TỔNG QUAN HỆ THỐNG GSM
Lecturer: M.Eng. P.T.A. Quang
Nội dung
 Giới thiệu thông tin di động và GSM
 Cấu trúc hệ thống GSM
 Kênh truyền
 Sơ đồ khối thu phát và điều chế trong GSM
 Quy hoạch tần số

Giới thiệu
 Lịch sử:
 1G: hệ thống thông tin tương tự, dịch vụ hạn chế và không
cho phép roaming
 2G (GSM): hệ thống thông tin số tăng cường băng thông và
chất lượng dịch vụ. Nhu cầu Internet  2.5G (GPRS). Ngoài
ra còn có chức năng định vị, tin nhắn, các hệ thống báo hiệu
 3G: cải tiến công nghệ vô tuyến nhằm nâng cao chất lượng
dịch vụ
Giới thiệu
11/12/2012 4

1997
500
1000
2000
1000
2003
1500
400
2005
2000

2500
2007
Global mobile-phone
subscribers hit 2B (Oct 05)
More mobiles than fixed
phones in France (Oct 01)
3000
Subscribers
(Millions)
UMTS
100 Million
3500
UMTS
250 Million
Global mobile-phone subscribers
hit 3B (Oct 08)
2008
Cấu trúc hệ thống GSM
 Mạng GSM được chia làm 2 hệ thống:
 Hệ thống chuyển mạch (switching system-SS)
 Hệ thống trạm gốc (base station system-BSS)
 SS thực hiện việc xử lí cuộc gọi và các chức năng liên quan đến thuê
bao:
Mobile services switching center (MSC) – trung tâm chuyển
mạch di động
Home Location Register (HLR) – bộ ghi vị trí thường trú
Visitor Location Register (VLR) – bộ ghi vị trí tạm trú
Authentication Center (AUC) – trung tâm nhận thực
Equipment Identity Register (EIR) – bộ ghi nhận dạng thiết bị
 BSS thực hiện các chức năng liên quan đến truyền dẫn vô tuyến:

Base Station Controller (BSC)
Base Transceiver Station (BTS)
Cấu trúc hệ thống GSM
Các thành phần SS và BSS
 SS gồm:
 MSC: thực hiện chức năng chuyển mạch
 HLR: trung tâm dữ liệu lưu trữ toàn bộ thông tin của các thuê bao
trong mạng
 VLR: chứa thông tin của các thuê bao trong vùng phục vụ của
MSC VLR chứa 1 phần thông tin của HLR
 AUC: cấp phép cho các thuê bao sử dụng mạng, kết nối với HLR
 EIR: thông tin thiết bị  chặn cuộc gọi từ các thiết bị mất cắp
 BSS gồm
 BSC: quản lý chức năng thông tin vô tuyến trong mạng GSM:
handover, cấp phát tần số, thông tin cấu hình cell
 BTS: điều khiển truyền thông vô tuyến với các MS. BSC điều khiển 1
nhóm BTS

Trung tâm giám sát mạng (NMC)
 Operation and Maintenance center (OMC): là trung tâm
giám sát kết nối với MSCs và BSCs qua mạng X.25 hoặc
TCP/IP
 Network Management Center (NMC): NMC tập trung
giám sát toàn bộ hệ thống trong thời gian dài, trong khi
OMC tập trung giám sát thời gian ngắn và địa phương
GSM-TDMA/FDMA
Cấu trúc burst (4 loại)
 Normal burst: truyền thông tin
3 3 57 1 1 26 57 8.25
TB CD S

TS
S CD TB GP
TB (tail bits): đánh dấu bắt đầu và kết thúc của burst gồm các bit 0
CD (coded data): thông tin người dùng
S (stealing flag): cờ chiếm, báo hiệu burst bị FACCH chiếm
TS (training sequence): chuỗi huấn luyện, dùng cho đầu thu ước lượng kênh truyền
GP (guard period): khoảng bảo vệ giữa 2 burst liên tiếp
• Access burst: khi MS truy cập kênh lần đầu
8 3 41 36 68.25
TB SS CD TB
GP
SS (synchronisation sequence): chuỗi bit huấn luyện dài
Cấu trúc burst
 Frequency Correction Burst: tất cả các bit =0
• Synchronization Burst: burst đầu tiên mà MS giải điều
chế  TS dài 64 bit
3 3 142 8.25
TB Fixed bits TB GP
3 3 64 39 8.25
TB CD TS CD TB GP
39
OR 26 (51 Frames) multiframes
0 1 2 3 2044 2045 2046 2047
0 1 2 3
47 48 49 50
0 1 24 25
T0 T1 …

T1
1

S T1
2
…

T2
4
I T0
T1

T2

T3
…
.
…

…

T4
8
T4
9
T5
0
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
3 h 28 min 53.76 s
Cấu trúc khung
Kênh truyền
 Tần số
 Các vấn đề truyền sóng vô tuyến
 Giải pháp
 Kênh vật lí và kênh logic
 Kênh lưu lượng và kênh báo hiệu

Tần số
Các vấn đề truyền dẫn
 Suy hao: phụ thuộc vào khoảng cách giữa Tx và Rx ngay
cả khi không có vật cản.
 Shadowing: xảy ra khi có vật cản giữa BTS và MS làm
giảm tín hiệu thu. Khi MS di động, mức tín hiệu sẽ dao
động phụ thuộc vào các vật cản giữa MS và BTS
Các vấn đề truyền dẫn
 Carrier to interference C/I: xảy ra do tái sử dụng tần số.
(can nhiễu đồng kênh)
 Carrier to adjacent C/A: xảy ra do các sóng mang kề cận

tác động lên nhau (can nhiễu cận kênh)

Các vấn đề truyền dẫn
 Suy hao đa đường (multipath fading): xảy ra khi có nhiều
hơn 1 đường truyền phát giữa MS và BTS  có nhiều
hơn 1 tín hiệu tại đầu thu
 Rayleigh fading
 Time dispersion (tán xạ thời gian)
Các vấn đề truyền dẫn
 Rayliegh fading: xảy ra khi vật cản nằm gần đầu thu. Tín
hiệu thu là tổng của nhiều tín hiệu khác nhau về pha và
biên độ.
Các vấn đề truyền dẫn
 Time dispersion:
 tín hiệu phản xạ đến từ vật thể nằm xa anten thu.
 Gây ra ISI
Các vấn đề truyền dẫn
 Time alignment:
 MS được cấp 1 timeslot để truyền thông tin đến BTS. Nếu
lượng thông tin đó tràn sang slot kế cận  can nhiễu

Giải pháp
 Quy hoạch tế bào: giảm suy hao, shadowing, can nhiễu
đồng kênh và cận kênh
 Mã hóa kênh: phát hiện và sửa các lỗi trong chuỗi bit thu
bằng cách thêm vào một số bit trong bản tin.
 Interleaving: các bit lỗi thường xảy ra theo 1 chuỗi. Mã
hóa kênh thường chỉ phát hiện và sửa được các lỗi đơn
và chuỗi ngắn  các bit từ các bản tin khác nhau được
xếp xen kẽ

A1 A2 A3 A4 B1 B2 B3 B4
C
1
C
2
C
3
C
4
D
1
D
2
D
3
D
4
A1 B1
C
1
D
1
A2 B2
C
2
D
2
A3 B3
C
3

D
3
A4 B4
C
4
D
4
Giải pháp
 Antenna diversity: tận dụng nhiều anten thu để tăng tín
hiệu đầu thu.
Giải pháp
 Cân bằng thích nghi (adaptive equalization):
 MS và BTS chứa 8 chuỗi huấn luyện cho trước
 BTS thông báo chuỗi huấn luyện nào được chọn cho MS
 Khi truyền phát, MS và BTS chèn chuỗi huấn luyện vào thông tin
 Giả sử rằng kênh truyền tác động giống nhau lên mọi bit
 Bộ thu sẽ dự đoán kênh truyền và xử lí thông tin thu được
Giải pháp
 Nhảy tần (frequency hopping): để tránh rayleigh fading vì
rayleigh fading phụ thuộc tần số.
 Có 63 kiểu nhảy tần giả ngẫu nhiên
 2 loại nhảy tần:
 Baseband hopping: chuyển đổi giữa các tần số trên các thiết bị khác
nhau trong 1 cell
 Synthesizer hopping: chuyển đổi giữa các tần số trên cùng 1 thiết bị
trong 1 cell
Giải pháp
 Timing advance: giải quyết time alignment. MS có thể bắt
đầu truyền phát trước hoặc sau 1 khoảng thời gian (tính
bằng bit). Tối đa 63 bits tương đương bán kính 35km.