Tìm hiểu Về GSM - Trạm BTS

Tìm hiểu Về GSM - Trạm BTS

Phần I : Giới Thiệu Chung Về Hệ Thống Trạm BTS

1, Giới Thiệu Chung Về GSM

Hệ thống GSM được chia thành hệ thống chuyển mạch (SS hay NSS) và hệ thống trạm gốc (BSS). Hệ thống được thực hiện như một mạng gồm nhiều ô vô tuyến cạnh nhau để  cùng  đảm bảo toàn bộ vùng  phủ sóng của vùng  phục vụ. Mỗi ô có một trạm  vô tuyến gốc (BTS) làm việc ở một tập hợp các kênh vô tuyến. Các kênh này khác với các kênh được sử dụng ở các ô lân cận  để tránh nhiễu giao thoa. Một bộ điều khiển trạm gốc (BSC) điều khiển  một nhóm BTS. BSC điều khiển các chức năng  như chuyển giao và điều khiển công suất. Một trung tâm chuyển  mạch  các nghiệp vụ di động (MSC) điều khiển  một số BSC. MSC điều khiển các cuộc gọi đến  và từ mạng  chuyển mạch điện thoại  công cộng (PSTN), mạng số liên kết đa dịch vụ (ISDN), mạng  di động mặt đất công cộng (PDN) và có thể là các mạng riêng.ở mạng cũng có một số các cơ sở dữ liệu  để theo dõi như

Bộ đăng ký định  vị thường trú (HLR) chứa các thông tin về thuê bao nhiêu các dịch vụ bổ sung, các thông số nhận thực và thông tin về vị trí của MS.

Trung tâm nhận thực (AUC ) được  nối đến  HLR. Chức năng  của AUC là cung cấp cho HLR các thông số nhận thực và các khoá mật mã để sử dụng cho bảo mật.

Bộ ghi định  vị tạm trú (VLR) : là một cơ sở dữ liệu chứa thông tin về tất cả các  MS hiện đang phục vụ của vùng  MSC. Mỗi MSC có một VLR.

Thanh ghi nhận dạng  thiết   bị (EIR) đợc  nối  với  MSC qua một đường báo hiệu. Nó cho phép MSC kiểm tra sự hợp lệ của thiết  bị. Hệ thống khai thác và hỗ trợ  (OSS) được nối đến tất cả các  thiết  bị ở hệ thống chuyển mạch và nối đến BSC

2.  Các Định Nghĩa

Trạm  gốc vô tuyến  200 (RBS 200) là tên  sản phẩm của Ericsson cho trạm thu phát gốc GSM (BTS). Nó gồm  tất cả các thiết  bị giao tiếp và vô tuyến  cần thiết ở một trạm  vô tuyến dù trạm này phủ một hay nhiều  ô.

        Hệ thống con thu phát  (TRS). Phần  vô tuyến của RBS.

          Hệ thống  con thu phát (BTS) đượcw sử  dụng ở  khái  niệm GSM, nghĩa là thiết bị cần thiết để duy trì liên lạc ở một  ô.

 Hệ thống  trạm gốc (BSS _ Base Station System) thực hiện các chức năng vô tuyến của CME 20 và gồm một BSC và các BTS của nó.

Hệ thống  khai thác  và hỗ trợ  là phần CME 20 giúp người khai thác điều khiển  hệ thống.  Nó gồm  các ứng dụng khác nhau của  họ TMOS. Trung tâm khai thác và bảo dưỡng bao gồm các máy tính lớn và các thiết bị đầu cuối

Phần II : Hệ Thống Trạm  BTS

I , Giới Thiệu Hệ Thống  BTS    

1. Tổng Quát

     Trạm vô tuyến gốc 200(RBS 200) là sản phẩm của ericsson dùng cho trạm thu phát gốc GSM (BTS). Nó bao gồm tất cả các thiết bị giao tiếp truyền dẫn và vô tuyến cần thiết ở trạm vô tuyến dù trạm phủ một hay nhiều ô.

RBS 200 là bộ phận của BSS ở CME 20. nhiệm vụ chức năng chủ yếu của nó là truyền dẫn vô tuyến.

Hình vẽ dưới xác định RBS trong hệ thống. về mặt vật lý RBS phải được đặt ở vị trí gần anten để đạt được sự bao phủ vô tuyến cần thiết.

   2. Chức Năng

1. Các chức năng tiềm năng chung

Các tiềm năng chung biểu thị các tiềm năng chung của TRS được sử dụng cho lưu thông với các MS thuộc về một ô.

Chức năng này bao gồm các chức năng con sau:

Quảng bá thông tin của hệ thống. BSC xác định các thông báo về thông tin của hệ thống được lưu giữ và định kỳ quảng bá bởi TRS ở kênh BCCH. Nếu ở TRX được giành cho BCCH xảy ra sự cố, sự cố được báo cáo đến BSC, BSC gửi thông tin BCCH đến một TRX mới được chọn chịu trách nhiệm kênh BCCH.

Tìm gọi. các nhận dạng trạm di động được xác định từ BSC được gửi đi ở kênh CCCH.

Yêu cầu kênh từ MS, TRS phát hiện các yêu cầu kênh từ các MS và báo cáo chúng tới BSC. BSC ấn định một kênh DCCH cho báo hiệu giữa MSC và MS. ở DCCH sau đó MS được ấn định một TCH cho thông tin tiếng và số liệu.

Ấn định tức thời.TRS phát đi một lệnh ở kênh CCCH từ BSC đến MS là nó sẽ sử dụng một kênh trong ô.

Hình1.3 : mô hình hệ thống GSM

AUC Authentication Centre	MS     Mobile Station
BSC  Base Station Controller	MSC  Mobile Services SwitchingCentre
RBS   Radio Base Station	OMC  Operation and MaintenanceCentre
EIR    Equipment Identity Register	VLR   Visitor Location Register
HLR   Home Location Register	BSS   Base Station System

2. Các chức năng tiềm năng riêng

Tiềm năng riêng biểu thị tất cả các chức năng TRS được sử dụng cho thông tin với các MS thuộc về phần TRS phục vụ một ô.

Chức năng này gồm các chức năng con sau:

Đưa kênh vào hoạt động. BSC ra lệnh cho TRS đưa vào hoạt động một tiềm năng kênh riêng để sử dụng bằng một kênh logic liên kết của mình. Khi một kênh được ấn định BSC thông báo TRX về các thông số như kiểu kênh, mã kênh vv…

Hủy hoạt động kênh. TRS hủy hoạt động kênh riêng.

Khởi đầu mật mã. Khởi đầu mật mã được TRS thực hiện trên cơ sở khóa mật mã. Khóa mật mã được tính toán ở thủ tục nhận thực từ thông số RAND và khóa riêng của thuê bao.

1. Các chức năng kênh mặt đất

Các chức năng kênh mặt đất là nhóm các chức năng thực hiện chuyển đổi mã và thích ứng số liệu. Chức năng này bao gồm các chức năng con sau:

Chuyển đổi mã hóa tiếng. được thực hiện giữa 64kb/s và 13kb/s. chức năng này được đặt ở xa trong TRAU ở BC.

Thích ứng tốc độ được thực hiện giữa 64kb/s và 3,6kb/s;  6 hay 12kb/s chức năng này được đặt ở xa ở TRAU trong BSC.

Điều khiển trong băng của TRAU ở xa. Thông tin điều khiển được bổ sung đến số liệu và tiếng dẫn đến tổng tốc độ của kênh là 16kb/s, 4 kênh thông tin được ghép chung vào một kênh 16kb/s giữa BSC và TRS

1. Mã hóa và ghép kênh

 Mã hóa và ghép kênh là chức năng lập khuôn dạng thông tin ở các kênh vật lý. Chức năng này bao gồm các chức năng con sau:                                                

   Ghép kênh đường truyền vô tuyến. các kênh logic được ghép chung ở các kênh vật lý.

Mã hóa và ghép kênh. Luồng bít được lập khuôn dạng cho từng khe thời gian ở kênh vật lý.

 Mật mã/ giải mật mã. Tiếng được mật mã và giải mật mã bằng khóa mật mã

2. Điều khiển hệ thống con vô tuyến

Điều khiển hệ thống con vô tuyến đảm bảo điều khiển các tiềm năng vô tuyến. chức năng này bao gồm các chức năng con sau:

Đo chất lượng. các phép đo chất lượng và cường độ tín hiệu được thực hiện ở tất cả các kênh riêng hoạt động trên đường lên( từ MS đến BTS). Các phép đo này được thực hiện trong thời gian hoạt động một kênh. Các kết quả đo từ MS về chất lượng đường xuống( từ BTS đến MS),                                                                  

 Đo đồng bộ thời gian. Một tín hiệu được phát đi từ TRS đến MS để định trước thời gian truyền dẫn đến TRS để bù trừ thời gian trễ gây ra do truyền sóng. TRS liên tục giám sát và cập nhật đồng bộ thời gian. Cùng với số liệu đo cho đường lên, đồng bộ thời gian hiện thời cũng được báo cáo cho BSC.

Điều khiển công suất của TRS và MS. Công suất của TRS Và MS được điều khiển từ BSC để giảm tối thiểu mức công suất phát để giảm nhiễu đồng kênh.

Phát. Phát vô tuyến bao gồm nhảy tần. nhảy tần được thực hiện bằng chuyểnmạch băng  tần cơ sở với máy phát khác nhau cho từng tần số Thu. Thu tín hiệu vô tuyến bao gồm cả cân bằng và phân tập

Sự cố đường truyền vô tuyến. sự cố được phát hiện và báo cáo cho BSC

1. Điều khiển TRX

Điều khiển TRX là chức năng để điều khiển TRX. Chức năng này bao gồm các lệnh sau:

LAPD. Kết cuối đường báo hiệu giữa BSC và TRS

Báo cáo lỗi. phát hiện và báo cáo lỗi ở thông báo từ BSC

Sự cố nối thông. TRS phát hiện xem có đường nối thông nào bị gián đoạn ở đường vô tuyến hay không.

1. Đồng bộ

Đây là khối con đồng bộ ở TRS

Chuẩn tần số. thông tin định thời được lấy ra từ các đường PCM từ BSC

         Số khung. Có thể đặt và đọc số khung từ bộ đếm số khung.

1. Khởi động hệ thống và nạp phần mềm

Chức năng này bao gồm các chức năng con sau:

       Khởi động hệ thống. khởi đầu một trạm hay một phần trạm bao gồm cả nạp phần mềm cho các bộ xử lý đã được khởi động.

       Khởi động lại. đưa một bộ phận của thiết bị vào một trạng thái nhất định.

1. Lập cấu hình

Lập cấu hình là việc lập các thông số khác nhau và tổ hợp các kênh khác nhau ở TRS cho lưu lượng và/ hoặc cho khai thác. Chức năng này bao gồm các chức năng con sau đây:

       Phát vô tuyến: thiết lập tần số và giới hạn công suất ra cho máy phát.

Thu vô tuyến : thiết lập tần số cho các máy thu kể cả máy thu không nhảy tần và nhảy tần.

Điều khiển vô tuyến: định nghĩa việc sắp xếp thông tin hệ thống ở các khe thời gian.

Kết hợp kênh logic: sắp xếp các kênh logic ở các kênh vật lý.

Ân định nhận dạng ô: thiết lập mã màu trạm cơ sở và mã màu PLMN

1. Điều khiển bảo dưỡng tại chỗ

Các chức năng khai thác và bảo dưỡng tại chỗ có thể được sử dụng không cần nối với BSC. ở RBS thiết bị này chỉ có các chỉ thị trạng thái và cảnh báo để cung cấp tổng quan. Tất cả chỉ thị, trình bày chi tiết và điều khiển nhân công được thực hiện ở đầu cuối bảo dưỡng tại chỗ(LMT)

1. Quản lý đường báo hiệu

TRX quản lý đường báo hiệu giữa BSC và MS.

2. Giám sát và kiểm tra chức năng

Giám sát và kiểm tra chức năng được thực hiện theo 2 cách sau:

1. Các kiểm tra lắp trong được thực hiện khai thác bình thường.
2. Các kiểm tra được thực hiện ở các lệnh đặc biệt hay các điều kiện đặc biệt. bao gồm cả kiểm tra cả phần cứng lẫn phần mềm.

3.cấu trúc RBS

RBS 200 bao gồm các khối chức năng chính sau đây:

Giao tiếp thu phát ở xa(TRI)

Hệ thống con thu phát(TRS) gồm có

Nhóm thu phát( TG )

Đầu cuối bảo dưỡng tại chỗ (LMT)

Hình 1.4: Sơ đồ khối RBS

Trong đó: TRI là một chuyển mạch cho phép đấu nối mềm dẻo giữa BSC và TG.

        TRS bao gồm tất cả các thiết bị vô tuyến ở trạm.

       TG là phần chứa tất cả các thiết bị vô tuyến nối chung đến một anten phát

       
  LMT là giao tiếp người sử dụng với các chức năng khai thác và bảo dưỡng nó có thể nối trực tiếp đến mọi TG hay qua TRI đến BSC.

3. Giao tiếp thu phát ở xa

TRI lấy các khe thời gian ở mach 2Mbit/s giành cho các khối của RBS và gửi các khe còn lại đến RBS tiếp theo. Các cảnh báo ngoài(EA) và đầu cuối bảo dưỡng tại chỗ(LMT) được nối đến TRI

       Đường PCM 2Mbit/s từ BSC được nối đến ETB, một PCM/ETB. Khe thời gian để điều khiển được nối qua đầu cuối báo hiệu vùng(STR) đến bộ xử lý vùng modul mở rộng(EMRP), LMT và cảnh báo ngoài. Các khe thời gian số liệu được rẽ tới TRX hay được nối đến một đường 2Mbit/s mới đến RBS tiếp theo. 3 hay 8 TRX có thể nối đến một đầu cuối truyền dẫn vô tuyến.

4. Hệ thống con thu phát

Hệ thống con thu phát bao gồm tất cả các thiết bị vô tuyến ở trạm và gồm các phần chính sau:

1. Nhóm thu phát(TG_Tranceiver Group)
2. Đầu cuối bảo dưỡng tại chỗ(LMT_Local Maintenance Terminal)

Nhóm thu phát(TG) là một phần tử chứa đến 16 máy thu phát(TRX) được nối đến cùng một anten. Một TG phục vụ cho một hay nhiều bộ phận của ô.

Máy thu phát(TRX) có thể phục vụ 8 kênh song công toàn tốc. mỗi TRX được xây dựng trên cơ sở năm bộ phận

3. Bộ điều khiển TRX(TRXC_TRX Controller)
4. Khối xử lý tín hiệu(SPP_ Signal Processing Part)
5. Máy phát vô tuyến(RTX_ Radio Transmitter)
6. Máy thu vô tuyến(RRX_Radio Receiver)
7. Chuyển mạch băng tần cơ sở(RBX)

 TRXC: TRXC là phần điều khiển của TRX. Cho báo hiệu có một đường nối

64kbit/s đến BSC và mỗi kênh tiếng / số liệu có một đường nối 16Kbit/s đến bộ chuyển đổi mã ở BSC. Bốn đường tiếng số liệu được nhóm chung thành một đường nối 64 Kbit/s (nghĩa là 3 đường nối 64 kbit/s cho một TRXC)

SPP: là phần xử lý tín hiệu của TRX. Nó điều khiển, chẳng hạn, cân bằng viterbi và mã hóa kênh. Mỗi SPU điều khiển 2 khe thời gian. Lưu ý mỗi TRXcó thể quản lý 8 TS tương ứng với 8 cuộc gọi đồng thời.

 Máy phát: Máy phát (RTX) là phần vô tuyến để phát RTX  bao gồm các chức năng để điều chỉnh tần số và cả bộ khuếch đại công suất. vì khuếch đại công suất được điểu khiển từ xa nên có thể điều chỉnh công suất mà không cần đến trạm.

Máy thu: Máy thu vô tuyến (RRX) Là phần vô tuyến để thu. RRX bao gồm cà chức năng phân tập để bù trừ ảnh hưởng của phading. Mỗi RRX trực thuộc một TRX riêng.

 Chuyển mạch băng tần cơ sở: Khi RBS có nhẩy tần, TRX sẽ được bổ xung chuyển mạch băng tần cơ sở(BBX) giữa TRXC và RTX chuyển mạch này nối từng cụm tín hiệu từ TRXC đến RTX hiện thời theo trình tự nhảy.

 Modul định thời: Modul định thời(TM_ Timing module) cung cấp tần số chuẩn lấy ra từ đồng hồ PCM thu cho các máy thu phát. Tần số chuẩn được sử dụng để nhận được bộ nhớ chính xác cao của các tần số thu phát TM cũng chịu trách nhiệm đồng bộ khung và số khung tuyệt đối.

  Bộ kết hợp máy phát: Bộ kết hợp máy phát(TXCMB_ Transmitter combiner) kết hợp các tín hiệu từ một số RTX đến một anten. Bộ kết hợp là một bộ kết hợp tự điều chỉnh. 16RTX có thể nối đến một bộ kết hợp.

  Bộ ghép các máy thu: Bộ ghép các máy thu (RXMC) phân phối các tín hiệu từ anten thu đến các RRX .

 Bộ kiểm tra TRX:Bộ kiểm tra TRX(TRXC) thực hiện kiểm tra hoạt động của TRX. Nó được điều khiển bởi BSC

Đầu cuối bảo dưỡng tại chỗ: Đâu cuối bảo dưỡng tại chỗ (LMT) là giao tiếp người, máy với TG cho các chức năng khai thác và bảo dưỡng. có thể nối LMT đến BSC qua TMI để đạt được các chức năng O&M ở BSC

1. Bộ đổi nguồn

Có thể nuôi RBS 200 bằng các điện áp danh định sau:

8. + 24VDC
9. 230 VAC
10. -(48 đến 60) VDC.

4.các đặc tính

2. Tính tin cậy

         Tính modul và chất lượng sản phẩm cao đảm bảo mức độ tin cậy cao.

3. Tính bảo dưỡng

Hệ thống khai thác và hỗ trợ tìm ra các sự cố xảy ra ở thiết bị. các khối sự cố được định vị để thay thế tại chỗ

Tính bảo dưỡng cũng được tăng bằng cách đánh số các khối hợp lý và rõ ràng.

II . Kết nối các khối chức năng trong hệ thống  BTS

Giao tiếp bên trong BTS được thực hiện thông qua các bus BCB và BSII.

KẾT NỐI BÊN TRONG

BCB: Bus điều khiển BTS dược  kết nối dến tất cả các module trong BTS.

Nó được sử dụng  để trao đổi thông tin giữa SUMA và các module khác. Bus nầy chỉ sử dụng cho mục đích vận hành và bảo dưỡng.

Luồng Thông Tin

Bus BCB được  xác lập ở  hai chế  độ đó là master bus hay là slave bus. Master được gọi  là pilot, slave được gọi là terminal. Một dụng  cụ đặc biệt bên ngoài được kết nối đến XBCB có thể được sử dụng như là một pilot.

Cho mỗi module, việc thêm vào hay lấy ra được kiểm tra bởi việc quét các bus điều khiển.

Việc mất bất cứ đặc tính nào được cung cấp bởi BCB thì không gây ra lỗi trong quá trình hoạt động của BTS như là: cảnh báo, truy nhập remote inventory…

Thông tin về bản kiểm kê module có thể  truy nhập thậm chí khi module switch off. Nhưng mà SUMA phải được switch on.

2. BSII (Base Station Internal Interface):

BSII là giao diện chính bên trong BTS .Luồng thông tin

BSII được sử dụng  để mang các loại thông tin sau:

•  TCH

•   RSL

•  OML cho SUM_OMU

•  Các báo hiệu bên trong: phát quảng bá từ SUM_OMU đến các thực thể được kết nối đến  BSII các thông  tin IOM_CONF(thông tin về  cấu  hình ), những thông điệp O&M bên  trong giửa OMU và  TRE/Anx/TRANS&CLOCK,  những thông điệp cho kiểm tra.

3.2 Nguyên lý hoạt  động của BTS

Nguyên lý hoạt  động của BTS dưa trên quá trình xử lý các  tín hiệu mà nó nhận  được từ máy  di động và từ BSC.

3.Tín Hiệu Từ BSC Gởi Đến

Tín hiệu từ BSC đưa tới BTS thông qua giao diện Abis trên đường truyền PCM gồm có các tín hiệu sau:

Tín hiệu thoại TCH (traffic channel)

Tín hiệu báo hiệu RSL (radio signalling link)

Tín hiệu vận hành bảo dưỡng OML (operation maintenance link)

Tín hiệu truyền dẫn Qmux

Các tín hiệu này được phân bố trên khung PCM như sau

 Trong cấu  trúc  khung PCM thì khe thời gian TS0 được sử  dụng cho mục đích đồng bộ.

  TS1 dược sử dụng  để truyền  tín hiệu Qmux.

  Các  khe  thời  gian  còn lại  được sử  dụng để  truyền dử liệu  TCH, tín hiệubáo hiệuvô tuyến  và tín hiệu vận hành bảo dưỡng( RSL/OML).

  Các khe thời gian trong khung PCM được chia thành 4 nibble mỗi nibble 16Kbps được sử dụng cho một kênh lưu lượng TCH.

  Trong khung PCM ở giao diện Abis thì một RSL chiếm toàn bộ một khe thời gian trong khung và số RSL phụ thuộc vào số TRX mà một BTS có. Tức là số lượng của RSL sẽ bằng  số TRX.

  Trong khung PCM còn có tín hiệu OML tín hiệu nầy sử dụng trong quá trình khai thác và bảo dưỡng.   Một OML sẽ chiếm  một TS trong khung PCM và  số lượng

đường OML sẽ phụ thuộc vào số BTS. Mỗi OML sẽ phục vụ chỉ cho một BTS.

  Ngoài ra trong BTS cải tiến cung cấp ghép kênh thống kê. Tức  là sử dụng khe thời gian 64Kbps sử dụng truyền cho 4RSL và 1OML, tức là thực hiện quá trình ghép 4 RSL với 1OML.

  Cung cấp đường truyền Qmux qua giao diện abis:

 Trong quá trình hoạt động ngoài những thông tin báo hiệu  và thông  tin về vận hành  và bảo dưỡng  thì BTS cũng cần  được điều khiển  bởi  BSC. Quá trình điều khiển nầy được thực hiện bởi khối TSC của BSC. Lệnh điều khiển nầy được đưa vào khung thời gian PCM ở khe thời gian TS1. Tín hiệu nầy chiếm 1 nibble 16Kbps. Thông qua giao diện Abis nó sẽ giởi tín hiệu điều khiển đến khối TRANS.

 Các tín hiệu này đầu tiên được đưa đến khối SUMA và kết cuối tại phần truyền dẫn của khối này, sau đó nó đưa đến các khối chức năng khác để sử lý như sau:

9  Tín hiệu Qmux được kết cuối tại phần truyền  dẫn, để thực hiện quá trình điều khiển truyền dẫn.

  Các tín hiệu  về vận hành  bảo dưỡng  thì kết cuối tại  khối OMU, khối nhận thông tin O&M, xử  lý và  đưa ra các lệnh  liên quan đến quá trình vận hành bảo dưỡng.

  Các tín hiệu  về lưu lượng và báo  hiệu  sẽ được đưa đến khối TRE ở  đây  sẽ

thực hiện  quá trình xử  lý thoại và  sau đó  đưa đến ANC rồi  tới  antenna  rồi phát ra môi trường  vô tuyến.

4. Tín Hiệu Thu Từ Máy Di Động MS (Mobile Station)

 Tín hiệu thu được từ  MS  qua antenna  của BTS và sau đó được truyền xuống khối Anc,  khối   này  sẽ  lọc, khuếch đại tạp  âm  thấp(LNA) và  chia  các  tín  hiệu thu (spliters), sau khi được xử  lý  ở khối Anc tín hiệu tiếp tục được đưa đến khối thứ hai đó là khối TRE, đây  là khối chịu  trách nhiệm  chủ yếu về quá trình xử lý thoại như là giải điều  chế,  giải định dạng cụm, giải mã hoá kênh  và giải mã hóa thoại. Tín hiệu sau đó được đưa đến khối SUMA tại đây nó thực  hiện quá trình ghép  các tín hiệu các tín hiệu lại trên khung PCM, quá trình này được thực hiện tại phần truyền dẫn(transmission) sau đó qua giao diện Abis sẽ gởi đến BSC