Tổng quan về mạng GSM

Tổng quan về mạng GSM

I-Kiến trúc tổng quan:

Kiến trúc tổng quan GSM gồm 4 phần chính:

Trạm di động MS(Mobile station). Phân hệ trạm gốc BSS(Base station subsystem) Phân hệ chuyển mạch NSS( Network switching subsysten) Phân hệ vận hành và bảo dưỡng OMC( Operation & Maitainance Subsystem)

1.1. Trạm di động MS:-Trạm di động: MS=ME + SIM

ME: Mobile Equipment: Thiết bị di động. SIM: Subscriber Identity Module: Module nhận dạng thuê bao.

-ME bao gồm thiết bị phần cứng cộng phần mềm và có 1 số IMEI duy nhất được đăng kí bởi nhà sản xuất.

-Sim: Lưu giữ các thông tin nhận thực thuê bao mật mã hóa/giải mật mã hóa bao gồm các thông tin

Các số nhận dạng IMSI, TMSI

IMSI:International mobile subscriber identity Số nhận dạng thuê bao quốc tế lưu trong sim và là duy nhất.

IMSI là số gồm 15 kí tự trong đó : 3 kí tự MCC(Mobile contry code): Mã nước

2 kí tự MNC(Mobile network code): Mã mạng

10 kí tự MSIN(Mobile subcriber identifier Number) : Số định dạng thuê bao trong mạng.

TMSI(Temporary Mobile Subcriber Identifier): số nhận dạng thuê bao tạm thời là số nhận dạng mà một nhà mạng cung cấp cho thuê bao khi mở máy có thể thay đổi bát kì lúc nào và được dùng để trao đổi giữa UE và trạm gốc thay vì dùng số IMSI

Khóa nhận thực Ki Số hiệu nhận dạng vùng định vị LAI

LAI: Location Area Identity: Nhận dạng vùng định vị

Cấu trúc LAI gồm LAI=MCC + MNC + LAC

MCC : Mã nước 3 kí tự

MNC : Mã mạng 2 kí tự

LAC : Tối đa 5 kí tự hay 2x8 bit dạng hex

Khóa mật mã Kc Danh sách các tần số lân cận

1.2. Phân hệ trạm gốc BSS:-BSS = BSC + BTS + Trau

+ Trau: Bộ chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ

+BSC: Base station controller: bộ điều khiển trạm gốc.

+BTS: Base tranmit station: trạm thu phát gốc.

-BSC: thực hiện các chức năng:

+Điều khiển các trạm BTS: xử lý các bản tin báo hiệu, điều khiển, vận hành bảo dưỡng đi và đến BTS

+Khởi tạo kết nối.

+Điều khiển chuyển giao: Intra & inter BTS

+Kết nối BTS đến MSC

-BTS: thực hiện các chức năng:

+Thu phát vô tuyến

+Ánh xạ kênh logic vào kênh vật lý.

+Mã hóa/ giải mã

+Điều chế, giải điều chế

1.3. Phân hệ chuyển mạch NSSNSS= MSC + VLR + HLR +AUC +EIR

-MSC(Mobile swithching center): Trung tâm chuyền mạch cuộc gọi:

+Chuyển mạch cuộc gọi

+Điều khiển cuộc gọi.

+Nhật ký cuộc gọi

+Tương tác với các mạng khác thông qua Gate MSC

+Quản lý di động của MS thông qua mạng vo tuyến và các mạng khác.

+Quản lý tài nguyên vô tuyến- Handover giữa các BSC

+Thông tin tính cước

-HLR(Home Location Register): Bộ định vị thường trú

+Là cơ sơ dữ liệu tham chiếu lưu giữ các thông tin lâu dài về thuê bao

+Các số nhận dạng IMSI, MSISDN

+Các thông tin về thuê bao

+Danh sách các dịch vụ mà MS được/hạn chế dùng

+Số hiệu VLR đang phục vụ MS

-VLR(Visitor Location Register): Bộ định vị tạm trú

+Là cơ sở dữ liệu trung gian lưu giữ tạm thời thông tin về thuê bao trong vùng phục vụ của MSC/VLR được tham chiếu từ HLR

+ Các số nhận dạng IMSI, MSISDN, TMSI

+Số hiệu nhận dạng vùng đang phục vụ MS

+Danh sách các MS được/ hạn chê sử dụng

+Trạng thái cúa MS: idle hoặc busy

-AUC(Authentication center): trung tâm nhận thực

+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 : RAND, Kc, SRES khi HLR yêu cầu để tiến hành quá trình nhận thực

-EIR(Equipment Identity Register): Khối nhận dạng thiết bị

+ER là cơ sở dữ liệu thông tin về tính hợp lệ của thiết bị ME qua số IMEI

+1 số IMEI sẽ nằm trong 3 loại: white list: ME hợp lệ

Black list: ME bị đánh cắp

Gray list: ME bị lỗi hoặc không đáp ứng tiêu chuẩn

II-Các giao diện trong mạng GSM

2.1. Giao diện A giữa MSC-BSC-Giao diện A dùng để mang thông tin liên quan đến :

+Quàn lý phân hệ BSS

+Điều khiển cuộc gọi

+Quản lý di động của MS

2.2. Giao diện ABIS giữa BTS-BSC-Hỗ trợ các dịch vụ cho phép đến các người dùng GSM và các thuê bao.

-Điều khiển các thiết bị vô tuyến và việc cấp phát tài nguyên vô tuyến trong BTS

2.3. Giao diện B giứa MSC-VLR-Khi MSC cần dữ liệu liên quan đến MS trong vùng phục vụ của nó, nó sẽ tương tác với VLR

-Khi MS khởi tạo Location Update trong MSC nó sẽ thông báo cho VLR để lưu trữ thông tin

2.4. Giao diện C giữa MSC-HLR-Khi GMSC cần tương tác với HLR để thu giữ những thông tin để định tuyến cuộc gọi hoặc SMS đến trực tiếp thuê bao đó

2.5. Giao diện D giữa HLR-VLR-Giao diện được sử dụng để trao đổi dữ liệu liên quan đến việc định vị và quản lý thuê bao

VLR sẽ thông báo cho cho HLR vị trí của MS vừa roaming đến nó. HLR sẽ gửi những thông tin cần thiết để hỗ trợ dịch vụ cho thuê bao đếnVLR đồng thời thông báo đến VLR trước để xóa bỏ các thông tin về thuê bao.

-Việc trao đổi dữ liệu có thể diễn ra khi thuê bao muốn yêu cầu một dịch vụ cụ thể, hay thay đổi một số thông tin liên quan đến thuê bao.

2.6. Giao diện vô tuyến UM giữa MS-BTS-Cung cấp giao diện để có thể giao tiếp giữa MS và BTS

III-Băng tần vô tuyến:

3.1.P-GSM: Primary

-Sử dụng băng tần thấp cho uplink và băng tần cao cho downlink.

-Mỗi băng tần là 25Mhz khoảng cách giữa uplink và downlink là 45Mhz

-Uplinlk: 890-915Mhz

Downlink: 935-960 Mhz

-Băng tần cho 1 sóng mang là 200khz hay 0,2Mhz và 1 sóng mang để bảo vệ băng thông.

-Tổng số sóng mang: (25-0,2)/0,2=124

-Tần số Uplink Fu(n)=890+ 0,2.n

Downlink: Fd(n)=Fu(n) +45.

N=ARFCN(Absolute radio frequency channel number): Số kênh tần số tuyệt đối

3.2.E-GSM:Extended

-Để mở rộng cung cấp nhiều dung lượng hơn trong vùng thảnh thị

-Bổ sung thêm 10Mhz cho mỗi băng tần. Số ARFCN của P-GSM giữ nguyên thêm số ARFCN từ 975-1023

-Mỗi băng tần là 35Mhz, khoảng cách giữa Uplink và Downlink là 35Mhz

-Uplinlk: 880-915Mhz


-Băng tần cho 1 sóng mang là 200khz hay 0,2Mhz và 1 sóng mang để bảo vệ băng thông.

-Tổng số sóng mang: (35-0,2)/0,2=174

-Tần số Uplink Fu(n)=890+ 0,2.n(0≤n≤124)

Fu(n)=890+ 0,2.(n-1024)(975≤n≤1023)


3.3.DSC-1800:

-Thường sử dụng cho microcell trong macrocell

-2 băng tần 75Mhz và khoảng cách 95Mhz.

-Uplinlk: 1710-1785 Mhz


-Tổng số sóng mang: (75-0,2)/0,2=374

-Tần số Uplink Fu(n)=1710.2+ 0,2.(n-512)(512≤n≤885)


3.4.DCS1900

-2 băng tần 60Mhz và khoảng cách 80Mhz.

-Uplinlk: 1850-1910 Mhz


-Tổng số sóng mang: (60-0,2)/0,2=299

-Tần số Uplink Fu(n)=1850.2+ 0,2.(n-512)(512≤n≤810)


III-Các kênh trong GSM:2 loại-Kênh vật lý: trong gsm kênh vật lý là 1 TS

-Kêngh logic: Là các thông tin truyền trong kênh vật lý có thể là dữ liệu người dùng và báo hiệu

-1 kênh vật lý có thể hỗ trợ nhiều kênh logic

-Kênh logic chia làm 2 loại:

Kênh lưu lượng TCH(Traffic channel): Truyền tín hiệu thoại hay dữ liệu Kênh điều khiển CCH(Control channel): Truyền tín hiệu báo hiệu và thông tin điều khiển

3.1.Kênh TCH:-Kênh full rate(FR): Truyền thoại ở tốc độ 13kbit/s. 1 kênh FR chiếm toàn bộ 1 kênh vật lý.Ngoài ra còn có 1 số kênh FR tốc độ thấp hơn dành cho truyền dữ liệu:

TCH/F9,6: TCH/F4,8: TCH/F2,4:

-Kênh half rate(HR): 6,5 kbps thoại và có 1 số kênh tốc độ thấp hơn cho data

TCH/H4,8: TCH/H2,4:

2 kênh HR có thể chia sẻ cùng 1 kênh vật lý tăng dung lượng của cell.

3.2.Kênh điều khiển: 3 loại

-Kênh điều khiển quảng bá BCCH(Broadcast Control channel): gồm 3 loại

+Kênh FCCH(Frequency correction channel): Kênh hiệu chỉnh tần số. Dành cho đường xuống phát tần số sóng mang giúp MS đồng bộ tần số sóng mang BCCH

+Kênh SCH(Synchronization channel): Kênh đồng bộ. Dành riêng cho đường xuống. Mang thông tin về cấu trúc khung TDMA và mã nhận dạng trạm gốc BSIC. Dùng cho MS đồng bộ với cấu trúc khung của cell và đảm bảo đúng BTS được chọn.

+Kênh BCCH: kênh quảng bá mang các thông tin cần thiết để MS truy cập mạng như LAI, công suất cực đại cho phép và danh sách các sóng mang BCCH của các cell lân cận

-Kênh điều khiển chung CCCH(Common Control Channel):

+Kênh PCH(Paging channel): kênh tìm gọi.Dành cho đường xuống. Phát bản tin tìm gọi để thông báo cho các MS có cuộc gọi. Nếu MS nhận thấy là cuộc gọi dành cho nó thì nó sẽ đáp ứng.

+Kênh RACH(Random Access channel): kênh truy cập ngẫu nhiên. Dành cho đường lên. Được sử dụng khi MS yêu cầu cấp phát kênh.

+Kênh AGCH(Access granted channel): Sử dụng cho đường xuống dùng để chỉ định 1 kênh SDCCH hoặc kệnh TCH dành cho MS.

-Kênh điều khiển dành riêng DCCH(Dedicated Control Channel):

+SDCCH(Stand alone dedicated control channel): Kênh điều khiển dành riêng đứng 1 mình. Dùng cho cả đường xuống lẫn đường lên dùng để trao đổi các bản tin báo hiệu thiết lập cuộc gọi với MS trước khi ấn định kênh TCH

+SACCH(Slow associated channel): Kênh điều khiển liên kết chậm. Dùng cho cả đường lên và đường xuống được MS sử dụng liên tục trong suốt cuộc gọi để gửi các bản tin đo lường như độ mạnh và chất lượng tín hiệu .

+FACH(Fast associated channel): kênh điều khiển liên kết nhanh. Sử dụng đê mang thông tin chuyển giao. Khi có yêu cầu chuyển giao nó sẽ đánh cắp kênh TCH để mang thông tin

3.3.Cấu trúc các cụm Burst

-Mỗi sóng mang thì gồm có 8 khe thời gian, và dữ liệu được phát đi ở dạng cụm(Burst) vừa khít với khe này.Có 5 loại cụm Burst:

Cụm thường(NB) Dùng để mang thông tin về kênh thoại kênh điều khiển có thể sử dụng bởi các kênh TCH, FCH, PCH, SDCCH, SACCH,FACCH..

Cụm sửa tần(FB): Dùng để đồng bộ tần số cho MS được dùng bởi kênh FCH Cụm đồng bộ(SB): Sử dụng để đồng bộ cấu trúc khung cho MS dùng bởi kênh SCH Cụm truy nhập(AB): Sử dụng cho truy cập ngẫu nhiên tới RACH và chuyển giao. Sử

dụng cho kênh RACH và FACCH Cụm giả(DB) Sử dụng khi không có yêu cầu kênh nào khác 1 burst được gửi đi và

không mang thông tin.

3.4.Ánh xạ kênh logic lên kênh vật lý

-Theo khuyến nghị của GSM thì có các cách tổ hợp các kênh logic trước khi ánh xạ lên kênh vật lý

1. TCH + FACCH + SACCH2. FCCH + SCH + BCCH + CCCH3. FCCH + SCH + BCCH + CCCH + SDCCH + SACCH4. BCCH + CCCH5. SDCCH + SACCH

Trong đó CCCH = PCH + AGCH + RACH -Cách sắp xếp: Khe TS0 của tần số C0 của 1 cell được sử dụng để đảm bảo 1 trong 2 tổ hợp:

FCCH + SCH + BCCH + CCCH FCCH + SCH + BCCH + CCCH + SDCCH + SACCH

- Trong 1 cell, không 1 TS hoặc 1 tần số nào khác TS0/C0 được sử dụng cho mục đích trên.

-MS sẽ tìm kênh hiệu chỉnh tần số FCCH. Khi tìm được kênh này, MS mới biết được đây là khe TS0 của sóng mang C0.

-Lưu ý rằng sóng mang C0 của 1 cell không nhất thiết phải bằng tần số C0 ở cell khác, C0 dùng để ký hiệu tần số mang BCCH ở 1 cell.

-C0 không nhất thiết là sóng mang có tần số bé nhất được sử dụng trong cell.

BTS dung lượng nhỏ (3 TRX):

TS0/C0: FCCH + SCH + BCCH + SDCCH + SACCH

Lưu lượng:

• 7 TS còn lại của C0

• 8 TS của C1 23 TCH/F

• 8 TS của C2

BTS dung lượng trung bình (4 TRX):

TS0/C0: FCCH + SCH + BCCH + CCCH

TS1/C0: SDCCH/8 + SACCH/8

Lưu lượng:


• 8 TS của C1 30 TCH/F

• 8 TS của C2

• 8 TS của C3

BTS dung lượng cao (12 TRX):

TS0/C0: FCCH + SCH + BCCH + CCCH

TS1/C0 + TS3/C0: SDCCH/8 + SACCH/8

TS2/C0 + TS4/C0: BCCH + CCCh

Lưu lượng:


• 8 TS x 11 kênh còn lại = 88 kênh

91 TCH/F

II-1 số tham số cơ bản:

Các thông số vô tuyến

1. MFRMS, AGBLK(Kênh PCH)-Đây là 2 thông số để xác định số nhóm tìm gọi trong 1 cell

AGBLK: Số block dành cho kênh AGCH nhận 2 giá trị 0-1

0: không có block nào.

1: 1 block

MFRMS: chu kỳ đa khung là khoảng thời gian truyền các bản tin tìm gọi đến cùng 1 nhóm tìm gọi. Ví dụ MFRMS bằng 9 khoảng thời gian truyền bản tin tìm gọi đến 1 nhóm tìm gọi sẽ là 9*235,4 ms xấp xỉ 2,1 s.

Mối quan hệ giữa MFRMS AGBLK và các nhóm tìm gọi thể hiện như sau:

2. BSIC, BCCH-BSIC: Mã nhận dạng trạm gốc, là tham số được sử dụng để phân giúp MS phân biệt được đúng BTS khi trùng tần số BCCH. Gồm 2 chữ số từ 0-7

-BCCHNO: là ARFCN dành cho kênh BCCH.

3. SDCCH, DCHNO-SDCCH: Số kênh SDCCH/8 có giá trị từ 0-32.

-DCHNO: Số kênh ARFCN, tối đa 32 ARFCN trên 1 channel group, tối đa 31 ARFCN cho chgr=0, và tối đa 127 ARFCN trên 1 cell được cho phép.

(BCCH <=43<=63, TCH <=66<=83).

(BCCH <=712<=744, TCH <=768<=809

4. BA List-Là tập hợp các tần số được hỗ trợ bởi các cell neighbor được quảng bá trên kênh BCCH để cho MS biết tần số của các sóng mang BCCH trên nó.

5. Khai báo relation:-Single: 2 cell khác BSC.

-Mutual: 2 cell trên cùng 1 BSC.

-CS: xác định xem cell và cellr có phải cosite với nhau ko:

CS=yes: có cosite

CS=no: không cosite

-Cand: xác định xem trong trường hợp nào cell liên quan có khả năng chuyển giao

AWN: cell neighbour đang ở trạng thái tồi.

NHN: cell neighbour ở trạng thái chuyển giao bt

BOTH: cả 2.

6. Khai báo External 3G trên 2G-UtranID: Tham số dùng để định danh 1 cell UTRAN(Giống như CGI trên mạng 2g).Gồm có 5 thông số:

UtranID=mcc+mnc+lac+ci+rncid

RNCID: định danh RNC

-FDDARFCN: Định nghĩa ARFCN cho cell Utran.

-SCRCODE: Định nghĩa Scrambling Code cho Utran cell. SCRCODE được sử dụng theo hướng downlink để các User phân biệt các cell., còn theo hướng uplink để phân biệt các user.

-MRSL: minimum reported signal level: Mức tín hiệu được thông báo nhỏ nhất

http://en.wikipedia.org/wiki/Scrambler_(randomizer)

7. Change DHA-DHA: dynamic HR allocation: cấp phát dha động. Tham số này chỉ định chức năng cấp phát DHA động có được bật hay không. Tải cao thì TCH/HR được ưu tiên, còn tải thấp thì TCH/FR được ưu tiên.

-DTHAMR: Ngưỡng DHA cho các MS có hỗ trợ AMR

AMR:Adaptive multirate: đáp ứng đa tốc đô. AMR là cơ chế nén dữ liệu thoại được đưa ra để tối ưu việc mã hóa thoại. AMR được xem như là bộ mã hóa thoại tiêu chuẩn của 3GPP vào tháng 8/1998 và được sử dụng trong GSM & UMTS.

Nếu số kênh TCH /FR idle lớn hơn hoặc bằng giá trị này thì TCH/FR sẽ được ưu tiên.

Nếu số kênh TCH/FR idle nhỏ hơn giá trị này thì TCH/HR sẽ được ưu tiên.

-DTHNAMR : Ngưỡng DHA dành cho các thuê bao không hỗ trợ AMR

8. Các tham số về gprs:-FLEXHIGHGPRS: Điều khiển việc cấp phát tài nguyên abis cho các kênh có hỗ trợ egprs

FLEXHIGHGPRS=1: tài nguyên 64k được cấp khi có thể

FLEXHIGHGPRS=0: tài nguyên 64k ko đc cấp.

-FPDCH, SPDCH: Fix & semi packet data channel: kênh FPDCH là kênh chiếm cố định dành cho việc truyền dữ liệu kể cả khi rỗi cũng không dùng cho thoại, còn kênh spdch là kênh bán cố định, khi không có data có thể dùng để truyền thoại.

- NUMREQBPC: số kênh vật lý cơ bản trong 1 channel group.

- NUMREQEGPRSBPC: số kênh vật lý cơ bản trong 1 channel group có thể hỗ trợ cho GPRS

9. Các tham số về công suất:

-BSPWRB: Công suất ra của Base Station (BS) trên kênh BCCH ( không phải công suất ERP), có giá trị từ 0-63dBm.

-BSPWRT: Công suất ra của BS trên kênh non-BCCH ( không phải là công suất ERP), có giá trị từ 0-63dBm.

-MSTXPWR: Công suất phát lớn nhất của MS, có giá trị từ 13-43dBm.

-BSPWR: Công suất bức xạ đẳng hướng của Base Station (ERP) trên BCCH, có giá trị từ

0 đến 80dBm.

-BSTXPWR: Công suất bức xạ đẳng hướng của Base Station trên kênh non-BCCH, có

giá trị từ 0 dến 80 dBm.

-BSRXMIN: Mức cường độ tín hiệu thu thấp của BS được sử dụng cho thuật toán chọn

lại cell, M-algorithm, Ericsso1.

10. Nhảy tần-HOP: trạng thái nhảy tần.

HOP=OFF: không nhảy tần.

HOP=ON: có nhảy tần.

-HSN: Hoping sequen number: Số chuối nhảy tần.

HSN=0: nhảy tần theo chu kỳ.

HSN=1-63: nhảy tần ngẫu nhiên.

-Maio: mobile allocation index offset: độ lệch chỉ số ấn định di động là tham số được sử dụng để phân biệt giữa các bộ thu phát có cùng HSN.

Tổng quan về mạng GSM

Documents

Transcript of Tổng quan về mạng GSM