Chapter 3 gsm - part 1

Thông tin di động

Nội dung môn học

•  Tổng quan về hệ thống TTDD •  Hệ thống GSM •  Sử dụng lại tần số -‐ hoạch định mạng

•  Trải phổ và chống nhiễu trong 3G

Tài liệu tham khảo •  Thông tin di động số, Ericsson, 1996 •  GSM System Survey – Ericsson •  Tính toán mạng thông tin di động số cellular,

Thầy Vũ Đức Thọ •  GSM, CdmaOne and 3G Systems,

Raymond Steele, Chin-‐Chun Lee, Peter Gould

•  GSM, Switching, Services and Protocols, John Wiley & Sons

•  Website của tạp chí bưu chính viễn thông, địa chỉ: http://www.tapchibcvt.gov.vn/

•  http://www.google.com •  http://en.wikipedia.org/wiki/History_of_mobile_phones

Phần 1

TỔNG QUAN VỀ

HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

Giới thiệu

•  Hệ thống thông tin di động tế bào số (Digital Cellular mobile communication systems) hay còn gọi là hệ thống thông tin di động (mobile systems) là hệ thống liên lạc với nhiều điểm truy nhập khác nhau (access points, or base stations) trên một vùng địa lý hay còn goi là các cell.

•  Nguời sử dụng có thể di chuyển trong vùng phủ sóng của các trạm (base station).

Khái niệm tế bào

– Cell – tế bào hay ô: là đơn vị cơ sở của mạng, tại đó

trạm di động MS tiến hành trao đổi thông tin với

mạng qua trạm thu phát gốc BTS (BS).

– Trong đó: – MS: Mobile Station -‐ trạm di động.

–  BTS (BS): Base Tranceiver Station (Base Station)

Trạm thu phát gốc BTS – Base Transceiver

Sta=on (BS – Base Sta=on)

MS

BTS

PBTS

RFC(n)

RSSI

Radio Signal Strength Indication

chỉ thị cường độ Hn hiệu

Vùng phủ sóng

(coverage area)

HÌNH DẠNG LÝ THUYẾT

Khái niệm tế bào

Độ nhạy thu -‐ Receive Sensitivity:

– Mức công suất tối thiểu mà tại đó máy thu vẫn

nhận được tín hiệu với một chất lượng xác

định.

–  Đơn vị: [dBm]

–  VD: Card mạng WLAN theo chuẩn 802.11 có độ

nhạy thu là -‐96 dBm

Đơn vị công suất

P à W <=> dB; mW <=> dBm

P(mW) P(dBm)

10 10 1 0

10-‐1 -‐10 10-‐2 -‐20

P(dBm) = P(dB) + 30

P (dBm) = 10 log10 [ P (mW)]

Hình dạng và kích thước cell

Cell lớn

Cellnhỏ

(Macrocell)

(Microcell)

Macro Cell

Vị trí thiết kế: -‐  Sóng vô tuyến ít bị

che khuất ( vùng nông thông, ven biển . . . ).

-‐  Mật độ thuê bao thấp.

-‐  Yêu cầu công suất phát thấp.

Bán kính phủ sóng ~ n km ÷ n * 10 km ( GSM: <= 35 Km)

Micro Cell

Vị trí thiết kế : -‐  Sóng vô tuyến bị che

khuất . -‐  Mật độ thuê bao

cao.

-‐  Yêu cầu công suất phát lớn.

Bán kính phủ sóng ~ n * 100 m ( GSM: <= 2 Km)

Phương thức phủ sóng

Vô hướng Anten vô hướng hay 3600 bức xạ năng lượng đều theo mọi hướng.

1 Site = 1 cell 3600


Định hướng Anten có hướng tính, tập trung năng lượng trong một không gian nhỏ hơn.

Cải thiện chất lượng tín hiệu.

Tăng dung lượng thuê bao.

1 Site = 3 Cell 1200


BTS – Base Transceiver StaYon


Quy hoạch vùng phủ sóng: q  Mật độ thuê bao q  Yếu tố địa hình

Số lượng BTS Kích thước Cell Phương thức phủ sóng


Satellite

Macrocell Microcell

Urban In-Building

Picocell

Global

Suburban

Lịch sử phát triển •  1st generation

–  Analog circuit switched systems (AMPS)

•  2nd generation

–  Digital circuit switched systems (GSM, IS-‐95)

•  2.5 generation

–  Digital packet switched systems (GPRS)

•  3rd generation

–  Digital packet switched systems (UMTS, cdma2000)

•  4th generation: LTE Long Term Evolution

1G -‐ First Genera=on

q Hệ thống thông tin di động tương tự sử dụng

phương thức đa truy nhập phân chia theo tần số

FDMA và điều chế tần số FM.

q Đặc điểm chính:

– Đơn thuần hỗ trợ dịch vụ thoại.

– Chất lượng thấp.

– Tính bảo mật kém.

trang son

Underline


q  Một số hệ thống điển hình:

–  NMT: Nordic Mobile Telephone sử dụng băng tần 450

MHz. Triển khai tại các nước Bắc Âu vào năm 1981

(Scandinavia).

–  TACS: Total Access Communication System triển khai tại

Anh vào năm 1985.

–  AMPS: Advanced Mobile Phone System triển khai tại Bắc

Mỹ vào năm 1978 tại băng tần 800 MHz.


q  Các hệ thống thông tin di động số tế bào: –  Dung lượng tăng.

–  Chất lượng thoại tốt hơn. –  Hỗ trợ một số dịch vụ số liệu đơn giản.

q  Phương thức đa truy nhập: –  TDMA

–  CDMA (Băng hẹp)

q  Phương thức chuyển mạch: chuyển mạch kênh -‐ Circuit Switching.

Second Genera=on (2G)

Second Genera=on (2G)

Một số hệ thống điển hình:

•  GSM: ( Global System for Mobile Phone )-‐ TDMA. Triển khai tại

Châu Âu vào năm 1991.

•  D-‐AMPS ( IS-‐136 -‐ Digital Advanced Mobile Phone System) – TDMA. Triển khai tại Mỹ

•  IS-‐95 (CDMA one) -‐ CDMA.

Triển khai tại Mỹ và Hàn Quốc.

•  PDC (Personal Digital Cellular ) – TDMA, Triển khai tại Nhật Bản vào năm 1991.

2.5G -‐ Evolved Second Genera=on

– Các dịch vụ số liệu cải tiến : •  Tốc độ bit cao hơn. •  Hỗ trợ kết nối Internet.

– Phương thức chuyển mạch: •  Chuyển mạch gói -‐ Packet Switching

Ví dụ:

– GPRS -‐ General Packet Radio Services: Nâng cấp từ mạng GSM

nhằm hỗ trợ chuyển mạch gói (172 kbps).

– EDGE -‐ Enhance Data rate for GSM Evolution –  Hỗ trợ tốc độ bit cao hơn GPRS trên nền GSM (384 kbps)

q  Hỗ trợ các dịch vụ số liệu gói tốc độ cao: •  Di chuyển trên các phương Yện (Vehicles): 144 kbps -‐ Macro Cell

•  Đi bộ, di chuyển chậm (Pedestrians):

384 kbps – Micro cell

•  Văn phòng ( Indoor, staYonary users) 2 Mbps -‐ Pico cell

q  Dịch vụ đa phương Yện, kết nối qua Internet: Video Streaming, video conference, web browsing, email, navigaYonal maps . .

3G -‐ Third Genera=on

– Hai hướng tiêu chuẩn cho mạng 3G:

• W-‐CDMA: UTMS:

– Phát triển từ hệ thống GSM, GPRS.

•  CDMA 2000 1xEVDO:

– Phát triển từ hệ thống CDMA IS-‐95.

3G -‐ Third Genera=on

4G -‐ Fourth Genera=on

– Tốc độ cao ( n * 10 Mbps )

– Tăng cường khả năng tích hợp theo xu hướng hội tụ theo các phương diện: thiết bị đầu cuối, ứng dụng và

hạ tầng mạng trên nền giao thức IP. . .

– Xu hướng kết hợp: mạng lõi IP + mạng truy nhập di

động ( 3G ) và truy nhập vô tuyến Wimax & Wi-‐Fi !

IMT-‐2000 Vision Includes LAN, WAN and Satellite Services

Satellite

Macrocell Microcell

Urban In-Building

Picocell

Global

Suburban

Basic Terminal PDA Terminal

Audio/Visual Terminal

ξ1. Lịch sử phát triển

•  Fourth Genera=on (4G)

–  Hiện nay đang xây dựng chuẩn. –  Cải Yến về dịch vụ dữ liệu:

•  Tốc độ bit: 20 – 100 Mb/s.

–  Phương thức điều chế: •  OFDM, MC-‐CDMA

–  Xu hướng kết hợp: mạng lõi IP + mạng truy nhập di động (3G) và

truy nhập vô tuyến Wimax & Wi-‐Fi !

Băng tần của hệ thống

•  Mỗi hệ thống thông tin di động được cấp phát một hoặc nhiều băng tần xác định.

•  Trong mỗi băng tần, các kênh vô tuyến của hệ thống sẽ được ấn định.

•  Ví dụ: Băng tần GSM 900 được cấp phát là

-  UL: 890 MHz – 915 MHz -  DL: 935 MHz – 960 MHz

Phần 2

HỆ THỐNG GSM

Nội dung

•  Cấu trúc hệ thống •  Phân cấp vùng phục vụ •  Các giao diện •  Các Kênh •  Vấn đề sử dụng lại tần số •  Chia phân cung •  Tính SIR tại MS •  Chu trình cuộc gọi và chuyển giao

Cấu trúc hệ thống GSM

•  Mạng thông Yn di động mặt đất công cộng PLMN (Public Land Mobile Network) theo chuẩn GSM được chia thành 3 (4) phân hệ chính sau:

– Phân hệ chuyển mạch -‐ NSS •  Network Switching Subsystem.

– Phân hệ vô tuyến -‐ RSS = BSS + MS

•  Radio SubSystem

– Phân hệ vận hành và bảo dưỡng -‐ OMS •  OperaYon and Maintenance Subsystem

Cấu trúc hệ thống GSM

msc

iwf

ec

eir

vlr

auc hlr

NSS

bsc

bts bts bts

SIEMENSNIXDORF

trau

BSS

omc

Data

NetwoRK

pstn

ms !

Me ! sim !

Kết nối mang thông tin báo hiệu /điều khiển Kết nối mang thông tin người sử dụng và báo hiệu

IWF: InterWorking Function - Khối tương tác mạng EC: Echo Canceler - Khối triệt tiếng vọng

Omc- s !

Omc- r!

Trạm di động MS -‐ Mobile StaYon

•  Trạm di động MS = ME + SIM – ME : Mobile Equipment -‐ thiết bị di động – SIM: Subscriber IndenYty Module

Module nhận dạng thuê bao.

•  ME = hardware + so�ware •  ME ó IMEI = Assigned at the factory

Serial Number Final Assembly Code

Type Approval Code

6 digits 2 digits

IMEI

6 digits

Sp

1 digit

Trạm di động MS -‐ Mobile Sta�on

•  SIM: lưu giữ các thông Yn nhận thực thuê bao và mật mã hóa/giải mật mã hóa.

•  Các thông Yn lưu giữ trong SIM: –  Các số nhận dạng IMSI, TMSI

–  Khóa nhận thực Ki –  Số hiệu nhận dạng vùng định vị LAI: (LocaYon Area ID) –  Khóa mật mã Kc –  Danh sách các tần số lân cận

1. Phân hệ trạm gốc BSS

q  BSS: Base StaYon Subsystem q  BSS = TRAU + BSC + BTS

– TRAU (XCDR): Bộ chuyển đổi mã và phối hợp tốc độ.

– BSC: Bộ điều khiển trạm gốc. – BTS: trạm thu phát gốc.

q  BSS kết nối với NSS qua luồng PCM cơ sở 2 Mbps.

Bộ điều khiển trạm gốc BSC

q BSC: Base StaYon Controller

q Bộ điều khiển trạm gốc BSC thực hịên các chức năng sau:

–  Điều khiển một số trạm BTS: xử lý các bản Yn báo hiệu, điều

khiển,vận hành & bảo dưỡng đi/đến BTS.

–  Khởi tạo kết nối.

–  Điều khiển chuyển giao:Intra & Inter BTS HO

–  Kết nối đến MSC, BTS và OMC.

BSS’s components

bsc

bts

trau

BSS

MSC

bts bts

BSS = TRAU + BSC + BTS

Trạm thu phát gốc BTS

q BTS: Base Tranceiver StaYon hoặc BS: Base StaYon q Trạm thu phát gốc BTS thực hịên các chức năng sau:

–  Thu phát vô tuyến (Radio Carrier Tx and Rx) –  Ánh xạ kênh logic vào kênh vật lý

( Logical to physical Ch Mapping )

–  Mã hóa/giải mã hóa (Coding/Decoding)

–  Mật mã hóa/giải mật mã hóa(Ciphering/Deciphering)

–  Điều chế / giải điều chế (ModulaYng/ DemodulaYng)

Cấu hình BSS

BTS BTS

BSC

BTS

BTS

BTS

BTS

1

2

3

4

6

7

BTS

5

BTS đặt gần: co-located BTS: 1 BTS ở xa: remote BTS: 2 ÷ 7

* Vị trí của BTS so với BSC:

* Cấu hình kết nối các BTS: Hình sao: star - 1,2,3 Hình chuỗi: chain - 1,2,4,5

Mạch vòng: loop - 1,2, 4,6,7 ,3, 1

Bộ TRAU (XCDR)

TRAU: Transcoding and Rate AdapYon Unit hoặc XCDR : TransCoDeR

chuyển đổi

mã

MSC

PCM: 64 Kbps

LPC: 13 Kbps

BSC

M

UX

+ header: 3 Kbps

Ghép kênh: 4*(3+13) = 64 Kbps

Tốc độ 1 kênh thoại: 16 Kbps

1

2

3

4

1 TS ó 1 kênh thoại: 64 kbps

1 TS (64kbps) ó 4 kênh (16kbps)

2. Phân hệ chuyển mạch NSS

Tổng đài di động MSC

Chức năng: •  Xử lý cuộc gọi (call procesing). •  Điều khiển chuyển giao (Handover control). •  Quản lý di động (mobility management). •  Xử lý tính cước (billing). •  Tương tác mạng (interworking function):GatewayMSC

GMSC

Bộ định vị thường trú HLR “HLR là cơ sở dữ liệu tham chiếu lưu giữ lâu dài các thông tin về thuê

bao”. •  Các số nhận dạng: IMSI, MSISDN. •  Các thông tin về thuê bao •  Danh sách dịch vụ MS được/hạn chế sử dụng. •  Số hiệu VLR đang phục vụ MS

HLR: Home Location Register

Bộ định vị tạm trú VLR “VLR là cơ sở dữ liệu trung gian lưu giữ tạm thời thông tin về thuê bao

trong vùng phục vụ MSC/VLR được tham chiếu từ cơ sở dữ liệu HLR”. •  Các số nhận dạng: IMSI, MSISDN,TMSI. •  Số hiệu nhận dạng vùng định vị đang phục vụ MS. •  Danh sách dịch vụ MS được/hạn chế sử dụng •  Trạng thái của MS (bận: busy; rỗi : idle)

VLR: Visitor Location Register

Trung tâm nhận thực AuC

“AuC (AC) là cơ sở dữ liệu lưu giữ mã khóa cá nhân Ki của các thuê bao và tạo ra bộ ba tham số nhận thực ‘triple: RAND, Kc,SRES’ khi HLR yêu cầu để tiến hành quá trình nhận thực thuê bao”.

AuC: Aunthentication Center

Khối nhận dạng thiết bị EIR

EIR: Equipment Identity Register

“EIR là cơ sở dữ liệu thông tin về tính hợp lệ của thiết bị ME qua số IMEI”.

•  Một thiết bị sẽ có số IMEI thuộc 1 trong 3 danh sách: + Danh sách trắng (white list) -> valid ME + Danh sách đen (black list) -> stolen ME + Danh sách xám (gray list) -> ME is fauly or do not meet curent GSM

specifications

3. Phân hệ vận hành và bảo dưỡng OMS

OMS: Operation and Maintenance Subsystem

Trung tâm vận hành và bảo dưỡng OMC

OMC: Operation and Maintenance Center

Trung tâm vận hành và bảo dưỡng OMC

Cấu trúc mạng GSM

Vùng phủ sóng -‐ Vinaphone

Miền Bắc

KV1: Hà Nội và các tỉnh phía Bắc

đến Quảng Bình

Vùng 1

KV1: Các tỉnh miền Trung từ Quảng trị đến Khánh

hòa và tỉnh Tây nguyên

Vùng 3



KV2: TP. Hồ Chí Minh và các tỉnh phía Nam từ

Ninh thuận đến Cà mau

Vùng 2

GSM Func=on

Phân cấp vùng phục vụ GSM Service Area

Vùng phục vụ PLMN

Vùng định vị LAI và vùng phục vụ MSC/VLR

Số nhận dạng vùng định vị LAI

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

Số nhận dạng ô toàn cầu GCI: GCI = MCC + MNC + LAC + CI = LAI + CI

Location Area Code (LAC)

Mobile country Code (MCC)

3 digits 2 digits 2 Bytes

Mobile Network Code

(MNC)

Location Area Code (LAC)

Mobile country Code (MCC)

3 digits 2 digits

Cell Identity (CI)

2 Bytes 2 Bytes

Mobile Network Code (MNC)

Các giao diện trong mạng GSM

Khái niệm

•  Giao diện -‐ Interface:

”Là ranh giới giữa các thực thể chức năng (funcYonal

enYYes) tại đó khuôn dạng dữ liệu (protocols) và quá

trình trao đổi thông Yn (procedure) được chuẩn hóa”

Giao diện trong GSM

Làm việc nhóm

Tìm hiểu giao diện Um -‐  Phân bố tần số uplink và downlink -‐  Chức năng

Băng tần GSM

Dải GSM900

Dải tần

Quá trình xử lý �n hiệu thoại GSM

Speech coding

Channel Coding

Encry- ption

Inter- leaving

Burst assembly

Modu- lator

Speech decoding

Channel De-

Coding

Decry- ption

Deinter- leaving

Burst disasse-

mbly

Demod- ulator

TCH

transmitter

receiver

Mã hóa nguồn

Mã hóa kênh

Mật mã hóa

Ghép xen

Tạo cụm

Điều chế

thoại

OR 26 (51 Frames) multiframes

0 1 2 3 2044 2045 2046 2047

0 1 2 3 47 48 49 50

0 1 24 25

T0 T1 …..

T11

S T12

…..

T24

I T0 T1

T2

T3

….

…..

…..

T48

T49

T50

1 superframe = 51 (26 Frames) multiframes

1 hyperframe = 2048 superframes = 2715648 TDMA frames

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

……….

……….

……

235.4 ms

26 * 51 = 1326 TDMA Frames

6.12 s

0 1 6 7 ...

TDMA Frame burst slot 577 µs

4.615 ms

120 ms

Phân cấp cấu trúc khung - Frame hierarchy

3 h 28 min 53.76 s

Các kênh logic tại giao diện Um

Kênh lưu lượng -‐ TCH

Kênh điều khiển -‐ CCH

Ý nghĩa các kênh

•  Dedicated Control Channels (DCCHs) Kênh điểm-‐điểm tương ứng với 1 kênh D trong ISDN, thường gọi là kênh Dm

•  Standalone Dedicated Control Channel (SDCCH) -‐  Phiên ngắn: thiết lập cuộc gọi, đăng ký hay gửi SMS -‐  Tốc độ 0.8kbps -‐  8 SDCCH ghép vào 1 kênh vật lý -‐  SDCCH: ghép xen 4 khối Yn trong đa khung 51

Ý nghĩa các kênh

•  Fast Associated Control Channel (FACCH) –  Đi trong cùng kênh lưu lượng –  Nguyên tắc ăn cắp chùm Yn từ kênh lưu lượng liên quan –  Chùm Yn vận chuyển FACCH phân tách với chùm Yn lưu lượng bởi bit

ăn cắp tại điểm cuối tại midamble. –  Dùng cho báo hiệu trong kênh: báo hiệu cắt kết nối, chuyển giao, giai

đoạn cuối của thiết lập kênh –  Tốc độc 9.2Kbps khi đi trong kênh TCH/F –  Tốc độ 4.6kbps với TCH/H

•  Slow Associated Control Channel (SACCH) –  Thông Yn đo lường kiểm soát trên UL –  Kiểm soát định thời và công suất

Ý nghĩa các kênh •  BCCH -‐ Broadcast Control Channel

–  Lặp lại một dạng thông Yn nào đó – Mô tả nhận dạng, cấu hình và đặc điểm của BTS –  Truyền bản Yn đo lường báo cáo –  Thông Yn về LAI –  Tần số truyền kênh BCCH là cố định tại BTS

•  SCH -‐ Synchroniza=on Channel –  Truyền mã nhận dạng BS và giá trị hiện thời của đồng hồ TDMA

–  Truyền trên các khung 1, 11, 21, 31 và 41 của đa khung 51 khung

Ý nghĩa các kênh •  FCCH -‐ Frequency Correc=on Channel

–  Tạo Yếng báo hiệu trên kênh vô tuyến –  Hiệu chỉnh lại tần số của các MS –  Trên khung 0, 10, 20, 30, 40 của đa khung 51 khung

•  PCH -‐ Paging Channel –  Báo hiệu dịch vụ cho MS

•  AGCH -‐ Access Grant Channel –  Mang thông Yn trả lời của BTS với yêu cầu thiết lập kênh của MS

•  RACH -‐ Random Access Channel –  Giống AGCH nhưng trên đường UL –  MS gửi chùm Yn ngẫu nhiên yêu cầu cấp kênh –  Là kênh chia sẻ dùng chung

Yêu cầu sau phần này

•  Sinh viên cần nắm được các kênh logic: –  Kênh lưu lượng TCH/H, TCH/F tốc độ kênh =? –  Kênh kiểm soát DCCH, SDCCH, FACCH, SACCH, CCCH, BCCH, SCH, FCCH, PCH, AGCH, RACH: ý nghĩa để làm gì, phát trên những khe thời gian nào

Sử dụng lại tần số

•  Khái niệm:

–  Số kênh tần số là hữu hạn

– Sử dụng lại tần số là việc cấp phát cùng một nhóm tần số vô tuyến tại các vị trí địa lý khác nhau trong mạng mà không làm ảnh hưởng đến chất lượng kết nối tại giao diện vô tuyến do nhiễu đồng kênh và nhiễu kênh lân cận gây nên.


•  Các cell gần nhau sử dụng tần số khác nhau để tránh nhiễu hay crosstalk

•  Mỗi cell có thể được ấn định 10 tới 50 tần số •  Vùng phủ sóng của 1 cell được gọi là footprint và bị giới hạn trong đường bao sao cho cùng 1 nhóm kênh truyền có thể được dùng trong các cell khác cách đủ xa


Cần: sóng di động cần truyền tại mức công suất vừa đủ thấp để tránh can nhiễu với các vùng gần kề đang sử dụng cùng 1 kênh

Trong mạng GSM, mỗi trạm BTS được cấp

phát một nhóm tần số vô tuyến.

Các trạm thu phát gốc BTS lân cận được cấp

phát các nhóm kênh vô tuyến không trùng

với các kênh của BTS liền kề.

Khái niệm

Các cell cùng tên được cấp phát cùng một nhóm tần số vô tuyến.

G B

FEA

CD

AC

BGF D

E

D

B

FE

CA

GMột cụm - cluster có kích cỡ N cell, được lăp lại tại các vị trí địa lý khác nhau trong toàn bộ vùng phủ sóng.

Chia cell

A C

B G

F D E

C B

G

F D E

Pphát trong cell nho

Pphát trong cell lon

=Rcell nho

Rcell lon

!

"#

$

%&

n

Phân cung

Quy hoạch mạng -‐ Khoảng cách giữa hai cell lân cận 2μ

Khoảng cách sử dụng lại tần số D

Lưu ý: 1 cluster = 1 tập các tần số khác nhau sử dụng trong nhóm các cell


D = khoảng cách giữa hai cell đồng kênh Cluster được lặp lại bằng dịch tuyến tính •  i là các bước dịch dọc 1 hướng •  j là các bước dịch theo hướng khác



Chuẩn hóa theo kích thước của cell: R=1

D = 3M

Mẫu sử dụng lại tần số

•  Ký hiệu tổng quát : mẫu N/M

Trong đó:

N = tổng số site / cluster

M = tổng số cell / cluster

•  Hệ số sử dụng lại tần số: 1/M

Mẫu sử dụng lại tần số

Với site phân cung 1200 thì :

M = 3N

⇒ 3 mẫu chuẩn hóa:

Mẫu 3/9, 4/12 và 7/21

Cell 1200

Site A

A1

A2

A3

Mẫu sử dụng lại tần số 3/9

Cluster

A1

A2

A3 B1

B2

B3

B1

B2

B3

A1

A2

A3 B1

B2

B3 C1

C2

C3

A1

A2

A3 B1

B2

B3 C1

C2

C3

Một số kích thước cluster điển hình

C i j Ứng dụng 1 1 0 Mạng CDMA 3 1 1 4 2 0 7 2 1 Mạng điện

thoại tế bào tương tự

9 3 0 Mạng điện thoại tế bào tương tự

12 2 2


•  Khoảng cách sử dụng lại tần số càng xa, xác suất can nhiễu càng thấp

•  Công suất trong các cell đồng kênh càng thấp, xác suất can nhiễu càng thấp

•  Kết hợp: cần kết hợp hai yếu tố trên để chống can nhiễu

Dung lượng kênh

S: tổng kênh song công trong hệ thống k: số kênh cấp cho 1 cell N: Kích thước cụm M: số lượng cụm à Tổng kênh có thể dùng: S=kN Số lượng kênh/cell k Dung lượng kênh C = MkN = MS

Nhiễu đồng kênh

SIR, S/I – C/I, CIR

•  Tỉ số �n hiệu trên nhiễu đồng kênh – Signal to Interference RaYo

•  Còn gọi là : tỉ số song mang trên nhiễu •  I: nhiễu đồng kênh •  Khác với N: nhiễu từ các nguồn nhiễu khác nhau, môi trường

SIR, S/I – C/I, CIR

S: công suất tín hiệu i0: số lượng các cell can nhiễu đồng kênh Ii: công suất nhiễu gây ra do trạm BS của cell nhiễu đồng kênh thứ i

SIR của đầu thu di động

SIR, S/I – C/I, CIR Công suất thu trung bình tại khoảng cách d từ anten phát

hay

Với n: thiệt mũ đường truyền từ 2-4

SIR, S/I – C/I, CIR Nếu công suất phát của các BS bằng nhau, SIR tại 1 mobile :

à

à

Với 1 cụm 7 cell hình sáu cạnh, giả sử có mobile nằm tại cạnh của cell, SIR trong trường hợp xấu nhất:

Chu trình cuộc gọi và chuyển giao

Chu trình cuộc gọi

•  Cuộc gọi kết thúc tại MS

MTC -‐ Mobile TerminaYng Call

ví dụ: Cuộc gọi từ PSTN đến PLMN

•  Cuộc gọi khởi tạo từ MS

MOC -‐ Mobile OriginaYng Call

•  Trạng thái của MS:

–  MS tắt máy (detached)

–  MS bật máy (atached): -‐ rỗi (idle).

-‐ bận (busy).

0912345678

0912345678

Chu trình cuộc gọi Call sequence: MTC

TP. Ha Noi

HCM

Mobile TerminaYng Call (1)




Chuyển giao cuộc gọi – HO (Hand Over)

Phân loại chuyển giao theo cấp điều khiển

MSC MSC

BSC BSC BSC

BTS BTS BTS BTS

MS MS MS MS

1 2 3 4

GPRS

General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung

Cấu trúc của GSM

SD

Mobile Station

BTSMSC/VLR

SIM MEBSC

Base StationSubsystem

GMSC

Network Subsystem

AUCEIR HLR

Other Networks

Note: Interfaces have been omitted for clarity purposes.

+

PSTN

PLMN

Internet

SD

Mobile Station

BTSMSC/VLRBSC

Base StationSubsystem

GMSC

Network Subsystem

AUCEIR HLR

Other Networks

Note: Interfaces have been omitted for clarity purposes.

GGSNSGSN

SIM ME

+

PSTN

PLMN

Internet

Cấu trúc hệ thống GPRS

•  SGSN: Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS

-‐  Quản lý di động -‐  Mật mã và nén -‐  Đóng gói và truyền dẫn gói

•  GGSN: Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ cổng GPRS

-‐  Liên kết giữa các mạng -‐  Định tuyến dữ liệu

Các trường hợp lưu lượng

MS ở trạng thái rỗi (idle mode)

1. IMSI attach 2. Cập nhật vị trí – dạng IMSI attach 3. Thay đổi cell trong cùng LA 4. Cập nhật vị trí trong cùng MSC/VLR 5. Cập nhật vị trí khác MSC/VLR 6. Cập nhật vị trí – dạng đăng ký theo chu kỳ 7. IMSI detach 8. Detach ngầm !

IMSI Attach

MS gửi thông điệp IMSI tới mạng để báo rằng nó đã chuyển sang trạng thái idle. !

1.

VLR xác định rằng đã có bản ghi dữ liệu (record) cho thuê bao hay chưa. Nếu chưa có, VLR liên hệ với HLR để lấy một bản sao về thông tin thuê bao. !

1.

2.

IMSI Attach

VLR cập nhật trạng thái của MS là idle. !

1.

2. 3.

IMSI Attach

ACK được gửi tới MS. !

1.

2. 3.

4.

4.

IMSI Attach

Cập nhật vị trí trong cùng MSC/VLR

1. MS lắng nghe kênh BCCH trong cell mới để xác định LAI. LAI mới được so sánh với LAI cũ. Nếu khác nhau, cập nhật vị trí là cần thiết. !

1.

MS thiết lập kết nối với mạng qua kênh SDCCH. Quá trình xác thực được thực hiện. !

2. 2.


1.

Nếu quá trình xác thực thành công, MS gửi yêu cầu cập nhật vị trí lên hệ thống. !

2. 2. 3.

3.


1.

Quá trình xác thực được thực hiện. Nếu xác thực thành công, VLR kiểm tra cơ sở dữ liệu của nó để xác định nó đã có bản ghi dữ liệu cho MS hay chưa. !

1.

Cập nhật vị trí khác MSC/VLR

1.

Khi VLR không tìm thấy bản ghi dữ liệu cho MS, nó gửi tới HLR yêu cầu bản sao thông tin thuê bao của MS. !

1. 2.


1.

HLR gửi thông tin cho VLR và cập nhật thông tin của nó về vị trí cho thuê bao. HLR yêu cầu VLR cũ xóa thông tin về MS của nó. !

1. 2.

3.

3.


1.

VLR lưu trữ thông tin thuê bao của MS, bao gồm vị trí mới nhất và trạng thái (idle). VLR gửi ACK tới MS. !

1. 2.

3.

3.

4.


MS ở trạng thái hoạt động

1. Cuộc gọi từ MS 2. Cuộc gọi đến MS 3. Handover trong cùng BSC ( intra -‐ BCS) 4. Handover khác BSC, cùng MSC (inter -‐ BSC, intra – MSC) 5. Handover khác MSC (inter – MSC)

Chuyển giao

Chuyển giao

Cuộc gọi từ MS đến PSTN

1. 1.

1. MS dùng RACH yêu cầu kênh báo hiệu. !

A

B


1. 1.

2. BSC/TRC cấp phát kênh báo hiệu, dùng AGCH. !

2. 2.

A

B


1.

3. MS gởi yêu cầu thiết lập cuộc gọi qua kênh SDCCH đến MSC/VLR. Qua SDCCH, các thủ tục báo hiệu cho cuộc gọi được thực hiện. !

2. 3.

2. 1.

3.

A

B


1.

4. MSC/VLR yêu cầu BSC/TRC cấp phát kênh TCH rảnh cho MS. BTS và MS được điều chỉnh đến kênh TCH này. !

2. 3.

2. 1.

3.

4. 4. 4.

A

B


1.

5. MSC/VLR chuyển số thuê bao được gọi (B-‐number) đến tổng đài của PSTN để thiết lập kết nối. !

2. 3.

2. 1.

3.

4. 4. 4.

5.

A

B

Cuộc gọi tới MS

1. 1.

1. PSTN phân tích số MSISDN của MS và xác định cuộc gọi là tới thuê bao mạng di động. Một kết nối được thiết lập đến GMSC của MS đó. !

1. 1.

2. GMSC phân tích MSISDN để xác định HLR mà MS đăng ký và hỏi HLR thông tin định tuyến cuộc gọi đến MSC/VLR phục vụ. !

2.

1. 1.

3. HLR chuyển đổi MSISDN thành IMSI và xác định MSC/VLR đang phục vụ MS. HLR cũng kiểm tra dịch vụ “chuyển cuộc gọi đến số C”. Nếu có dịch vụ này, cuộc gọi sẽ được định tuyến bởi GMSC đến số này. !

2.

3.

1. 1.

4. HLR yêu cầu MSRN (Mobile Station Roaming Number) từ MSC/VLR phục vụ. !

2.

3.

4.

1. 1.

5. MSC/VLR trả về MSRN thông qua HLR đến GMSC. !

2.

3.

4.

5.

5.

1. 1.

6. GMSC phân tích MSRN và định tuyến cuộc gọi đến MSC/VLR. !

2.

3.

4.

5.

5. 6.

1. 1.

7. MSC/VLR biết LA của MS. Một thông điệp paging được gửi cho tất cả các BSC trong LA đó. !

2.

3.

4.

5.

5. 6.

7.

1. 1.

8. BSC phân phát thông điệp này đến các BTS trong LA. BTS gửi thông điệp này trên kênh PCH. Để tìm gọi (page) một MS, mạng dùng IMSI hoặc TMSI (chỉ hợp lệ trong vùng phục vụ MSC/VLR). !

2.

3.

4.

5.

5. 6.

7. 8.

8. 8.

8.

1. 1.

9. Khi MS phát hiện thông điệp paging, nó sẽ yêu cầu cấp kênh SDCCH trên kênh RACH. !

2.

3.

4.

5.

5. 6.

7. 8.

8. 8.

8.

9.

9.

1. 1. 2.

3.

4.

5.

5. 6.

7. 8.

8. 8.

8.

9.

9.

10.

10.

10. BSC cấp phát kênh SDCCH, dùng AGCH. !

1. 1. 2.

3.

4.

5.

5. 6.

7. 8.

8. 8.

8.

9.

9.

10.

10.

11. SDCCH được sử dụng để thiết lập cuộc gọi. !

11. 11.

Handover: cells controlled by the same BSC

1.

1. BSC yêu cầu BTS mới kích hoạt kênh TCH. !

Handover trong cùng BSC ( intra - BCS)


1.

2. BSC gởi thông điệp cho MS bao gồm thông tin về tần số và time slot và mức công suất tới MS thông qua BTS cũ bằng cách sử dụng kênh FACCH. !

2. 2.



1. 3. MS chuyển sang tần số mới và truyền burst truy cập handover trong time slot đúng. !

2. 2.

3.



1.

4. Khi BTS mới phát hiện các burst handover, nó gởi thông tin về TA trên kênh FACCH. !

2. 2.

3.

4.



1.

5. MS gởi thông điệp hoàn thành handover tới BSC thông qua BTS mới. !

2. 2.

3.

4.

5.

5.



1.

6. BSC yêu cầu RBS cũ giải phóng TCH cũ. !

2. 2.

3.

4.

5.

5.

6.


1.

1. BSC cũ gởi tin nhắn yêu cầu handover tới MSC chứa nhận dạng của cell mới. !

Handover khác BSC, cùng MSC (inter - BSC, intra – MSC)

1.

2. MSC biết BSC nào điều khiển cell mới này và gởi yêu cầu handover tới BSC này. ! 2.


1.

3. BSC mới yêu cầu BTS mới kích hoạt kênh TCH. !

2. 3.


1.

4. BSC mới gởi thông điệp tới MS thông qua MSC và BTS cũ. !

2. 3.

4.

4. 4.

4. Handover khác BSC, cùng MSC

(inter - BSC, intra – MSC)

1.

5. MS chuyển sang tần số mới và truyền burst truy cập handover trong time slot đúng. ! 2. 3.

4.

4. 4.

5.

4. Handover khác BSC, cùng MSC

(inter - BSC, intra – MSC)

1.

6. BTS mới gởi thông tin về TA trên kênh FACCH. !

2. 3.

4.

4. 4.

5.

4.

6.


1.

7. MS gởi thông điệp hoàn thành handover tới MSC qua BSC mới. !

2. 3.

4.

4. 4.

5.

4.

7.

7.

7.


1.

8. MSC yêu cầu BSC giải phóng TCH cũ. ! 2. 3.

4.

4. 4.

5.

4.

7.

7.

7.

8.


1.

9. BSC cũ yêu cầu BTS cũ giải phóng TCH. ! 2. 3.

4.

4. 4.

5.

4.

7.

7.

7.

8. 9.


DCell

1.

BSC cũ gởi thông điệp yêu cầu handover tới MSC phục vụ (MSC-‐A), với nhận dạng của cell mới. !

Handover khác MSC(inter – MSC)

DCell

1.

MSC-‐A nhận dạng cell mới này thuộc MSC khác (MSC-‐B) và yêu cầu trợ giúp. !

2.


DCell

1.

MSC-‐B cấp số handover để tái định tuyến cuộc gọi. Sau đó gởi yêu cầu handover tới BSC mới. !

2.

3.


DCell

1.

BSC mới yêu cầu BTS mới kích hoạt TCH. !

2.

3. 4.


DCell

1.

MSC-‐B nhận thông tin, và chuyển nó tới MSC-‐A cùng với số handover. !

2.

3. 4. 5.

5.


DCell

1.

Một kết nối được thiết lập tới MSC-‐B, có thể thông qua PLMN. !

2.

3. 4. 5.

5.

6.


DCell

1.

MSC-‐A gởi lệnh handover tới MS, thông qua BSC cũ. !

2.

3. 4. 5.

5.

6.

7.

7. Handover khác MSC(inter – MSC)

DCell

1.

MS chuyển sang tần số mới và truyền burst truy cập handover trong time slot đúng. !

2.

3. 4. 5.

5.

6.

7.

7.

8.


DCell

1.

Khi BTS mới phát hiện các burst handover này, nó gởi thông tin về TA. !

2.

3. 4. 5.

5.

6.

7.

7.

8.

9.


DCell

1.

MS gởi tin nhắn hoàn thành handover tới MSC cũ thông qua BSC mới và MSC/VLR mới. !

2.

3. 4. 5.

5.

6.

7.

7.

8.

9. 10.

10.

10.


DCell

1.

Một đường mới trong groupswitch trong MSC-‐A được thiết lập và cuộc gọi được chuyển mạch sang đường này. !

2.

3. 4. 5.

5.

6.

7.

7.

8.

9. 10.

10.

10.

11.


Short Message Service

q Mobile originated SMS: MS SMS–C q  Mobile terminated SMS: SMS–C MS

Mobile Originated SMS

1.

!

MS An thiết lập kết nối vào mạng, như trường hợp của một cuộc gọi thông thường. !

Mobile Originated SMS

1.

!

Nếu xác thực thành công, MS sẽ gửi tin nhắn bằng cách sử dụng SDCCH tới SMS-‐C thông qua MSC / VLR. SMS-‐C sẽ chuyển tiếp các tin nhắn ngắn đến đích. !

2.

2.

2.

Mobile terminated SMS

1.

Người sử dụng gửi tin nhắn tới SMS-‐C !


1.

SMS-‐C gửi tin nhắn tới SMS-‐GMSC. !

2.


1.

SMS–GMSC truy vấn HLR các thông tin định tuyến.

2. 3.


1.

HLR trả về các thông tin định tuyến cho SMS-‐GMSC.

2. 3. 4.


1.

SMS-‐GMSC định tuyến tin nhắn tới MSC/VLR đang phục vụ MS.

2. 3. 4.

5.


1.

2. 3. 4.

5. 6.

MS được “tìm gọi” và một kết nối được thiết lập giữa MS và mạng, như trường hợp thiết lập các cuộc gọi bình thường.


1.

2. 3. 4.

5. 6.

Nếu xác thực thành công, MSC/ VLR sẽ gửi tin nhắn tới MS. Các tin nhắn được truyền trên kênh báo hiệu SDCCH

7.


1.

2. 3. 4.

5. 6.

Nếu việc gửi tin thành công, một báo cáo được gửi từ MSC / VLR đến SMS-‐C. Ngược lại, các HLR nhận thông báo của MSC / VLR, và báo “không gửi được tin nhắn” tới SMS-‐C.

7. 8.

Chapter 3 gsm - part 1

Technology