Phần 1_Chương 1 : Giới thiệu hệ thống thông tin di động GSM
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU HỆ THỐNG
THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM
òch sử hình thành GSM bắt đầu từ một đề xuất vào năm 1982 của Nordic Telecom và
Netherlands tại CEPT (Conference of European Post and Telecommunication) để phát
triển một chuẩn tế bào số mới đương đầu với nhu cầu ngày càng tăng của mạng di
động Châu Âu.
L
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)
đònh nghóa 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 đònh GSM MoU “Club”, với ngày khởi đầu là 1 tháng 7
năm 1991.
GSM là từ viết tắt của Global System for Mobile Communications (hệ thống thông tin di động
toàn cầu), trước đây có tên là Groupe Spécial Mobile.
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 dòch vụ mà GSM cung cấp là một hệ thống
con của dòch vụ ISDN chuẩn.
Lê Thanh Nhật-Trương Ánh Thu 12 GVHD :Ths. Hoàng Đình Chiến
Phần 1_Chương 1 : Giới thiệu hệ thống thông tin di động GSM
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 nghò cho hệ thống :
• Chất lượng âm thoại chính thực sự tốt.
• Giá dòch vụ và thuê bao giảm.
• Hỗ trợ liên lạc di động quốc tế.
• Khả năng hỗ trợ thiết bò đầu cuối trao tay.
• Hỗ trợ các phương tiện thuận lợi và dòch vụ mới.
• Năng suất quang phổ.

Phần 1_Chương 2 : Cấu trúc mạng GSM
Thiết bò di động được nhận dạng duy nhất bằng số nhận dạng thiết bò 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 đònh 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. HỆ THỐNG CON TRẠM GỐC
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).
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 đònh tuyến
cuộc gọi cho một thuê bao liên lạc di động. Những dòch 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 đònh
(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 đònh vò thường trú (HLR) và bộ ghi đònh vò tạm trú (VLR) cùng với MSC cung cấp đònh
tuyến cuộc gọi và khả năng liên lạc di động của GSM. HLR chứa tất cả thông tin quản trò của
mỗi thuê bao đã đăng ký trong mạng GSM tương ứng, cùng với vò trí hiện tại của di động. Vò
trí của di động thường ở dưới dạng đòa chỉ báo hiệu của VLR chứa trạm di động.

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 đònh nghóa 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 .
Sơ đồ phân chia tần số theo cell
Lê Thanh Nhật-Trương Ánh Thu 17 GVHD :Ths. Hoàng Đình Chiến
Phần 1_Chương 3 : Liên kết vô tuyến
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.
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. KÊNH LƯU LƯNG (TRAFFIC CHANNEL_TCH)
Kênh lưu lượng dùng để chuyển âm thoại và dữ liệu. TCH đònh nghóa sử dụng 26 khung đa
khung (nghóa 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.
Cấu trúc khung TDMA
Lê Thanh Nhật-Trương Ánh Thu 18 GVHD :Ths. Hoàng Đình Chiến

biết trước dùng so sánh với chuỗi tín hiệu thu được để xây dựng lại tín hiệu gốc (cân bằng đa
Lê Thanh Nhật-Trương Ánh Thu 19 GVHD :Ths. Hoàng Đình Chiến
Phần 1_Chương 3 : Liên kết vô tuyến
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.
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.
5.1Mã 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 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.
Lê Thanh Nhật-Trương Ánh Thu 20 GVHD :Ths. Hoàng Đình Chiến