TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Viện Công nghệ Thông tin và Truyền thông
BÁO CÁO MÔN HỌC
YÊU CẦU: TÌM HIỂU CẤU TRÚC MẠNG GSM VÀ
VẤN ĐỀ SỬ DỤNG LẠI TẦN SỐ TRONG MẠNG
Sinh viên thực hiện: Vũ Hoàng Long
Lớp: TTM – K52
Giáo viên: T/s Ngô Quỳnh Thu

HÀ NỘI – 04/2011
Vũ Hoàng Long – 20071818- Truyền Thông và Mạng Máy Tính
Đề tài: Cấu trúc mạng GSM và vấn đề sử dụng lại tần số
Table of Contents
MỤC LỤC
Table of Contents 2
Guard Band 11
I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MẠNG GSM
1. Tổng quan về hệ thống GSM
GSM được viết tắt từ Global System for Mobile Communication , tuy nhiên tên ban
đầu là: Groupe Spécial Mobile.
Đây 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 mạng hầu như có mặt ở khắp mọi nơi trên thế giới nên khi các nhà
cung cấp dịch vụ thực hiện việc kí kết joaming với nhau giúp cho các thuê bao GSM có thể
dễ dàng sử dụng máy điện thoại GSM của mình ở bất cứ nơi đâu.
Mặt thuận lời 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 là tin nhắn SMS.
Ngoài ra để tạo thuận lợi cho các nhà cung cấp dịch vụ thì công nghệ GSM được xây dụng
Vũ Hoàng Long – 20071818- Truyền Thông và Mạng Máy Tính
Đề tài: Cấu trúc mạng GSM và vấn đề sử dụng lại tần số
trên cơ sở hệ thống mở nên nó dễ dàng kết nối cá thiết bị khác nhau từ các nhà cung cấp

Sử dụng công nghệ phân chia theo thời gian TDM (Time division multiplexing ) để
chia ra 8 kênh full rate hay 16 kênh haft rate . Có 8 khe thời gian gộp lại gọi thành một
khung TDMA. Tốc độ truyền dữ liệu của một kênh là 270.833 kbit/s và khoảng thời gian
của một khung là 4.615 m.
Công suất phát của máy điện thoại được giới hạn tối đa là 2 watts đối với băng GSM
850/900Mhz và tối đa là 1 watts đối với băng GSM 1800/1900Mhz. Mạng GSM sử dụng 2
kiểu mã hoá âm thanh để nén tín hiệu âm thanh 3,1khz đó là mã hoá 6 và 13kbps gọi là
Full rate (13kbps) và haft rate (6kbps). Để nén họ sử dụng hệ thống có tên là linear
predictive coding (LPC).
Vào năm 1997 thì họ cải tiến thêm cho mạng GSM là bộ mã GSM-EFR sử dụng full
rate 12,2kbps. Có tất cả bốn kích thước cell site trong mạng GSM đó là macro, micro, pico
và umbrella. Vùng phủ sóng của mỗi cell phụ thuộc nhiều vào môi trường. Macro cell
được lắp trên cột cao hoặc trên các toà nhà cao tầng, micro cell lại được lắp ở các khu
thành thị, khu dân cư, pico cell thì tầm phủ sóng chỉ khoảng vài chục mét trở lại nó thường
được lắp để tiếp sóng trong nhà. Umbrella lắp bổ sung vào các vùng bị che khuất hay các
vùng trống giữa các cell. Bán kính phủ sóng của một cell tuỳ thuộc vào độ cao của anten,
độ lợi anten thường thì nó có thể từ vài trăm mét tới vài chục km.
Trong thực tế thì khả năng phủ sóng xa nhất của một trạm GSM là 32km ( 22 dặm).
Một số khu vực trong nhà mà các anten ngoài trời không thề phủ sóng tới như nhà ga, sân
bay, siêu thị…thì người ta sẽ dùng các trạm Pico để chuyển tiếp sóng từ các anten ngoài
trời vào.
Vũ Hoàng Long – 20071818- Truyền Thông và Mạng Máy Tính
Đề tài: Cấu trúc mạng GSM và vấn đề sử dụng lại tần số
II. CẤU TRÚC HỆ THỐNG GSM
1. Hệ thống GSM
Hệ thống này được chia thành hệ thống chuyển mạch SS và hệ thống trạm gốc
BSS, mỗi hệ thống này có một số chức năng tại đó thực hiện tất cả các chức năng của hệ
thống. Và những khối chức năng này được thực hiện ở các thiết bị khác nhau.
Vũ Hoàng Long – 20071818- Truyền Thông và Mạng Máy Tính
Đề tài: Cấu trúc mạng GSM và vấn đề sử dụng lại tần số

ở MS, người gọi hầu như không biết MS được gọi ở đâu. Vì thế cần một số cơ sở dữ liệu
mạng để theo dõi MS. Cơ sở dữ liệu quan trọng nhất là bộ đăng ký thường trú HLR. Khi
một thuê bao di động mua một đăng ký từ một hãng khai thác GSM, thuê bao di động này
sẽ được đăng ký ở HLR của hãng này. HLR chứa các thông tin về thuê bao như các dịch
Vũ Hoàng Long – 20071818- Truyền Thông và Mạng Máy Tính
Đề tài: Cấu trúc mạng GSM và vấn đề sử dụng lại tần số
vụ bổ xung và các tần số nhận thực, quyền thâm nhập của thuê bao, các dịch vụ mà thuê
bao đăng ký, các số liệu động về vùng mà ở đó đang chứa thuê bao của nó (Roaming),
trong HLR còn tạo báo hiệu số 7 trên giao diện với MSC. Ngoài ra sẽ có thông tin về vị trí
của MS tức là hiện thời vị trí của MS ở đâu thuộc MSC nào. Thông tin này thay đổi khi
MS di động. MS sẽ gửi thông tin về vị trí thông qua MSC/HLR đến HLR của mình, nhờ
vậy đảm bảo phương tiện để thu một cuộc gọi.
2. Hệ thống chuyển mạch con (SS)
Hệ thống con chuyển mạch (SS): bao gồm các chức năng chuyển mạch chính
của GSM cũng như các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lý di động của
thuê bao. Chức nãng chính của SS là quản lý thông tin giữa những người sử dụng mạng
GSM với nhau và với mạng khác.
MSC thực hiện các chức năng chuyển mạch chính, nhiệm vụ chính của MSC là điều
phối việc thiết lập cuộc gọi đến những thuê bao của GSM, một mặt MSC giao tiếp với hệ
thống con BSS và mặt khác giao tiếp với mạng ngoài qua G-MSC.
SS cũng cần giao tiếp với mạng ngoài để sử dụng khả năng truyền tải của các
mạng này cho việc truyền tải số liệu của người sử dụng hay báo hiệu giưã các phần tử của
mạng GSM. Chẳng hạn SS có thể sử dụng mạng báo hiệu kênh chung số 7, mạng này đảm
bảo hoạt động tương tác giữa các phần tử của SS trong một hay nhiều mạng GSM. MSC
thường là một tổng đài lớn điều khiển và quản lý một số các bộ điều khiển trạm gốc BSC.
Một tổng đài MSC thích hợp cho một vùng đô thị và ngoại ô có dân cư vào khoảng một
triệu (với mật độ thuê bao trung bình).
 Khối IWF
Để kết nối MSC với một số mạng khác cần phải thích ứng các đặc điểm truyền
dẫn của GSM với các mạng này. Các thích ứng này gọi là chức năng tương tác IWF. IWF

tìm ra vị trí của MS cần tìm. Điều này được thực hiện bằng cách hỏi HLR nơi MS đăng ký.
HLR sẽ trả lời khi đó MSC này có thể định tuyến lại cuộc gọi đến MSC cần thiết. Khi cuộc
gọi đến MSC này, VLR sẽ biết chi tiết hơn về vị trí của MS. Như vậy có thể nối thông một
cuộc gọi ở GSM có sự khác biệt giữa thiết bị vật lý và đăng ký thuê bao.
3. Trạm di động (MS)
MS là một đầu cuối di động, có thể đặt trên ô tô hay xách tay. Tại GSM có một
khối nhỏ gọi là modun nhận dạng thuê bao SIM, là một khối vật lý tách riêng chẳng hạn là
một IC Card còn gọi là card thông minh SIM cung với thiết bị trạm hợp thành trạm di
động. Không có SIM, MS không thể thâm nhập đến mạng trừ trường hợp gọi khẩn. Khi
liên kết đăng ký thuê bao với card SIM chứ không phải với MS.
Đăng ký thuê bao có thể có thể sử dụng trạm MS khác như của chính mình.Điều này
làm nẩy sinh vấn đề MS bị lấy cắp, vì không có biện pháp để chặn đăng ký thuê bao nếu bị
Vũ Hoàng Long – 20071818- Truyền Thông và Mạng Máy Tính
Đề tài: Cấu trúc mạng GSM và vấn đề sử dụng lại tần số
lấy cắp thì khi đó sẽ cần một cơ sở dữ liệu chứa số liệu phần cứng của thiết bị: thanh ghi
nhận dạng thiết bị EIR (nhưng hiện nay ở Việt Nam thì người ta không dùng thiết bị này
nữa bởi vì khi có EIR thì nó yêu cầu máy có chỉ tiêu chất lượng tốt. Do kinh tế thị trường
thì không phải ai cũng có thể mua một máy có chất lượng đạt yêu cầu ). EIR được nối Với
MSC qua một đường báo hiệu. Nó cho phép MSC kiểm tra sự hợp lệ của thiết bị. Bằng
cách này có thể cho một MS không được thâm nhập.
4. Hệ thống con (BSS)
Là một hệ thống đặc thù riêng cho tính chất tổ ong vô tuyến của GSM. BSS giao diện
trực tiếp với các trạm di động MS thông qua giao diện vô tuyến, vì thế nó bao gồm các
thiết bị thu phát đường vô tuyến và quản lý các chức năng này. Mặt khác BSS thực hiện
giao diện với các tổng đài SS. Tóm laị, BSS thực hiện đấu nối các MS với tổng đài và nhờ
vậy đấu nối những người sử dụng các trạm di động với những người sử dụng viễn thông
khác BSS cũng phải được điều khiển, do đó nó được đấu nối với OSS.
BSS bao gồm hai loại thiết bị: BTS giao diện với MS và BSC giao diện với MSC.
 Khối BTS:
Một BTS gồm các thiết bị thu phát, anten và xử lý tín hiệu đặc thù cho giao diện vô

tra tại chỗ trước đưa nó vào hoạt động.
Số cell: có thể chứa tất cả các dữ liệu ở các cell trên PLMN
 Quản lý đăng ký thuê bao:
Bao gồm các hoạt động đăng ký thuê bao. Nhiệm vụ đầu tiên là nhập và xoá
thuê bao khỏi mạng, đăng ký thuê bao rất phức tạp gồm nhiều dịch vụ và tính năng bổ
xung. Nhà khai thác phải có thể thâm nhập tất cả các thông số nói trên. Một nhiệm vụ quan
trọng khác của khai thác là tính cước các cuộc gọi.
 Quản lý chất lượng :
Có một số chức năng đo đạc ở GSM, nội dung chức năng đo đạc sơ cấp này
được thực hiện ở phần tử mạng chịu trách nhiệm về đối tượng đo, chẳng hạn các số liệu
định hướng theo cuộc gọi được thực hiện ở MSC sau, đó số lượng đo sơ cấp được gửi tới
OSS và được lưu trữ ở đấy.
Các phép đo đó là:
o Đo lưu lượng các tuyến
o Đo lưu lượng các loại lưu lượng
o Đo về độ phân tán lưu lượng
Đối tượng chính để đo ở mạng vô tuyến là cell.
Vũ Hoàng Long – 20071818- Truyền Thông và Mạng Máy Tính
Đề tài: Cấu trúc mạng GSM và vấn đề sử dụng lại tần số
III. VẤN ĐỀ VÀ PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG LẠI DẢI TẦN
1. Giới thiệu vấn đề
Mạng di động là một hệ thống truyền dẫn với các thiệt bị truyền dẫn năng lượng thấp, và
thực hiện bao phủ chỉ một phần nhỏ vùng cung cấp dịch vụ. mỗi BS được gán 1 phần trong
tổng số kênh trong toàn hệ thống và các BS được gán các kênh sao cho sự ảnh hưởng of
tần số của các kênh gần nhau được hạn chế ở mưc thấp nhất. Các phương pháp phân kênh
trong các hệ thống như GSM900, E-GSM900 và DCS1800 (hoặc GSM1800) được chỉ ra
như ở hình dưới:
Vũ Hoàng Long – 20071818- Truyền Thông và Mạng Máy Tính
Đề tài: Cấu trúc mạng GSM và vấn đề sử dụng lại tần số
880 890 915 935 960925

Fu(n)
Fu(n) = Fl(n) +
45
E-GSM 900 Fl(n) = 890 + 0.2*n
Fl(n) = 890 + 0.2*(n-1024)
0 ≤ n ≤ 124
Fu(n)
975 ≤ n ≤ 1023
Fu(n) = Fl(n) +
45
DCS 1800 Fl(n) = 1710.2 + 0.2*(n-
512)
512 ≤ n ≤ 885
Fu(n) = Fl(n) +
95

Bảng 3.1: ARFCN
Do đó chúng ta sẽ có 124 kênh đối với GSM900, 174 kênh với E-GSM900 và 374 kênh
với DCS1800
2. Sử dụng lại tần số
Một trong những đặc tíh quan trọng của mạng GSM là lập quy hoạch tần số khi mà trogn
mạng có sự giới hạn of phổ tần số có sẵn, việc sử dụng lại tần số trong những ô khác nhau
sẽ cần phải được quy hoạch or lập kế hoạch để đạt được khả năng lớn đồng thời sự chồng
tần sổ phải ở mức cho phép
Một ô trong mạng GSM có thể đa hướng or được biểu diễn theo các khối lục giác. Trogn
hệ thống GSM giả sử các ô gồm 3 thành phần và quy hoạch tần số được thực hiện một
cách phù hợp. Để hiểu được cách xây dụng sử dụng lại tần số, xem xét 1 hệ thống GSM
gồm S kênh, trong đó mỗi ô được gán với k kênh, giả sử rằng tất cả các nhóm 3 thành phần
đề có cùng k kênh. Nếu S kênh được chia cho N Base Station với mỗi thành phần có 3 ô
con, thì tổng số kênh tần số phải là:

Hình 3.2 biểu diễn tính sử dụng lại tần số với cluster kích thước là 4, trong đó câc ô cùng
nhãn sẽ sử dụng cùng 1 nhóm kênh
Vũ Hoàng Long – 20071818- Truyền Thông và Mạng Máy Tính
Đề tài: Cấu trúc mạng GSM và vấn đề sử dụng lại tần số
B1
B2
B3
D1
D2
D3
B1
B2
B3
B1
B2
B3
C1
C2
C3
A1
A2
A3
Hình 3.2: mô hình sử dụng lại 4*3
3. Trùng phổ của kênh và khả năng của hệ thống
Việc sử dụng lại tần số ngầm định rằng vùng bao phủ trên 1 số cell sử dụng cùng 1 tập các
tấn số. những cell này gọi là cell-channel đồng thời và vùng trùng phổ or giao thoa của tín
hiệu giữa các vùng này gọi là trùng phổ của các cell_channel đồng thời. Không giống như
nhiễu nhiệt (thermal), có thể vượt quá bằng viêc tăng tỉ lệ S/N, nhiễu cell-channel đồng
thời không thể giải quyết bằng việc năng năng lượng của thành phàn tín hiệu mang. Lý do
là nếu tăng năng lượng của song mang sẽ tăng mức độ trùng phổ của tín hiệu. để giảm mức

A1
A2
A3
A1
A2
A3
C1
C2
C3
C1
C2
C3
C1
C2
C3
C1
C2
C3
D1
D2
D3
D1
D2
D3
D1
D2
D3
D1
D2
D3

trùng phổ thực tế nên nhỏ hơn một giá trị giới hạn được gọi là tỉ kệ trùng phổ thâm tham
chiếu. tỉ lệ trùng phổ tham chiếu có đối với base station và tất cả cả các loại MS:
o Với độ trùng phổ của kênh đồng thời: C/Ic = 9dB
o Độ trùng phổ của các vùng kề nhau (200MHz): C/Ia1 = -9dB
o Độ trùng phổ với các vùng kề nhau (400MHz): C/Ia2 = -41dB
Với mục đích của việc lập kế hoạch cho mạng, thường thì giá trị của C/Ic >= 9dB và với
các kênh kề nhau thường là C/Ia >= - 9dB. Điều này chỉ ra kênh kề đầu tiên không được sử
dụng cùng các tế bào cùng ngành hoặc cùng BS
5. Cấp phát tần số
trong hệ thống GSM, tổng băng thong của phổ sẽ được chia thành 2 nhóm trong đó 1
nhóm sẽ dung để điều khiển thong tin giao thong với tần số BCCH và thành phần còn lại
cho điều khiển luồng thông tin như tần số TCH. Trong trường hợp mạng có Microcells thì
tổng băng thông sẽ được chia thành cho những ứng dụng Macrocellular và Microcellular
hình 3.3: cấp phát băng tần tần số
tính sử dụng có thể khác nhau ứng với những nhóm khác nhau, khi nhóm nhỏ hoặc không
có sự thỏa hiệp giữa thành phần tần số trùng phổ BCCH ngược lại một sự thỏa hiệp nhất
định nào đó có thể tạo ra trùng phổ tần sô TCH. Thông thường kích thước cluster khoảng 4
đến 7 có thể xem xét như tính sử dụng của BCCH và nếu cluster từ 3 đến 4 thì thường sử
dụng cho TCH. Số lượng kênh trong mỗi nhóm phụ thuộc vào việc gán phổ tần số và tiêu
chuẩn C/I trong quá trình sử dụng lại của mỗi trường hợp
Vũ Hoàng Long – 20071818- Truyền Thông và Mạng Máy Tính
Đề tài: Cấu trúc mạng GSM và vấn đề sử dụng lại tần số
TCH
TCHBCCH
Micro Cell
Macro Cell
Tài liệu tham khảo:
1. GSM frequency planning – IEEE – 1987 (Robert Cantern)
2. GSM Architecture Protocol and Services – Christian Hartmann & Jorg Ebrerspacher
3. GSM và tổng quan về hệ thống mạng – nxb Khoa học Kĩ thuật – 2001