Bài giảng Thông tin di động (Mobile Communications)

ng tác mạng EC: Echo Canceler - Khối triệt tiếng vọng
Omc- s
Omc- r
1. Trạm di động MS - Mobile Station
„ Trạm di động MS = ME + SIM
‰ ME : Mobile Equipment - thiết bị di động
‰ SIM: Subscriber Indentity Module 
Module nhận dạng thuê bao.
„ ME = hardware + software 
„ ME Ù IMEI = Assigned at the factory
Serial NumberFinal Assembly Code
Type Approval
Code
6 digits 2 digits
IMEI
6 digits
Sp
1 digit
Trạm di động MS - Mobile Stattion
„ SIM: lưu giữ các thông tin nhận thực thuê bao và mật mã
hóa/giải mật mã hóa.
„ Các thông tin lưu giữ trong SIM:
‰ Các số nhận dạng IMSI, TMSI
‰ Khóa nhận thực Ki
‰ Số hiệu nhận dạng vùng định vị LAI: (Location Area ID)
‰ Khóa mật mã Kc
‰ Danh sách các tần số lân cận
Phân hệ trạm gốc BSS
„ BSS: Base Station Subsystem
„ 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.
„ BSS kết nối với NSS qua luồng PCM 
cơ sở 2 Mbps.
Bộ điều khiển trạm gốc BSC
„ BSC: Base Station Controller
„ Bộ điều khiển trạm gốc BSC thực hịên các chức
năng sau:
‰ Điều khiển một số trạm BTS: xử lý các bản tin 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
btsbts
BSS = TRAU + BSC + BTS
Trạm thu phát gốc BTS
„ BTS: Base Tranceiver Station 
hoặc BS: Base Station 
„ 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 (Modulating/ Demodulating)
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 Adaption Unit
hoặc XCDR : TransCoDeR
chuyển
đổi
mã
MSC
PCM: 64 Kbps
LPC: 13 Kbps
BSC
M
U
X
+ header: 3 Kbps 
Ghép kênh: 
4*(3+13) = 64 Kbps 
Tốc độ 1 kênh
thoại: 16 Kbps 
1
2
3
4
1 TS Ù 1 kênh
thoại: 64 kbps
1 TS (64kbps)
Ù 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 1Vùng 1
KV1: Các tỉnh miền Trung
từ Quảng trị đến Khánh
hòa và tỉnh Tây nguyên
Vùng 3Vùng 3
Vùng phủ sóng -
Vinaphone
Vùng phủ sóng - Vinaphone
KV2: TP. Hồ Chí Minh
và các tỉnh phía Nam từ
Ninh thuận đến Cà mau
Vùng 2Vùng 2
ξ2.2. Phân cấp vùng phục vụ
GSM Service Area
Vùng phục vụ PLMN
Vùng định vị LAI 
và vùng phục vụMSC/VLR
Số nhận dạng vùng định vị LAI
Location Area 
Code (LAC)
Mobile country
Code (MCC)
3 digits 2 digits
Số LAI: Location Area Identity => Số nhận dạng vùng định vị
Location Area
Code (LAC)
Mobile country
Code (MCC)
3 digits 2 digits
Số nhận dạng ô toàn cầu GCI:
GCI = MCC + MNC + LAC + CI = LAI + CI
Cell
Identity (CI)
2 Bytes 2 Bytes
2 Bytes
Mobile
Network Code 
(MNC)
Mobile Network
Code (MNC)
ξ2.3. Các giao diện trong mạng GSM
Khái niệm
„ Giao diện - Interface:
”Là ranh giới giữa các thực thể chức năng (functional 
entities) tại đó khuôn dạng dữ liệu (protocols) và
quá trình trao đổi thông tin (procedure) được chuẩn
hóa”
GSM’s interfaces
Quá trình xử lý tín 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
T
C
H
transmitter
receiver
Mã hóa
nguồn
Mã hóa
kênh
Mật mã
hóa
Ghép
xen
Tạo
cụm
Điều
chế
thoại
OR 26 (51 Frames) multiframes
32 10 2047204620452044
3210 50 494847
10 2524
IT2
4
..
T1
2
ST1
1
..
T1T0 T5
0
T4
9
T4
8
..
..
.T3T2T1
T0
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
Kênh lưu lượng - TCH
Kênh điều khiển - CCH
ξ2.5. 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.
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
G B
F
E
A
C
D
A
C
B
G
F D
E
D
B
F
E
C
A
G
Một cụm - cluster có kích cỡ
N cell, được lăp lại tại các vị
trí địa lý khác nhau trong
toàn bộ vùng phủ sóng.
l
ll l l i i ị
ị l
Các cell cùng tên được cấp
phát cùng một nhóm tần số vô
tuyến.
Khoảng cách giữa hai cell lân cận 2µ
Khoảng cách sử dụng lại tần số D
Khoảng cách sử dụng lại tần số D
D = khoảng cách giữa hai cell đồng kênh
Khoảng cách sử dụng lại tần số D
„ 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
Mẫu sử dụng lại tần số
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
B3C1
C2
C3
A1
A2
A3 B1
B2
B3C1
C2
C3
ξ5. Chu trình cuộc gọi và chuyển giao
Chu trình cuộc gọi
„ Cuộc gọi kết thúc tại MS
MTC - Mobile Terminating Call
ví dụ: Cuộc gọi từ PSTN đến PLMN 
„ Cuộc gọi khởi tạo từ MS 
MOC - Mobile Originating Call 
„ Trạng thái của MS:
‰ MS tắt máy (detached)
‰ MS bật máy (atached): - rỗi (idle).
- bận (busy).
0912345678 
0912345678 
Chu trình cuộc gọiCall sequence: MTC
TP. Ha Noi
HCM
Mobile Terminating Call (1)
Mobile Terminating Call (2)
Mobile Terminating Call (3)
Mobile Terminating Call (4)
Chuyển giao cuộc gọi – HO (Hand Over)
Phân loại chuyển giao theo cấp điều khiển
MSC MSC
BSC BSCBSC
BTS BTS BTSBTS
MS MS MS MS
1
2 3 4
ξ2.9. GPRS
General Packet Radio Service 
Dịch vụ vô tuyến gói chung
Cấu trúc của GSM
SD
Mobile Station
BTS
MSC/
VLR
SIM ME
BSC
Base Station
Subsystem
GMSC
Network Subsystem
AUCEIR HLR
Other Networks
Note: Interfaces have been omitted for clarity purposes.
+
PSTN
PLMN
Internet
SD
Mobile Station
BTS
MSC/
VLRBSC
Base Station
Subsystem
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
Chương 3: Hệ thống CDMA
Đa truy nhập phân chia theo mã CDMAa truy nhập phân chia theo ã
Máy phát Máy thu
Code A
A
Code B
B
A
B
AB
C
BC
A
Code A
A
B
C
Time
F r
e q
u e
n c
y
BC
B
A
Base-band Spectrum Radio Spectrum
Trải phổ
ξ3.1. Ưu điểm của CDMA
„ Dung lượng hệ thống CDMA gấp 8 ÷ 10 lần so với hệ thống AMPS 
(FDMA) và 4 ÷ 5 lần hệ thống GSM (TDMA).
„ Chất lượng cuộc gọi được nâng cao.
„ Thiết kế hệ thống đơn giản hoá do sử dụng cùng 1 dải tần số ở mọi
ô.
„ Nâng cao sự bảo mật thông tin.
„ Đặc tính phủ sóng được cải thiện, nâng cao phạm vi phủ sóng.
„ Tăng thời gian đàm thoại cho máy đầu cuối.
„ Dải thông được cung cấp tuỳ theo yêu cầu sử dụng. 
„ Nâng cấp mạng dễ dàng.
ξ3.2. Các phương thức trải phổ
„ Trải phổ trực tiếp:
‰ DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum)
‰ Công nghệ CDMA hoạt động theo phương thức DSSS
„ Trải phổ nhảy tần: 
‰ FHSS (Fryquency Hopping Spread Spectrum)
„ Trải phổ nhảy thời gian: 
‰ THSS ( Time Hopping Spread Spectrum)
Cấu trúc mạng CDMA 20001x