CHƯƠNG 2: CÁC KỸ THUẬT CƠ SỞ TRONG HỆ THỐNG
THÔNG TIN DI ĐỘNG SỐ
1. Giao diện vô tuyến và truyền dẫn
1.1. Giao diện vô tuyến
Trong GSM, giao diện radio sử dụng tổng hợp cả hai phương thức phân kênh
theo tần số và thời gian: FDMA (Frequency Division Multiple Access) cà TDMA
(Time Division Multiple Access). Trong FDMA, GSM sử dụng các băng tần tại 900
Mhz (gọi là GSM 900) và 1800 Mhz (gọi là GSM 1800). Để đơn giản hóa chỉ đề cập
đến GSM 900. Mỗi kênh được đặc trưng bở một tần số (sóng mang) gọi là kênh tần số
RFCH (Radio chanel) cho mỗi hướng thu phát, các tần số này cách nhau 200 MHz.
Trong GSM 900, MS sử dụng 124 RFCH trong dãy tần 25Mhz (từ 890 đến 915 MHz)
và BTS sử dụng 124 RFCH trong dãy tần từ 935 đến 960 Mhz để phát (tất nhiên MS
phát thì BTS thu và ngược lại). Tại mỗi tần số TDMA lại chia thành 8 khe thời gian
(time slot) tức là số kênh được tăng lên 8 lần. Trong tương lai, số khe sẽ được tăng lên
là 16. Một cặp RFCH (thu và phát) tại một khe thời gian được gọi là một kênh vật lý.
Một kênh được sử dụng để truyền một nhóm nhất đònh tham số thông tin được gọi là
kênh logic (logical chanel). Mỗi kênh vật lý được gán cho một hoặc một số kênh
logic. Các kênh được chia thành 2 loại:
- Kênh dùng để tải thông tin của thuê bao, như thoại, số liệu… được gọi là kênh
traffic TCH (traffic chanel). Có 2 loại tốc độ truyền trên TCH là tốc độ đầy đủ (full
rate) THC/F là loại tốc độ đang được sử dụng hiện nay và tốc độ bằng một nữa (half
rate) TCH/H sẽ được sử dụng trong tương lai.
- Kênh điều khiển CCH (control chanel) được sử dụng để truyền thông tin báo
hiệu các thông tin quản lý giao diện Um.
1.2. Nguyên lý lập mô hình
Mạng GSM đảm bảo truyền dẫn đa dòch vụ. Nhiều thông tin khác nhau được
truyền dẫn trong mạng này như: thông tin thoại, các dạng thông tin số liệu khác (văn
bản, hình ảnh fax, các file máy tính, bản tin và các bản tin báo hiệu bên trong mạng.
Để lập mô hình truyền dẫn ta có thể sử dụng cấu trúc phân lớp như hình 1.6.
Hình 1.6: Cấu trúc phân lớp
Trục đứng của hình vẽ thể hiện các lớp khác nhau của mô hình. Lớp thấp nhất

ặt phẳng âm thanh
Mặt phẳng tương tự
Mặt phẳng số 13 kbit/s
Mặt phẳng số 64 kbit/s
BTS
Bộ
chuyển
đổi vào tín hiệu tương tự và cuối cùng được biến đổi ngược trở lại thành âm thanh đến
tai nghe thuê bao PSTN.
1.3.2. Các dòch vụ phi thoại
Các dòch vụ phi thoại này hay còn gọi là các dòch vụ truyền số liệu bao gồm
việc trao đổi các thông tin khác nhau sau đây: văn bản, các bản vẽ, các file máy tính,
các hình ảnh động, các bản tin. Một số bộ phận quan trọng của các thông tin này được
xử lý ở các thiết bò đầu cuối (các thiết bò này có thể rất phức tạp, chẳng hạn server
videotex hay hệ thống xử lý bản tin). Các chức năng xử lý của các thiết bò đầu cuối
như sau:
- Mã hóa nguồn: biến đổi văn bản, hình ảnh, âm thanh thành các chữ số cơ hai
và ngược lại.
- Giao thức giữa 2 đầu cuối cho thông tin: tổ chức trang phiên và ngôn ngữ.
- Thể hiện thông tin cho người sử dụng bằng hiển thò tạo âm, in ấn… Các thiết bò
đầu cuối có thể là máy fax, máy tính cá nhân, đầu cuối máy tính, videotex v.v
Ta xét khả năng mang giữa các thiết bò đầu cuối. Biên giới giữa GSM trong
trường hợp này có thể là: PSTN (mạng điện thoại chuyển mạch công cộng), ISDN
(mạng số liên kết đa dòch vụ), PSPDN (mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói),
CSPDN (mạng sử dụng truyền dẫn bằng mạch) và thiết bò đầu cuối. Để kết nối GSM
với thế giới bên ngoài ta sử dụng 2 chức năng:
- Chức năng tương tác mạng IWF để kết nối GSM với mạng khác.
- Chức năng thích ứng đầu cuối TAF để thích ứng thiết bò đầu cuối với phần
truyền dẫn vô tuyến chung.
Các thiết bò giữa TAF và IWF không liên quan đến dòch vụ giữa các đầu cuối và

Thiết bò
đầu cuối
Thiết bò
đầu cuối
Trạm di động (kiểu 0)
Đầu cuối di
động (kiểu 2)
Đầu cuối di
động (kiểu 1)
Giao diện đầ
u cuối với modem
Thích ứng đầu cuối
Giao diện ISDN “S”
- Từ trạm gốc BTS đến bộ chuyển đổi mã riêng (TRAU)
- Từ TRAU đến MSC (hay IWF)
 Trạm di động
Mã hóa tiếng ở trạm di động có thể thực hiện ở tốc độ 13 kbit/s. Sơ đồ mã hóa
tiếng GSM ở tốc độ 13kbit/s. Mã hóa này cho phép nhận được chất lượng như mạng
cố đònh nhưng đòi hỏi độ rộng phổ tần vô tuyến hẹp hơn.
Tín hiệu tiếng ở MS được đưa qua bộ lọc thông thấp, qua bộ biến đổi A/D để
được mã hóa PCM (điều xung mã) đồng đều với tần số lấy mẫu 8Khz và 13 bit mã
hóa cho 1 mẫu sau đó tín hiệu này được đưa lên bộ biến đổi tương tự số (A/D). Ở đầu
ra của bộ A/D ta được các khối 20 ms mã hóa 200 bit làm cho tốc độ luồng ra 13 kbit/s
(hình 1.9).
Hình 1.9: Quá trình mã hóa tiếng ở GSM (ở MS)
 Truyền tiếng ở đoạn từ trạm di động MS đến trạm gốc BTS.
Tín hiệu sau khi mã hóa được đưa đến bộ mã hóa kênh để tạo ra các khối 456
bit/20ms với tốc dộ khoảng 22,8 kbit/s sau đó được ghép xen, mật mã hóa và tạo
thành các cụm để có thể đặt vào khe thời gian dành cho kênh và sau cùng được điều
chế rồi phát vào không trung ở dải sóng 900MHz. Ở đầu thu thực hiện quá trình

ISDN, cho ở hình 1.10.
RA 1
RA 2

RA0
Lấy mẫu
Tốc độ dò bộ ban đầu
Chẳng hạn: 300 hay 9600
bit/s
Đồng bộ
Đệm
Đệm
ĐB
Tốc độ trung gian
(8hay 16 kbit/s)
Hình 1.10: Thích ứng tốc độ ISDN
- Chuyển đổi số liệu dò bộ vào đồng bộ.
Chức năng này được thực hiện ở RAO. Luồng số liệu dò bộ là một chuỗi các ký
tự thường được khở đầu bằng 1 bit “start” và kết thúc bằng 1 bit “stop”. Ở luồng này
không cần thiết các bit biên phải trùng với sườn trước của xung đồng hồ. RAO có thể
loại bỏ bit “stop” để đảm bảo đồng hồ (hình 1.11).
Hình 1.11: Chức năng RAO
- Điều khiển đồng hồ từ xa
Tốc độ truyền dẫn trong mạng số chẳng hạn ISDN được điều khiển bởi đồng hồ
của mạng. Trường hợp một đầu cuối được đấu qua mạng PSTN thì tốc độ giữa hai đầu
cuối có thể khác nhau. Trong trường hợp này khối thích ứng tốc độ phải gửi đi thông
tin để hiệu chỉnh tốc độ cho đầu kia các thông tin này có thể được gửi đi ở các bit E4,
E5, E6, trong luồng số ra của RA1.
- Các tín hiệu bổ sung
Đây là các tín hiệu điều khiển modem. Ở V101 các tín hiệu bổ sung chỉ giới hạn










Luồng dò bộ
Luồng đồng bộ
Bỏ một tín hiệu dừng
trong các khoảng thời gian 5 hay 10 ms. Bảng 1.12 dưới đây đưa ra các tín hiệu khác
nhau nói trên và tốc độ lấy mẫu chúng.
Bảng 1.12: Truyền tải các tín hiệu điều khiển modem ở V110.
Đầu cuối đến modem Modem đến đầu cuối Tốc độ lấy mẫu trung bình
Trạng thái mạch 108
(Data terminal ready)
Trạng thái mạch 107 (Data
set ready)
1,25 ms hay 2,5 ms
Trạng thái mạch 105
(Request to send)
Trạng thái mạch 109 (Data
carrier detect)
2,5 ms hay 5 ms
Trạng thái mạch 108
(Clear to send)
2,5 ms hay 5 ms
Ý nghóa của các tín hiệu điều khiển ở bảng 1.12 như sau:

hồ bằng cách bỏ qua
hay chèn bit
Từ hình 1.10 ta thấy RA0 thực hiện biến đổi luồng số liệu không đồng bộ vào
luồng đồng bộ, ở đầu ra của bộ này ta được các luồng đồng bộ RA1 thực hiện thích
ứng tốc độ lần thứ nhất. Ở đây nó ghép các bit bổ sung với luồng cơ sở để tạo thành
các luồng số có tốc độ 8 kbit/s (cho luồng cơ sở có tốc độ  4800 kbit/s) và 16 kbit/s
(cho luồng cơ sở có tốc độ 9600 bit/s). Đối với các luồng số có tốc độ nhỏ hơn 4800
kbit/s các bit được phát lặp lại để đạt được tốc độ danh đònh 4800 kbit/s. Các khung ở
RA1 có độ lâu 5 ms cho 9600 kbit/s và 10 ms cho 4800 kbit/s. Ở các khung này các bit
thông tin cơ sở, các bit bổ sung và các bit đồng bộ được ghép chung để đạt được tốc
độ 16 và 8 kbit/s. Từ bảng 1.12 ta thấy có 15 bit thông tin bổ sung và 17 bit đồng bộ
được ghép vào mỗi khung RA2 thực hiện biến đổi các tốc độ 16 và 8 kbit/s vào 64
kbit/s cho phù hợp với mạng ISDN. Việc biến đổi này được thực hiện bằng cách ghép
6 hoặc 7 bit “1” vào mỗi byte.
Các đấu nối cho truyền số liệu bên trong mạng GSM
Ta xét hai cách đấu nối số liệu cho mạng GSM: đấu nối trong suốt T
(Transparent) và đấu nối không trong suốt NT (Non transparent). Ở cách đấu nối thứ
hai thông tin được phát lại mỗi khi đầu kia thu được số liệu sai.
Đấu nối T: Sơ đồ thích ứng tốc độ cho đấu nối T được cho hình 1.14
Hình 1.14: Thích ứng tốc độ ở GSM
RA0 có nhiệm vụ biến đổi luồng số dò bộ vào đồng bộ. RA1 ghép luồng số cơ sở
với các tín hiệu bổ sung để tạo thành các luồng số 12 kbit/s (cho tốc độ luồng cơ sở
9600 kbit/s), 6 kbit/s (cho tốc độ luồng cơ sở 4800 kbit/s) được phát lặp các bít thông
tin để đạt được tốc độ đònh danh là 2400 bit/s và 1,2 kbit/s bổ sung sẽ được đưa thêm
vào để được tốc độ 3,6 kbit/s. Luồng 12 kbit/s được chia thành các khung có độ lâu là
5 ms, mỗi khung chứa 60 bit trong đó có 48 bit từ luồng cơ sở và 12 bit bổ sung. Các
bit bổ sung bao gồm các bit thông tin bổ sung cho cho ở bảng 1.13 trừ các bit E1, E2,
E3 mang thông tin về tốc độ vì mức độ thông tin này được truyền riêng theo đường
báo hiệu để thiết lập đường truyền. Luồng 6 kbit/s được chia thành các khung 10ms,
mỗi khung có 60 bit với 48 bit cơ sở và 12 bit bổ sung như ở trường hợp trên. Luồng

hiện bằng cách chèn thêm các bít đồng bộ vào các khung RA1 thường được đặt ở
BTS.
1.5. Nguyên lý đa thâm nhập
Tồn tại ba phương pháp đa thâm nhập: đa thâm nhập phân chia theo tần số, đa
thâm nhập phân chia theo thời gian, đa thâm nhập phân chia theo mã. Nguyên lý đa
thâm nhập này được cho ở hình 1.15. Ở phương pháp đa thâm nhập phân chia theo tần
số (FDMA) mỗi trạm di động dành riêng một kênh với một cặp tần số để thâm nhập
đến trạm gốc (BTS), ở phương pháp đa thâm nhập phân chia theo thời gian (TDMA)
các trạm di động sử dụng chung một kênh tần số nhưng chỉ được thâm nhập đến trạm
gốc ở các khoảng thời gian khác nhau, ở phương pháp đa thâm nhập phân chia theo
mã(CDMA) các trạm di động đều dùng chung một băng tần nhưng sử dụng các mã
khác nhau để thâm nhập đến trạm gốc.
GSM sử dụng kết hợp các phương pháp FDMA và TDMA.
Hình 1.15: Nguyên lý đa thâm nhập
a) Đa thâm nhập phân chia theo tần số (FDMA)
b) Đa thâm nhập phân chia theo thời gian (TDMA)
c) Ña thaâm nhaäp phaân chia theo maõ (CDMA)
1.5.1. Các kênh tần số được sử dụng ở GSM
Các kênh tần số được sử dụng ở GSM nằm trong dãy tần số quy đònh 900Mhz
xác đònh theo công thức sau:
F
L
= 890,2 + 0,2. (n-1) Mhz
F
u
= FL

(n) + 45 Mhz
1  n  124
Từ công thức trên F

Các kênh vật lý là một khe thời gian ở một tần số vô tuyến dành để truyền tải
thông tin ở đường vô tuyến GSM. Như ở phần trên đã nói GSM sử dụng băng tần sau:
890 – 915 Mhz đường lên (MS phát)
935 – 960 Mhz đường xuống (BTS phát)
Khoảng cách giữa các sóng mang là 200 KHz.
Trong tương lai khi mở rộng đến hệ thống DCS 1800 băng tần được sử dụng sẽ
là:
1710 – 1785 Mhz đường lên
1805 – 1880 Mhz đường xuống
Để đảm bảo các quy đònh về tần số bên ngoài băng phải có một khoảng bảo vệ
giữa các biên của băng (200 KHz). Vì thế ở GSM 900 ta có 124 kênh tần số vô tuyến
bắt đầu từ 8972 Mhz và ở DCS 1800 ta có 374 kênh tần số vô tuyến bắt đầu từ 1710,2
MHz.
Mỗi một kênh tần số vô tuyến được tổ chức thành các khung TDMA có 8 khe
thời gian. Một khe thời gian bắt đầu có độ lâu 15/26 s. 8 khe thời gian của 1 khung
TDMA có độ lâu gần bằng 4,62 ms. Ở BTS các khung TDMA ở tất cả các kênh tần số
trên đường xuống đường đồng bộ. Đồng bộ cũng được áp dụng như vậy với đường lên.
Tuy nhiên, khởi đầu của khung TDMA đường lên trễ một khoảng thời gian cố đònh 3
khe. Lý do trễ để cho phép MS sử dụng cùng một khe thời gian ở cả đường lên lẫn
đường xuống mà không phải thu phát đồng thời. Sự trễ nói trên được mô tả ở hình
1.18.
Đường xuống KTS
Khung
TDMA
Khung
TDMA
Khung
TDMA
Đường xuống
KTS

11,4 kbit/s. Các kênh báo hiệu điều khiển chia làm 3 loại: các kênh điều khiển quảng
bá, các kênh điều khiển chung và dành riêng.
1.5.3. Mã hóa kênh
Mã hóa kênh được sử dụng để phát hiện và hiệu chỉnh lỗi trong luồng bit thu để
giảm tỉ số bit lỗi BER. Để đạt được điều này người ta bổ sung các bit dư vào luồng
thông tin. Tồn tại hai dạng mã kênh khác nhau: mã tuyến tính và mã xoắn.
1.5.4. Mật mã hóa
Một trong các ưu điểm lớn của hệ thống truyền dẫn số là dễ dàng bảo vệ tín
hiệu này khỏi sự can thiệp của người thứ ba không được phép bằng cách mật mã hóa
tín hiệu số. Ở GSM phương pháp mật mã hóa không phụ thuộc vào dạng số liệu được
phát, nhưng chỉ áp dụng cho các cụm bình thường.
Mật mã hóa tín hiệu đạt được bằng thao tác hoặc loại trừ (XOR) giữa một
chuỗi ngẫu nhiên với 114 bit của cụm bình thường, nghóa là với tất cả các bit thông tin
trừ các cờ lấy cắp bảng 1.19. Để giải mật mã người ta thực hiện thao tác hoặc loại trừ
(XOR) giữa tín hiệu thu với chuỗi ngẫu nhiên.
Bảng 1.19: Nguyên lý mật mã và giải mã tín hiệu số
Tín hiệu số
Chuỗi mật mã
Tín hiệu đã mã hóa
010010111001 …
001011001110 …
011001110111 …
Chuỗi ngẫu nhiên được tạo ra từ số khung và khóa mật mã K
c
theo thuật toán
A5 (hình 1.20). Khóa K
c
giống nhau giữa thu và phát, số khung thay đổi từ cụm này
đến cụm khác, vậy mỗi cụm của một cuộc thông tin trong một hướng sẽ sử dụng chuỗi
mật mã khác nhau. Thuật toán A5 như nhau cho mạng GSM toàn cầu vì phải đảm bảo

(114
Mật mã
Giải mật
MS
A5
Số
khung
Kc (64
S1
(114
S2
(114
Giải mật
Mật mã
BTS
3. MS đo cường độ tín hiệu ở một trong các ô lân cận
4. MS đọc BSIC trên SCH (TS0) cho một trong số các ô mạnh nhất.
Nếu MS không đồng bộ với ô mà nó muốn nhận dạng. Thì nó không tìm được
TS0 mang BCCH. Vì thế nó phải đo ở khoảng thời gian ít nhất là 8 khe thời gian để
đảm bảo xác đònh chắc chắn TS0 mang BCCH.
Hình 1.21: Nguyên lý đo của MS
* Caùc ña khung tröôït
51 khung = 235,4 ms
BCCH +CCCH
Hình 1.22 : Các đa khung trượt
MS chỉ đọc TS0 chưa đủ, nó phải tìm được SCH ở khe này. Ta nhớ lại rằng đa
khung chứa SCH được tổ chức sao cho cứ 10 khung thì có 1 SCH, vì vậy xác suất MS
thu được khung đúng chứa BSIC chỉ là 10%. Để giải quyết vấn đề này các đa khung
TCH trượt so với các đa khung TCH chứa 26 khung IDLE sẽ trượt lên tất cả các kênh
điều khiển ở TS0 và cuối cùng nó sẽ gặp được SCH.

Để tính chuỗi nhảy tần MS phải tính chỉ số ấn đònh di động MAI (Mobile
Allocation Index): đặc tính cho một tần số ở một khung cho trước.
MS tính MAI như sau:
 Nhảy tần tuần hoàn:
HSN = 0
MAI = (FN + MAIO) mod N
Trong đó FN số khung (Frame Number)
 Nhảy tần ngẫu nhiên:
M = T2 +RNTABLE (HSN XOR T1R + T3)
M'=M mod (2^ NBIN)
T'=T3 mod (2^ NBIN)
S= M' nếu M'<N
S=(M'+T') nếu M'  N
Trong đó :
N : số các tần số ở MA
NBIN : số các bít biểu thò N
T1R=T1mod 64
T1,T2,T3 : số khung rút gọn RFN (Reduce Frame Number)
Thường thì các kênh của cùng một ô cùng HSN nhưng MAIO khác nhau.
Lưu ý rằng kênh vật lý chứa BCCH không nhảy và các khe khác nhau nhảy
khác nhau. Quá trình nhảy tần minh họa hình 1.23.
Hình 1.23. Nhảy tần (nhìn từ MS).
1.5.6. Điều chế
GSM sử dụng phương pháp điều chế khóa chuyển pha cực tiểu Gauss GMSK
(Gaussian Minimum Shift Keying). Đây là phương pháp điều chế băng hẹp dựa trên
kỹ thuật điều chế dòch pha. Để giải thích GMSK trước hết ta xét MSK bằng cách so
sánh nó với PSK. Ta có thể trình bày sóng mang đã được điều chế đối với PSK và
MSK như sau:
S (t) = A cos (
0