4 kb/s/1TS. Trong khi mạng GSM/GPRS chỉ sử dụng phương pháp điều chế GMSK, thì hệ thống EDGE lại sử dụng thêm điều chế 8-PSK cho mã hóa tốc độ cao MCS-5 → MCS-9, bên cạnh GMSK cho mã hóa tốc độ thấp MCS-1 → MCS-4. Do sự thay đổi về phương thức điều chế này ảnh hưởng một cách căn bản đến thiết kế của môđun thu phát vô tuyến của trạm điều khiển gốc BTS, thì các nhà cung cấp có nhiều cách giải quyết khác nhau như sau: - Cách thứ nhất là: Thiết kế một môđun mới dành riêng cho EDGE. Như vậy cả hai loại môđun cũ cho GMSK và mới cho 8-PSK sẽ tồn tại song song. Do đó dẫn đến việc phân chia phần cứng giữa dung lượng mạng EDGE và mạng GSM. Việc thiết lập lại cấu hình trạm gốc cũng như vận hành mạng sẽ phức tạp hơn. - Cách thứ hai là: Thiết kế một môđun thu phát chung cho cả hệ thống EDGE và GSM, nhưng giữ nguyên thiết kế của bộ phận khuyếch đại công suất trong môđun này. Cách này có một điểm bất lợi liên quan đến công suất phát 8-PSK, bắt nguồn từ sự khác biệt cơ bản giữa điều chế GMSK và 8-PSK. GMSK là phương thức điều chế có biên độ đường bao không đổi (constant envelope), cho phép bộ khuyếch đại hoạt động trong miền không tuyến tính (non-linear, saturated region) với hiệu suất cao nhất mà vẫn không ảnh hưởng tới tính tuyến tính của tín hiệu. Trái lại, phương thức điêu chế 8-PSK không có đặc tính như vậy, do vậy cần hoạt động trong miền tuyến tính của bộ khuyếch đại. Do bộ phận khuyếch đại công suất không được thiết kế với những yêu cầu đặc thù cho điều chế 8-PSK ngay từ đầu nên công suất phát 8-PSK giảm đáng kể, chênh lệch giữa công suất phát của hệ thống EDGE và GSM là khá lớn. - Cách thứ ba là: Sử dụng một môđun thu phát chung cho GMSK và 8-PSK. Tuy nhiên bộ phận khuyếch đại công suất được thiết kế ngay từ đầu với yêu cầu đặc thù của cả hai phương pháp điều chế GMSK và 8-PSK. Trong 3 giải pháp trên thì nhà cung cấp thiết bị Nokia chọn phương pháp thứ 3. Tức là thiết kế một mođun cho cả phương thức điều chế GMSK và 8-PSK và bộ khuếch đại công suất phát được thiết kế ứng với từng phương thức điều chế. Do đó trạm thu phát gốc BTS của Nokia cho công suất phát 8-PSK cao hơn, đồng thời chênh lệch giữa công suất phát cho thuê bao mạng EDGE và GSM cũng ít hơn (2dB thay bằng 3-5dB) so với giải pháp của các nhà cung cấp khác. 61
  • 62. 3.4.2. Hỗ trợ phương thức truyền lặp tiên tiến IR cho đường xuống và đuờng lên. Trong khi GPRS chỉ sử dụng cơ chế thích ứng đuờng truyền LA (Link Adaptation), thì EDGE kết hợp cả cơ chế thích ứng đuờng truyền LA, với cơ chế truyền lặp IR (Incremental Redundancy). Cơ chế thích ứng đường truyền LA lựa chọn phương thức mã hóa tối ưu nhất (tốc độ truyền tải không lỗi cao nhất) cho những điều kiện truyền sóng nhất định (dựa trên tỉ lệ C/I). Khi tỉ lệ lỗi block tăng hoặc giảm, LA sẽ lựa chọn mã hóa khác có tỉ lệ bit bảo vệ ít hơn hoặc nhiều hơn mã hóa đang sử dụng. Nói một cách khác, mỗi phương thức mã hóa có một vùng tối ưu riêng trên miền C/I, mà ở đây phương thức mã hóa này đem lại tốc độ truyền tải hệ thống cao hơn các phương thức mã hóa khác. LA lựa chọn mã hóa dựa trên những miền tối ưu đó. Cơ chế thích ứng đường truyền LA có thể hoạt động độc lập hoặc kết hợp với cơ chế truyền lặp IR. Khi kết hợp như vậy, IR làm cho vùng tối ưu của các mã hóa tốc độ cao mở rộng hơn, các mã hóa tốc độ cao sử dụng được với ngưỡng C/I thấp hơn. IR làm đuợc điều này với cơ chế sau: Các gói tin được gửi với tỉ lệ bit bảo vệ tốc độ mã hoá tăng dần. Ví dụ gói tin đầu có thể được gửi với tốc độ mã hoá là 1/1. Nếu xảy ra lỗi và bên thu không thể gỉải mã được, gói tin này sẽ không bị loại bỏ mà được lưu lại trong bộ nhớ của bên thu. Gói tin thứ hai (không giống gói tin trước) được gửi tiếp và bên thu sẽ giải mã lại bằng cách kết hợp cả hai gói tin. Nếu thành công thì bản tin đã được gửi với tốc độ mã hoá 1/2. Nếu không thành công thì gói tin thứ hai cũng không bị loại bỏ. Gói tin thứ ba (không giống 2 gói tin trước) được gửi tiếp và bên thu sẽ giải mã lại bằng cách kết hợp cả ba gói tin. Nếu thành công thì bản tin đã được gửi với tốc độ mã 1/3. Với cách tăng dần tốc độ mã như vậy các phương thức mã hóa tốc độ cao có thể chịu đuợc điều kiện C/I thấp hơn. Nghiên cứu thực tế cho thấy độ lợi C/I mà IR đem lại có thể đạt tới 3 dB, cho phép tăng thông lượng hệ thống (30% với IR đuờng lên), và tăng độ ổn định tại rìa tế bào. Theo tiêu chuẩn của 3GPP, IR là tính năng tùy chọn, vì thế nhiều nhà cung cấp cho tới nay vẫn chưa thực hiện đầy đủ tính năng này. Nokia là hãng đầu tiên có tính năng IR cho cả đường lên và đuờng xuống. Nokia IR đã được đưa vào sử dụng từ phiên bản EDGE đầu tiên. 3.4.3. Abis động. 62
  • 63. Tính năng Abis xuất phát từ yêu cầu tiết kiệm truyền dẫn giữa trạm vô tuyến BTS và trạm gốc BSC. Sự xuất hiện của EDGE cùng với các phương thức mã hóa tốc độ cao, cũng như khả năng thay đổi mã hóa dẫn đến việc lưu lượng truyền dẫn Abis cần thiết cho một kênh không gian tăng đáng kể và thay đổi liên tục theo thời gian (từ 8.8 kb/s→ 59.2 kb/s/1TS). Việc dự trù tĩnh là cố định một số khe thời gian Abis (16kbps slot) trên một kênh không gian trở nên không phù hợp. Thay vào đó cần có cách phân phối động dung lượng Abis cho các kênh không gian, có như vậy khi một kênh không gian tạo ra ít lưu lượng hơn, dẫn đến yêu cầu về dung lượng Abis ít đi, sẽ có nhiều dung lượng Abis hơn được phục vụ cho các kênh khác của cùng một trạm BTS. Nói cách khác các kênh không gian của một trạm vô tuyến chia sẻ một nguồn tài nguyên Abis chung. Tính năng Abis động được hỗ trợ bởi nhiều khà khai thác. Tuy nhiên nếu đi vào chi tiết, chúng ta sẽ thấy những thiết kế khác nhau đem đến sự mềm dẻo và mức độ tiết kiệm có thể đạt được khác nhau. Trong giải pháp của Nokia, việc tương tác thời gian thực giữa môđun quản lý tài nguyên Abis và môđun thích ứng đường truyền cho phép sử dụng thông tin về mã hóa điều chế MCS hiện tại làm đầu vào trong thuật toán phân phối tài nguyên Abis. Giải pháp của một số nhà cung cấp khác không sử dụng thông tin này. Do đó không đạt được mức độ tiết kiệm tối ưu. Nokia Abis được chia sẻ ở mức 16 kb/s, trong khi các nhà cung cấp khác luôn ấn định ở mức 64 kb/s trở lên, dẫn dến lãng phí tài nguyên không cần thiết với các kết nối không gian tốc độ thấp. Mặt khác Nokia còn áp dụng 2 kỹ thuật nén là: Nén kênh rỗi và nén khung thoại rỗi trong GSM. Tức là bất kể khi nào không có lưu lượng truyền đi qua giao diện vô tuyến (ví dụ kênh không được ấn định cho cuộc gọi nào, các khung lớp 2 đang được thu, ...), thì một kênh sẽ được coi là rỗi. Trong trường hợp đó, “kênh rỗi” sẽ được gán cho kênh đó trên giao diện Abis. Đặc tính nén kênh rỗi là phát hiện “kênh rỗi” và loại bỏ chúng khỏi luồng dữ liệu được truyền đi qua giao diện Abis. Do đó có thể tiết kiệm đáng kể dải thông, trong trường hợp và điều kiện lý tưởng có thể tiết kiệm được 80% dải thông. Còn nén khung thoại rỗi trong GSM tức là theo nguyên tắc một cuộc gọi thông thường thì một người nói 50% thời gian, trong khi 50% thời gian còn lại là khoảng lặng để nghe người kia nói. Thông tin thoại có thể được truyền đi bằng các khung thoại FR, EFR hoặc AMR. Nhưng trong thời gian lặng không có thông tin nào được truyền đi thì những khung thoại nghỉ sẽ được tạo ra và truyền đi thay vì các khung FR hoặc EFR. Những khung thoại nghỉ không 63
  • 64. mang thông tin hữu ích vẫn chiếm một dải thông như những khung thoại mang thông tin FR hay EFR. PSAX do các khung thoại nghỉ và nén những khung này lại khi chúng được truyền đi trên trung kế và khôi phục lại chúng ở đầu kia của mạng trên giao diện Abis. Điều này góp phần tiết kiệm dải thông truyền dẫn đáng kể. Dựa trên kết quả thực tế giải pháp Dynamic Abis của Nokia có thể tiết kiệm 60% dung lượng Abis, do đó dung lượng này được thiết kế cho tốc độ trung bình thay bằng tốc độ đỉnh tối đa tạo bởi các giao diện không gian. 3.5. XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN MẠNG EDGE. Như chúng ta đã biết khi đưa mạng EDGE vào hoạt động thì phổ tần sử dụng không cần phải là phổ tần mới mà được áp dụng ngay trên phổ tần hiện có của mạng GSM. Điều này rõ ràng tiết kiệm được số lượng tiền đáng kể khi không phải bỏ tiền ra mua phổ tần mới. Thêm đó nữa là tốc độ truyền dữ liệu tăng lên đáng kể 473,6 kb/s so với tốc độ truyền tối đa trong mạng GSM(9,6 kb/s) và GPRS (171,2 kb/s) sử dụng hết 8 khe thời gian. Tốc độ này tương đương với tốc độ truyền dữ liệu của mạng 3G ngoài trời. Ngoài ra cơ sở hạ tầng và thiết bị đầu cuối phù hợp với mạng EDGE hoàn toàn tương thích với mạng GSM/GPRS. Mặt khác về chất lượng mạng cũng tăng lên đáng kể, hiệu quả sử dụng phổ tăng lên rõ rệt so với mạng GSM/GPRS. Tuy nhiên tốc độ đạt được đó chỉ là trên lý thuyết, còn về thực tiễn thì hoàn toàn không hẳn là thế và tốc độ truyền dữ liệu này khó đạt được cho toàn bộ các thuê bao trên toàn cell phủ sóng. Nếu yêu cầu này đặt ra phải giải quyết cho toàn bộ thuê bao trong một vùng sử dụng công nghệ EDGE thì số lượng cell chắc chắn phải tăng lên đáng kể, vì thuê bao mạng EDGE càng ở gần BTS thì càng được sử dụng tốc độ mã hóa kênh cao hơn. Thực tế tốc độ truyền dữ liệu tối đa đối với các thuê bao đứng yên là 384 kb/s và 114 kb/s với các thuê bao di chuyển chậm. Mạng EDGE được đánh giá như là mạng thế hệ 2,75G. Do đó các nhà khai thác mạng GSM đã không ngừng tìm tòi, làm việc, nghiên cứu và kết quả đã cho ra đời mạng WCDMA (3G). Các nhà khai thác mạng GSM có thể nâng cấp mạng lên từ mạng EDGE hoặc trực tiếp từ mạng GPRS. WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) là một công nghệ truy nhập vô tuyến được phát triển mạnh ở châu Âu. Hệ thống này hoạt động ở chế độ FDD và dựa trên kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp, sử dụng tốc độ chip 3,84 Mcps bên trong băng tần 5MHz. Băng tần rộng hơn và tốc độ trải phổ cao làm tăng độ lợi xử lý và một giải pháp thu đa đường tốt hơn. 64
  • 65. WCDMA hỗ trợ trọn vẹn cả các dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói tốc độ cao và đảm bảo sự hoạt động đồng thời của các dịch vụ hỗn hợp với chế độ gói hoạt động ở mức hiệu quả nhất. Hơn thế, WCDMA hỗ trợ các tốc độ số liệu của người sử dụng có tính thay đổi cao, dựa trên thủ tục điều chỉnh tốc độ, trong đó tỷ lệ dung lượng số liệu giữa những người sử dụng có thể thay đổi từ khung này qua khung khác Chuẩn WCDMA hiện thời sử dụng phương pháp điều chế QPSK, một phương pháp điều chế tốt hơn 8-PSK nhiều, cung cấp tốc độ số liệu đỉnh là 2 Mb/s với chất lượng truyền tốt trong vùng phủ rộng. WCDMA là công nghệ truyền dẫn vô tuyến mới với mạng truy nhập vô tuyến mới, được gọi là UTRAN, bao gồm các phần tử mạng mới như RNC (Radio Network Controller) và NodeB (tên gọi trạm gốc mới trong UMTS). Mạng WCDMA và các biến thể của nó mang tính toàn cầu, tức là bất kỳ mạng 3G nào cũng có thể chấp nhận thuê bao 3G. Ngoài tính toàn cầu ra mạng WCDMA còn được nghiên cứu rất kỹ trong phòng thí nghiệm và thực tế đã được áp dụng ở một số nước, và đã chứng tỏ hiệu quả sử dụng phổ tốt hơn và phù hợp hơn cho việc truyền dữ liệu so với phương pháp truy nhập TDMA. Ngoài ra các thuê bao có thể hoạt động đồng thời trên cả hai mạng GSM và mạng WCDMA. Vấn đề đặt ra bây giờ là chi phí cho việc nâng cấp mạng, thay đổi truy nhập vô tuyến như thế nào để MS hoạt động được đồng thời, các phần nào trong mạng GSM giữ lại, thay thế và nâng cấp. KẾT LUẬN. 65
  • 66. Sau thời gian nghiên cứu đề tài tốt nghiệp cùng với sự giúp đỡ tận tình của các Thầy trong tổ môn Điện Tử Viễn Thông, các bạn trong lớp, Anh Th.S Nguyễn Như Thông và đặc biệt trực tiếp hướng dẫn Em làm đồ án là Thầy Giáo Th.S Bùi Đình Thịnh, Em đã hoàn thành bài luận văn của mình. Hiện nay các hệ thống GSM trong nước đang tiến hành nâng cấp lên hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (WCDMA). Vấn đề mà các nhà khai thác quan tâm nhất là kinh tế và kỹ thuật hỗ trợ mạng GSM, vì các nhà khai thác mong muốn giữ lại mạng lõi của mình. Trên cơ sở đó Em đã chọn đề tài là: “Các biện pháp kỹ thuật hỗ trợ mạng GSM theo chuẩn 3G”, Em đã đưa ra một số giải pháp kỹ thuật dựa trên quá trình nâng cấp mạng GSM và đó cũng là tiêu chuẩn của các mạng như sau: Kỹ thuật chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD: Đây là giải pháp định tuyến dữ liệu đi qua giao diện Um nhiều hơn bằng cách sử dụng một vài kênh lưu lượng tức là MS sử dụng 4 khe thời gian thay cho một khe thông thường cho một phiên liên lạc. Do vậy tốc độ truyền dữ liệu của thuê bao tăng lên là: 4x9,6kb/s = 38,4 kb/s. Hệ thống chuyển mạch gói GPRS: Trong hệ thống GPRS Em đã đưa ra một số biện pháp kỹ thuật hỗ trợ mạng GSM là: Kỹ thuật chuyển mạch gói, kỹ thuật xe đường truyền và các phương pháp mã hoá tối ưu. Do đó chất lượng mạng tăng lên (hiệu quả sử dụng băng tần), hiệu quả sử dụng phổ tăng, tốc độ truyền dữ liệu trong mạng GPRS tăng lên 171,2 kb/s ( sử dụng hết 8 khe x 21,4 kb/s) Hệ thống EDGE: Trong hệ thống EDGE Em cũng đưa ra một số biện pháp kỹ thuật hỗ trợ mạng GSM là: Các phương pháp mã hoá và điều chế tối ưu MCS, điều chế 8-PSK, các giải pháp kỹ thuật hỗ trợ mạng cho mạng EDGE của Nokia và xu hướng phát triển lên mạng WCDMA. Quá trình làm luận văn đã giúp đỡ Em có cơ hội tìm hiểu sâu về hệ thống GSM và các biện pháp kỹ thuật hỗ trợ cần thiết khi tiến hành nâng cấp mạng. Mặt khác Em còn được vận dụng kiến thức đã được các Thầy Cô Giáo dạy Em hơn 4 năm qua và giúp Em làm quen với phương pháp tự nghiên cứu một vấn đề. Một lần nữa Em muốn bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến các Thầy Cô Giáo trong tổ môn Điện Tử Viễn Thông và Thầy Th.S Bùi Đình Thịnh đã giúp đỡ Em trong suốt khóa học cũng như khi Em làm luận văn. Em xin chân thành cảm ơn! TÀI LIỆU THAM KHẢO 66
  • 67. [1] Tổng quan về thông tin di động - hệ thống điện thoại di động GSM, Pts. Nguyễn Quốc Bình. [2] Thông tin di động GSM, PTS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, Nhà xuất bản bưu điện Hà Nội-1999. [3] Kỹ thuật truyền dẫn số, Nhà xuất bản quân đội nhân dân Hà Nội-2001. [4] Kỹ thuật thông tin di động-bản dịch PTS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội. [5] Hệ thống viễn thông Tập1 &2, PGS.TS Phó Hồng Nghị & TS. Phạm Minh Việt, Nhà xuất bản giáo dục- 2001. [6] Hệ thống thông tin di động 3G và xu hướng phát triển, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật-2004. [7] UMTS Networks Architecture Mobility and Services, John Wiley and Sons, LTD-2005. [8] GSM, GPRS and EDGE Performance, John Wiley and Son, LTD-2005. [9] General Packet Radio Service GPRS: Architerture, Protocols and Air Interface, Christian Bettstetter….-1999. [10] Highspeed Mobile Network, Kenvin – 2005. [11] EDGE Introduction of high-speed data in GSM/GPRS networks, Ericson-2003. [12] Transmission of Multimedia Services over GPRS using MPEG-4 Coded Video, Simon Fabri…-1999. [13] http:// www.ebook.com [14] http://en.wikipedia.org [15] http://tudiencongnghe.com [16] www.edge.org ….. CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 67
  • 68. Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt A A Interface Giao diện A giữa BSS và MSC A-bis A-bis Interface Giao diện A-bis giữa BTS và BSC ADC Administration Centre Trung tâm quản trị điều phối AGCH Access Grant Channel Kênh trao quyền truy nhập AuC Authentication Centre Trung tâm nhận thực thuê bao BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển phat quảng bá BSC Base Station Controller Trạm điều khiển gốc BSS Base Station System Hệ thống trạm gốc BSSAP Base Station System Application Part Phần ứng dụng hệ thống trạm gốc BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc BTSM BTS Management Quản lý trạm thu phát gốc CM Connection Management Quản lý nối thông CSPDN Circuit Switched Packet Data Network Mạng dữ liệu gói chuyển mạch kênh EIR Equipment Identity Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution Các tốc độ dữ liệu tăng cường cho nhánh tiên hóa GSM FCCH Frequency Correction Channel Kênh hiệu chỉnh tần số FACCH Fast Associated Control Channel Kênh điều khiển liên kết nhanh GMSC Gateway Mobile Switching Centre Cổng trung tâm chuyển mạch di động GMSK Gaussian Minimum Shift Keying Khóa dịch pha cực tiểu Gau-xơ GSM Global System for Mobile Communication Hệ thống toàn cầu cho thông tin di động GSM HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú HW Hard Ware Phần cứng IMEI Inernational Mobile Equipment Identity Nhận dạng thiết bị di động quốc tế IMSI International Mobile Subscriber Identity Nhận dạng thuê bao di động quốc tế ISDN Intergrated Services Digital Network Mạng số liên kết đa dịch vụ ISI InterSymbol Interference Xuyên nhiễu giữa các dấu ISUP ISDN User Part Phần người sử dụng ISDN LAPD Link Access Procedures on D- Channel Các thủ tục truy nhập đường truyền trên kênh D LAPDm Link Access Produres on Dm Các thủ tục thâm nhập đường truyền 68
  • 69. Channel ở kênh Dm MAP Mobile Application Part Phần ứng dụng di động MM Mobility Management Quản lý di động MS Mobile Station Trạm di động MSC Mobile Switching Centre Trung tâm chuyển mạch di động MT Mobile Terminal Đầu cuối di động MTP Message Transfer Part Phần chuyển thông báo NMC Network Management Centre Trung tâm quản lý mạng OMC Operations and Maintenance Centre Trung tâm khai thác và bảo dưỡng PCM Pulse Coded Modulation Điều chế xung mã PCH Paging Channel Kênh tìm gọi PLMN Groupe Speciale Mobile Nhóm chuyên môn di động PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng PSPDN Packet Switched Packet Data Network Mạng dữ liệu gói chuyển mạch gói PSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng RACH Radom Access Channel Kênh truy nhập ngẫu nhiên RPE- LPC Regular Pulse Excitation-Linear Pridictive Coding Mã hóa dự đoán tuyến tính- giải pháp kích xung đều RR Radio Resource Management Quản lý tiềm năng vô tuyến SACCH Slow Associated Control Channel Kênh điều khiển liên kết chậm SCCP Signalling Connection Control Part Phần điều khiển nối thông báo hiệu SCH Synchronization Channel Kênh đồng bộ SDCCH Standalone Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dành riêng đứng riêng một mình SMS Short Message Service Dịch vụ bản tin ngắn SW Soft Ware Phần mềm TCAP Transaction Capabilities Application Part Phần ứng dụng khả năng trao đổi TCH/F Traffic Channel/Full Rate Kênh lưu lượng toàn tốc TCH/H Traffic Channel/Half Rate Kênh lưu lượng bán tốc TDMA Time Division Multiplexi Access Truy nhập phân chia theo thời gian TE Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối TS Time Slot Khe thời gian TUP Telephone User Part Phần người sử dụng điện thoại TRAU Transcoder Rate Adapter Unit Khối thích ứng tốc độ chuyển đổi 69
  • 70. mã TRU Tranceiver Radio Unit Khối vô tuyến thu phát Um Um Air Interfacee Giao diện vô tuyến giữa MS và BTS VLR Visitor Location Register Bộ ghi định vị tạm trú WCDM A Wideband Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng 70
  • 71. 71
  • 72. 72