›
›

Bài giảng Hệ thống viễn thông - Chương 3, Phần 2: Hệ thống GSM

pdf 190 trang phuongnguyen 7540
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Hệ thống viễn thông - Chương 3, Phần 2: Hệ thống GSM", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_he_thong_vien_thong_chuong_3_phan_2_he_thong_gsm.pdf

Nội dung text: Bài giảng Hệ thống viễn thông - Chương 3, Phần 2: Hệ thống GSM

  1. Thông tin di động
  2. 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
  3. 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/ • •
  4. Phần 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
  5. 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).
  6. 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)
  7. Trạm thu phát gốc BTS – Base Transceiver Staon (BS – Base Staon)
  8. Vùng phủ sóng PBTS (coverage area) RFC(n) HÌNH DẠNG LÝ THUYẾT MS RSSI BTS Radiochỉ thị S cườngignal Sđộtrength n hiệu Indication
  9. 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
  10. Đơn vị công suất P à W dB; mW dBm P(mW) P(dBm) 10 10 1 0 P(dBm) = P(dB) + 30 10-1 -10 -2 10 -20 P (dBm) = 10 log10 [ P (mW)]
  11. Hình dạng và kích thước cell Cell lớn (Macrocell) Celln hỏ (Microcell)
  12. 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)
  13. 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)
  14. Phương thức phủ sóng Vô hướng Anten vô hướng hay 3600 bức xạ năng lượng đều theo mọi hướng. 1 Site = 1 cell 3600
  15. Phương thức phủ sóng 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
  16. Phương thức phủ sóng
  17. BTS – Base Transceiver Staon
  18. Phương thức phủ sóng 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
  19. Phương thức phủ sóng Global Satellite Suburban Urban In-Building Picocell Microcell Macrocell
  20. 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
  21. 1G - First Generaon 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.
  22. 1G - First Generaon
  23. 1G - First Generaon 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.
  24. Second Generaon (2G) 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.
  25. Second Generaon (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.
  26. 2.5G - Evolved Second Generaon – 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)
  27. 3G - Third Generaon q Hỗ trợ các dịch vụ số liệu gói tốc độ cao: • Di chuyển trên các phương ện (Vehicles): 144 kbps - Macro Cell • Đi bộ, di chuyển chậm (Pedestrians): 384 kbps – Micro cell • Văn phòng ( Indoor, staonary users) 2 Mbps - Pico cell q Dịch vụ đa phương ện, kết nối qua Internet: Video Streaming, video conference, web browsing, email, navigaonal maps . .
  28. 3G - Third Generaon – 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.
  29. 4G - Fourth Generaon – 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 !
  30. IMT-2000 Vision Includes LAN, WAN and Satellite Services Global Satellite Suburban Urban In-Building Picocell Microcell Macrocell Basic Terminal PDA Terminal Audio/Visual Terminal
  31. ξ1. Lịch sử phát triển • Fourth Generaon (4G) – Hiện nay đang xây dựng chuẩn. – Cải ến 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 !
  32. 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
  33. Phần 2 HỆ THỐNG GSM
  34. 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
  35. Cấu trúc hệ thống GSM • Mạng thông n 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 • Operaon and Maintenance Subsystem
  36. Cấu trúc hệ thống GSM Data NetwoRK NSS BSS vlr iwf trau bsc auc hlr msc ec bts bts bts eir pstn omc SIEMENS NIXDORF ms! Omc- s! Me! sim! Omc- r! IWF: InterWorking Function - Khối tương tác mạng EC: Echo Canceler - Khối triệt tiếng vọng Kết nối mang thông tin báo hiệu /điều khiển Kết nối mang thông tin người sử dụng và báo hiệu
  37. Trạm di động MS - Mobile Staon • Trạm di động MS = ME + SIM – ME : Mobile Equipment - thiết bị di động – SIM: Subscriber Indenty Module Module nhận dạng thuê bao. • ME = hardware + soware • ME ó IMEI = Assigned at the factory 6 digits 2 digits 6 digits 1 digit Type Approval Final Assembly Serial Number Sp Code Code IMEI
  38. Trạm di động MS - Mobile Staon • SIM: lưu giữ các thông n nhận thực thuê bao và mật mã hóa/ giải mật mã hóa. • Các thông n lưu giữ trong SIM: – Các số nhận dạng IMSI, TMSI – Khóa nhận thực Ki – Số hiệu nhận dạng vùng định vị LAI: (Locaon Area ID) – Khóa mật mã Kc – Danh sách các tần số lân cận
  39. 1. Phân hệ trạm gốc BSS q BSS: Base Staon 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.
  40. Bộ điều khiển trạm gốc BSC q BSC: Base Staon Controller q Bộ điều khiển trạm gốc BSC thực hịên các chức năng sau: – Điều khiển một số trạm BTS: xử lý các bản n 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.
  41. BSS’s components BSS MSC trau bsc bts bts bts BSS = TRAU + BSC + BTS
  42. Trạm thu phát gốc BTS q BTS: Base Tranceiver Staon hoặc BS: Base Staon 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 (Modulang/ Demodulang)
  43. Cấu hình BSS 5 2 BTS BTS BTS 1 BTS 4 BSC 3 BTS 6 BTS 7 * Vị trí của BTS so với BSC: BTS BTS đặt gần: co-located BTS: 1 * Cấu hình kết nối các BTS: BTS ở xa: remote BTS: 2 ÷ 7 Hình sao: star - 1,2,3 Hình chuỗi: chain - 1,2,4,5 Mạch vòng: loop - 1,2, 4,6,7 ,3, 1
  44. Bộ TRAU (XCDR) TRAU: Transcoding and Rate Adapon Unit hoặc XCDR : TransCoDeR LPC: 13 Kbps + header: 3 Kbps PCM: 64 Kbps 1 TS (64kbps) 1 ó 4 kênh (16kbps) chuyển 2 MSC đổ i BSC 3 MUX mã 4 1 TS ó 1 kênh Tốc độ 1 kênh Ghép kênh: thoại: 64 kbps thoại: 16 Kbps 4*(3+13) = 64 Kbps
  45. 2. Phân hệ chuyển mạch NSS
  46. 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
  47. 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
  48. 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
  49. 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
  50. Khối nhận dạng thiết bị EIR “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 EIR: Equipment Identity Register
  51. 3. Phân hệ vận hành và bảo dưỡng OMS OMS: Operation and Maintenance Subsystem
  52. Trung tâm vận hành và bảo dưỡng OMC OMC: Operation and Maintenance Center
  53. Trung tâm vận hành và bảo dưỡng OMC
  54. Cấu trúc mạng GSM
  55. Vùng phủ sóng - Vinaphone Miền Bắc Vùng 1 KV1: Hà Nội và các tỉnh phía Bắc đến Quảng Bình
  56. Vùng phủ sóng - Vinaphone Vùng 3 KV1: Các tỉnh miền Trung từ Quảng trị đến Khánh hòa và tỉnh Tây nguyên
  57. Vùng phủ sóng - Vinaphone Vùng 2 KV2: TP. Hồ Chí Minh và các tỉnh phía Nam từ Ninh thuận đến Cà mau
  58. GSM Funcon
  59. Phân cấp vùng phục vụ GSM Service Area
  60. Vùng phục vụ PLMN
  61. Vùng định vị LAI và vùng phục vụ MSC/VLR
  62. Số nhận dạng vùng định vị LAI 3 digits 2 digits 2 Bytes Mobile country Mobile Location Area Network Code Code (MCC) (MNC) Code (LAC) Số LAI: Location Area Identity => Số nhận dạng vùng định vị 3 digits 2 digits 2 Bytes 2 Bytes Mobile country Mobile Network Location Area Cell Code (MCC) Code (MNC) Code (LAC) Identity (CI) Số nhận dạng ô toàn cầu GCI: GCI = MCC + MNC + LAC + CI = LAI + CI
  63. Các giao diện trong mạng GSM
  64. Khái niệm • Giao diện - Interface: ”Là ranh giới giữa các thực thể chức năng (funconal enes) tại đó khuôn dạng dữ liệu (protocols) và quá trình trao đổi thông n (procedure) được chuẩn hóa”
  65. Giao diện trong GSM
  66. Làm việc nhóm Tìm hiểu giao diện Um - Phân bố tần số uplink và downlink - Chức năng
  67. Băng tần GSM
  68. Dải GSM900
  69. Dải tần
  70. Quá trình xử lý n hiệu thoại GSM transmitter Speech Channel Encry- Inter- Burst Modu- coding Coding ption leaving assembly lator T Mã hóa Mã hóa Mật mã Ghép Tạo Điều C nguồn kênh hóa xen cụm chế H thoại Channel Burst Speech Decry- Deinter- Demod- De- disasse- decoding ption leaving ulator Coding mbly receiver
  71. Phân cấp cấu trúc khung - Frame hierarchy 1 hyperframe = 2048 superframes = 2715648 TDMA frames 0 1 2 3 2044 2045 2046 2047 3 h 28 min 53.76 s 1 superframe = 51 (26 Frames) multiframes OR 26 (51 Frames) multiframes 6.12 s 0 1 2 3 . 47 48 49 50 0 1 . 24 25 26 * 51 = 1326 TDMA Frames 1 trafic multiframe = 26TDMA frames 1 control multiframe = 51TDMA frames T0 T1 T1 S T1 T2 I T0 T4 T4 T5 1 2 4 T1 T2 T3 . 8 9 0 120 ms 235.4 ms 0 1 6 7 4.615 ms slot 577 µs TDMA Frame burst
  72. Các kênh logic tại giao diện Um
  73. Kênh lưu lượng - TCH
  74. Kênh điều khiển - CCH
  75. 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 n trong đa khung 51
  76. Ý nghĩa các kênh • Fast Associated Control Channel (FACCH) – Đi trong cùng kênh lưu lượng – Nguyên tắc ăn cắp chùm n từ kênh lưu lượng liên quan – Chùm n vận chuyển FACCH phân tách với chùm n 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 n đo lường kiểm soát trên UL – Kiểm soát định thời và công suất
  77. Ý nghĩa các kênh • BCCH - Broadcast Control Channel – Lặp lại một dạng thông n nào đó – Mô tả nhận dạng, cấu hình và đặc điểm của BTS – Truyền bản n đo lường báo cáo – Thông n về LAI – Tần số truyền kênh BCCH là cố định tại BTS • SCH - Synchronizaon 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
  78. Ý nghĩa các kênh • FCCH - Frequency Correcon Channel – Tạo ếng 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 n 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 n ngẫu nhiên yêu cầu cấp kênh – Là kênh chia sẻ dùng chung
  79. 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
  80. 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.
  81. Sử dụng lại tần số • 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
  82. Sử dụng lại tần số 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
  83. 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.
  84. Khái niệm Các cell cùng tên được cấp phát cùng một nhóm tần số vô tuyến. B G C A F D E B B G C G C A Một cụm - cluster có kích cỡ A F D N cell, được lăp lại tại các vị F D E trí địa lý khác nhau trong E toàn bộ vùng phủ sóng.
  85. Chia cell B B G C G C A F D F D E E n P ! R $ phát trong cell nho = # cell nho & Pphát trong cell lon " Rcell lon %
  86. Phân cung
  87. Quy hoạch mạng - Khoảng cách giữa hai cell lân cận 2μ
  88. 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
  89. Khoảng cách sử dụng lại tần số D
  90. 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
  91. Khoảng cách sử dụng lại tần số D
  92. Khoảng cách sử dụng lại tần số D Chuẩn hóa theo kích thước của cell: R=1 D = 3M
  93. 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
  94. Mẫu sử dụng lại tần số Với site phân cung 1200 thì : Site A M = 3N ⇒3 mẫu chuẩn hóa: A1 A2 A3 Mẫu 3/9, 4/12 và 7/21 Cell 1200
  95. Mẫu sử dụng lại tần số 3/9 A1 A1 Cluster A2 A2 A3 B1 A3 B1 B2 B2 C1 B3 C1 B3 C2 C2 C3 A1 C3 A2 B1 A3 B1 B2 B2 B3 B3
  96. 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
  97. Sử dụng lại tần số • 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
  98. 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
  99. Nhiễu đồng kênh
  100. SIR, S/I – C/I, CIR • Tỉ số n hiệu trên nhiễu đồng kênh – Signal to Interference Rao • 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
  101. SIR, S/I – C/I, CIR SIR của đầu thu di động 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
  102. 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
  103. SIR, S/I – C/I, CIR Nếu công suất phát của các BS bằng nhau, SIR tại 1 mobile : à à
  104. Với 1 cụm 7 cell hình sáu cạnh, giả sử có mobile nằm tại cạnh của cell, SIR trong trường hợp xấu nhất:
  105. Chu trình cuộc gọi và chuyển giao
  106. Chu trình cuộc gọi • Cuộc gọi kết thúc tại MS MTC - Mobile Terminang Call ví dụ: Cuộc gọi từ PSTN đến PLMN • Cuộc gọi khởi tạo từ MS MOC - Mobile Originang Call • Trạng thái của MS: – MS tắt máy (detached) – MS bật máy (atached): - rỗi (idle). - bận (busy).
  107. CallChu trình cuộc gọi sequence: MTC 0912345678 0912345678
  108. Mobile Terminang Call (1) HCM TP. Ha Noi
  109. Mobile Terminang Call (2)
  110. Mobile Terminang Call (3)
  111. Mobile Terminang Call (4)
  112. Chuyển giao cuộc gọi – HO (Hand Over)
  113. Phân loại chuyển giao theo cấp điều khiển 1 2 3 4 MS MS MS MS BTS BTS BTS BTS BSC BSC BSC MSC MSC
  114. GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung
  115. Cấu trúc của GSM Base Station Network Subsystem Mobile Station Subsystem Other Networks PSTN MSC/ GMSC BSC VLR BTS ME SIM PLMN EIR HLR AUC Internet SD + Note: Interfaces have been omitted for clarity purposes.
  116. Cấu trúc hệ thống GPRS Base Station Network Subsystem Mobile Station Subsystem Other Networks MSC/ GMSC BSC VLR PSTN BTS ME SIM PLMN EIR HLR AUC GGSN SGSN Internet SD + Note: Interfaces have been omitted for clarity purposes.
  117. • 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
  118. Các trường hợp lưu lượng
  119. 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 !
  120. IMSI Attach 1. MS gửi thông điệp IMSI tới mạng để báo rằng nó đã chuyển sang trạng thái idle. !
  121. IMSI Attach 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. ! 2.
  122. IMSI Attach 1. VLR cập nhật trạng thái của MS là idle. ! 2. 3.
  123. IMSI Attach 1. ACK được gửi tới MS. ! 4. 2. 3. 4.
  124. 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. !
  125. Cập nhật vị trí trong cùng MSC/VLR 1. 2. 2. MS thiết lập kết nối với mạng qua kênh SDCCH. Quá trình xác thực được thực hiện. !
  126. Cập nhật vị trí trong cùng MSC/VLR 1. 2. 2. 3. 3. Nếu quá trình xác thực thành công, MS gửi yêu cầu cập nhật vị trí lên hệ thống. !
  127. Cập nhật vị trí khác MSC/VLR 1. 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. !
  128. Cập nhật vị trí khác MSC/VLR 2. 1. 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. !
  129. Cập nhật vị trí khác MSC/VLR 3. 2. 1. 1. 3. 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. !
  130. Cập nhật vị trí khác MSC/VLR 4. 3. 2. 1. 1. 3. VLR lưu trữ thông tin thuê bao của MS, bao gồm vị trí mới nhất và trạng thái (idle). VLR gửi ACK tới MS. !
  131. 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)
  132. Chuyển giao
  133. Chuyển giao
  134. Cuộc gọi từ MS đến PSTN 1. 1. B A 1. MS dùng RACH yêu cầu kênh báo hiệu. !
  135. Cuộc gọi từ MS đến PSTN 1. 1. 2. 2. B A 2. BSC/TRC cấp phát kênh báo hiệu, dùng AGCH. !
  136. Cuộc gọi từ MS đến PSTN 1. 1. 2. 2. 3. 3. B A 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. !
  137. Cuộc gọi từ MS đến PSTN 1. 1. 2. 2. 3. 3. 4. 4. 4. B A 4. MSC/VLR yêu cầu BSC/TRC cấp phát kênh TCH rảnh cho MS. BTS và MS được điều chỉnh đến kênh TCH này. !
  138. Cuộc gọi từ MS đến PSTN 1. 1. 2. 2. 3. 3. 4. 4. B 4. 5. A 5. MSC/VLR chuyển số thuê bao được gọi (B- number) đến tổng đài của PSTN để thiết lập kết nối. !
  139. Cuộc gọi tới MS
  140. 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. !
  141. 1. 1. 2. 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. !
  142. 3. 1. 1. 2. 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. !
  143. 3. 1. 1. 2. 4. 4. HLR yêu cầu MSRN (Mobile Station Roaming Number) từ MSC/VLR phục vụ. !
  144. 3. 5. 1. 1. 2. 5. 4. 5. MSC/VLR trả về MSRN thông qua HLR đến GMSC. !
  145. 3. 5. 1. 1. 2. 5. 6. 4. 6. GMSC phân tích MSRN và định tuyến cuộc gọi đến MSC/ VLR. !
  146. 3. 5. 1. 1. 2. 5. 6. 4. 7. 7. MSC/VLR biết LA của MS. Một thông điệp paging được gửi cho tất cả các BSC trong LA đó. !
  147. 3. 5. 1. 1. 2. 5. 6. 4. 7. 8. 8. BSC phân phát thông điệp này đến các 8. 8. BTS trong LA. BTS gửi thông điệp này trên kênh PCH. Để tìm gọi 8. (page) một MS, mạng dùng IMSI hoặc TMSI (chỉ hợp lệ trong vùng phục vụ MSC/VLR). !
  148. 3. 5. 1. 1. 2. 5. 6. 4. 7. 8. 9. Khi MS phát hiện 9. thông điệp paging, nó 8. 8. sẽ yêu cầu cấp kênh SDCCH trên kênh RACH. 8. ! 9.
  149. 3. 5. 1. 1. 2. 5. 6. 4. 7. 10. 8. 10. BSC cấp phát kênh 9. SDCCH, dùng AGCH. 8. 8. ! 8. 10. 9.
  150. 3. 5. 1. 1. 2. 5. 6. 4. 11. 7. 11. 10. 8. 11. SDCCH được sử dụng 9. để thiết lập cuộc gọi. 8. 8. ! 8. 9. 10.
  151. Handover trong cùng BSC ( intra - BCS)Handover: cells controlled by the same BSC 1. 1. BSC yêu cầu BTS mới kích hoạt kênh TCH. !
  152. Handover trong cùng BSC 2. ( intra - BCS)Handover: cells controlled by the same BSC 2. 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. ! 1.
  153. Handover trong cùng BSC 2. ( intra - BCS)Handover: cells controlled by the same BSC 2. 3. 1. 3. MS chuyển sang tần số mới và truyền burst truy cập handover trong time slot đúng. !
  154. Handover trong cùng BSC 2. ( intra - BCS)Handover: cells controlled by the same BSC 2. 3. 1. 4. 4. Khi BTS mới phát hiện các burst handover, nó gởi thông tin về TA trên kênh FACCH. !
  155. Handover trong cùng BSC 2. ( intra - BCS)Handover: cells controlled by the same BSC 2. 3. 5. 1. 4. 5. 5. MS gởi thông điệp hoàn thành handover tới BSC thông qua BTS mới. !
  156. Handover trong cùng BSC 2. ( intra - BCS)Handover: cells controlled by the same BSC 2. 6. 6. BSC yêu cầu RBS cũ giải phóng TCH cũ. ! 3. 5. 1. 4. 5.
  157. Handover khác BSC, cùng MSC (inter - BSC, intra – MSC) 1. 1. BSC cũ gởi tin nhắn yêu cầu handover tới MSC chứa nhận dạng của cell mới. !
  158. 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.
  159. Handover khác BSC, cùng MSC (inter - BSC, intra – MSC) 1. 3. BSC mới yêu cầu BTS mới kích hoạt kênh TCH. ! 3. 2.
  160. Handover khác BSC, cùng MSC 4. (inter - BSC, intra – MSC) 4. 1. 4. 4. BSC mới gởi thông điệp tới MS thông qua MSC và BTS cũ. 3. ! 2. 4.
  161. Handover khác BSC, cùng MSC 4. (inter - BSC, intra – MSC) 4. 1. 4. 5. MS chuyển sang tần số mới và 5. truyền burst truy cập handover trong time slot đúng. 3. ! 2. 4.
  162. Handover khác BSC, cùng MSC 4. (inter - BSC, intra – MSC) 4. 1. 4. 5. 3. 2. 6. 4. 6. BTS mới gởi thông tin về TA trên kênh FACCH. !
  163. Handover khác BSC, cùng MSC 4. (inter - BSC, intra – MSC) 4. 1. 4. 5. 7. 3. 2. 7. 4. 7. MS gởi thông điệp 7. hoàn thành handover tới MSC qua BSC mới. !
  164. Handover khác BSC, cùng MSC 4. (inter - BSC, intra – MSC) 4. 1. 4. 8. 8. MSC yêu cầu BSC 5. giải phóng TCH cũ. 7. 3. ! 2. 7. 4. 7.
  165. Handover khác BSC, cùng MSC 4. (inter - BSC, intra – MSC) 4. 1. 9. 4. 8. 5. 9. BSC cũ yêu cầu BTS cũ giải phóng TCH. 7. 3. ! 2. 7. 4. 7.
  166. Handover khác MSC(inter – MSC) DCell 1. BSC cũ gởi thông điệp yêu cầu handover tới MSC phục vụ (MSC- A), với nhận dạng của cell mới. !
  167. Handover khác MSC(inter – MSC) DCell 1. MSC-A nhận dạng cell mới này thuộc MSC khác (MSC-B) và 2. yêu cầu trợ giúp. !
  168. Handover khác MSC(inter – MSC) DCell 1. MSC-B cấp số handover để tái định tuyến cuộc gọi. Sau đó gởi 2. yêu cầu handover tới BSC mới. 3. !
  169. Handover khác MSC(inter – MSC) DCell 1. BSC mới yêu cầu BTS mới kích hoạt TCH. 2. 4. 3. !
  170. Handover khác MSC(inter – MSC) DCell 1. MSC-B nhận thông tin, và chuyển nó tới MSC-A cùng với số handover. 2. 5. 4. 3. ! 5.
  171. Handover khác MSC(inter – MSC) DCell 6. 1. Một kết nối được thiết lập tới MSC-B, có thể thông qua PLMN. 2. 5. 4. 3. ! 5.
  172. Handover khác MSC(inter – MSC) 7. DCell 6. 1. 7. MSC-A gởi lệnh handover tới MS, thông qua BSC cũ. 2. 5. 4. 3. ! 5.
  173. Handover khác MSC(inter – MSC) 7. DCell 6. 1. 7. 8. MS chuyển sang tần số mới và truyền burst truy cập 2. 5. handover trong time slot đúng. 4. 3. 5. !
  174. Handover khác MSC(inter – MSC) 7. DCell 6. 1. 7. 8. 2. 5. 4. 3. 9. 5. Khi BTS mới phát hiện các burst handover này, nó gởi thông tin về TA. !
  175. Handover khác MSC(inter – MSC) 7. DCell 6. 1. 7. 8. 2. 5. 10. 4. 3. 9. 10. 5. 10. MS gởi tin nhắn hoàn thành handover tới MSC cũ thông qua BSC mới và MSC/VLR mới. !
  176. Handover khác MSC(inter – MSC) 7. DCell 11. 6. 1. 7. 8. 2. 5. 10. 4. 3. 9. 10. 5. 10. Một đường mới trong groupswitch trong MSC-A được thiết lập và cuộc gọi được chuyển mạch sang đường này. !
  177. Short Message Service qMobile originated SMS: MS SMS–C q Mobile terminated SMS: SMS–C MS
  178. Mobile Originated SMS 1. MS An thiết lập kết nối vào mạng, như trường hợp của một cuộc gọi thông thường . ! !
  179. Mobile Originated SMS 1. 2. 2. 2. Nếu xác thực thành công, MS sẽ gửi tin nhắ n bằng cách sử dụng SDCCH tới SMS-C thông qua MSC / VLR. ! SMS-C sẽ chuyển tiếp các tin nhắn ngắn đến đích. !
  180. Mobile terminated SMS 1. Người sử dụng gửi tin nhắn tới SMS-C !
  181. Mobile terminated SMS 2. 1. SMS-C gửi tin nhắn tới SMS-GMSC. !
  182. Mobile terminated SMS 3. 2. 1. SMS–GMSC truy vấn HLR các thông tin định tuyến.
  183. Mobile terminated SMS 4. 3. 2. 1. HLR trả về các thông tin định tuyến cho SMS-GMSC.
  184. Mobile terminated SMS 4. 3. 2. 5. 1. SMS-GMSC định tuyến tin nhắn tới MSC/VLR đang phục vụ MS.
  185. Mobile terminated SMS 4. 3. 2. 5. 6. 1. 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.
  186. Mobile terminated SMS 4. 3. 2. 5. 6. 7. 1. Nếu xác thực thành công, MSC/ VLR sẽ gửi tin nhắn tới MS. Các tin nhắn được truyền trên kênh báo hiệu SDCCH
  187. Mobile terminated SMS 4. 3. 2. 5. 6. 7. 1. 8. 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.