Thông tin di động GSM 2G

11. Cấu trúc tổng quát mạng GSM 2. Họat ñộng & dịch vụ mạng GSM 3. Băng tần vô tuyến mạng GSM 4. Lớp vô tuyến 5. Mã hóa tiếng và kênh trong GSM THÔNG TIN DI ðỘNG Chương 3: GSM 2G 6. Giao thức trong GSM 7. Ví dụ Trang 1Chương 4: GSM GSM: Global System for Mobile Telecommunication Thông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 2Quá trình phát triển mạng di ñộng 1 G 31G
Triển khai vào những năm 1980
ðiều chế Analog: FM
ða truy cập: FDMA
Chủ yếu thọai
Không có khả năng roaming giữa các mạng
Lớp vô tuyến không bảo mật
Chất lượng kém  AMPS: Analogue Advanced Mobile Phone System: Sử dụng tại bắc mỹ, băng tần 800MHz  TACS: Total Access Communication System: Anh, băng tần 900MHz  JTACS: Japan Total Access Communication System: sử dụng băng tần 900MHz  C-450: ðức, băng tần 450MHz Trang 3Chương 4: GSM 1 5 : 1 7 : 1 4 Thông Tin Di ðộng 42G
Triển khai vào những năm 1990
ðiều chế số: GPSK
ða truy cập: FDMA /TDMA/CDMA
Thọai và data tốc ñộ thấp (9.6kbps)
Khả năng roaming quốc tế
Lớp vô tuyến bảo mật
Tương thích với mạng ISDN
Sử dụng phổ vô tuyến hiệu quả hơn 1G
Cho phép Microcell và Macrocell
Phát không liên tục
ðiều khiển công suất phát
Chất lượng dịch vụ QoS Trang 4Chương 4: GSM 1 5 : 1 7 : 1 4 Thông Tin Di ðộng 52G (2)  GSM: kỹ thuật ña truy cập TDMA và song công FDD. Tốc ñộ phát triển rất nhanh và là một chuẩn di ñộng ñược triển khai rộng rãi trên thế giới.  IS-136: D-AMPS (Digital-AMPS), sử dụng kỹ thuật ña truy cập TDMA và song công TDD. Công nghệ này ñược triển khai nhiều ở Mỹ và Canada  CDMAone: ITU IS-95, sử dụng năm 1996. Tốc ñộ data lên ñến 115kps, chip rate 1.2288Mcps Trang 5Chương 4: GSM 1 5 : 1 7 : 1 4 Thông Tin Di ðộng 62.5G (Evolved Second Generation) Các dịch vụ số liệu cải tiến : Tốc ñộ bit data cao hơn. Hỗ trợ kết nối Internet. Phương thức chuyển mạch: Chuyển mạch gói - Packet Switching  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 ñộ bit cao hơn GPRS trên nền GSM (384 kbps) Trang 6Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 73G Third Generation  Hỗ trợ các dịch vụ số liệu gói tốc ñộ cao: Di chuyển trên các phương tiện (Vehicles): 144 kbps - Macro Cell ði bộ, di chuyển chậm (Pedestrians): 384 kbps – Micro cell Văn phòng ( Indoor, stationary users) 2 Mbps - Pico cell  Dịch vụ ña phương tiện, kết nối qua Internet, ví dụ như: Video Streaming, video conference, web browsing, email, navigational maps . . GSMGPRSWCDMA UMTS CDMA IS-95 CDMA2000 Trang 7Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 84G Fourth Generation Hiện nay ñang xây dựng chuẩn. Cải tiến về dịch vụ dữ liệu: 20 – 100 Mb/s. Phương thức ñiều chế: OFDM, MC-CDMA Xu hướng kết hợp: mạng lõi IP + mạng truy nhập di ñộng (3G) và truy nhập vô tuyến Wimax & Wi-Fi ! Trang 8Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 9Cấu trúc mạng GSM Mạng thông tin di ñộng mặt ñất công cộng PLMN (Public Land Mobile Network) theo chuẩn GSM ñược chia thành 3 phân hệ chính sau:  Phân hệ vô tuyến - RSS = BSS + MS Radio SubSystem Trang 9Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4  Phân hệ chuyển mạch – NSS: Network Switching Subsystem.  Phân hệ vận hành và bảo dưỡng - OMS Operation and Service Subsystem 10 Ưu ñiểm chính của GSM  Truyền thông: Di ñộng không dây hỗ trợ voice + Data  Di ñộng tòan cầu: 1 số thuê bao, di chuyển bất cứ nơi nào có GSM (có roaming)  Dung lương cao: Sử dụng hiệu quả băng tần, cell nhỏ  QoS: Chất lượng thọai tốt, hỗ trợ di chuyển lên ñến 300Km/h  Bảo mật: ðiều khiển truy cập, mật mã qua SIM card Trang 10Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 11 Nhược ñiểm của GSM  Không bảo mật end-to-end:  Data rate < ISDN (64Kbps)  Bức xạ sóng ñiện từ noice, sức khỏe  Có thể lộ dữ liệu cá nhân  Hệ thống phức tạp cao Trang 11Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 12 Cấu trúc theo cấp bậc mạng GSM Trang 12Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 PLMN: Public Land Mobile Network 13 Cấu trúc mạng GSM tổng quát Trang 13Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 14 Thuật ngữ - từ viết tắt  Mobile Station (MS)  Mobile Equipment (ME)  Subscriber Identity Module (SIM)  Base Station Subsystem (BBS)  Base Transceiver Station (BTS)  Base Station Controller (BSC)  Transcoding and Rate Adaption Unit (TRAU)  Switching Subsystem  Mobile Switching Center (MSC)  Home Location Register (HLR)  Visitor Location Register (VLR)  Authentication Center (AUC)  Equipment Identity Register (EIR) Trang 14Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 15 Mobile Station (MS) ME  ðược tạo ra bởi nhiều nhà sản xuất  Tất cả các MS phải tuân theo các tiêu chuẩn chung của ngành  MS = ME (Mobile Equipment) + SIM (Subscriber Identity Module)  Mỗi một ME ñược nhận dạng duy nhất bởi số IMEI (International Mobile Equipment Identity).  IMEI ñược sử dụng cho các ñiện thoại mạng GSM Serial NumberFinal Assembly Code Type Approval Code 6 digits 2 digits IMEI 6 digits S P a r e 1 digit Trang 15Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 16 Mobile Station (MS) (2) SIM (Subscriber Identity Module)  Là một card chứa IMSI (International Mobile Subscriber Identity)  Số MSISDN (Mobile Subscriber ISDN Number)  Khóa xác thực (K) và giải thuật ñể kiểm tra xác thực  ðược bảo vệ bởi password hay mã PIN  Có thể tháo ráp cho những máy khác nhau Trang 16Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 17 IMEI  IMEI (International Mobile Equipment Identity)  IMEI do nhà sản xuất ñiện thoại di ñộng cấp phát, có 15 chữ số ñược sử dụng bởi EIR  EIR (Equipment Identity Register) có chức năng kiểm tra tính hợp lệ của thiết bị di ñộng (ME) thông qua IMEI và chứa các số liệu về phần cứng của thiết bị.  Mỗi ME thuộc một trong ba danh sách sau:  Danh sách trắng: tức nó ñược quyền truy nhập và sử dụng các dịch vụ ñã ñăng ký.  Danh sách xám: tức là có nghi vấn và cần kiểm tra.  Danh sách ñen: tức là bị cấm hoặc bị lỗi không cho phép truy nhập vào mạng  EIR thường ñược tích hợp trên HLR  ðể biết số IMEI của ñiện thoại di ñộng nhấn *#06#. Trang 17Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 18 IMSI  IMSI (International mobile subscriber identity)  Lưu trong SIM  Sử dụng Max 15 digit theo cấu trúc:  Mobile Country Code (MCC), 3 digits, chuẩn quốc tế  Mobile Network Code (MNC), 2 digits, Nhận dạng Mạng mobile trong 1 quốc gia  Mobile Subscriber Identification Number (MSIN), Max 10 digits, số nhận dạng của thuê bao trong mạng  MCC (Mobile country code) của Việt Nam là 452,  MNC (Mobile network code) của Mobifone là 01, của Vinaphone là 02.... Trang 18Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 19 MSISDN  Số mà ta vẫn bấm ñể gọi máy di ñộng ñược gọi là MSISDN (Mobile Subscriber Integrated Services Digital Network number)  Là số của thuê bao ñiện thoại di ñộng ñánh số theo quy ñịnh cho mạng ISDN sử dụng SS#7.  ISDN (Integrated Services Digital Network) mạng ña dịch vụ số (Max data bit ~2Mbit/s) MSISDN = CC + NDC + SN  Country Code (CC), Tối ña 3 digits (Quy ñịnh quốc tế)  Area code / National Destination Code (NDC): 2 / 3 digits;  Subscriber Number (SN): Tối ña 10 digits. Trang 19Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 20 TMSI  TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity) - số nhận dạng trạm di ñộng tạm thời  là số nhận dạng mà mạng cung cấp cho thuê bao một khi thuê bao mở máy.  TMSI có chiều dài 4 octet, ñược tạo ra một cách ngẫu nhiên và chỉ mang tính cục bộ trong một vùng ñịnh vị.  Khi thuê bao di chuyển sang vùng khác,TMSI sẽ ñược cập nhật.  TMSI có thể ñược thay ñổi bất cứ lúc nào vì mục ñích bảo mật.  Nhận dạng TMSI ñược dùng ñể trao ñổi giữa UE và trạm gốc thay vì dùng nhận dạng IMSI. Trang 20Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 21 LMSI  LMSI (Local Mobile Subscriber Identity) Số nhận diện thuê bao di ñộng cục bộ  Là số nhận diện mà VLR trong mạng GSM cung cấp cho các thuê bao tạm trú.  Mục ñích là giúp VLR tìm kiếm một cách nhanh chóng dữ liệu liên quan ñến thuê bao tạm trú Trang 21Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 22 LAI (Location Area Identity)  LAI: Nhận dạng vùng ñịnh vị, là nhận dạng duy nhất của một vùng ñịnh vị trong một mạng Location Area Code (LAC) Mobile country Code (MCC) 3 digits 2 digits 2 Bytes Mobile Network Code (MNC)  LAI ñược quảng bá (broadcast) thường xuyên bởi BTS thông qua kênh quảng bá (BCCH) Cell là nhận dạng duy nhất trên kênh vô tuyến và MS có thể xác nhận vị trí thông qua LAI  MS sẽ lưu giữ LAI trong SIM Trang 22Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 23 BSS (Base Station Subsystem): Tổng quan Radio subsystem  Mobile Station  BSS = BTS + BSC Giao diện Trang 23Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4  Um: Giao diện vô tuyến  Abis: Chuẩn, giao diện mở, 16Kbps  A: Giao diện mở, 64Kbps 24 BSS (Base Station Subsystem)  BSS = nBTS + BSC, n=1, 2, 3…  BTS (Base Tranceiver Station)  BSC (Base Station Controllers)  BTS thực hiện:  Thu phát vô tuyến  Ánh xạ kênh logic  kênh vật lý  Mã hóa giải mã tiếng BSS  ðiều chế/giải ñiều chế  BTS bao gồm:  Bộ phát/thu vô tuyến TRX  Xử lý tín hiệu và ñiều khiển thiết bị  Anten và cable  Nguồn AC/DC Trang 24Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 25 BSS (Base Station Subsystem)  BSC:  Chuyển mạch và ñiều khiển các BTS  Khởi tạo các kết nối  Quản lý tài nguyên vô tuyến  Kết nối ñến MSC, OMC và BTS BSCMSC TRAU Trang 25Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 26 BSC Network topology (1)  Chain:  Rẻ, dễ thực hiện  Nếu có 1 link bị hư, mất liên lạc 1 vài BTS BSC Trang 26Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 27 BSC Network topology (3)  Ring:  Dư thừa  Khó thực hiện, ring phải khép kín BSC Trang 27Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 28 BSC Network topology (2)  Star:  Cấu hình trong thực tế  ðắt tiền  Dự phòng cao BSC Trang 28Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 29 Transcoding and Rate Adaption Unit (TRAU)  Thực hiện chuyển ñổi luồng số 64kbps (voice, data) từ MSC thành luồng có tốc ñộ thấp phù hợp giao tiếp vô tuyến.  Một bộ MUX bên trong TRAU thực hiện ghép 4 luồng 16kbps thành một luồng 64kbps. Trang 29Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 30 Transcoding and Rate Adaption Unit (TRAU) TRAU: Transcoding and Rate Adaption Unit PCM: 64 Kbps LPC: 13 Kbps + header: 3 Kbps 1 1 TS (64kbps)  4 kênh (16kbps) chuyển ñổi mã MSC BSC M U X Ghép kênh: 4*(3+13) = 64 Kbps Tốc ñộ 1 kênh thoại: 16 Kbps 2 3 4 1 TS  1 kênh thoại: 64 kbps Trang 30Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 31 NSS (Network Switching System) MSC (Mobile Services Switching Center)  IWF (Interworking Functions)  ISDN (Integrated Services Digital Network)  PSTN (Public Switched Telephone Network)  PSPDN (Packet Switched Public Data Network)  CSPDN (Circuit Switched Public Data Network) Databases  HLR (Home Location Register)  VLR (Visitor Location Register)  EIR (Equipment Identity Register) Trang 31Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 32 MSC (Mobile Switching Center )  Chuyển mạch cuộc gọi  ðiều khiển cuộc gọi  Nhật ký cuộc gọi  Giao tiếp với mạng PSTN, ISDN,…  Quản lý di ñộng của MS qua mạng vô tuyến và qua mạng khác  Quản lý tài nguyên vô tuyến – handover giữa các BSC  Thông tin tính cước 33 VLR (Visitor Location Registers )  Mỗi MSC có 1 VLR  VLR bộ ñịnh vị tạm trú lưu trữ tạm thời các thông tin về thuê bao trong vùng phục vụ của MSC.  Thông tin trong VLR thường xuyên ñược cập nhật mỗi khi thuê bao di chuyển trong vùng phục vụ giữa các trạm gốc hoặc các BSC của cùng MSC  Tìm thuê bao khi có cuộc gọi ñến  IMSI  MSIDN  Thông số dịch vụ  Thông tin thiết bị của thuê bao  Dữ liệu xác thực  MSRN  TMSI  LMSI  LAI / LA Dữ liệu thuê bao Routing, tracking info. Trang 33Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 34 HLR (Home Location Registers )  Home Location Registers (HLR) bộ ñịnh vị thường trú là cơ sở dữ liệu tham chiếu lưu giữ lâu dài các thông tin về thuê bao:  IMSI  MSISDN  Dịch vụ phục vụ Dữ liệu thuê bao  Dịch vụ hạn chế (vd: roaming,…)  Dữ liệu xác thực  Mobile Station Roaming Number (MSRN)  ðịa chỉ hiện hành VLR nếu có  ðịa chỉ hiện hành MSC nếu có  LMSI (Local Mobile Sub. Identity) nếu có Tracking routing info. Trang 34Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 35 HLR (Home Location Registers ) (2)  HLR thực hiện kiểm tra tính hợp lệ của MS và các dịch vụ phục vụ  1 HLR trong mạng, có thể chia ra theo vùng phục vụ  Không có khả năng chuyển mạch (PC)  Có thể ñịnh vị ở bấy kỳ trong mạng SS7  Kết hợp với AuC HLR AuC Trang 35Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 36 AuC (Authentication Center) AuC: Trung tâm nhận thực  Quản lý các thông tin nhận thực và mật mã liên quan ñến từng thuê bao dựa trên một khoá bí mật Ki  Khi ñăng ký thuê bao, khoá nhận thực Ki ñược ghi nhớ vào Simcard của thuê bao cùng với IMSI  Khoá nhận thực Ki cũng ñược lưu giữ ở trung tâm nhận thực AuC ñể tạo ra bộ ba thông số cần thiết cho quá trình nhận thực và mật mã hoá:  Số ngẫu nhiên RAND  Mật khẩu SRES ñược tạo ra từ Ki và số ngẫu nhiên RAND bằng thuật toán A3.  Khoá mật mã Kc ñược tạo ra từ Ki và số ngẫu nhiên RAND bằng thuật toán A8  Thuật tóan mã hóa data A5 Trang 36Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 37 Quá trình xác thực: Kiểm tra SRES Trang 37Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 38 Tạo key và mã hóa dữ liệu Trang 38Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 39 EIR (Equipment Identity Register)  EIR Là cơ sở dữ liệu lưu trữ số IMEI của ME  EIR kiểm sóat truy cập mạng = cách trả về trạng thái của thuê bao ứng với IMEI của mỗi ME thuộc một trong ba danh sách sau:  Danh sách trắng (While Listed): tức nó ñược quyền truy nhập và sử dụng các dịch vụ ñã ñăng ký.  Danh sách xám (Grey Listed): tức là có nghi vấn/có lỗi và cần kiểm tra.  Danh sách ñen (Black Listed): tức là bị cấm hoặc bị lỗi không cho phép truy nhập vào mạng  Sử dụng EIR là tùy chọn Trang 39Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 40 GMSC (gateway MSC) Trang 40Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 41 GMSC (gateway MSC)  ðịnh tuyến & kết nối cuộc gọi ñi/ñến PSTN/ISDN  GSMC truy cập ñến HLR ñể tìm vị trí của thuê bao cần tìm (GMSC không có HLR)  Sử dụng MSC ñể cấu hình như GMSC  Có thể có nhiều hơn GMSC trên mạng Trang 41Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 42 Tính cước  MSC/GMSC có thuê bao khởi ñộng cuộc gọi phải lưu thông tin tính cước CDR (Call Detail Record)  Số thuê bao  Số gọi  Thời gian gọi  Ngày giờ gọi  ðịnh tuyến cuộc gọi (if any) Trang 42Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 43 OSS (Operation Subsystem) Trang 43Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 OSS cho phép tập trung việc quản lý, ñiều hành các mạng GSM con, Bao gồm:  OMC (Operation and Maintenance Center)  Kiểm sóat / phân bổ tài nguyên vô tuyến cho các mạng GSM con  Chứng thực & bảo mật 44 1. Cấu trúc tổng quát mạng GSM 2. Dịch vụ mạng GSM 3. Băng tần vô tuyến mạng GSM 4. Lớp vô tuyến THÔNG TIN DI ðỘNG Chương 3: GSM 5. Mã hóa tiếng và kênh trong GSM 6. Giao thức trong GSM 7. Ví dụ GSM: Global System for Mobile Telecommunication Trang 44Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 45 2. Họat ñộng & dịch vụ mạng GSM  Dịch vụ thọai – Chuyển mạch kênh  Dịch vụ dữ liệu FAX- Tốc ñộ thay ñổi  Dịch vụ tin nhắn (SMS) – ðịnh vị  Dịch vụ quảng bá: Multicast  Dịch vụ truy cập data – Internet (IP based) Trang 45Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 46 Teleservice  Dịch vụ thọai: Thọai và cuộc gọi khẩn cấp  Thọai: Truyền tiếng nói và các tone báo hiệu của mạng cố ñịnh  Gọi khẩn cấp  Bắt buộc ñối với GSM  Có thể thực hiện từ Mobile mà ko cần SIM Dịch vụ thọai và cuộc gọi khẩn cấp và dịch vụ khác  Có thể thực hiện trong trạng thái máy ñang bị khóa  Dịch vụ khác  DTMF Dual Tone Multi-Frequency  FAX: Gửi, nhận  SMS Short Message Service (Text based)  SMS Broatcast: Gửi SMS ñến tất cả thuê bao  Voice mail Trang 46Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 47 Bearer service  Truyền dữ liệu ñồng bộ  Truyền dữ liệu bất ñồng bộ  Chuyển mạch gói  Thọai và dữ liệu Trang 47Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 48 Dịch vụ bổ xung  SMS (Max 160 char)  Chuyển cuộc gọi  Chặn cuộc gọi  Ước lượng cước  Giữ cuộc gọi (call hold)  Cuộc gọi chờ (Call waiting)  ðàm thọai hội nghị (3~6)  Push To Talk (PTT)  Caller ID Trang 48Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 49 Roaming  Cho phép thuê bao GSM ñi sang mạng khác, nhà cung cấp khác, nước khác nhưng vẫn giữ nguyên dịch vụ của nhà cung cấp ñang sử dụng  Cước tính cho nhà cung cấp ñang sử dụng  Có thỏa thuận giữa các operators: Tỉ lệ thanh tóan, phương thức thanh tóan,… Trang 49Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 50 Dịch vụ data  Truyền data chuẩn với tốc ñộ 9.6 kbit/s  Nếu sử dụng “advanced coding” max =14,4 kbit/s  Không ñủ cho ứng dụng Internet & multimedia  HSCSD (High-Speed Circuit Switched Data)  Sử dụng một vài TS ñể ñạt tốc ñộ cao hơn AIUR (Air Interface User Rate, 57.6 kbit/s using 4 slots, 14.4/TS)  Ưu: ðơn giản, dễ sử dụng, chất lượngổn ñịnh  Nhược: Không sử dụng ñc thọai khi truyền data Trang 50Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 51 1. Cấu trúc tổng quát mạng GSM 2. Họat ñộng & dịch vụ mạng GSM 3. Băng tần vô tuyến mạng GSM 4. Lớp giao diện vô tuyến THÔNG TIN DI ðỘNG Chương 3: GSM 5. Mã hóa tiếng và kênh trong GSM 6. Giao thức trong GSM 7. Ví dụ Trang 51Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 52 3. Phổ vô tuyến GSM: P-GSM (Primary) Trang 52Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 53 3. Phổ vô tuyến GSM: P-GSM (Primary) ARFCN: Absolute Radio-Frequency Channel Number Trang 53Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 54 3. Phổ vô tuyến GSM: P-GSM (Primary)  Sử dụng băng tần thấp cho uplink và băng tần cao cho downlink  Mỗi băng tần là 25MHz, khỏang cách giữa uplink và downlink là 45MHz  Băng tần Uplink từ 890MHz – 915MHz  Băng tần Downlink từ 935MHz-960MHz  Băng tần cho 1 sóng mang là 200KHz hay 0.2MHz và 1 sóng mang ñể bảo vệ băng thông  Tổng số sóng mang = (25-0.2)/0.2=124  Tần số Uplink: Fu(n) = 890+0.2n  Tần số Downlink: Fd(n) = Fu(n) + 45 Trong ñó n = ARFCN: Absolute Radio-Frequency Channel Number Trang 54Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 55 3. Phổ vô tuyến GSM: E-GSM (Extended) Trang 55Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 56 3. Phổ vô tuyến GSM: E-GSM (Extended)  Bổ xung thêm 10MHz cho mỗi băng, Số ARFCN của P- GSM giữ nguyên, thêm số ARFCN từ 975-1023  Mỗi băng tần là 35MHz, khỏang cách giữa uplink và downlink là 35MHz  Băng tần Uplink từ 880MHz – 915MHz  Băng tần Downlink từ 925MHz-960MHz  Băng tần cho 1 sóng mang là 200KHz hay 0.2MHz và 1 sóng mang ñể bảo vệ băng thông  Tổng số sóng mang = (35-0.2)/0.2=174  Tần số Uplink: Fu(n) = 890+0.2n (0<=n<=124 Fu(n) = 890+0.2(n-1024) (975<=n<=1023)  Tần số Downlink: Fd(n) = Fu(n) + 45 Trang 56Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 57 3. Phổ vô tuyến GSM: DCS-1800 Digital Communication System (DCS) Trang 57Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 58 3. Phổ vô tuyến GSM: DCS-1800  Thường sử dụng cho Microcell trong Macrocell  2 băng tần 75MHz, khỏang cách 95MHz  Uplink: 1710-1785Mhz  Downlink: 1805-1880MHz  Tổng số sóng mang (ARFCNs) = (75-0.2)/0.2=374  Uplink: F (n)= 1710.2+0.2(n-512) (512<=n<=885)u  Downlink: Fd(n)=Fu(n)+95 Trang 58Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 59 3. Phổ vô tuyến GSM: PCS-1900 Personal Communication System (PCS) Trang 59Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 60 3. Phổ vô tuyến GSM: PCS-1900  PCS-1900 sử dụng tại USA và cung cấp dịch vụ như GSM  2 băng tần 60MHz, khỏang cách 80MHz  Uplink: 1850-1910Mhz  Downlink: 1930-1990MHz  Tổng số sóng mang (ARFCNs) = (60-0.2)/0.2=299  Uplink: Fu(n)= 1850.2+0.2(n-512) (512<=n<=810)  Downlink: Fd(n)=Fu(n)+80 Trang 60Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 61 Băng tần của 1 vài mạng thông dụng  VMS  Uplink: 906.4-914.4MHz + 1723.5-1736.7MHz  Downlink: 951.4-959.4MHz + 1818.5-1831.7MHz  Viettel  Uplink: 898.4-906.4Mhz + 1736.7-1749.9MHz  Downlink: 943.4-951.4Mhz + 1831.7-1844.9Mhz  Vinaphone  Uplink: 890.4-898.4MHz + 1710.1-1723.5Mhz  Downlink: 935.4-943.4MHz + 1805.1-1818.5Mhz  SFONE  Uplink: 829-837MHz  Downlink: 874-882MHz Trang 61Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 62 Bài tập 1) Phổ tần số của E-GS M như sau: 880 915 925 960 a) Tính tần số uplink và downlink của ARFCN 0, 1, 124, 875 và 1023? b) ðáng dấu các ARFCN này vào sơ ñồ trên? 2) Nhà cung cấp dịch vụ di ñộng sử dụng băng tần DCS-1800 ñược cấp ARFCN từ 601 ñến 625. Tính tần số thấp nhất và cao nhất sử dụng cho uplinks? Trang 62Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 63 1. Cấu trúc tổng quát mạng GSM 2. Họat ñộng & dịch vụ mạng GSM 3. Băng tần vô tuyến mạng GSM THÔNG TIN DI ðỘNG Chương 3: GSM 4. Lớp giao diện vô tuyến 5. Giao thức trong GSM 6. Mã hóa tiếng và kênh trong GSM 7. Ví dụ Trang 63Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 64 4.1 Kênh trong GSM  Kênh vật lý trong GSM sử dụng cả FDMA và TDMA. Mỗi sóng mang ñược chia thành 8 timeslot  Kênh vật lý trong GSM là 1 timeslot  Kênh logic là các thông tin truyền trong một kênh vật lý.  Cả user data và các thông tin báo hiệu ñều là các kênh logic.  1 kênh vật lý có thể hỗ trợ nhiều kênh logic 1 2 3 4 5 6 7 8 1 frame = 4.615ms 1 burst (cụm) = 0.577ms or 156.25 bits Trang 64Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 65 Kênh logic TCH/F TCH/H BCH CCCH DCCH TCH (Traffic Channel) Control Channel (CCH) (Signalling) FCCHSCHBCCH PCH RACH AGCH CBCHNCH SDCCH SACCH FACCH Up and down link Up link only Down link only 66 TCH  Traffic channels (TCH): Point-to-point tương ứng với B- ISDN, chiếm 1 timeslot cho full rate, thông thường TS từ 1 ñến 7 nếu TS0 sử dụng cho control
TCH/F (F: Full Rate): 13kbps voice or 9.6kbps data
TCH/H(H: Haft rate): 6.5Kbps voice or 4.8kbps data
1 time slot (1 kênh vật lý) hỗ trợ 1TCH/F hoặc 2TCH/H Trang 66Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 67 BCH (Broatcast Channel) BCH là downlink và truyền trên TS0  FCCH (Frequency Control Channel): gửi ñến tất cả MS trong cell burst tất cả bit 0 ñể tinh chỉnh tần số của downlink  SCH (Synchronisation Channel): Gửi giá trị Frame Number, chính là clock nội của BTS cùng với mã nhận dạng trạm gốc (BSIC (Base Station Identity Code)  BCCH (Broacast Control Channel): gửi bản tin ñiều khiển và quản lý tài nguyên vô tuyến (tần số của cell, thông tin nhà cung cấp), mã quản lý vị trí, …1 số message ñến tất cả MS trong cell, 1 số message chỉ ñến các MS rỗi Trang 67Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 68 CCCH (Common Control Channel) CCCH truyền các thông tin kết nối là point-to-multipoint downlink (BTS vài MS) và Uplink random access channel  CBCH (Cell Broatcast Channel): là kênh tùy chọn cho thông tin chung. VD: Kẹt xe, … gửi dưới dạng SMS  PCH (Paging Channel): Gửi tín hiệu ñể thông báo MS có cuộc gọi. BTS  riêng MS  RACH (Random Access Channel): MSBTS ñể yêu cầu kênh từ BTS or chấp nhận handover sang cell khác. CH request là gửi ñể trả lời bản tin PCH  AGCH (Access Grant Channel): chỉ thị kênh SDCCH ñến MS  NCH (Notify Channel): Báo MS có incoming group or call broatcast Trang 68Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 69 Kênh logic (Tóm tắt) Kênh Hướng Ứng dụng Kết nối TCH Traffic CH TCH/F BTS↔MS User data By Network khi có yêu cầu từ MSTCH/H BCH Broatcast CH FCCH BTSMS Carrier synchronization Thường trực SCH Frame Synchronization BCCH General network info. Cell info (hiện hành & kế cận) CCCH Common Control Channel RACH BTSMS Y/C SCCCH cho báo hiệu Y/C TCH cho handover Multiaccess với slot AGCH BTSMS Xác nhận SDCCH & TCH Thường trực PCH Gửi tín hiệu ñể thông báo MS có cuộc gọi Trang 69Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 70 Kênh logic (tóm tắt) Kênh Hướng Ứng dụng Kết nối DCCH Dedicated Control Channel SDC CH BTSM S ðăng ký/cập nhập vị trí Thủ tục ñiều khiển call By Network khi có yêu cầu từ MS SAC CH Control info giữa MS & BTS trong khi gọi & setup cuộc gọi Kết hợp với TCH or SDCCH FAC CH Trao ñổi thông tin ð/K trong khi gọi By network or MS (*) (*) Fast Location bằng bit S trong TCH (Stealing bit tron TCH) Trang 70Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 71 Kênh Burst type Time slot Multifra me Burst /MF Capacity TCH Traffic CH TCH/F Normal 114bit any 26 frame 120ms 24 24x114/120=22.8k TCH/H 12 12x24/120=11.4k BCH Broatcast CH FCCH FC TS0 trên kênh TS0/2/4/6 51 frame 235.38m s 5 SCH S 5 BCCH Normal 4 4x114/235.4=1.94k CCCH Common Control RACH RA TS0 trên kênh TS0/2/4/6 51 frame 235.38m s Min: 27 TB: 51 Channel AGCH Normal Min: 12 12x144/235.4=5.8k PCH DCCH Dedicated Control Channel SDCCH Normal TS0/CH* TS0/2/4/6** 51 frame 4 4x114/235.4=1.94k SACCH Nt 2*** 2x114/235.4=0.97k Giống TS TCH 26 frame 1 1x114/120=0.95k FACCH Bit stolen từ TCH Giống TCH Giống TCH (*/**)Cell dung lượng thấp/cao; ***:4 bursts/2multiframe~2burst/multiframe 72 Thời gian phát/thu MS và BTS  MS không thể phát/thu ñồng thời: ðơn giản phần cứng MS  Truyền dẫn MS BTS là: Half-duplex  MS phát burst trễ 3 timeslot so với BTS burst  Trễ này cho phép MS so sánh chất lượng tín hiệu của các cell kế cận Trang 72Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 73 Time Advance (TA)  BTS phải biết chính xác thời gian phát của uplink ñể tránh trùng lấp frame  Khỏang cách khác nhau giữa MS-BTS phải ñược bù  Hệ thống sử dụng 6 bit ñể xác ñịnh giá trị của TA, do vậy TA sẽ có 64 giá trị trong khoảng từ 0 ñến 63. Mỗi bước giá trị ñại diện cho 1 chu kỳ bit (~3.69µs).  Sóng ñiện từ lan truyền với v = c  1 step ñại diện cho khỏang cách 1.1km từ MS BTS và quay về MS.  1 bước giá trị TA ~ 550m do ñó: Tối ña: 63x550 = 35.2 Hay Max=35km. (1/2 x (577 µs/156.25) x 63 x c =35km Trang 73Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 74 Time Advance (TA) (2) MS khởi ñộng phát  Access Burst ñược phát mà không có TA  Guard Period của AB 68.25 bit cho phép path delay ~ 37km  BTS ño path delay, và gửi giá trị TA qua SACCH  MS sử dụng giá trị TA này cho tất cả các burst Adaptive control  BTS giám sát burst và tính delay của các burst so với TA hiện hành  Nếu giá trị delay > 1 chu kỳ bit thì gán TA mới qua kênh SACCH Trang 74Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 75 Cấu trúc khung FDMA/TDMA Trang 75Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 76 Phân cấp frame MF F F: Frame MF: Multi Frame SF: Super Frame HF: Hyper Frame 1 HF = 2048 SF = 3giờ 28phút 53.76 giây HF SF Trang 76Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 77 Cụm (Burst) TB Data S TS DataS TB GB Normal burst 3 57 1 26 8.251 357 3 142 fixed bit 8.253 3 39 data 64 TS 8.25339 Data Frequency Correction Synchrinizati on Burst 3 26 TS 8.253 3 41 TS 36data 68.253 Dummy burst Access burst TB (Tail Bit) (0,0,0) giúp equalizer xác ñịnh ñầu/cuối mẫu bit S (Stealing Flags): là bit cho biết Burst là traffic or báo hiệu TS (Training Sequence): là mẫu biết trước cho phép ước lượng ñặc ñiểm kênh truyền ñể cài ñặt tham số cho bộ equalizer GB (Guard Period): Tránh trùng giữa các burst 156.25bit / 0.5769ms 78 Normal burst 3 57 1 26 1 57 3 8.25 TB Data S TS DataS TB GB Guard Period: Tránh trùng giữa các burst Tail Bit: (0,0,0) giúp equaliser xác ñịnh Data/voice Training Sequence: là mẫu biết trước cho phép ước lượng ñặc ñiểm kênh truyền ñể cài ñặt tham sô cho bộ equaliser Stealling flags: set 1  dành cho báo hiệu ñầu/cuối mẫu bit Trang 78Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 79 FB & SB Frequency Burst (FB): sử dụng ñể ñồng bộ tần số của MS. FB ñược phát ñịnh kỳ trên kênh BCCH cho phép ñồng bộ TDMA cũng như tinh chỉnh tần số sóng mang. MS có thể ñịnh kỳ ñồng bộ với BTS sử dụng FCCH 3 142 fixed bit 8.253 Synchronization Burst (SB): Phát thông tin cho phép MS ñồng bộ với BTS. Phát số TDMA Frame, RFN, BSIC. Frame Number (FN) sử dụng counter 22 bit và sẽ reset sau 1 hyperframe, (sau 2048x26x51 = 2715648 frames) 3 39 data 64 TS 8.25339 Data Trang 79Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 80 Access burst 3 57 26 3 68.25 TB SS 36 TB GB Access Burst (AB): cho phép truy cập ngẫu nhiên tới RACH mà không cần báo trước Dummy Burst (DB): Phát trên 1 tần số của CA khi ko có burst khác phát. Sử dụng cùng kênh của BCCH. Mục ñích ñể MS ño mức công suất của tín hiệu của BCCH 3 26 TS 8.253 Trang 80Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 81 Multiframe  ða khung cung cấp cơ chế ñể mapping kênh logic thành kênh vật lý (TS)  Multiframe là chuỗi liên tục của Timeslot cụ thể liên tiếp nhau  GSM sử dụng multiframe của 26 và 51 TS Trang 81Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 82 Traffic Channel Multiframe: 26 frames  Ánh xạ 3 kênh: TCH, SACCH, FACCH  24 TCH frame cho data  1 Associated Control cho báo hiệu SACCH data  IDLE/AC trống (IDLE) trong TH TCH/F, TH TCH/H, Mang kênh báo hiệu SACCH của nửa kia  Dữ liệu của SACCH phát bằng cách sử dụng 1 nửa bit trong 8 burst liên tục bằng cách “stealling” những bit này từ TCH, khi ñó SF của Normal Burst ñược set  FACCH thực hiện = cách steal TCH slot khi có yêu cầu Trang 82Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 83 Control Channel Multiframe: 51 frames  Mapping các kênh sau:  Downlink: FCCH, SCH, BCCH, CCCH (PCH+AGCH)  Uplink: RACH Trang 83Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 84 1. Cấu trúc tổng quát mạng GSM 2. Họat ñộng & dịch vụ mạng GSM 3. Băng tần vô tuyến mạng GSM 4. Lớp giao diện vô tuyến THÔNG TIN DI ðỘNG Chương 3: GSM 5. Mã hóa tiếng và kênh trong GSM 6. Giao thức trong GSM 7. Ví dụ Trang 84Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 85 Tổng quan Các khối liên quan giữa phát – thu trong GSM Trang 85Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 86 Tổng quan: Phát Trang 86Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 87 Mã hóa tiếng Áp lực khí từ phổi Dao ñộng thanh quản Miệng/mũi phát ra âm thanh Trang 87Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 88 Mã hóa tiếng (2)  GSM sử dụng ñiều chế số do ñó, Thọai (voice) phải chuyển sang tín hiệu số  Coder/decoder phải họat ñộng cùng chuẩn  PSTN sử dụng PCM: lậy mẫu 125µs, tốc ñộ 1 kênh là 64kbps  Tốc ñộ của PCM ko phù hợp cho vô tuyến vì Y/C BW cao  GSM sử dụng mã hóa dựa trên:  Âm hữu thanh (Voice) & âm vô thanh (unvoice). Voice mang tính tuần hòan và có chu kỳ ~ 20ms; unvoice không mang tính tuần hòan (giống noice)  Tiếng nói có dạng sóng ñặc biệt  Tiếng nói người: 12KHz  Thọai: 300Hz ñến 3400Hz  Tai người nghe: 20Hz~20KHz Trang 88Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 89 Chức năng của bộ mã hóa tiếng Speech detector Control ProcessA/D Speech encoder Channel coder Background noice  Speech detector: ðánh dấu những khối có tiếng nói  Speech encoder: Mã hóa tiếng từ tín hiệu A/D  Background noice: Gửi ở chế ñộ “Silent suppression” Trang 89Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 90 Chức năng của bộ giải mã tiếng Nội suy khối tiếng Control Process Speech decoder Tạo Channel coder Tai nghe Background noice  Nội suy khung tiếng: Thay thế khung mất khi truyền (bằng khung tốt cuối cùng)  Speech decoder: Nhận tín hiệu tốc ñộ 13kbps  Tạo background noice: Tạo nhiễu nền từ khung nhiễu Trang 90Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 91 Mã hóa tiếng trong GSM LPC-RPE coder 13kbps ADC 20ms 160 sample Analog Speech 8KHz x 13bit 36+36+188 = 260bit/20ms = 13kbps TRAU at BSC or MSC Log-Linear convertor 64kbps LPC36bit LTP36bit R PE188bit Channel coding Trang 91Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 4 92 Lọc tổng hợp LPC Filter LTP 36 bit 36 bit 188 bit 20ms speech - + 1. LPC Linear Prediction Coding Bộ lọc dự ñóan tuyến tính 2. LTE: Long-Term Prediction Bộ lọc dự ñóan thời gian dài: Tính chu kỳ pitch và ñộ lợi pitch 4 lần, mỗi lần 5ms cung cấp 7 và 2 bit cho hệ số pha và khuyếch ñại 4x(2+7)=36 bit 3. RPE Regular Pulse Excitation Coding: Mã hóa kích thích bằng xung ñều Exitation Analysis Trang 92Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 93 Tham số bộ lọc Trang 93Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 94 Tham số bộ lọc Bit/5ms Bit/20ms LPC 8 Tham số 36 LTP Tham số trễ 7 28 Khuyếch ñại 2 8 Pha của băng phụ 2 8 RPE Biên ñộ cực ñại 6 24 13 mẫu 39 156 Tổng cộng 260 Trang 94Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 95 Mã hóa kênh  ðể tái tạo lại tiếng, BER phải nhỏ hơn 0.1%  Kênh vô tuyến, BER thông thường là 1%  Phải mã hóa ñể sửa lỗi  2 phương pháp sửa lỗi  Sửa lỗi trước (Forward Error Correction  Sửa lỗi sau (Backward Error Correction) Trang 95Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 96 Mã hóa kênh  Sửa lỗi sau (Automatic Repeat reQuest ARQ)  Không phù hợp cho voice Trang 96Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 97 Mã hóa kênh  Coding ñược ñưa thêm vào data bit  Có khả năng phát hiện lỗi và sửa lỗi mà không cần phải truyền lại  Phù hợp cho thoại Trang 97Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 98 Mã hóa Kênh: Mã khối Bổ xung thêm lượng thông tin thích hợp ñể có thể tách và sửa lỗi Thông tin Bổ xung Gửi ñi 0 000 0000 1 111 1111 Khối mã 0000 sẽ ñúng với 0 và 1111 sẽ ñúng với 1. Tỷ lệ là 1:4, bảo vệ sẽ xảy ra như sau: Thu ñược : 0000 0010 0110 0111 1110 Quyết ñịnh: 0 0 x 1 1 Riêng cụm 0110 không xác ñịnh ñược cụ thể, trạm 0111 và 1110 ñược phát hiện là lỗi và có thể sửa Trang 98Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 99 Mã hóa Kênh: Mã xoắn GSM sử dụng mã block & mã xoắn (convolution) Viterbi M bit input , N bit output, n>m Trang 99Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 100 Mã hóa Kênh Mã tích chậpLPC-RPE 456 bit/20ms =22.8kbps (data of 4 timeslot) Interleave 78 bit ít quan trọng (0 mã hóa) 78 bit quan trọng 4 tailbit 260bit/20ms tốc ñộ 1/23 parity bit50 bit rất quan trọng 53 bit 378 bit 53+78+4=135 bits Mô hình mã hóa này cho phép sửa sai những block lỗi nhưng không quá phức tạp ñể ñơn giản phần cứng cho MS Trang 100Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 101 Interleaving (Ghép xen)  Mã hóa kênh cho phép sửa lỗi nếu lỗi là ngẫu nhiên  Thực tế, kênh truyền vô tuyến, lỗi có thể xảy ra thành cụm cho nhiều burst liên tiếp nhau nếu truyền theo thứ tự  Ghép xen, tạo ra mô hình giả ngẫu nhiên giữa các timeslot trong multiframe Block cần phát 1 2 3 4 5 6 Interleaving phát 1 5 2 6 3 4 Trang 101Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 102 Interleaving: Block  456bit/20ms sau khi mã hóa kênh Interleaving  456bit chia thành 8x57 bit (8 block) Trang 102Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 103 Interleaving: Bit Trang 103Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 104 ðiều chế số trong GSM  GSM sử dụng ñiều chế GMSK (Gaussian minimum shift keying)  Phase thay ñổi liên tục  Cho phổ tần hiệu quả Trang 104Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 105 ðiều chế số trong GSM GMSK using a Gaussian filter Trang 105Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 106 Summary Trang 106Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 107 1. Cấu trúc tổng quát mạng GSM 2. Họat ñộng & dịch vụ mạng GSM 3. Băng tần vô tuyến mạng GSM 4. Lớp giao diện vô tuyến THÔNG TIN DI ðỘNG Chương 3: GSM 5. Mã hóa tiếng và kênh trong GSM 6. Giao thức trong GSM 7. Ví dụ Trang 107Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 108 6. Giao thức trong GSM 6.1 Mô hình ISO 7 lớp 6.2 GSM Protocol layers 6.3 Cập nhập vị trí 6.4 Mobile Terminated Call THÔNG TIN DI ðỘNG 6.5 Mobile Originated Call 6.6 Handover Trang 108Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 109 Review: SS#7 vs OSI Transport Section Presentation Application H o s t l a y e r s Segment Data INAP, MAP, IS-41 TCAP, CAP, ISUP OSI 7 Layers SS#7 P r o t o c o l s Physical Data link Network M e d i a l a y e r s 1) Tại sao phải phân chia thành nhiều layer ? Giao thức là gì? 2) Tại sao là 7 lớp? 6 hoặc 9 lớp có ñược không? Bit Frame Package MTP1 MTP2 MTP3+SCCP N e t w o r k P r o t o c o l s Trang 109Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 110 Mô hình ISO 7 Layers: Truy cập dịch vụ  Mỗi lớp Y/C dịch vụ từ lớp dưới, 1 lớp cung cấp n service  Mỗi service là entity, mỗi entity truy suất qua ñiểm truy cập dịch vụ (Service Access Point SAP).  Mỗi SAP có 1 duy nhất nhận dạng SAPI Trang 110Chương 3: GSM 111 LAPDm Logical channels Call processing SMS Supplementary Services Trang 111Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 TDMA frame Physical channels 112 GSM Protocol cho báo hiệu Radio interface HLR MSC VLR MM + CM SS Trang 112Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 BTS BSC RR LAPDm SS (Supplementary Services MM: Mobile Management CM: Call Management (CC, SMS) RR: Radio Resource 113 Cấu trúc khung của LDAPm và LDAP LAPDm: m: Modifed from LDAP ADDRESS CONTROL INFORMATION 0-21 OCTETS SAPI N(S) N(R) Trang 113Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 FLAG ADRESS CONTROL INFORMATION 0 – 260 OCT FCS FLAG SAPI TEI N(S) N(R) LAPD: Link Access Protocol D-channel 114 LDAPm LAPDm: m: Modifed from LDAP ADDRESS CONTROL INFORMATION 0-21 OCTETS SAPI N(S) N(R) Trang 114Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5  Không sử dụng cờ  Bỏ qua kiểm tra lỗi (Thực hiện ở lớp vật lý)  SAPI (Service Access Point Identifier)  SAPI=0 for signaling  SAPI=3 for SMS  SAPI=62 for OAM (Operation And Maintenance)  SAPI=63 for layer 2 management on the Abis interface 115 MTP2 MTP2: Message Transfer Part Level 2: Là 1 phần của SS#7. Chức năng chính: ðảm bảo ñộ tin cậy bao gồm phát hiện và khôi phục lỗi. Trang 115Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 116 GSM Protocol layers cho báo hiệu CM MM RR RR’ BTSM Um Abis A MS BTS BSC MSC RR’ BTSM SS7 BSSAP MM CM BSSAP Trang 116Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng LAPDm radio LAPDm radio LAPD PCM 16/64 kbit/s 64 kbit/s / 2.048 Mbit/s LAPD PCM PCM SS7 PCM 117 GSM Protocol layers cho báo hiệu CM (Connection Management): ðK cuộc gọi, SMS và dịch vụ bổ xung MM (Mobility Management): ðăng ký, xác thực, quản lý vị trí và handover RR (Radio Resource Management): Chọn/duy trì/bỏ kênh vô tuyến; ñiều khiển chất lượng truyền dẫn vô tuyến LAPDm (“Link Access Protocol D-channel” modified): Sử dụng phiên bản của giao thức ISDN LAPD có sửa ñổi BTSM (Base Transceiver Station Management): Bản tin kiểm sóat tài nguyên vô tuyến giữa BSC và BTS BSSAP (Base Station System Application Part): ðiều khiển giữa BSC và MSC Trang 117Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 118 GSM Protocol layers cho báo hiệu BSC TRAU OAM Transcoding LAPD TS1 Speech TS Speech TS Trang 118Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 MSC OMC CCS7 TS X.25 TS2 CCS7 TS X.25 TS2 PCM LINK PCM LINK 119 GSM Protocol layers cho báo hiệu O A BTS O A R D BS BSSAP BSC BSSAP DTAP/ T C MM CM M A P NSS R R MM CM MS Trang 119Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 M L A P D MTP2 SCCP MTP3 L A P D M R TA P S M A P MTP1 MTP3 MTP2 SCCP MTP2 MTP3 SCCP BSSMAP AP Um Interface A bis Interface A Interface 120 Activities  Bật Mobile (IMSI attach)  Tắt Mobile (IMSI detach)  Cập nhập vị trí  Khởi tạo cuộc gọi (Call originated)  Nhận cuộc gọi (Mobile terminated)  ðo cell và handover Quản lý di ñộng Trang 120Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 121 Bật Mobile (IMSI attach) 1. Mobile chọn BTS tốt nhất (công suất phát) 2. Mobile gửi IMSI ñến MSC 3. MSC/VLR ñược cập nhập từ HLR  4. Dữ liệu thuê bao bao gồm vị trí hiện hành ñược cập nhập vào VLR 5. MSC/HLR thực hiện xác thực sử dụng Ki 6. EIR kiểm tra trạng thái máy (white, grey, black listed) Tùy chọn Trang 121Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 122 Tắt Mobile (IMSI detach) 1. Mobile thông báo MSC vịêc tắt máy 2. HLR lưu vị trí cuối cùng của Mobile  3. VLR ghi nhận Mobile không tồn tại trên mạng 4. Mobile tắt máy Nếu Mobile tắt máy ñột xuất (tháo pin) thì sao ? Trang 122Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 123 Cập nhập vị trí Mobile 1. Tự ñộng cập nhập vị trí: khi Mobile di chuyển sang vị trí mới 2. Cập nhập vị trí ñịnh kỳ: Kiểm tra mobile vẫn ñang họat ñộng trong mạng 3. Cập nhập vị trí hiện tại vào VLR 4. Nếu di chuyển sang MSC/VLR thì thông báo HLR Trang 123Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 124 Mobile looks for BCCH after switching on RACH send channel request AGCH receive SDCCH SDCCH authenticate SDCCH request for location updating SDCCH authenticate response Location update fom mobile SDCCH switch to cipher mode SDCCH cipher mode acknowledge SDCCH allocate TMSI SDCCH acknowledge new TMSI SDCCH switch idle update mode 125 Mobile nhận cuộc gọi (MTC) Khi Mobile nhận cuộc gọi từ mạng khác  PSTN ñịnh tuyến cuộc gọi ñến GMSC  Tìm VLR hiện hành từ HLR  Mobile Subscriber Roaming Number ñược gửi tới GMSC  GSC ñịnh tuyến cuộc gọi tới ñúng MSC/VLR Cuộc gọi nội mạng  HLR cung cấp MSC/VLR hiện hành  VLR cung cấp vị trí (LA) của Mobile  BSS tìm Mobile trong LA  Mobile trả lời và BSS cung cấp băng tần vô tuyến cho BTS, MS ñể nhận cuộc gọi Trang 125Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 126 ðịnh tuyến cuộc gọi từ PSTN ñến Mobile Trang 126Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 127 Mobile Terminated Call (MT)  1: calling a GSM subscriber  2: forwarding call to GMSC  3: signal call setup to HLR  4, 5: get routing info (MSRN) from VLR  6: forward routing info to GMSC MSRN: The mobile station roaming number  7: route call to current MSC  8, 9: get current status of MS (LAI+TMSI)  10, 11: paging of MS in location area  12, 13: MS answers paging and authentication request  14, 15: security checks  16, 17: set up connection Trang 127Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 128 MT: Channel activities at radio interface Trang 128Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 129 MT: Channel activities at radio interface (2) Trang 129Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 130 Mobile khởi tạo cuộc gọi Khi Mobile khởi tạo cuộc gọi: BSS xác ñịnh lọai cuộc gọi:  Thọai  Gọi khẩn cấp  Dịch vụ cộng thêm? NSS xác ñịnh nơi gọi ñến:  Mobile ñến Mobile cùng PLMN  Mobile ñến Mobile khác PLMN  Mobile ñến số mạng cố ñịnh MSC/GMSC ñịnh tuyến cuộc gọi và xử lý báo hiệu Nếu mobile gọi sang mạng khác, MSC sẽ ñịnh tuyến cuộc gọi ñến GMSC ñể chuyển sang gateway thích hợp Trang 130Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 131 Mobile Originated Call (MO)  1, 2: connection and authentication request  3, 4: security check  5-8: check resources (free circuit)  9-10: set up call Trang 131Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 132 MO: Channel activities at radio interface (1) Trang 132Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 133 MO: Channel activities at radio interface (2) Trang 133Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 134 Trang 134Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 135 ðo lường Cell và Handover  Mobile di chuyển và giám sát công suất tín hiệu từ 6 Cell liền kề  BSS xác ñịnh khi nào cần chuyển giao dựa vào ño lường cell và tải traffic của các cell kế cận  Handover có thể:  Kênh khác trong cùng 1 cell  Cell mới, cùng BSC  Cell mới, BSC mới  Cell mới, MSC/VLR mới  Mobile chỉ liên lạc với 1 cell tại 1 thời ñiểm Trang 135Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 136 ðo lường Cell và Handover Trang 136Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 137 ðo lường Cell và Handover Trang 137Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 138 Thủ tục Handover Trang 138Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 139 1. Cấu trúc tổng quát mạng GSM 2. Họat ñộng & dịch vụ mạng GSM 3. Băng tần vô tuyến mạng GSM 4. Lớp vô tuyến 5. Mã hóa tiếng và kênh trong GSM THÔNG TIN DI ðỘNG Chương 3: GSM 2G 6. Giao thức trong GSM 7. Ví dụ Trang 139Chương 4: GSM GSM: Global System for Mobile Telecommunication Thông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 140 7. Tủ BTS, Anten Trang 140Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 141 7. Sectors Vô hướng (Omni) Trang 141Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 142 7. Sectors  Sóng mang có băng thông là 200KHz  1cell = 1sector, chính là hướng phát của anten  Lý thuyết: Anten (BTS) ñặt ở tâm hình lục giác ñều  Thực tế: BTS ñặt tại ñiểm giao nhau giữa 3 hình lục giác liền kề  Mỗi hình lục giác là 1 cell hay 1 sector  1site = 1 trạm BTS, 1 BTS có các cấu hình cho 1, 2, 3 sector  1 sector có thể có 1, 2, 3, 4 (n) bộ thu phát (TRX)  1TRX sử dụng 1 sóng mang  Trong WCDMA 1 sector có thể có nhiều cell. Các cell trên các sector này sẽ có các tần số khác nhau. Trang 142Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 5 143 7. Tính tóan vùng phủ sóng (Planning) Số trạm BTS phụ thuộc vào:  ðịa hình  Khu dân cư  ðặc ñiểm dân cư  Kinh phí (if any) Khu Vực 1 Thông thường có phần mềm chuyên dụng ñể mô phỏng và tinh tóan Trang 143Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 6 Khu Vực 2 Khu Vực 3 144 7. Cấu hình BTS 1 site = 1 BTS, 1 BTS có thể có nhiều trạm phát (TRX) và có thể có nhiều sector Cấu hình BTS thường ñược viết dưới dạng: (Số TRX) /(Số TRX) /(SốTRX) Sector1 Sector2 Sector3 VD: BTS có cấu hình 1/1/1 : BTS này có 3 sector, mỗi sector có 1TRX BTS có cấu hình 1/2/1 là BTS có cấu hình 3 sector, sector 1 và sector 3 có 1 TRX, sector 2 có 2 TRX BTS có cấu hình 1/12: BTS sử dụng anten Omni (Vô hướng) có 12 TRX Trang 144Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 6 145 7. BTS: Dung lượng BTS sẽ kết nối về BSC bằng luồng E1 Một TRX sử dụng 1 ARFCN. 1ARFCN sẽ có 8Timeslot (TS) 1 TS (#0) dành cho báo hiệu 1 TS phục vụ 1 user cho TCH/F và 2 user cho TCH/H Phải có ít nhất 1 BCCH trong 1 cell ( 1TRX) VD1 : Cell chỉ có 1 TRX:  TS0: Báo hiệu:  TS1~7: TCH/F, TCH/H, SACCH VD2: Cell 4 TRX:  TS0: Báo hiệu cho nhóm: FCCH, SCH, BCCH, CCCH  2TS: báo hiệu: SDCCH, SACCH  29TS: TCH/F, TCH/H, SACCH Trang 145Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 6 146 7. BTS: Dung lượng Trang 146Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 6 147 7. TRX và TS thọai Trang 147Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 6 148 Công xuất phát MS BTS Power Class (Thường 5~7) Trang 148Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 6 149 ðộ nhạy bộ thu Trang 149Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 6 150 Tóm tắt  Mô tả chức năng tổng quát mạng GSM  Các dịch vụ GSM cung cấp  Tính ñược băng tần uplink/downlink  Phân biệt kênh vật lý & kênh logic, frame, multi-frame  Mô tả chức năng kênh dữ liệu và kênh ñiều khiển  Thủ tục Bật / tắt mobile  Thủ tục modile nhận cuộc gọi / mobile khởi tạo cuộc gọi  Thủ tục cập nhập vị trí của mobile Trang 150Chương 4: GSMThông Tin Di ðộng 1 5 : 1 7 : 1 6 Q &A ?