CHUYÊN ĐỀ 1 HT THÔNG TIN TIN DI ĐỘNG GSM

1. CHUYÊN ĐỀ 1 HT THÔNG TIN TIN DI ĐỘNG GSM

2. 1 TỔNG QUAN & VÀ KHÁI NIỆM CƠ BẢN TTDĐ

3. 1.1 TỔNG QUAN TTDĐ • Lịchsửpháttriển • Ra đời 1920, sử dụng cho cảnh sát ở Mỹ. • 1960, xuất hiện hệ thống điện thoại di động đầu tiên: Ít tiện lợi, dung lượng rất thấp • 1983, hệ thống AMPS (Advance Mobile Phone System) • Hệthống TTDĐ thếhệthứnhất • Hệthốngtươngtự, song công, điềutần • Đatruynhập: FDMA (Frequency Division Multiple Access) • Nhượcđiểm: • Dung lượngthấp, phổtầnhạnchế • Nhiễutíchlũyvàphađinh • Bảomậtkém • Khôngpháttriểncácdịchvụmới • Khôngtươngthíchcáchệthống

4. 1.1 TỔNG QUAN TTDĐ • Lịch sử phát triển (2) • 1991, hệ thống GSM (Global System for Mobile communications) • Hệ thống TTDĐ thế hệ thứ hai ở châu Âu • Hệ thống số, băng tần 900MHz • Đa truy nhập TDMA (Time Division Multiple Access) • Hệ thống băng hẹp • 1990s, hệ thống IS-95 (Interim Standar – CDMA Qualcom) • Thế hệ hai ở Mỹ và châu Á • Đa truy nhập CDMA (Code Division Multiple Access) • 2000, chuẩn IMT-2000 (Internatinal Mobile Communications, ITU-R) • Hệ thống TTDĐ thế hệ ba • Kết nối các hệ thống TTDĐ trên toàn cầu • Sử dụng kỹ thuật FDMA, TDMA, CDMA • Chất lượng dịch vụ tương đương mạng cố định • Đa phương tiện băng rộng (tới 2Mb/s) • Hệ thống đề xuất: cdma2000 và W-CDMA

5. 1.1 TỔNG QUAN TTDĐ • Lịchsửpháttriển (3) • Việt Nam, 1993 đưa vào hệ thống GSM: GSM – GPRS – EDGE • Nhàkhaithác: VMS (Vietnam Mobile Services) – Mobifone • Nhàkhaithác: GPC – Vinaphone • Nhàkhaithác: Viettel – Viettel • Các mạng dựa trên công nghệ CDMA: cdma2000 1x – cdma2000 EV-DO • Nhàkhaithác SPT (Saigon Post and Telecommunications) – Sfone • Nhàkhaithác EVN – E-mobile • Nhàkhaithác HT – HT mobile (Hiệnđangchuyển sang côngnghệ GSM)

6. Lộtrìnhtiếnhóacáchệthống TTDĐ

7. 1.1 TỔNG QUAN TTDĐ • Khái niệm • Thông tin di động là hình thức thông tin với dịch vụ cung cấp trực tiếp đến khách hàng qua đường truyền kết nối vô tuyến đảm bảo thông tin mọi lúc, mọi nơi.

8. 1.1 TỔNG QUAN TTDĐ Yêu cầu cơ bản Sử dụng hiệu quả băng tần được cấp phát Hạn chế của băng tần vô tuyến, kênh vô tuyến cung cấp trực tiếp đến người dùng Đảm bảo chất lượng truyền dẫn Khắc phục ảnh hưởng của môi trường hở, mã hóa tiết kiệm băng tần Đảm bảo an toàn thông tin Nhận dạng thuê bao (SIM – Subscriber Identify Module) Mật mã hóa thông tin Đảm bảo liên tục thông tin Khai thác dịch vụ mới, phi thoại Thiết bị đầu cuối gọn nhẹ, tiêu thụ ít năng lượng

9. 2 HỆ THỐNG GSM

10. 2.1 MỞ ĐẦU • Kháiquát • GSM Là hệ thống TTDĐ số đầu tiên trên thế giới • GSM (Group Special for Mobile, 1982) do HộinghịcáccơquanquảnlýbưuchínhvàviễnthôngchâuÂu (CEPT) thànhlậpnghiêncứupháttriểnhệthốngđiđộngtoàncầu, GSM - Global System for Mobile communications • Hệthốngbănghẹp, hoạtđộng ở băngtần 900MHz; 1800MHz • Khaithácnăm 1991 • Côngnghệ TDMA/FDMA/FDD • GSM ở Việt Nam • Mạngmobifone (VMS – Vietnam Mobile Services vàConvik – Thuỵđiển), 1995 • MạngVinaphone (GPC), 1997 • MạngViettel • HT mobile • ....

11. 2.1. Mởđầu(Kiếntrúc GSM_1)

12. NSS BSS E PSTN PSTN Abis B D A H C BSC MS MSC GMSC BTS VLR SS7 HLR AuC BSS — Base Station System BTS — Base Transceiver Station BSC — Base Station Controller MS — Mobile Station NSS — Network Sub-System MSC — Mobile-service Switching Controller VLR — Visitor Location Register HLR — Home Location Register AuC — Authentication Server GMSC — Gateway MSC 2.1. Mởđầu(Kiếntrúc GSM_1) GSM — Global System for Mobile communication

13. 2.1. Mởđầu • Phổ tần RF • GSM 900 Đường lên (MS => BTS) : 890-915 Mhz Đường xuống (BTS =>MS : 935-960 Mhz Độ rộng băng tần : 2* 25 Mhz • GSM 1800 Đường lên (MS=>BTS : 1710-1785 Mhz Đường xuống (BTS => MS) : 1805-1880 Mhz Độ rộng băng tần : 2* 75 Mhz • Thông số kỹ thuật cơ bản của GSM

14. 2.1. Mởđầu • Phân cách sóng mang : 200 Khz • Khoảng cách song công : 45 Mhz • Số sóng mang RF : 124 • Phương pháp đa truy nhập: TDMA/FDMA • Phương pháp điều chế : GMSK • Tốc độ dữ liệu điều chế : 270.833 Kbps • Thông số kỹ thuật cơ bản của GSM

15. Khốichứcnăng GSM • SIMlàmộtthiếtbị an ninhchứatấtcảcácthông tin cầnthiếtvàgiảithuậtđểnhậnthựcthuêbaochomạng. Muốnvậy, SIMchứa CPU vàbakiểunhớ: (1) ROM chứahệđiềuhành, chươngtrìnhchoứngdụng GSM vàcácgiảithuật an ninh A3 và A8; (2) RAM phụcvụthựchiệncácgiảithuậtvànhớđệmchotruyềndẫnsốliệu; (3) EEPROM chứasốliệunhậycảmnhưKi (khóabímật), sốnhậndạngthuêbaodiđộng IMSI, sốđể quay, bản tin ngắn, thông tin vềmạng, thông tin vềthuêbaonhưsốnhậndạngthuêbaotạmthời TMSI, nhậndạngvùngđịnhvị LAI.

16. Khốichứcnăng GSM • BSS bao gồm một số BTS và BSC. • BTS điều khiển lưu lượng vô tuyến giữa MS và chính nó thông qua giao diện vô tuyến Um. • SS chứa MSC thực hiện tất cả các ứng dụng cần thiết để định tuyến cuộc gọi đến hoặc từ người sử dụng và mạng điện thọai khác như: ISDN, PSTN. • HLR chứa tất cả các thông tin về thuê bao trong vùng của GMSC. • VLR chứa các chi tiết tạm thời về MS làm khách tại MSC hiện thời và cũng chứa TMSI.

17. Khốichứcnăng GSM • AuC được đặt tại HLR là một trong những nơi phát đi thông số an ninh quan trọng nhất, đảm bảo mọi thông số cần thiết cho nhận thực và mật mã hóa giữa MS và BTS. TMSI cho phép ngăn ngừa lấy trộm thông tin về tài nguyên hợp pháp và theo dõi vị trí của người sử dụng. • EIR ghi lại nhận dạng số máy của ME nhằm chống mất cắp máy. Nói một cách khác EIR chứa số seri máy của mọi MS và đánh dấu số máy bị mất hoặc bị ăn cắp mà hệ thống sẽ không cho phép

18. Nguyênlýhoạtđộngtrong GSM Đa truy nhập vô tuyến ở GSM sử dụng phương pháp kết hợp giữa FDMA và TDMA. Truyền dẫn vô tuyến ở GSM được chia thành các cụm(BURST)chứa hàng trăm bit đã được điều chế.Mỗi cụm được phát đi trong một khe thời gian có độ rộng là 15/26 ms ở trong một kênh tần số có độ rộng 200KHz nói trên. Sơ đồ mô tả cách kết hợp FDMA và TDMA

19. Nguyênlýhoạtđộngtrong GSM • Mỗi 1 kênh tần số cho phếp tổ chức các khung truy nhập theo thời gian,mỗi khung bao gồm 8 khe thời gian từ 0-7 • Phân bố tần số ở GSM được quy định nằm trong dải tần 890-960 MHz,bao gồm 125 kênh đánh số từ 0-124.kênh 0 dành cho khoảng bảo vệ nên không được sử dụng • Để cho các kênh lân cận không gây nhiễu cho nhau mỗi BTS phủ một tế bào của mạng phải sử dụng các tần số cách xa nhau và các ô sử dụng các tần số giống nhau hoặc gần nhau cũng phải xa nhau • GSM sử dụng sơ đồ điều chế GMSK

20. 2.2 GIAO DIỆN VÔ TUYẾN • Cấu trúc lớp vật lý

21. Tiếng Tiếng Mã hóa tiếng Giải mã tiếng 13 Kbps Mã hóa kênh Giải mã kênh 22,8 Kbps Đan xen Giải đan xen 22,8 Kbps Định dạng cụm Định dạng cụm 33,6 Kbps Mật mã hóa Giải mật mã Giao diện vô tuyến 270,83 Kbps 33,6 Kbps Điều chế Giải điều chế 2.2 GIAO DIỆN VÔ TUYẾN Minh họa quá trình truyền dẫn

22. 2.2 GIAO DIỆN VÔ TUYẾN • Kênh trong GSM • Kênh vật lý: Kênh mang thông tin. • Kênh logic: Thông tin truyền trên kênh kênh vật lý, đặc trưng loại thông tin. • Kênh vật lý • Xác định bằng một khe thời gian và một cặp tần số • Phương thức đa truy nhập: FDMA/TDMA/FDD • Đa truy nhập phân chia theo thời gian kết hợp với phân chia theo tần số • Song công phân chia theo tần số

23. Quản lý truyền thông (CM: Communication management: CM) Quản lý an ninh và tính di động (MM: Mobility and security management:) Quản lý tài nguyên vô tuyến (RR: Radio resources management RR) RACH BCCH AGCH/PCH SDCCH SACCH TCH FACCH 2.2 GIAO DIỆN VÔ TUYẾN Cấu trúc phân cấp của giao diện Um Lớp ứng dụng mạng (L3) Lớp liên kết dữ liệu (L2) Quản lý tích hợp (Integrated management) Lớp liên kết vật lý (L1) TCH0 TCH1 TCH2。。SACCH 。。TCH23 IDL Đa khung

24. 2.2 GIAO DIỆN VÔ TUYẾN • Mã hoá tiếng: • Lọc băng thông 3KHz • Biến đổi A/D, tần số lấy mẫu 8000Hz • Lượng tử hoá đồng đều • Mã hoá 13 bít cho một mẫu • Phân đoạn 160mẫu/20ms, mã hoá thành 260bit (13Kb/s) • Mã hoá kênh • Mã hoá khối tuyến tính (CRC) để phát hiện lỗi • Mã hoá xoắn để sửa lỗi Đầu ra được 456bit/20ms (22,8Kb/s) • Đan xen hai mức • Mức 1: 456bit viết vào ma trận 8x57, phần tử nhớ 1 bit, ghi theo cột, đọc theo hàng • Mức 2: Xáo trộn khối, ghép 2 khối thành cụm 114 bit.

25. Đường lên (Uplink) Đường xuống (Downlink) 890 915 935 960MHz 2.2 GIAO DIỆN VÔ TUYẾN Phân bổ phổ tần GSM 900 Khoảng cách song công: 45MHz Độ rộng băng tần kênh: 200KHz

26. Đường lên Đường xuống 1710 1785 1805 1880MHz 2.2 GIAO DIỆN VÔ TUYẾN Phân bổ phổ tần DCS 1800 Khoảng cách song công : 95MHz Độ rộng băng tần kênh : 200KHz

27. 2.2 GIAO DIỆN VÔ TUYẾN Kênh logic là kênh được đặc trưng bởi loại thông tin truyền giữa BTS & MS, được đặt trên kênh vật lý

28. 2.2 GIAO DIỆN VÔ TUYẾN Phân loại kênh Logic • GSM900 và DCS1800 có cùng loại kênh logic Kênh logic Kênh riêng (DCH) Kênh chung (CCH) Kênh điều khiển quảng bá (BCH) Kênh lưu lượng (TCH) Kênh điều khiển chung (CCCH) Kênh điều khiển TCH/H FCCH SCH BCCH (Thông tin hệ thống) PCH AGCH RACH FACCH TCH/F SDCCH SACCH

29. Tìm cụm hiệu chỉnh tần số Tìm chuỗi đồng bộ Đọc thông tin hệ thống Theo dõi bản tin tìm gọi Gửi cụm truy cập Chờ phân bổ kênh báo hiệu Thiết lập cuội gọi Gán kênh lưu lượng Hội thoại Giải phóng cuộc gọi Trạng thái “off” FCCH SCH BCCH Chế độ rỗi PCH RACH AGCH Chế độ chiếm_dedicated mode SDCCH SDCCH TCH FACCH Chế độ rỗi_idle mode 2.2 GIAO DIỆN VÔ TUYẾN Sử dụng các kênh logic

30. 2.2 GIAO DIỆN VÔ TUYẾN • TCH – Traffic CHannel • Tiếng thoại • TCH/F (Bm): TCH toàn tốc, 13Kb/s • TCH/H (Lm): TCH bán tốc, 6,5Kb/s • Số liệu • Tốc độ 12Kb/s cho số liệu 9,6Kb/s • Tốc độ 6Kb/s cho số liệu 4,8Kb/s • Tốc độ 3,6Kb/s cho số liệu  2,4Kb/s • CCH – Control CHannel • BCH (Broadcasting CHannel): Kênh quảng bá • CCCH (Common Control CHannel): Kênh điều khiển chung • DCCH (Dedicated Control CHannel): Kênh điều khiển riêng

31. 2.2 GIAO DIỆN VÔ TUYẾN • BCH • FCCH (Frequency Correction CHannel): Kênh hiệu chỉnh tần số • Kênh đường xuống • Mang thông tin hiệu chỉnh tần số để MS giải điều chế nhất quán • SCH (Synchronization CHannel): Kênh đồng bộ • Kênh đường xuống • Mang thông tin đồng bộ khung, nhận dạng BTS • BCCH (Broadcasting Control CHannel): Kênh điều khiển quảng bá • Kênh đường xuống • Quảng bá các thông tin hệ thống • CBCH (Cell Broadcasting CHannel): Kênh quảng bá ô • Kênh đường xuống • Quảng bá ô cho các bản tin ngắn, dùng chung kênh vật lý với kênh SDCCH

32. 2.2 GIAO DIỆN VÔ TUYẾN • CCCH • PCH (Paging CHannel): Kênh tìm gọi • Kênh đường xuống • Mang thông tin tìm gọi MS • RACH (Random Access CHannel): Kênh truy nhập ngẫu nhiên • Kênh đường lên • Mang thông tin yêu cầu của MS để được dành 1 kênh SDCCH • AGCH (Access Grant CHannel): Kênh cho phép truy nhập • Kênh đường xuống • Mang thông tin chỉ định một kênh SDCCH cho MS

33. 2.2 GIAO DIỆN VÔ TUYẾN • DCCH • SDCCH (Standalone DCCH): Kênh điều khiển riêng đứng một mình • Kênh hai chiều • Mang thông tin báo hiệu giữa một MS và mạng cho các thủ tục cập nhật, thiết lập cuộc gọi để ấn định TCH. • SACCH (Slow Associated Control CHannel): Kênh điều khiển liên kết chậm • Kênh hai chiều • Kênh số liệu, mang thông tin như báo cáo đo lường, định trước thời gian, điều khiển công suất • Liên kết với một TCH hoặc một SDCCH • FACCH (Fast Associated Control CHannel): Kênh điều khiển liên kết nhanh • Kênh hai chiều • Kênh báo hiệu đột suất, mang thông tin xử lý cho chuyển giao (roaming, handover) • Liên kết với một TCH. Làm việc ở chế độ lấy cắp, thay đổi cụm tiếng bằng số liệu báo hiệu

34. 2.2 GIAO DIỆN VÔ TUYẾN • Xếp đặt các kênh logic lên kênh vật lý • Tổ hợp 1. TCH + FACCH + SACCH/T 2. FCCH + SCH + BCCH + CCCH 3. FCCH + SCH + BCCH + CCCH + SDCCH/4(0…3) + SACCH/C4(0…3) 4. BCCH + CCCH 5. SDCCH/8(0…7) + SACCH/C8(0…7) CCCH = PCH + AGCH + RACH T = TCH C = CCH • Cấu trúc (3) cho ô dung lượng nhỏ, cấu trúc (4) cho ô dung lượng lớn (cần nhiều CCCH)

35. 2.2 GIAO DIỆN VÔ TUYẾN • Cấu trúc (2): FCCH + SCH + BCCH + CCCH • Kênh BCH của ô • Phát ở TS0 trên sóng mang C0 của ô (MS tìm kênh bằng FCCH) • Chu kỳ lặp là 51 khung TDMA (1MF) • Để MS có thể đo cường độ trường độ trường khi nhập mạng hoặc chuyển giao • BTS phát liên tục ở tất cả các khe TS0 của C0 • Khi CCCH rỗng sẽ được thay thế bằng cụm giả • Đường lên TS0, C0 dùng cho RACCH

36. 2.2 GIAO DIỆN VÔ TUYẾN • Cấu trúc (5): SDCCH + SACCH

37. 2.2 GIAO DIỆN VÔ TUYẾN • Cấu trúc (5): SDCCH + SACCH • Có thể xắp xếp ở mọi khe thời gian còn lại, mặc định tại TS1 của C0 • Tốc độ báo hiệu khi đăng ký và thiết lập cuộc gọi khá chậm • 8 MS sử dụng 8 SDCCH trên 1 khe thời gian (kênh con) 4 TS1 đầu của cấu trúc MF cho MS 1, … • Chu kỳ lặp 102 khung TDMA • Đường xuống và đường lên dịch nhau về thời gian • SDCCH0 đường xuống phát ở khung 0 …3 • SDCCH0 đường lên phát ở khung 16…19 (MS có thời gian tính toán trả lời yêu cầu của mạng)

38. 2.2 GIAO DIỆN VÔ TUYẾN • Cấu trúc (1): TCH + FACCH + SACCH/T • Phát trên TS2 đến TS7 • Chu kỳ lặp là 26 khung TDMA/120ms (1MF) • FACCH sử dụng cùng kênh lưu lượng theo chế độ lấy cắp (cụm tiếng được thay thế bằng báo hiệu)