Xem mẫu
- Dịch vụ gia tăng trên nền GSM
____________________________________________________________________________________________________________________________________
Chương 1
GIỚI THIỆU
Truyền thông di động - một ngành công nghiệp khổng lồ của thế giới đang vận
hành với những công nghệ tiên tiến nhất đang phát triển không ngừng. Việt Nam
cũng không nằm ngoài trào lưu chung trong việc ứng dụng các công nghệ truyền
thông. Chúng ta cùng tìm hiểu công nghệ di động Việt Nam đang ở vị trí nào trong
tiến trình hội nhập cùng với giới truyền thông trên thế giới.
Hiện nay mọi người hầu như đều sử dụng điện thoại di động vì vậy các nhà sản
xuất không ngừng phát triển các loại điện thoại đa chức năng để phục vụ nhu cầu của
người tiêu dùng. Cùng với sự phát triển của các hãng điện thoại di động thì các nhà
cung cấp dịch vụ cùng phát triển không ngừng. Hàng loạt các nhà cung cấp dịch vụ
ra đời kéo theo hàng loạt các dịch vụ kèm theo. Trong số các dịch vụ mà nhà cung
cấp đưa ra cho người sử dụng chọn lựa thì dich vụ giá trị gia tăng là dịch vụ mà các
nhà cung cấp đang nhắm tới hàng đầu về giá trị thương mại.
1.1 Giới thiệu dịch vụ gia tăng
Dịch vụ gia tăng (VAS – Value Added Service) là dịch vụ mà nhà cung cấp đưa
ra thêm bên cạnh các dịch vụ sẵn có của mình. Khi sử dụng điện thoại di động mỗi
người sẽ chọn cho mình một nhà cung cấp dịch vụ như Vinaphone, Mobifone hay
Viettel… Khi đó người sử dụng sẽ được cung cấp các dịch vụ cơ bản như hiển thi số
thuê bao gọi tới, gọi và nhận cuộc gọi, gửi và nhận tin nhắn ngắn (SMS), chặn cuộc
gọi đi và đến, chờ cuộc gọi…tất cả các dịch vụ này đều miễn phì và được thực hiện
tự động trên hệ thống ngay sau khi bạn hoà mạng.
Ngoài các dịch vụ cơ bản cung cấp miễn phí cho người sử dụng các nhà cung cấp
còn đưa ra một số dịch vụ như cung cấp thông tin hay giải trí như tải hình, nhạc
CBHD: Nguyễn Thành Sơn SVTH: Hiển, Tân, Bảo
1
- Dịch vụ gia tăng trên nền GSM
____________________________________________________________________________________________________________________________________
chuông, game, ứng dụng…các dịch vụ này có thu phí và được gọi là các dịch vụ gia
tăng.
1.2 Phân loại dịch vụ gia tăng
Dịch vụ giá trị gia tăng được chia thành 3 nhóm chính: nội dung tin nhắn, ứng
dụng cho điện thoại và dịch vụ thương mại di động. Dịch vụ cung cấp nội dung tin
nhắn cho phép người sử dụng có thể tải về máy mình những tin nhắn có nội dung
như kết quả các trận bóng đá, kết quả xổ số hay bản tin thị trường chứng khoán.
Dịch vụ cung cấp các ứng dụng cho điện thoại cho phép người sử dụng có thể tải
về máy của mình những hình ảnh, nhạc chuông, logo, clips, hay các ứng dụng, trò
chơi cho điện thoại. Dịch vụ thương mại di động là các dịch vụ nhắn tin dự đoán kết
quà hay nhắn tin để có cơ hội trúng thưởng từ nhà cung cấp dịch vụ.
1.3 Sự bùng nổ của dịch vụ gia tăng hiện nay
Hàng loạt nhà cung cấp dịch vụ giá trị gia tăng trên điện thoại di động (ĐTDĐ)
đua nhau khuyến mãi trúng thưởng với tin nhắn may mắn, sử dụng dịch vụ nhiều
nhất... Mảnh đất kinh doanh màu mỡ này hiện thu hút rất nhiều nhà cung cấp với
những tiện ích ngày càng mở rộng.
Mỗi ngày, trên các trang mục quảng cáo, những dịch vụ nội dung xuất hiện dày
đặc như Dalink, Alofun, My Mobile, Topteen, Galafun, TT Mobile, Thế giới SMS,
GenX... Ban đầu từ dịch vụ tải nhạc, chuông, hình ảnh, đến nay chỉ cần gửi tin nhắn
đến số của nhà cung cấp dịch vụ, thuê bao có thể xem kết quả xổ số kiến thiết, giá
ĐTDĐ, bói toán, truyện cười, tìm bạn bốn phương, dự đoán kết quả bóng đá, tham
gia những trò chơi may mắn và mới nhất là các tin tức về thị trường chứng khoán.
CBHD: Nguyễn Thành Sơn SVTH: Hiển, Tân, Bảo
2
- Dịch vụ gia tăng trên nền GSM
____________________________________________________________________________________________________________________________________
Hiện nay, thị trường dịch vụ giá trị gia tăng trên mạng di động có hơn 20 nhà
cung cấp và nhiều doanh nghiệp cũng đang ngấp nghé nhảy vào lĩnh vực tiềm năng
này.
1.4 Xu hướng phát triển trong tương lai
Các dịch vụ nhắm vào giải trí như nhạc chuông, hình nền, logo và các clip có nội
dung hài hước, gần gũi rất được giới trẻ ưa chuộng vẫn sẽ được các nhà cung cấp
chú trọng. Tuy nhiên, đường truyền mạng hiện nay vẫn còn yếu, làm hạn chế về mặt
nội dung cũng như kích thước của file cung cấp. Điều này bắt buộc các nhà cung cấp
phải phát triển một số phần mềm đặc biệt để điều chỉnh lại cho phù hợp.
Xu hướng chung của các nhà sản xuất thiết bị truyền thông cầm tay là làm cho
chúng có nhiều tính năng truyền thông, hỗ trợ MMS, GPRS, 3G, có nhiều chức năng
giải trí và kiểu dáng thời trang hơn.
CBHD: Nguyễn Thành Sơn SVTH: Hiển, Tân, Bảo
3
- Dịch vụ gia tăng trên nền GSM
____________________________________________________________________________________________________________________________________
Chương 2
TỔNG QUAN VỀ GSM
2.1 Giới thiệu hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM
2.1.1 Giới thiệu chung
GSM (Global System for Mobile Communication) là một trong những công nghệ
về mạng điện thoại di động phổ biến nhất trên thế giới. Cho đến nay công nghệ này
có gần 2 tỷ thuê bao sử dụng trên phạm vi 212 quốc gia và vùng lãnh thổ. Do nó hầu
như có mặt khắp mọi nơi trên thế giới nên khi các nhà cung cấp dịch vụ thực hiện
việc ký kết roaming với nhau nhờ đó mà thuê bao GSM có thể dễ dàng sử dụng máy
điện thoại GSM của mình bất cứ nơi đâu.
Mặt thuận lợi to lớn của công nghệ GSM là ngoài việc truyền âm thanh với chất
lượng cao còn cho phép thuê bao sử dụng các cách giao tiếp khác rẻ tiền hơn đó là
tin nhắn SMS. Ngoài ra để tạo thuận lợi cho các nhà cung cấp dịch vụ thì công nghệ
GSM được xây dựng trên cơ sở hệ thống mở nên nó dễ dàng kết nối các thiết bị khác
nhau từ các nhà cung cấp thiết bị khác nhau.
Nó cho phép nhà cung cấp dịch vụ đưa ra tính năng roaming cho thuê bao của
mình với các mạng khác trên toàn thế giới. Và công nghệ GSM cũng phát triển thêm
các tính năng truyền dữ liệu như GPRS và sau này truyền với tốc độ cao hơn sử
dụng EDGE.
2.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển
Vào đầu những năm 1980 tại châu Âu người ta phát triển một mạng điện thoại di
động chỉ sử dụng trong một vài khu vực. Sau đó vào năm 1982 nó được chuẩn hoá
CBHD: Nguyễn Thành Sơn SVTH: Hiển, Tân, Bảo
4
- Dịch vụ gia tăng trên nền GSM
____________________________________________________________________________________________________________________________________
bởi (CEPT : European Conference of Postal and Telecommunications
Administrations) và tạo ra Groupe Special Mobile (GSM) với mục đích sử dụng
chung cho toàn châu Âu.
Ủy ban Châu Âu (EC) đưa ra lời hướng dẫn yêu cầu các quốc gia thành viên sử
dụng GSM cho phép liên lạc di động trong băng tần 900MHz. Viện tiêu chuẩn viễn
thông Châu Âu (ETSI: European Telecommunications Standards Institute) định
nghĩa GSM khi quốc tế chấp nhận tiêu chuẩn hệ thống điện thoại tế bào số.
Lời đề xuất có kết quả vào tháng 9 năm 1987, khi 13 nhà điều hành và quản lý
của nhóm cố vấn CEPT GSM thỏa thuận ký hiệp định GSM MoU “Club”, với ngày
khởi đầu là 1 tháng 7 năm 1991.
Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM là hệ thống thông tin tế bào số tích hợp
và toàn diện, được phát triển đầu tiên ở Châu Âu và đã nhanh chóng phát triển trên
toàn thế giới. Mạng được thiết kế phù hợp với hệ thống ISDN và các dịch vụ mà
GSM cung cấp là một hệ thống con của dịch vụ ISDN chuẩn.
Hình 2.1. Mạng tế bào vô tuyến
GSM đầu tiên được thiết kế hoạt động ở dải tần 890-915 MHz và 935-960 MHz,
hiện nay là 1.8GHz. Một vài tiêu chuẩn chính được đề nghị cho hệ thống :
CBHD: Nguyễn Thành Sơn SVTH: Hiển, Tân, Bảo
5
- Dịch vụ gia tăng trên nền GSM
____________________________________________________________________________________________________________________________________
Chất lượng âm thoại chính thực sự tốt.
Giá dịch vụ và thuê bao giảm.
Hỗ trợ liên lạc di động quốc tế.
Khả năng hỗ trợ thiết bị đầu cuối trao tay.
Hỗ trợ các phương tiện thuận lợi và dịch vụ mới.
Năng suất quang phổ.
Khả năng tương thích ISDN.
Tiêu chuẩn được ban hành vào tháng giêng năm 1990 và những hệ thống thương
mại đầu tiên được khởi đầu vào giữa năm 1992. Tổ chức MOU (Memorandum of
Understanding) thành lập bởi nhà điều hành và quản lý GSM được cấp phép đầu
tiên, lúc đó có 13 hiệp định được ký kết và đến nay đã có 191 thành viên ở khắp thế
giới. Tổ chức MOU có quyền lực tối đa, được quyền định chuẩn GSM.
2.2 Cấu trúc mạng GSM
Mạng GSM gồm nhiều khối chức năng khác nhau. Hình dưới cho thấy cách bố
trí của mạng GSM tổng quát. Mạng GSM có thể chia thành ba phần chính. Trạm di
động (Mobile Station_MS) do thuê bao giữ. Hệ thống con trạm gốc (Base Station
Subsystem_BSS) điều khiển liên kết với trạm di động. Hệ thống mạng con
(Network Subsystem_NS) là phần chính của trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động
(Mobile services Switching Center_MSC), thực hiện chuyển mạch cuộc gọi giữa
những người sử dụng điện thoại di động, và giữa di động với thuê bao mạng cố định.
MSC xử lý các hoạt động quản lý di động. Trong hình không có trình bày trung tâm
duy trì và điều hành (Operations and Maintenance Center_OMC), giám sát điều
hành và cơ cấu của mạng. Trạm di động và hệ thống con trạm gốc thông tin dùng
giao tiếp Um, còn được gọi là giao tiếp không trung hay liên kết vô tuyến. Hệ thống
con trạm gốc liên lạc với trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động dùng giao tiếp A.
CBHD: Nguyễn Thành Sơn SVTH: Hiển, Tân, Bảo
6
- Dịch vụ gia tăng trên nền GSM
____________________________________________________________________________________________________________________________________
Hình 2.2. Mô hình hệ thống thông tin di động tế bào
2.2.1 Trạm di động
Trạm di động (Mobile Station-MS) gồm có thiết bị di động (đầu cuối) và một
card thông minh gọi là module nhận dạng thuê bao (Subscriber Identity
Module_SIM). SIM cung cấp thông tin cá nhân di động, vì thế người sử dụng truy
cập vào các dịch vụ thuê bao không phụ thuộc vào loại thiết bị đầu cuối. Bằng cách
gắn SIM vào đầu cuối GSM, người sử dụng có thể nhận, gọi và nhận các dịch vụ
thuê bao khác trên thiết bị đầu cuối này.
Thiết bị di động được nhận dạng duy nhất bằng số nhận dạng thiết bị di động
quốc tế (International Mobile Equipment Identity_IMEI). SIM card chứa số nhận
dạng thuê bao di động quốc tế (International Mobile Subscriber Identity_IMSI) sử
dụng để nhận dạng thuê bao trong hệ thống, dùng để xác định chủ quyền và thông tin
khác. Số IMEI và IMSI độc lập nhau. SIM card có thể được bảo vệ chống lại việc
sử dụng trái phép bằng password hoặc số nhận dạng cá nhân.
2.2.2 Hệ thống con trạm gốc
CBHD: Nguyễn Thành Sơn SVTH: Hiển, Tân, Bảo
7
- Dịch vụ gia tăng trên nền GSM
____________________________________________________________________________________________________________________________________
Hệ thống con trạm gốc gồm hai phần: trạm gốc thu phát (BTS) và trạm gốc điều
khiển (BSC). Hai hệ thống này liên kết dùng giao tiếp Abis chuẩn hoá, cho phép
điều hành các bộ phận cung cấp bởi các nhà sản xuất khác nhau.
Trạm thu phát gốc là nơi máy thu phát vô tuyến phủ một cell và điều khiển các
giao thức liên kết vô tuyến với trạm di động. Trong một thành phố lớn, có nhiều khả
năng triển khai nhiều BTS, do đó yêu cầu BTS phải chính xác, tin cậy, di chuyển
được và giá thành thấp.
Trạm gốc điều khiển tài nguyên vô tuyến của một hoặc nhiều BTS. Trạm điều
khiển cách thiết lập kênh truyền vô tuyến, nhảy tần và trao tay. BSC là kết nối giữa
trạm di động và tổng đài di động (MSC).
2.2.3 Hệ thống mạng con
Thành phần chính của hệ thống mạng con là tổng đài di động, hoạt động như một
nút chuyển mạch bình thường của PSTN hoặc ISDN, và cung cấp tất cả các chức
năng cần có để điều khiển một thuê bao di động, như đăng ký, xác nhận, cập nhật tọa
độ, trao tay, và định tuyến cuộc gọi cho một thuê bao liên lạc di động. Những dịch
vụ này được cung cấp chung với nhiều bộ phận chức năng khác, tạo nên hệ thống
mạng con. MSC cung cấp kết nối đến mạng cố định (như PSTN hoặc ISDN). Báo
hiệu giữa các bộ phận chức năng trong hệ thống mạng con là hệ thống báo hiệu số 7
(SS7) sử dụng cho báo hiệu trung kế trong mạng ISDN và mở rộng sử dụng trong
mạng công cộng hiện tại.
Bộ ghi định vị thường trú (HLR) và bộ ghi định vị tạm trú (VLR) cùng với MSC
cung cấp định tuyến cuộc gọi và khả năng liên lạc di động của GSM. HLR chứa tất
cả thông tin quản trị của mỗi thuê bao đã đăng ký trong mạng GSM tương ứng, cùng
với vị trí hiện tại của di động. Vị trí của di động thường ở dưới dạng địa chỉ báo
hiệu của VLR chứa trạm di động.
CBHD: Nguyễn Thành Sơn SVTH: Hiển, Tân, Bảo
8
- Dịch vụ gia tăng trên nền GSM
____________________________________________________________________________________________________________________________________
Bộ ghi định vị tạm trú (VLR) chứa thông tin quản trị được chọn từ HLR, cần thiết
cho điều khiển cuộc gọi và cung cấp các dịch vụ thuê bao, cho mỗi thuê bao hiện tại
nằm trong vùng địa lý điều khiển bởi VLR. Mặc dù mỗi bộ phận chức năng có thể
được thực hiện độc lập nhưng tất cả các nhà sản xuất thiết bị chuyển mạch cho đến
nay đều sản xuất VLR chung với MSC, vì thế vùng địa lý điều khiển bởi MSC sẽ
tương ứng với điều khiển bởi VLR đó, do đó đơn giản hóa báo hiệu cần thiết. Lưu ý
rằng MSC không chứa thông tin các trạm di động – thông tin này lưu trữ trong các
thanh ghi vị trí.
Có hai bộ ghi khác sử dụng cho mục đích xác nhận và bảo mật. Bộ ghi nhận thực
thiết bị (EIR) là một cơ sở dữ liệu chứa một danh sách tất cả các thiết bị di động hợp
lệ trên mạng, mỗi trạm di động được xác nhận bằng số nhận dạng thiết bị di động
quốc tế (IMEI). Số IMEI bị đánh dấu là không hợp lệ nếu được thông báo mất cắp
hoặc không được chấp thuận. Trung tâm nhận thực AuC là cơ sở dữ liệu được bảo
vệ chứa bản sao khóa mã trong SIM card của thuê bao, sử dụng để nhận thực và mã
hóa trên kênh vô tuyến.
2.3 Liên kết vô tuyến
Hiệp hội liên lạc viễn thông quốc tế (ITU), quản trị chỉ định phổ vô tuyến quốc tế
(và nhiều chức năng khác), chỉ định băng thông 890-915 MHz dùng cho kênh lên
(trạm di động tới trạm gốc) và 935-960 MHz dùng cho kênh xuống (trạm gốc đến
trạm di động) cho mạng di động Châu Âu. Vì tầm này đã được sử dụng đầu những
năm 1980 bằng hệ thống analog, hội nghị bưu chính và viễn thông Châu Âu (CEPT)
đã dành trước 10 MHz đầu của mỗi băng tần trên cho mạng GSM. Cuối cùng, GSM
được chỉ định toàn bộ băng thông 2x25 MHz.
2.3.1 Đa truy cập và cấu trúc kênh
CBHD: Nguyễn Thành Sơn SVTH: Hiển, Tân, Bảo
9
- Dịch vụ gia tăng trên nền GSM
____________________________________________________________________________________________________________________________________
Vì phổ vô tuyến là tài nguyên hữu hạn dùng chung cho tất cả thuê bao, một
phương pháp phải đưa ra là chia băng thông để càng nhiều thuê bao sử dụng càng
tốt. GSM đã chọn phương pháp kết hợp đa truy cập phân chia theo tần số và thời
gian (TDMA/FDMA). FDMA bao gồm chia tần số băng thông tối đa 25 MHz thành
124 tần số sóng mang cách nhau 200 KHz. Một BS có thể có một hoặc nhiều tần số
sóng mang và sử dụng kỹ thuật TDMA chia kênh vô tuyến 200 KHz thành 8 khe
thời gian (tạo 8 kênh logic). Do đó một kênh logic được định nghĩa bằng tần số và
số khe thời gian của khung TDMA. Bằng cách áp dụng 8 khe thời gian, mỗi kênh
phát dữ liệu số theo từng chuỗi “burst” ngắn : đầu cuối GSM chỉ phát 1 trong 8 khe
thời gian đó.
Tám khe TDMA cùng với 248 kênh bán song công vật lý tương ứng với tổng
cộng 1984 kênh bán song công logic. Điều này tương ứng với 283 ( 1984/7) kênh
bán song công logic mỗi cell vì mỗi cell chỉ sử dụng 1/7 tổng số tần số.
Hình 2.3. Sơ đồ phân chia tần số theo cell
Bảy tập tần số đủ để phủ một vùng lớn tùy ý, do khoảng cách lặp lại d phải lớn
hơn hai lần bán kính lớn nhất phủ bởi mỗi máy phát.
Mỗi kênh tần số được phân đoạn thành 8 khe thời gian có chiều dài bằng 0,577
ms (15/26ms). Tám khe tạo thành một khung TDMA dài 4,615ms (=120/26ms).
Mỗi khe được lặp lại sau 4,615 ms tạo thành một kênh cơ bản.
CBHD: Nguyễn Thành Sơn SVTH: Hiển, Tân, Bảo
10
- Dịch vụ gia tăng trên nền GSM
____________________________________________________________________________________________________________________________________
Hệ thống GSM phân biệt giữa kênh lưu lượng (Traffic Channel_TCH) (dùng cho
dữ liệu thuê bao) và kênh điều khiển (Control Channel_CCH) (dùng cho các thông
điệp quản lý mạng).
2.3.2 Kênh lưu lượng (Traffic Channel_tch)
Kênh lưu lượng dùng để chuyển âm thoại và dữ liệu. TCH định nghĩa sử dụng 26
khung đa khung (nghĩa là một nhóm 26 khung TDMA). Chiều dài của 26 khung đa
khung là 120 ms, là chiều dài của một chu kì burst (120 ms / 26 khung / 8 chu kì
burst mỗi khung). Trong 26 khung đó, 24 khung dùng để lưu thông, một khung
dùng cho kênh điều khiển liên kết chậm (Slow Associated Control Channel_
SACCH) và một khung chưa dùng. TCH dùng cho tuyến lên và tuyến xuống cách
nhau một khoảng thời gian 3 burst để thuê bao không phát và thu đồng thời, đơn
giản hóa mạch điện tử.
Hình 2.4. Cấu trúc khung TDMA
Dữ liệu được truyền trong các burst đặt trong các khe thời gian. Tốc đôï bit
truyền là 271 Kbps (chu kỳ bit 3,79 s). Do sai số theo thời gian, phân tán thời gian
CBHD: Nguyễn Thành Sơn SVTH: Hiển, Tân, Bảo
11
- Dịch vụ gia tăng trên nền GSM
____________________________________________________________________________________________________________________________________
v.v…, burst dữ liệu hơi ngắn hơn khe thời gian (148 thay vì 156,25 chu kỳ bit trong
một khe thời gian).
2.3.3 Kênh điều khiển (Control Channel_cch)
Các kênh chung di động có thể truy cập ở cả chế độ nghỉ và chế độ dành riêng.
Các kênh chung di động sử dụng ở chế độ nghỉ trao đổi thông tin báo hiệu cần thiết
để chuyển qua chế độ nhận riêng. Di động đã ở trong chế độ dành riêng giám sát các
trạm gốc xung quanh để trao tay và các thông tin khác. Các kênh chung có 51 khung
đa khung để dành riêng di động sử dụng cấu trúc TCH 26 khung đa khung có thể vẫn
giám sát kênh điều khiển. Các kênh chung gồm :
Kênh quảng bá điều khiển (Broadcast Control Channel_BCCH) : phát liên
tục trên tuyến xuống, thông tin gồm đồng nhất trạm gốc, chỉ định tần số và
chuỗi nhảy tần.
Kênh hiệu chỉnh tần số (Frequency Correction Channel_FCCH) và kênh
đồng bộ (Synchronisation_SCH) : sử dụng để đồng bộ di động với cấu trúc
khe thời gian của cell bằng cách định nghĩa các biên của chu kỳ burst, và
số khe thời gian. Mỗi cell trong mạng GSM phát chính xác một FCCH và
một SCH dùng định nghĩa khe thời gian thứ 0 (trong một khung TDMA).
Kênh truy cập ngẫu nhiên (Random Access Channel_RACH) : di động sử
dụng kênh Aloha khe để truy cập vào mạng.
Kênh tìm gọi (Paging Channel_PCH) : dùng để báo cho di động biết có
một cuộc gọi đến.
Kênh cho phép truy cập (Access Grant Channel_AGCH) : chỉ định một
kênh điều khiển dành riêng đứng một mình (Standalone Dedicated Control
Channel_SDCCH) cho di động báo hiệu (để có một kênh dành riêng), theo
yêu cầu trên kênh truy cập ngẫu nhiên (RACH).
CBHD: Nguyễn Thành Sơn SVTH: Hiển, Tân, Bảo
12
- Dịch vụ gia tăng trên nền GSM
____________________________________________________________________________________________________________________________________
2.3.4 Cấu trúc BURST
Burst là đơn vị phát của GSM. Việc phát xảy ra trong một cửa sổ thời gian
(576+12/13) s, nghĩa là suốt chu kỳ bit (156 + ¼). Một burst thông thường chứa
hai gói 58 bit (57 bit dữ liệu + 1 bit dư (stealing bit)) và một chuỗi huấn luyện 26 bit.
Chuỗi huấn luyện 26 bit là một chuỗi biết trước dùng so sánh với chuỗi tín hiệu thu
được để xây dựng lại tín hiệu gốc (cân bằng đa đường). Việc thực hiện thật sự của
bộ cân bằng không chỉ rõ trong kỹ thuật GSM. Ba bit đuôi được thêm vào mỗi bên.
GSM có thể sử dụng nhảy tần thấp khi trạm gốc và di động phát mỗi khung
TDMA trên mỗi tần số sóng mang khác nhau. Thuật toán nhảy tần được phát trên
kênh điều khiển vô tuyến (Broadcast Control Channel). Vì fading đa đường độc lập
với tần số sóng mang, nhảy tần thấp làm giảm nhẹ vấn đề này. Việc nhảy tần là tùy
chọn đối với mỗi cell và trạm gốc không nhất thiết phải có chức năng này.
2.3.5 Biến đổi âm thoại sang sóng vô tuyến
Hình sau mô tả chuỗi các chức năng biến đổi từ âm thoại sang sóng vô tuyến và
ngược lại.
Hình 2.5. Chuỗi các chức năng biến đổi giữa âm thoại và sóng vô tuyến
2.3.5.1 Mã hóa âm thoại GSM
GSM là một hệ thống số, mà âm thoại lại là tín hiệu tương tự nên phải được số
hóa. Phương pháp mà ISDN và hệ thống điện thoại hiện tại dùng cho các đường
CBHD: Nguyễn Thành Sơn SVTH: Hiển, Tân, Bảo
13
- Dịch vụ gia tăng trên nền GSM
____________________________________________________________________________________________________________________________________
ghép kênh thoại truyền qua trung kế tốc độ cao, cáp quang là điều chế mã xung
(PCM). PCM có tốc độ bit là 64Kbps, là một tốc độ cao có thể truyền qua liên kết
vô tuyến. GSM có nhiều thuật toán mã hóa tiếng nói trên cơ sở chất lượng tiếng nói
thực và độ phức tạp (liên quan đến giá cả, xử lý độ trễ và tiêu thụ công suất) trước
khi đưa đến chọn lựa phương pháp kích xung đều _ mã hóa dự đoán tuyến tính
(RPE _ LPC) với vòng dự đoán dài. Về cơ bản, thông tin từ các mẫu trước, không
thay đổi nhanh, dùng để dự đoán mẫu hiện tại. Các hệ số kết hợp tuyến tính của các
mẫu trước đó, cộng thêm dạng mã hóa của phần còn lại, sai số giữa mẫu dự đoán và
mẫu thực, sẽ biểu diễn tín hiệu. Tiếng nói lấy mẫu chu kỳ 20ms, mỗi mẫu mã hóa
thành 260 bit, với tốc độ bit là 13Kbps. Đây là mã hóa tiếng nói toàn tốc. Gần đây,
vài nhà điều hành GSM1900 Bắc Mỹ thực hiện thuật toán mã hóa tiếng nói toàn tốc
cấp cao (EFR). Phương pháp này tăng chất lượng tiếng nói dựa trên tốc độ đang sử
dụng 13Kbps.
2.3.5.2 Mã hóa kênh truyền GSM
Mã kênh truyền thêm các bit dư vào dòng dữ liệu cho phép phát hiện, thậm chí cả
sửa lỗi bit sinh ra trong quá trình truyền. Thuật toán mã hóa tiếng nói đưa ra một
khối 260 bit mỗi 20ms (nghĩa là tốc độ 13Kbps). Trong bộ giải mã, các khối bit
tiếng nói được giải mã và biến đổi thành những mẫu tiếng nói mã đồng dạng 13 bit.
260 bit của khối tiếng nói phân thành hai nhóm. 78 bit loại II ít quan trọng và
không được bảo vệ. 182 bit loại I được cắt thành 50 bit loại Ia và 132 bit loại Ib
(xem hình sau).
CBHD: Nguyễn Thành Sơn SVTH: Hiển, Tân, Bảo
14
- Dịch vụ gia tăng trên nền GSM
____________________________________________________________________________________________________________________________________
Mẫu tiếng nói : 1 khối = 260 bit (20ms)
Hình 2.6. Bảng phân loại bit tiếng nói
Đầu tiên các bit loại Ia được bảo vệ bởi 3 bit parity để phát hiện lỗi. Sau đó các
bit loại Ib được cộng vào thêm 4 bit đuôi trước khi đưa vào mã chập với tốc độ r= ½
và chiều dài bắt buộc K= 5. Kết quả 378 bit cộng vào với 78 bit loại II bảo vệ cho
kết quả là một khung mã tiếng nói hoàn toàn 456 bit (trong hình).
Kiểu truyền TCH/FS
Hình 2.7. Mô hình kiểu truyền
CBHD: Nguyễn Thành Sơn SVTH: Hiển, Tân, Bảo
15
- Dịch vụ gia tăng trên nền GSM
____________________________________________________________________________________________________________________________________
Mã phát hiện lỗi
GSM chuẩn dùng mã 3 bit lỗi dư để cho phép đánh giá sự chính xác của bit trong
khung thoại (50 bit loại Ia). Nếu một bit bị sai, thì điều này sẽ tạo ra một nhiễu lớn
thay cho phần tiếng nói 20 ms. Phát hiện những lỗi này cho phép khối bị sai được
thay thế bằng một vài nhiễu ít hơn (như là một phép ngoại suy của khối dự đoán).
Đa thức trình bày mã phát hiện loại bit Ia là G(X) = X3 + X + 1. Ở bên thu, hoạt
động tương tự và nếu phép chia có dư, lỗi được phát hiện và khung tần số âm thanh
loại bỏ cuối cùng.
Mã hóa chập / giải mã
Trong quá trình truyền, mã hóa chập là kết quả phép chập của chuỗi tín hiệu sử
dụng các công thức tích chập khác nhau. Mã chập GSM có thêm 4 bit (mức 0) vào
đầu chuỗi 185 bit, và sau đó áp dụng hai biểu thức tích chập khác nhau :
G1(X) = X4 + X3 + 1 và G2(X) = X4 + X3 + X + 1.
Kết quả cuối cùng gồm hai chuỗi 198 bit.
Bộ giải mã chập có thể sử dụng thuật toán Viterbi, bộ giải mã logic Viterbi khảo
sát song song mỗi dữ liệu của user trong chuỗi. Nó mã hóa và so sánh mỗi dữ liệu
dựa vào chuỗi thu được và chọn ra giá trị phù hợp nhất : đó là bộ giải mã khả năng
có thể xảy ra lớn nhất. Để làm giảm độ phức tạp (số chuỗi dữ liệu có thể nhân đôi
với mỗi bit dữ liệu thêm vào), bộ giải mã nhận ra thời điểm chuỗi không thuộc vào
đường có khả năng xảy ra lớn nhất và hủy chuỗi này đi. Bộ nhớ mã hoá được giới
hạn K bit, bộ giải mã Viterbi hoạt động lớn nhất chỉ giữ 2k-1 đường. Độ phức tạp
của nó tăng theo hàm mũ của K.
Tốc độ mã hoá chập GMS trên dòng dữ liệu là 378 bit mỗi 20ms, nghĩa là
18,9Kbps. Tuy nhiên, trước khi điều chế tín hiệu này, 78 bit loại II không bảo vệ
CBHD: Nguyễn Thành Sơn SVTH: Hiển, Tân, Bảo
16
- Dịch vụ gia tăng trên nền GSM
____________________________________________________________________________________________________________________________________
được cộng thêm vào. Do đó, tốc độ bit GMS là 456 bit trên 20ms, nghĩa là
22,8Kbps.
2.3.5.3 Đan xen và rút ra (Interleaving /De–interleaving)
Đan xen có nghĩa là vị trí các bit liên quan không tương quan trong từ mã và
trong các burst vô tuyến đã điều chế. Mục tiêu của thuật toán đan xen là tránh rủi ro
mất những bit dữ liệu liên tiếp. Các khối tiếng nói toàn tốc GSM đan xen vào 8
burst : 456 bit của một khối được chia thành 8 burst trong các khối con 57 bit. Một
khối con định nghĩa là các bit được đánh số chẵn hoặc lẻ của dữ liệu đã mã hóa trong
một burst. Các burst khác nhau mang một khối con 57 bit và trong các khung
TDMA khác nhau. Vì thế, một burst chứa hai khối tiếng nói liên tiếp nhau A và B.
Để triệt sự liên quan của những bit liên tiếp nhau, các bit của khối A ở vị trí chẵn
trong burst và các bit của khối B ở vị trí lẻ (xem hình).
Rút ra (De–interleaving) là quá trình ngược lại. Trở ngại chính của quá trình đan
xen là độ trễ tương ứng : thời gian truyền từ burst thứ nhất đến burst cuối cùng trong
một khối bằng 8 khung TDMA ( nghĩa là khoảng 37ms).
Hình 2.8. Mô hình đan xen và rút ra
CBHD: Nguyễn Thành Sơn SVTH: Hiển, Tân, Bảo
17
- Dịch vụ gia tăng trên nền GSM
____________________________________________________________________________________________________________________________________
2.3.5.4 Mã hóa – giải mã
Một biện pháp bảo mật được giới thiệu trong GSM là mã hóa đường truyền.
Phương pháp mã hóa không phụ thuộc loại dữ liệu được phát đi (âm thoại, dữ liệu
hoặc báo hiệu) nhưng chỉ áp dụng cho những burst thông thường. Mã hóa bằng cách
thực hiện phép XOR giữa chuỗi giả ngẫu nhiên và 114 bit cần truyền của một burst
thông thường (nghĩa là tất cả các bit thông tin ngoại trừ hai bit cờ dư). Chuỗi giả
ngẫu nhiên được lấy từ số burst và một phiên khóa thành lập trước qua ý nghĩa báo
hiệu. Giải mã cũng đi theo một trình tự như vậy.
2.3.5.5 Điều chế - giải điều chế
GMS sử dụng phương pháp điều chế GMSK với hệ số điều chế h=0.5, BT= 0.3
5
(băng thông bộ lọc nhân với chu kỳ bit) và tốc độ điều chế 271Kbps (= 270 ).
6
Phương pháp điều chế GMSK được chọn vì dung hòa giữa công suất phổ khá cao
(1bit/Hz) và độ phức tạp giải điều chế hợp lý. Đường bao hằng số cho phép sử dụng
những bộ khuếch đại công suất đơn giản và bức xạ ngoài dải băng thấp nhất gây ảnh
hưởng nhiễu lên kênh kế cận. GMSK khác MSK là sử dụng bộ lọc Gauss trước điều
chế. Đáp ứng xung miền thời gian của bộ lọc được cho trong phương trình sau, với
x
k1 và B là băng thông nửa công suất.
2 ln 2
k B k 2 B 2t 2
h (t ) 1 e 1
Hình 2.9. Sơ đồ khối bộ điều chế GMSK
CBHD: Nguyễn Thành Sơn SVTH: Hiển, Tân, Bảo
18
- Dịch vụ gia tăng trên nền GSM
____________________________________________________________________________________________________________________________________
Thuật toán Viterbi có thể sử dụng như bộ cân bằng ước tính chuỗi có khả năng
xảy ra lớn nhất (MLSE). Vì thế máy thu GSM có thể chứa hai cài đặt khác nhau của
thuật toán Viterbi.
2.3.5.6 Mức công suất RF
Các thiết bị vô tuyến trong GSM có thể được phân loại dựa vào những mức công
suất khác nhau tương ứng với các mức công suất phát.
Bảng sau trình bày đặc điểm của các mức công suất ở trạm di động và trạm gốc.
Mức công suất trạm di động nhỏ nhất là 20mW (13dBm).
Công suất lớn
nhất của một Công suất lớn nhất của
Mức công suất
trạm di động / một trạm gốc / (dBm)
(dBm)
1 320 W (55)
2 160 W (52)
20 W (43)
3 80 W (49)
8 W (39)
4 40 W (46)
5 W (37)
5 20 W (43)
2 W (33)
6 10 W (40)
0.8 W (29)
7 5 W (37)
8 2.5 W (34)
Bảng 2.1. Các mức công suất ở trạm di động và trạm gốc
2.3.6 Cân bằng đa đường
Ở tần số 900 MHz, sóng vô tuyến bị tán xạ do cao ốc, đồi núi, xe cộ, máy bay….
Do đó có nhiều tín hiệu phản xạ, mỗi tín hiệu có pha khác nhau đến antenna. Ta sử
CBHD: Nguyễn Thành Sơn SVTH: Hiển, Tân, Bảo
19
- Dịch vụ gia tăng trên nền GSM
____________________________________________________________________________________________________________________________________
dụng bộ cân bằng lấy ra tín hiệu mong muốn từ các sóng phản xạ. Bộ cân bằng hoạt
động tìm ra tín hiệu phát biết trước bị méo dạng do fading đa đường và xây dựng bộ
lọc ngược và lấy ra phần còn lại của tín hiệu mong muốn. Tín hiệu biết trước này là
một chuỗi huấn luyện 26 bit phát giữa mỗi burst khe thời gian. Cấu trúc của bộ cân
bằng không nêu rõ trong bảng chi tiết GSM.
2.3.7 Nhảy tần
Trạm di động có đặc tính biến đổi nhanh, nghĩa là nó có thể di chuyển giữa các
khe thời gian phát, thu và giám sát trong một khung TDMA, thường ở những tần số
khác nhau. GSM sử dụng khả năng chuyển tần nhanh để thực hiện nhảy tần chậm
mà di động và BTS phát trên các tần số sóng mang khác nhau trong khung TDMA.
Thuật toán nhảy tần phát trên kênh quảng bá điều khiển (BCC). Vì fading đa đường
phụ thuộc vào tần số sóng mang, nhảy tần chậm sẽ làm giảm bớt vấn đề này. Hơn
nữa, nhiễu đồng kênh có đặc tính ngẫu nhiên.
2.3.8 Truyền phát gián đoạn
Cực tiểu hóa nhiễu đồng kênh là mục tiêu của bất kỳ hệ thống tế bào nào, nên cho
phép cung cấp dịch vụ tốt hơn với kích thước cell cho trước, hoặc sử dụng các cell
nhỏ hơn, do đó tăng dung lượng của toàn hệ thống. Truyền phát gián đoạn (DTX) là
một phương pháp có ưu điểm là : một người nói thông thường ít hơn 40% thời gian
cuộc đàm thoại, nên tắt máy phát suốt thời gian im lặng. Một ưu điểm khác của
DTX là duy trì công suất ở thuê bao di động.
Một thành phần quan trọng nhất của DTX là bộ phát hiện tích cực tiếng (VAD).
Máy phải phân biệt giữa ngõ vào âm thoại và nhiễu, công việc không dễ dàng khi
nhiễu xuất hiện. Nếu tín hiệu thoại bị hiểu sai là nhiễu, máy phát sẽ tắt và máy thu
nghe sẽ bị cắt xén gây tác dụng rất khó chịu. Mặt khác nếu nhiễu thường hay bị hiểu
sai là tín hiệu thoại, thì hiệu suất DTX giảm xuống đột ngột. Một yếu tố khác được
CBHD: Nguyễn Thành Sơn SVTH: Hiển, Tân, Bảo
20
nguon tai.lieu . vn