Сравнение товаров
добавьте товары для сравнения

Обзор системы GSM

 

Содержание. 2

Глава 1 – Введение в стандарт GSM... 5

1.1. Мобильная связь. 5

1.2. История беспроводной связи. 5

1.3. Стандарты мобильной связи. 6

1.4. Глобальная система для мобильной связи (GSM)7

1.4.1      История GSM. Основные этапы развития стандарта GSM.7

1.4.2 Рекомендации ETSI GSM... 8

1.5 Фазы развития стандарта GSM... 9

1.6. Сокращения, применяемые в системах сотовой связи. 10

1.7 Описание компонентов сети GSM... 14

AUC.. 15

1.8 Состав системы коммутации SS. 16

1.8.1 Центр коммутации мобильной связи (MSC)16

1.8.2      Опорный регистр местоположения (HLR)16

1.8.3      Визитный регистр (VLR)16

1.8.4      Центр аутентификации (AUC)17

1.9 Состав системы базовых станций BSS. 17

1.9.1      Контроллер базовых станций  (BSC)17

1.9.2 Базовая станция (BTS)17

1.9.3  Центры наблюдения за работой сети. 17

1.9.4      Мобильная станция (MS)17

1.10 Географическая структура сети GSM... 18

1.10.1    Сота. 18

1.10.2 Зона местоположения (LA)19

1.10.3    Зона обслуживания MSC (SA)19

1.10.4    Зона обслуживания PLMN.. 19

1.10.5 Зона обслуживания GSM... 19

1.11.      Частотный диапазон GSM... 21

1.12       Состояния мобильной станции. 22

Глава 2 - Концепция беспроводной связи. 24

2.1 Частотная концепция. 24

2.1.1 Частота. 24

2.1.2. Длина волны.. 24

2.1.3. Полоса пропускания. 25

2.1.4. Каналы.. 25

2.1.5. Дуплексный разнос. 26

2.1.6. Канальное разделение. 26

2.1.7. Ёмкость системы и повторное использование частот. 27

2.1.8 Скорость передачи. 27

2.1.9 Модуляция. 27

2.1.10. Метод доступа: временное разделение каналов (TDMA)28

2.2 Аналоговая и цифровая передача. 28

2.2.1. Информация аналогового вида. 28

2.2.2. Аналоговые сигналы.. 28

Аналоговый сигнал – это непрерывная форма сигнала, которая изменяется в соответствии со свойствами передаваемой информации.28

2.2.3. Цифровая информация. 29

2.2.4. Цифровые сигналы.. 29

2.2.5. Преимущества использования цифрового сигнала. 29

2.3. Проблемы,  возникающие при передачи радиосигналов. 29

2.3.1. Потери на пути распространения радиосигналов (Path loss)29

2.3.2. Затенения (Shadowing)29

2.3.3. Многолучёвые замирания (Multipath fading)30

2.3.4. Релеевские замирания сигналов (Rayleigh fading)30

2.3.5. Временная дисперсия (Time Dispersion)30

2.3.6. Временное наложение (Time Alignment)31

2.3.7. Комбинированные потери сигнала (Combined Signal Loss)31

2.4 Решение проблем, возникающих при передаче сигнала. 32

2.4.1. Перемежение (Interleaving)33

2.4.2. Разнесённыйприём (Antenna Diversity)33

2.4.3. Адаптивнаякоррекция (Adaptive Equalization)35

2.4.4. Перескоки по частоте (Frequency Hopping)35

2.4.5. Временная задержка (Timing Advance)36

2.5 Процесс передачи в системе GSM... 38

2.5.1. Аналого-цифровое преобразование. (Analog To Digital (A/D) Conversion)38

2.5.2. Сегментация (Segmentation)40

2.5.3.     Речевое кодирование (Speech Coding)40

2.5.4.     Канальное кодирование (Channel Coding)41

2.5.5.     Перемежение (Interleaving)42

2.5.6.     Шифрование (Ciphering/Encryption)43

2.5.7.     Форматирование пакета (Burst Formatting)43

2.5.8.     Модуляция и передача. 44

Глава 3 – Концепция построения каналов в системе GSM... 45

3.1. Физические и логические каналы.. 45

3.1.1. Логические каналы.. 45

3.1.2. Пакеты (Bursts)48

3.2. Размещение логических каналов на физических каналах. 51

3.2.1. Несущая «0», временной интервал «0». 52

3.2.2. Несущая «0», временной интервал «1». 52

3.2.3. Несущая «0», временные интервалы со второго по седьмой и все остальные временные интервалы других несущих той же самой соты.. 52

3.3. Пример обслуживания входящего вызова к  MS. 53

Глава 4 - GPRS Служба пакетной передачи данных по радиоканалам  общего пользования. 54

4.1 Архитектура сети GPRS. 54

4.2 Система базовых станций (BSS)55

Система коммутации каналов (CSS)55

4.3.1 Центр аутентификации (AUC)55

4.3.2Система коммутации пакетов (PSS)55

4.3.3 Терминалы GGSN.. 55

4.3.4 Другие объекты.. 56

Выбор GGSN.. 58

Функции GPRS. 59

4.5.1 Маршрутизация. 59

4.5.2 Передача SMS с помощью GPRS.. 59

4.6 Шлюзовой узел поддержки GPRS (GGSN)60

4.7 Функции GGSN.. 60

4.8 Логические каналы.. 60

4.9 Назначение каналов в системе GPRS. 61

Глава 5 - Система коммутации. 63

Введение. 63

Основные узлы.. 63

AUC.. 63

5.2. Центр коммутации подвижной связи/визитный регистр (MSC/VLR)63

5.2.1 Функции MSC.. 63

5.2.2 Визитный регистр (VLR)64

5.2.3 Шлюзовой центр коммутации (GMSC)65

5.2.4 Опорный регистр местоположения (HLR)65

5.2.5      Межсетевой регистр ILR.. 66

5.2.6      Центр аутентификации AUC и регистр идентификации оборудования EIR.. 66

5.2.7      Интерфейс передачи данных. 70

5.2.8      Центр обработки сообщений (MC)71

Глава 6 - Описание системы базовых станций. 72

6.1 Введение. 72

6.1.1      Контроллер базовых станций и транскодер.. 72

6.1.2      Базовые станции. 73

6.1.3      Другое оборудование сетевого доступа. 73

6.2  Транскодер. 73

6.2.1 Функции транскодера TRC.. 73

6.3 Контроллер базовых станций (BSC)74

6.3.1 Основные функции BSC.. 74

6.4  Базовые станции. 76

6.4.1  Введение в BТS.. 76

6.4.2  Функции BTS.. 76

Глава 7 - Мобильные станции. 79

Введение. 79

7.2 Функции мобильной станции. 79

7.2.1 Передача и приём.. 79

7.2.2 Измерения и процессы, осуществляемые мобильной станцией. 80

7.2.3 Активный режим (Active mode)86

7.2.4 Функции сохранения энергии. 86

7.2.5 Классы мобильных станций. 87

7.3 Идентификационный модуль абонента (SIM)87

7.3.1 Типы  SIM-карт. 87

7.3.2 Функции обеспечения безопасности. 88

7.3.3 Требования к информации, хранящейся в SIM... 88

7.3.4 Абонентские данные MS.. 90

Глава 8 - Идентификаторы сети GSM... 91

8.1 Введение. 91

8.2 Идентификаторы абонентов. 91

8.2.1 Номер мобильной станции (MSISDN)91

8.2.2 Интернациональный идентификатор мобильного абонента (IMSI)91

8.2.3 Временный идентификатор мобильного абонента (TMSI)91

8.2.3 Идентификационный номер оборудования MS (IMEI)92

8.2.4 Интернациональный идентификатор оборудования MS и номер программного обеспечения (IMEISV)92

8.3 Идентификаторы местоположения. 92

8.3.1 Номер MS в роуминге (MSRN)92

8.3.2 Идентификатор местоположения (LAI)93

8.3.3 Глобальный идентификатор соты CGI93

8.3.4 Идентификационный код БС (BSIC)93

8.3.5 Номер местоположения LN.. 94

8.3.6 Идентификатор локальной зоны абонирования (RSZI)94

8.3.7 Конфиденциальная процедура идентификации абонента. 94

Глава 9 - Варианты сценариев обслуживания вызовов. 95

9.1 Варианты сценариев обслуживания вызовов: MS в состоянии IDLE.. 95

9.1.1 Включение MS в сеть. 95

9.1.2 Сетевой роуминг. 96

9.1.3 Отключение от сети. 97

9.2 Варианты сценариев обслуживания вызовов: MS в активном режиме. 98

9.2.1 Исходящий вызов ( MS – PSTN)99

9.2.2 Входящий вызов (PSTN -  MS)99

9.2.3 Хэндовер (Handover)101

9.3 Международный вызов. 104

9.3.1 Включение IMSI (IMSIAttach)105

9.3.2 Вызов на MS.. 105

9.3.3 Процедура Dropback. 105

9.3.4 Передача коротких сообщений. 106

9.3.5 Передача SMS с MS.. 106

9.3.6 Мобильный прием  SMS.. 106

Глава 10 - Сотовое планирование. 108

10.1 Планирование. 109

10.1.1  Старт: анализ трафика и покрытия. 109

10.1.2    Номинальный сотовый план. 112

10.1.3    Выбор объектов размещения базовых станций.119

10.1.4    Составление проекта. 121

10.1.5  Строительство системы.. 121

10.2 Оптимизация. 122

10.2.1 Проведение натурных измерений. 122

10.2.2  Анализ статистики и распределения трафика. 125

10.3 Развитие. 125

 


Глава 1 – Введение в стандарт GSM

 

1.1. Мобильная связь

 

Влияние технологий мобильной связи на нашу жизнь переоценить невозможно. Мобильная связь рассматривается в настоящее время как необходимость, а технологии мобильной связи являются наиболее востребованными и быстро растущими. Системы мобильной связи эволюционировали в очень короткое время. Рассматривая вопросы эволюции систем мобильной связи, мы приходим к понятию «поколений».

Системы первого поколения (1G) были аналоговыми, реализованными на достаточно надежных сетях, но с ограниченной возможностью предложения услуг абонентам. Кроме того, они не позволяли осуществлять роуминг между сетями.

Системы мобильной связи второго поколения (2G) являются цифровыми. Они привнесли существенные преимущества с точки зрения предложения абонентам усовершенствованных услуг, повышения емкости и качества. Система GSM относится к технологии  2G.  Возросшая потребность в беспроводном доступе в Интернет привела к дальнейшему развитию системы 2G. Так появилась система, называемая 2.5 G. Примером технологии 2.5 G является GPRS (GeneralPacketRadioServices) – стандартизованная технология пакетной передачи данных, позволяющая использовать оконечное устройство мобильной связи для доступа в Интернет.  Другими появившимися со временем стандартными и опциональными свойствами цифровых сетей мобильной связи являются свойства Интеллектуальной сети (IN), свойства системы позиционирования (определения местоположения) подвижных объектов,  SMS (услуги службы коротких сообщений) и разработки в программном обеспечении системы сигнализации и сетевого управления.

Поскольку в настоящее время существует несколько систем 2G, использующих несовместимые технологии и работающих в различных частотных спектрах, они не могут завоевать массовый рынок на долгосрочный период. Эти факторы привели к концепции систем третьего поколения (3G), которые позволят осуществлять связь, обмен информацией и предоставлять различные развлекательные услуги, ориентированные на беспроводное оконечное устройство (терминал). Развитие подобных услуг началось уже для систем 2G, но для поддержки этих услуг система должна располагать высокой емкостью и пропускной способностью радиоканалов, а также совместимостью между системами, для того, чтобы предоставлять прозрачный доступ по всему миру. Примером системы 3G является Универсальная система мобильной связи (UMTS).

Таким образом, GSM является основополагающей технологией, на которой росли технологии предыдущих и существующих систем мобильной связи и на которой будут отрабатываться будущие направления развития в области связи.

 

1.2. История беспроводной связи

 

Дата

События

1906

 

ReginaldFesseden успешно передал по радио речевое сообщение.  До этого момента все сообщения с помощью радиосвязи передавались с помощью азбуки Морзе.

1915

 

J.A. Fleming изобрел вакуумную электронную лампу, что позволило усовершенствовать систему радиосвязи.

1921

Департамент полиции Детройта использовал частоту 2 Мгц в своей автомобильной системе радиосвязи. Система была односторонней и полицейскому для ответа на поступившее по радио сообщение надо было найти проводный телефонный аппарат.

1930-е

Был разработан принцип амплитудной модуляции (АМ) и двусторонние системы мобильной связи.

1935

Изобретение принципа частотной модуляции (ЧМ) усовершенствовало качество передачи речи. Применение ЧМ привело к отказу от больших передатчиков с АМ, что в свою очередь привело к появлению более миниатюрного оборудования радиосвязи с меньшим потреблением электроэнергии. Это сделало использование передатчиков в автомобилях более практичным.

1940-е

Федеральная комиссия связи (FCC) признала услугу связи, которую она классифицировала как Местную наземную сеть мобильной радиосвязи общего пользования (DPLM). Первая система DPLM была установлена в 1946 году в г. Сент-Луис (St. Louis). Она использовала полосу 150 Мгц. В 1947 году вдоль автомагистрали Нью-Йорк – Бостон была развернута система, использовавшая полосу 35-40 Мгц.

1947

D.H. Ring из Bell Laboratories  доложил о разработке концепции сотовой связи.

1948

Shockley,  Bardeen и Brittain из BellLaboratories изобрели транзистор, который позволил сделать все электронное оборудование, включая оборудование радиосвязи, миниатюрным .

1958

Компания BellSystems сделала предложение для широкопроводной связи.

1964

Компания AT&T представила Усовершенствованную телефонную систему мобильной связи (IMTS).

 

 

 

Дата

События

1968

FCC начала разработку новых требований к спектру радиочастот США.

1969

Скандинавские страны (Дания, Финляндия, Исландия, Норвегия и Швеция) пришли к соглашению о формировании группы для изучения областей совместного действия в телекоммуникации и разработки рекомендаций. Это привело к стандартизации  телекоммуникаций всех членов группы Скандинавской мобильной телефонной связи (NordicMobileTelephone  - NMT), первой международной группы стандартизации в области мобильной связи.

1973

Группа NMT специфицирует свойства, позволяющие осуществлять подвижную телефонную связь как в пределах сети мобильной связи, так и между сетями при перемещении абонента из одной сети в другую. Это свойство легло в основу роуминга.

1979

FCC утвердила установку и тестирование первой сотовой системы в США (IllinoisBelltelephoneCompany).

1981

Шведская компания Эрикссон в Саудовской Аравии ввела в эксплуатацию первую в мире систему сотовой связи на основе аналогового стандарта NMT 450.

1991

Представлен первый стандарт цифровой сотовой связи (GSM).

1998

Число абонентов мобильной связи по всему миру достигло 200 миллионов.

1999

Выпущен стандарт пакетной передачи данных GPRS.

2000

В Монако, на острове Мен и в Швеции построены первые тестовые сети 3G, в Великобритании выпущены первые лицензии 3G.

2001

С сетях 3G были сделаны первые успешные тестовые вызовы.

2002

Сети TDMA в Америке переводятся на стандарт GSM.

 

 

1.3. Стандарты мобильной связи

 

Стандарты играют важную роль в телекоммуникации, поскольку они:

позволяют обеспечивать взаимосвязь продукции разных производителей;

облегчают внедрение новых технологий путем создания больших рынков для общей продукции.

Процесс разработки стандартов является процессом кооперации на многих уровнях, как на национальном, так и на международном и включает в себя взаимодействие между:

<![if !supportLists]>-       <![endif]>производственными организациями внутри страны;

<![if !supportLists]>-       <![endif]>этими производственными организациями и их правительствами;

<![if !supportLists]>-       <![endif]>национальными правительствами на международном уровне.

Первостепенной целью разработки стандартов для мобильной связи является специфицирование того, как сеть мобильной связи должна обрабатывать вызовы с телефонных аппаратов мобильной связи.  Например, они включают в себя спецификацию следующих элементов:

<![if !supportLists]>-       <![endif]>процедуры приема и передачи сигналов телефонными аппаратами мобильной связи;

<![if !supportLists]>-       <![endif]>формат этих сигналов;

<![if !supportLists]>-       <![endif]>взаимодействие сетевых узлов;

<![if !supportLists]>-       <![endif]>основные сетевые услуги, которые должны быть доступны абонентам мобильной связи;

<![if !supportLists]>-       <![endif]>базовая структура сети (например, соты и т.д.).

На начало 2002 года сети мобильной связи стандарта GSM занимали 71% мирового рынка услуг цифровой связи и 68% мирового рынка услуг беспроводной связи.

С тех пор, как в 1981 году был разработан первый стандарт мобильной связи NMT 450,  в мире было разработано много стандартов мобильной связи. Каждый стандарт мобильной связи был разработан с целью удовлетворить конкретные требования тех стран, из которых были собраны исследовательские группы, вовлеченные в спецификацию стандартов. По этой причине несмотря на то, что стандарт мог устаивать одну страну, он мог не подходить  для другой страны. Основные стандарты и основные рынки, в которых используются эти стандарты, приведены в следующей таблице:

 

 

 

 

 

 

Таблица 1-2. Основные стандарты сотовой связи

 

Год

Стандарт

Система мобильной связи

Технология

Первичный рынок

1981

NMT 450

Скандинавская мобильная телефонная связь

Аналоговая

Европа, Средний Восток

1983

AMPS

Усовершенствованная система мобильной связи

Аналоговая

Северная и Южная Америка

1985

TACS

Система связи со всеобщим доступом

Аналоговая

Европа и Китай

1986

NMT 900

Скандинавская мобильная телефонная связь

Аналоговая

Европа, Средний Восток

1991

GSM

Глобальная система для мобильной связи

Цифровая

По всему миру

1991

TDMA (D-AMPS) (IS136)

Множественный доступ с разделением по времени (Цифровая AMPS)

Цифровая

Северная и Южная Америка

1993

CDMA One

 (IS 95)

Множественный доступ с кодовым разделением

Цифровая

Северная Америка Корея, Китай

 

 

 

 

Год

Стандарт

Система мобильной связи

Технология

Первичный рынок

1992

GSM 1800

Глобальная система для мобильной связи

Цифровая

Европа

1994

PDC

Персональная цифровая сотовая (связь)

Цифровая

Япония

1995

PCS 1900

Персональные услуги связи

Цифровая

Северная Америка

2000

UMTS

Универсальная система мобильной связи

Цифровая

Европа

2001

GSM 800

Глобальная система для мобильной связи

Цифровая

Северная Америка

 

 

1.4. Глобальная система для мобильной связи (GSM)

 

<![if !supportLists]>1.4.1       <![endif]>История GSM. Основные этапы развития стандарта GSM.

 

Дата

События

1982-1985

Европейская конференция почтовой связи (CEРT) начала специфицировать европейский цифровой телекоммуникационный стандарт в полосе частот 900 Мгц. Позже этот стандарт  стал известен как Глобальная система для мобильной связи (GSM).

1986

В Париже проведены тесты для определения того,  какую технологию передачи информации следует использовать: с разделением частот (FDMA) или с разделением времени (TDMA).

1987

В качестве технологии передачи для GSM выбрана комбинация TDMA и FDMA. Операторы из 12 стран подписали Меморандум о понимании (MoU), в котором они принимали на себя обязательства ввести GSM к 1991 году.

1988

CEPT начинает создание спецификаций GSM для поэтапного внедрения. Еще 5 стран подключились к MoU. Штаб-квартира MoU находится в Дублине, Ирландия.

1989

Европейский институт стандартов в электросвязи (ETSI)принимает на себя обязательства  по разработке спецификации для GSM.

1990

Заморожена разработка спецификаций для фазы 1 GSM для того, чтобы дать возможность производителям разработать сетевое оборудование.

1991

Внедрен стандарт GSM 1800. В MoU появилось дополнение, позволяющее подписывать меморандум странам, не входящим в CEPT.

1992

Завершена разработка спецификации фазы 1. Введены в эксплуатацию первые коммерческие сети GSM фазы 1. Подписано первое международное соглашение о роуминге между компаниями Телеком (Финляндия) и Водафон (Великобритания).

1993

Австралия становится первой не-Европейской страной, подписавшей MoU. На данный момент MoU подписали 70 членов. Введены в эксплуатацию сети GSM в Норвегии, Австрии, Ирландии, Гонконге и Австралии. Число абонентов сетей GSM достигло одного миллиона. В Великобритании введена в эксплуатацию первая коммерческая система DCS 1800.

1994

MoU насчитывает уже 100 членов из 60 стран. Ввводятся все новые сети GSM. Общее число абонентов сетей GSM превысило 3 миллиона.

1995

В США разработана спецификация для стандарта «Персональные услуги связи» (PCS). Эта версия GSM, работающая в диапазоне 1900 МГц.

1996

Становятся доступными первые системы GSM 1900. Они соответствуют стандарту PCS 1900.

 

 

Дата

События

1998

MoU насчитывает 253 члена в более чем 100 странах и сети стандарта GSM по всему миру насчитывают уже более 70 миллионов абонентов. Абоненты сетей GSM составляют 31% мирового рынка телекоммуникационных услуг.

1999

Сети GSM существуют уже в 179 странах.

2002

Функциональные возможности GSM расширены  до уровня, позволяющего внедрять технологии EDGE, AMR, а также поддерживать гибкие услуги определения местоположения абонента.

2003

Ожидается взлет числа абонентов свыше одного биллиона!

 

По причине того, что GSM  - это общий стандарт, абоненты сотовой связи могут использовать свои телефонные аппараты в пределах всей зоны обслуживания GSM, которая включает в себя все страны мира, в который действуют сети стандарта GSM.

Кроме того сети, построенные на основе стандарта GSM, обеспечивают пользователей такими услугами, как высокоскоростная передача данных, передача коротких сообщений (SMS), услугами Интеллектуальной сети (IN), например, услугой мобильной виртуальной корпоративной сети (MVPN). Технические спецификации GSM разработаны также с учетом возможности взаимодействия с другими стандартами, то есть они гарантируют наличие интерфейсов с сетями мобильной связи других стандартов. 

Ключевым аспектом GSM является то, что спецификации могут быть модифицированы, они являются «открытыми», то есть не являются законченными в смысле развития и могут дорабатываться с целью удовлетворения будущих потребностей.

 

1.4.2 Рекомендации ETSI GSM

 

Cтандарт GSM разрабатывался как независимый стандарт. Разработанные спецификации GSM не накладывают ограничения на требования к аппаратному  обеспечению, используемому для организации мобильной связи, но однозначно определяют требования к функциональным возможностям систем мобильной радиосвязи стандарта GSM и используемым интерфейсам. Данный подход даёт возможность разработчикам аппаратного обеспечения выпускать собственные реализации оборудования стандарта GSM, и в то же самое время даёт возможность операторам  выбирать производителя аппаратного обеспечения.

Существуют 12 серий  рекомендаций ETSI для GSM, которые приведены в таблице 1-4. Данные рекомендации были разработаны различными рабочими группами, которые объединяются в одну группу, именуемую ETSI.

 

Таблица 1-2 Серии спецификаций ETSI

 

Серия

Описание

01

Основные данные

02

Сервисные аспекты

03

Сетевые аспекты

04

Интерфейс и протокол между MS - BSS

05

Физический уровень радиоинтерфейса

06

Спецификации по речевому кодированию

07

Терминальный адаптер для MS

08

Интерфейс между BSS - MSC

09

Взаимодействие сетей

10

Взаимодействие услуг

11

Спецификации на оборудование

12

Обслуживание

 

Спецификации для стандартов DCS-1800 и PSC-1900 также имеют место в спецификациях ETSI и приведены в форме сравнения со стандартом GSM-900. Особого различия между стандартами DCS-1800 и PSC-1900 нет, разница только в том, что стандарт PSC-1900  - это американский стандарт, AmericanNationalStandardsInstitute (ANSI).

 

 

 

1.5 Фазы развития стандарта GSM

 

В конце 1980 года группа создателей-разработчиков рекомендаций стандарта GSM решили, что количество спецификаций на данный стандарт не достаточно для наиболее полного своего воплощения. Поэтому первое воплощение стандарта GSM было обозначено как Фаза 1. Все последующие фазы GSM (фаза 2, фаза 2+) были разработаны на основе предыдущих фаз.

 

<![if !vml]><![endif]>

Рис. 1.1. Фазы GSM

 

Фаза 1

Фаза 1 включает в себя наиболее общие услуги:

<![if !supportLists]>·                     <![endif]>Звуковую телефонию;

<![if !supportLists]>·                     <![endif]>Интернациональный роуминг;

<![if !supportLists]>·                     <![endif]>Передача факсимильных сообщений и данных (скорости до 9.6 Кбит/сек);

<![if !supportLists]>·                     <![endif]>Переадресация вызовов;

<![if !supportLists]>·                     <![endif]>Запреты вызовов;

<![if !supportLists]>·                     <![endif]>Передача коротких сообщений.

Кроме вышеперечисленного, Фаза 1  включает в себя опции шифрования и Модуль идентификации абонента (SubscriberIdentityModule - SIM).

 

 

Фаза 2

 

Стандарт для фазы 2 был выпущен ETSI в ноябре 1996 года и обозначался как ETS 300 522. Стандарт этой версии часто обозначается как GSM 03.02. Эта фаза относительно фазы 1 включает в себя такие дополнительные свойства и возможности,  как:

  • уведомление об оплате;
  • идентификация линии вызывающего абонента;
  • уведомление об ожидающем вызове;
  • удержание вызова;
  • конференц-связь;
  • замкнутая группа пользователей;
  • дополнительные возможности передачи данных.

 

Фаза 2+

Группы по стандартизации определили следующую фазу как  2+. Стандарт для фазы 2+ был выпущен ETSI в мае 2000 года и часто обозначается как GSM 01.04, версия V 8.0.0. Эта программа охватывает возможности предоставления абонентам множественного номера и различные свойства корпоративных сетей связи. Некоторыми усовершенствованиями, предложенными в фазе 2+, являются:

  • множественный профиль абонента;
  • частный план нумерации;
  • доступ к услугам Центрекс;
  • взаимодействие с GSM 1800, GSM 1900 и стандартом DECT – стандартом беспроводного абонентского доступа.

Приоритеты и график появления новых свойств и функций зависят в первую очередь от того интереса, который демонстрируют компании-операторы, разработчики и производители оборудования.

Эта фаза включает в себя существенные усовершенствования радиоинтерфейса, в том числе:

  • EDGE – усовершенствованный высокоскоростной протокол передачи данных для глобальной эволюции (EnhancedDataratesforGlobalEvolition);
  • CAMEL -усовершенствованная логика мобильной связи для пользовательских приложений (CustomizedApplicationforMobileEnhancedLogic), стандарт, который обеспечивает абонентам доступ к услугам IN при международном роуминге;
  • HSCSD – высокоскоростная передача данных с коммутацией каналов (HighSpeedCircuitSwitchedData, метод обеспечения абоненту более высокой скорости передачи данных посредством назначения увеличенного числа временных интервалов (каналов) для одного соединения.

 

1.6. Сокращения, применяемые в системах сотовой связи

 

2G                         Второе поколение стандарта GSM

3G                         Третье поколение стандарта GSM

3GMS                    Система мобльиной связи третьего поколения

3GPP                     Партнерский проект по третьему поколению

AGCH                    Канал  уведомления о разрешении доступа

AID                        Идентификатор приложения

AMR                      Адаптивный мультискоростной

ANSI                      Институт национальных стандартов США

AoC                       Уведомление о начислении оплаты

AoCC                     Уведомление о начислении оплаты (расходы)

AoCI                      Уведомление о начислении оплаты (информация)

API                        Интерфейс программирования приложений

ARFCN                   Абсолютный номер частоты радиоканала

ARIB                      Ассоциация радиоиндустрии и бизнеса

ASE                       Прикладной сервисный элемент

ASN.1                    Абстрактная синтаксическая нотация версии 1

AT-command          Команда «Внимание»

AuC                       Центр аутентификации

BAIC                      Запрет всех входящих вызовов

BAOC                    Запрет всех исходящих вызовов

BCCH                     Канал управления с широковещательной передачей

BCH                       Широковещательные каналы

BIC-Roam               Запрет входящих вызовов при роуминге вне страны собственной PLMN

BOIC                      Запрет исходящих международных вызовов

BOIC-exHC             Запрет исходящих международных вызовов за исключением вызовов в страну собственной PLMN

BTS                       Базовая станция

BSC                       Контроллер базовой станции

BSS                       Система базовых станций

BSSMAP                Прикладной протокол управления подсистемой базовых станций

CAI                        Информация о начислении оплаты

CAMEL                  Усовершенствованная логика мобильной связи для пользовательских приложений

CAP                       Прикладная подсистема CAMEL

CB                         Запрет вызова

CBC                       Центр сотового вещания

CBCH                     Канал широковещательной передачи в соте

CBS                       Служба сотового вещания

CC                         Управление вызовом

CCBS                     Установление соединения при занятости абонента

СССH                     Общий канал управления

CD                         Отклонение вызовов

CDR                       Отчет о вызовах

CF                         Переадресация вызова

CFB                       Переадресация вызова при занятости

CFNRc                   Переадресация вызова при недоступности терминала

CFNR                     Переадресация вызова при отсутствии ответа

CFU                       Безусловная переадресация вызова

CLI                         Идентификатор линии вызывающего абонента

CLIP                       Представление идентификации линии вызывающего абонента

CLIR                       Ограничение идентификации линии вызывающего абонента

CM                         Управление конфигурацией

CMIP                      Протокол общей управляющей информации

CMISE                   Сервисный элемент общей управляющей информации

CN                         Базовая сеть

CNAP                     Представление имени вызывающего абонента

COLP                     Представление идентификации подключенной линии

COLR                     Ограничение идентификации подключенной линии

CORBA                  Технология построения распределенных объектных приложений, предложенная фирмой

CS                         Коммутация каналов

CS-1                      Набор возможностейИнтеллектуальной сети

CSE                       Сервисная среда CAMEL

CUG                       Замкнутая группа пользователей

CW                        Уведомление об ожидающем вызове

CWTS                    Китайская группа стандартизации беспроводной связи

DCE                       Аппаратура окончания канала данных

DCCH                    Выделенный канал управления

DTE                       Оконечное оборудование данных

DTMF                     Многочастотная сигнализация

DTX                       Прерывистая передача

ECT                       Явный перевод вызова

EGPRS                  Усовершенствованная GPRS

EIR                        Регистр идентификации оборудования

EM                         Подсистема управления элементами

eMLPP                   Усовершенствованная услуга многоуровневой приоритетности и приоритетного прерывания обслуживания 

EN                         Знак соответствия стандартам Европейского комитета по стандартизации

E-OTD                    Улучшенная наблюдаемая разница по времени

EP                         Элементарная процедура

ETSI                       Европейский институт стандартизации телекоммуникации

FACCH                   Канал управления с быстрым доступом

FCCH                     Канал  коррекции частоты

FM                         Управление отказами

GAD                      Описание географической зоны

GBS                       Общие службы переноса

GDMO                   Руководство для определения управляемых объектов

GERAN                  Сеть радиодоступа GSM EDGE

GGSN                    Шлюзовой узел поддержки GPRS

GLR                       Шлюзовой регистр местоположения

GMLC                    Шлюзовой центр определения местоположения мобильной связи 

GMSC                    Шлюзовой MSC

GPRS                    Служба пакетной передачи данных общего пользования

gprsSSF                Функция коммутации услуг GPRS

GPS                       Глобальная система позиционирования

GSM                      Глобальная система мобильной связи

GSM-EFR               Усовершенствованный полноскоростной речевой кодек GSM

gsmSCF                 Функция управления услугами GSM

gsmSRF                 Функция поддержки специализированных ресурсов GSM

gsmSSF                 Функция коммутации услугGSM

GSN                       Узел поддержки GPRS

GT                         Глобальный заголовок

GTP                       Тоннельный протокол GPRS

HDLC                     Управление звеном данных верхнего уровня

HE                         Собственная среда

HLR                       Опорный регистр местоположения

HPLMN                  Собственная сеть сухопутной мобильной связи общего пользования

HSCSD                  Высокоскоростная передача данных с коммутацией каналов

IC                           Интегральная схема

ID                          Идентификатор

IMEI                       Международный идентификатор  мобильного оборудования

IM-GSN                  Промежуточный обслуживающий узел GPRS

IM-MSC                  Промежуточный центр коммутации мобильной связи

IMSI                       Международный идентификатор мобильной станции

IN                           Интеллектуальная сеть

INAP                      Протокол прикладного уровня Интеллектуальной сети

IP                           Протокол Интернет

IPLMN                    Запрашивающая PLMN

IrDA                       Ассоциация передачи данных в инфракрасном диапазоне

IrMC                       Мобильная связь в инфракрасном диапазоне

IRP                        Эталонная точка интеграции

IS                           Информационная служба

ISDN                      Цифровая сеть с интеграцией служб

ISO                        Международная организация по стандартизации

ISUP                      Подсистема пользователя ISDN

Itf-N                       Интерфейс N

IWF                        Функция взаимодействия

LAN                       Локальная сеть

LCS                       Служба определения местоположения

LMSI                      Идентификатор местной мобильной станции

LMU                       Блок  определения местоположения

LR                          Запрос на определение местоположения

MAP                      Прикладная подсистема мобильной связи

MC                         Многократный вызов

MCC                      Код страны мобильной станции

ME                         Оборудование мобильной связи

MExE                     Среда исполнения для мобильной станции

MIM                       Информационная модель управления

MIME                     Многоцелевые расширения электронной почты в сети Интернет

MLC                       Центр определения местоположения мобильной станции

MM                        Управление мобильностью

MMI                       Интерфейс «человек-машина»

MMS                      Служба передачи мультимедийных сообщений

MNC                      Код сети мобильной связи

MNP                      Взаимозаменяемость номера мобильной станции

MO                        От мобильной станции

MO-LR                   Запрос от мобильной станции на определение местоположения

MPTY                     Многосторонний

MS                         Мобильная станция

MSC                      Центр коммутации мобильной связи

MSISDN                 Международный номер ISDN мобильной станции

MSP                      Множественный абонентский профиль

MSRN                    Роуминговый номер мобильной станции

MT                         Мобильный терминал

MT                         Подвижное оконечное устройство

NE                         Сетевой элемент

NITZ                       Идентификатор  сети и часовой пояс

NM                         Управление сетью

NRM                      Модель сетевых ресурсов

OACSU                  Установление соединения без предварительного занятия радиоресурса

ODB                      Установленный оператором запрет на обслуживание вызовов

OMG                      Группа управляемых объектов

OS                         Операционная система

OSA                       Архитектура открытых систем

OSI                        Взаимосвязь открытых систем

PBX                       Учрежденческая телефонная станция

PCH                       Канал вызова (пейджинга) MS                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                 Канал вызова MS

PCM                      Импульсно-кодовая модуляция

PDC-EFR               Речевой кодек ARIB PDC-EFR со скоростью 6.7 Кбит/сек

PDN                       Сеть передачи данных общего пользования

PDP                       Протокол пакетной передачи данных

PDU                       Блок данных протокола

PI                           Индикатор представления

PIX                        Расширение идентификатора собственного приложения

PLMN                     Сеть сухопутной мобильной связи общего пользования

PP                         «Точка-точка»

PS                         Пакетная коммутация

PSE                       Персональная сервисная среда

PSTN                     Коммутируемая телефонная сеть общего пользования

RACH                     Канал запроса доступа в сеть

RANAP                  Прикладная подсистема сети радиодоступа

RID                        Идентификатор зарегистрированного провайдера приложений

RLC/MAC               Управление радиолинией/ Управление доступом к среде

RLP                       Протокол радиолинии

RNC                       Контроллер радиосети

RNS                       Система радиосети

RR                         Радиоресурс

SACCH                  Канал управления с медленным доступом

SAT                       Инструментарий приложения SIM

SC                         Сервисный центр

SCCP                     Подсистема управления соединением сигнализации

SCH                       Канал синхронизации

SCR                       Исходная  управляемая скорость

SCS                       Сервер сервисных возможностей

SDO                      Организация-разработчик стандартов

SGSN                    Обслуживающий узел поддержки GPRS

SI                           Индикатор просеивания

SID                        Дескриптор молчания

SIM                        Модуль идентификации абонента GSM

SIWF                      Функция совместного взаимодействия

SIWFS                   Сервер функции совместного взаимодействия

SM                         Управление сеансами

SMIL                      Синхронизированный мультимедийный язык интеграции

SM-RL                    Функция трансляции коротких сообщений

SMS                      Служба коротких сообщений

SMSC                    Центр службы коротких сообщений

SMSCB                  Служба коротких сообщений – сотовое вещание

SMTP                     Простой протокол электронной почты

SOR                       Поддержка оптимальной маршрутизации

SRNC                     Обслуживающий контроллер радиосети

SRNS                     Обслуживающий RNS

SS                         Дополнительная услуга

SS                         Набор решений

SS7                       Система сигнализации  № 7

SSF                       Функция коммутации услуг

T1                          Комитет по стандартизации T1 (часть ANSI)

T1P1                      Технический подкомитет по беспроводным/подвижным услугам и системам

TA                          Адаптация терминалов

TAF                        Функция адаптации терминалов

T-BCSM                 Модель состояний обслуживаемого базового вызова

TCAP                     Средства транзакций

TCH/F                    Речевой канал с полной/половинной скоростью

TDMA                    Множественный доступ с временным разделением

TDMA_EFR            Усовершенствованный речевой кодек TIA IS-641

TDMA_USI             TIA TDMA-US1 (Кодек 12.2 Кбит/сек, аналогичный GSM-EFR)

TE                          Оконечное оборудование

TIA                         Ассоциация промышленности средств связи

TMSI                      Временный идентификатор мобильной станции

TOA                       Время прибытия

TrFO                      Операция без транскодера

TS                          Техническая спецификация

TSG                       Группа по разработке технических спецификаций

TTA                        Ассоциация телекоммуникационных технологий (Корея)

TTC                        Комитет по телекоммуникационным технологиям  (Япония)

TUP                       Подсистема пользователя телефонной связи (система сигнализации № 7)

UDP                       Пользовательский датаграммный протокол

UE                         Оборудование пользователя

UICC                      Универсальная карточка IC

UIM                        Модуль идентификатора пользователя

UMTS                     Универсальная система мобильной связи

USAT                     Инструментарий приложения USIM

USIM                      Универсальный модуль идентификатора абонента

USSD                    Данные неструктурированных дополнительных услуг

UTRA                     Универсальный наземный радиодоступ

UTRA-FDD             Универсальный наземный радиодоступ – дуплекс с разделением частот

UTRAN                   Сеть универсального наземного радиодоступа

UTRA-TDD             Универсальный наземный радиодоступ – дуплекс с временным разделением

UUS                       Сигнализация «пользователь-пользователь»

VAD                       Детектор речи

VBS                       Служба голосового вещания

VGCS                    Служба вызовов голосовой группы

VHE                       Виртуальная собственная среда

VLR                       Регистр временного местоположения

VMSC                    Визитный центр коммутации мобильной связи

VPLMN                  Визитная сеть сухопутной мобильной связи общего пользования

WAP                      Протокол беспроводных приложений

XML                        Расширяемая спецификация языка, предназначенного для создания страниц WWW

 

1.7 Описание компонентов сети GSM

 

Сеть GSM делится на 2 системы. Каждая из этих систем включает в себя ряд функциональных устройств, которые, в свою очередь являются компонентами сети мобильной радиосвязи.

Данными системами являются:

<![if !supportLists]>·         <![endif]>Коммутационная система - SwitchingSystem (SS)

<![if !supportLists]>·         <![endif]>Система базовых станций - BaseStationSystem (BSS)

Каждая из этих систем контролируется компьютерным центром управления. На рис. 1.2 представлена функциональная схема данных систем.

 

<![if !vml]><![endif]>

Рис. 1.2. Функциональная схема системы мобильной радиосвязи

 

Ниже приведены расшифровки сокращений, приведенных на рис. 1.2.

 

AUC

Authentication Center

Центр аутентификации (проверки подлинности абонента)

BSC

Base Station Controller

Контроллер базовых станций

BTS

Base Transceiver Station

Приёмопередающая базовая станция

EIR

Equipment Identity Register

Регистр идентификации оборудования

HLR

Home Location Register

Опорный регистр местоположения

MS

Mobile Station

Мобильная станция

MSC

Mobile services Station Center

Центр коммутации мобильной связи

NMC

Network Management Center

Центр управления сетью

OMC

Operation and Maintenance Center

Центр технического обслуживания

VLR

Visitor Location Register

Визитный регистр

 

Система SS выполняет функции обслуживания вызовов и установления соединений, а также отвечает за реализацию всех назначенных абоненту услуг. SS включает в себя следующие функциональные устройства:

  • Центр коммутации мобильной связи (MSC)
  • Опорный регистр местоположения (HLR)
  • Визитный регистр (VLR)
  • Центр аутентификации (AUC)
  • Регистр идентификация оборудования (EIR).

 

Система ВSS отвечает за все функции, относящиеся к радиоинтерфейсу.  Эта система включает в себя следующие функциональные блоки:

  • Контроллер базовых станций (BSC)
  • Базовую станцию (BTS)

 

Центр технического обслуживания (OMC) выполняет все задачи по эксплуатационно-техническому обслуживанию для сети, например, из него проводится наблюдение за сетевым трафиком, за аварийными сигналами от всех сетевых элементов.

Из OMC доступ осуществляется как к системе SS, так и к системе BSS.

 

MS не принадлежит ни к одной из этих систем, но рассматривается как элемент сети.

 

1.8 Состав системы коммутации SS

 

1.8.1 Центр коммутации мобильной связи (MSC)

 

MSCвыполняет функции коммутации для мобильной связи. Данный центр контролирует все входящие и исходящие вызовы, поступающие  из других телефонных сетей и сетей передачи данных. К данным сетям можно отнести PSTN, ISDN, сети данных общего пользования, корпоративные сети, а также сети мобильной связи других операторов. Функции проверки подлинности абонентов также выполняются в MSC. MSC обеспечивает маршрутизацию вызовов и функции управления вызовами. На MSC возлагаются функции коммутации радиоканалов. К ним относятся «эстафетная передача», в процессе которой достигается непрерывность связи при перемещении мобильной станции из соты в соту, и переключение рабочих каналов в соте при появлении помех или неисправностях.

MSC формирует данные, необходимые для выписки счетов за предоставленные сетью услуги связи, накапливает данные по состоявшимся разговорам и передаёт их в центр расчётов (биллинг-центр). MSC составляет также статистические данные, необходимые для контроля работы и оптимизации сети.

MSC  не только участвует в управлении вызовами, но также управляет процедурами регистрации местоположения и передачи управления.

Центр коммутации постоянно осуществляет постоянное слежение за мобильными станциями, используя регистры положения (HLR) и перемещения (VLR).

 

<![if !supportLists]>1.8.2         <![endif]>Опорный регистр местоположения (HLR)

 

В системе GSM каждый оператор располагает базой данных,  содержащей информацию обо всех абонентах принадлежащих своей  PLMN. Эта база данных может быть организована в одном или более HLR.  Информация об абоненте заносится в HLR в момент регистрации абонента (заключения абонентом контракта на обслуживание) и хранится до тех пор, пока абонент не расторгнет контракт и не будет удалён из регистра HLR.

Хранящаяся информация в HLR включает в себя:

<![if !supportLists]>·         <![endif]>Идентификатор абонента.

<![if !supportLists]>·         <![endif]>Дополнительные услуги, закрепленные за абонентом.

<![if !supportLists]>·         <![endif]>Информацию о местоположении абонента.

<![if !supportLists]>·         <![endif]>Аутентификационную информацию абонента.

HLR может быть выполнен как в собственном узле сети, так и отдельно. Если емкость HLR исчерпана, то может быть добавлен дополнительный HLR. И в случае организации нескольких HLR база данных остаётся единой – распределённой. Запись данных об абоненте всегда остаётся единственной. К данным, хранящихся в HLR, могут получить доступ MSC и VLR, относящиеся к другим сетям, в рамках обеспечения межсетевого роуминга абонентов.

 

<![if !supportLists]>1.8.3         <![endif]>Визитный регистр (VLR)

 

База данных VLR содержит информацию о всех абонентах мобильной связи, расположенных в данный момент в зоне обслуживания MSC. Таким образом, для каждого MSC на сети существует свой VLR. В VLR временно хранится информация об абонировании, и  благодаря этому связанный с ним MSC может обслуживать всех  абонентов, находящихся в зоне обслуживания данного MSC. VLR может рассматриваться как распределенный HLR, поскольку в VLR хранится копия информации об абоненте, хранящейся в HLR.

Когда абонент перемещается в зону обслуживания нового MSC, VLR, подключенный к данному MSC, запрашивает информацию об абоненте из того HLR, в котором хранятся данные этого абонента. HLR посылает копию информации в VLR и обновляет у себя информацию о местоположении абонента.  Когда абонент звонит из новой зоны обслуживания, VLR уже располагает всей информацией, необходимой для обслуживания вызова. В случае роуминга абонента в зону действия другого MSC, VLR запрашивает данные об абоненте из HLR, к которому принадлежит данный абонент. HLR в свою очередь передаёт копию данных об абоненте в запрашивающий VLR и в свою очередь обновляет информацию о новом местоположении абонента. После того как информация обновится, MS может осуществлять исходящие/входящие  соединения.

 

<![if !supportLists]>1.8.4         <![endif]>Центр аутентификации (AUC)

 

Для исключения несанкционированного использования ресурсов системы связи вводятся механизмы аутентификации – удостоверения подлинности абонента. AUC - центр проверки подлинности абонента состоит из нескольких блоков и формирует ключи и алгоритмы аутентификации (осуществляется генерация паролей). С его помощью проверяются полномочия абонента, и осуществляется его доступ к сети связи. AUC принимает решения о параметрах процесса аутентификации и определяет ключи шифрования абонентских станций на основе базы данных, сосредоточенной в регистре идентификации оборудования EIR.

 

1.8.4.1 Регистр идентификации оборудования абонента  (EIR)

 

EIR – это база данных, содержащая информацию о идентификационных номерах мобильных трубок. Данная информация необходима для осуществления блокировки краденых трубок. Данный регистр (EIR) предлагается операторам как опция, поэтому, многие операторы не используют данный регистр.

 

1.9 Состав системы базовых станций BSS

 

<![if !supportLists]>1.9.1       <![endif]>Контроллер базовых станций  (BSC)

 

BSC управляет всеми функциями, относящимися к работе радиоканалов в сети GSМ. Это коммутатор большой емкости, который обеспечивает такие функции, как хэндовер MS, назначение радиоканалов и сбор данных о конфигурации сот. Каждый MSC может управлять несколькими BSC.

 

1.9.2 Базовая станция (BTS)

 

BTS управляет радиоинтерфейсом с MS. BTS включает в себя такое радиооборудование, как трансиверы (приемо-передатчики) и антенны, которые необходимы для обслуживание каждой соты в сети. Контроллер BSC управляет несколькими BTS.

 

1.9.3  Центры наблюдения за работой сети

 

1.9.3.1 Центр технического обслуживания (OMC/OSS)

 

OMC или OSS представляет собой компьютеризованный центр наблюдения за работой сети, подключенный через каналы передачи данных X.25 к различным компонентам сети, таким, например, как MSC и BSC.  Персонал центра обеспечивается информацией о состоянии сети и может наблюдать за различными системными параметрами и управлять ими.  В одной сети может быть один или  несколько центров, это зависит от размера сети.

 

1.9.3.2 Центр управления сетью (NMT)

 

Централизованное управление сетью выполняется в Центре управления сетью (NMT). На сети необходим только один центр, из которого может осуществляться управление подчиненными OMC/OSS. Преимуществом такого централизованного подхода является то, что персонал NMT может сосредоточиться на решении долгосрочных стратегических проблем, связанных со всей сетью в целом, а локальный персонал каждого OMC/OSS может сосредоточиться  на решении краткосрочных региональных или тактических проблем.

Совокупность функций OMC/OSSи NMC может быть комбинаций, реализованной в одном и том же физическом сетевом узле или в различных физических объектах.

 

<![if !supportLists]>1.9.4         <![endif]>Мобильная станция (MS)

 

MS используется абонентом сети мобильной связи для осуществления связи в пределах сети. Существует несколько типов MS, каждый из которых позволяет абоненту устанавливать входящие и исходящие соединения. Производители MS предлагают абонентам большое  число разнообразных, отличающихся по дизайну и возможностям аппаратов, удовлетворяющих потребности различных рынков.

Диапазон зоны покрытия каждого мобильного терминала зависит от его выходной мощности. Различные типы MS располагают разными выходными уровнями мощности и, соответственно, могут осуществлять уверенную работу в пределах зон разных размеров.  Так, например, выходная мощность обычной трубки, которую абоненты носят с собой, меньше, чем мощность установленного в автомобиле аппарата с выносной антенной, следовательно, зона ее работы меньше.

 

MS стандарта GSM состоится из следующих элементов:

  • мобильного терминала (трубки);
  • модуля идентификации абонента (SIM).

В стандарте GSM, в отличие от других стандартов, информация об абоненте отделена от информации о мобильном терминале. Абонентская информация хранится на смарт-карте SIM.  SIM может вставляться в любой аппарат, поддерживающих стандарт GSM. Это является для абонентов преимуществом, потому что они могут легко менять аппараты по своему желанию, что никак не влияет на обслуживание абонента сетью. Кроме того, это обеспечивает повышенную безопасность для абонента.

 

<![if !vml]><![endif]>

Рис. 1. 3 Зоны действия различные мобильных телефонов

 

1.10 Географическая структура сети GSM

 

Каждая телефонная сеть нуждается в определенной структуре для маршрутизации вызовов к требуемой станции и далее к абоненту. В сети мобильной связи эта структура особенно важна, так как  абоненты перемещаются по сети, то есть меняют свое местоположение и это местоположение должно постоянно отслеживаться.

 

 

 

1.10.1       Сота

 

Сота является базовым элементом сотовой системы и определяется как область  радиопокрытия, обеспечиваемого одной антенной одной базовой станции. Каждой соте назначается свой уникальной номер, называемый Глобальным идентификатором соты (CGI). В сети, охватывающей, например, целую страну, число сот может быть очень большим.

 

<![if !vml]><![endif]>

Рис 1.4. Сота

 

1.10.2 Зона местоположения (LA)

 

Зона местоположения (LA) определяется как группа сот. Местоположение абонента в пределах сети связано с той LA, в которой в данный момент находится абонент. Идентификатор данной LA хранится в VLR.

Когда MS пересекает границу между двумя сотами, принадлежащими различным LA, она передает в сеть информацию о новой LA. Это происходит только в том случае, если MS находится в режиме «Свободно» (Idle).  Информация о новом местоположении не передается в течение установленного соединения, этот процесс будет происходить после освобождения соединения.  Если MS пересекает границу между сотами в пределах одной LA, она не сообщает сети о своем новом местоположении. При поступлении входящего вызова к  MS пейджинговое сообщение распространяется в пределах всех сот, принадлежащих одной LA.

 

<![if !supportLists]>1.10.3       <![endif]>Зона обслуживания MSC (SA)

 

Зона обслуживания MSC состоит из некоторого числа LA и отображает географическую часть сети, находящуюся под управлением одного MSC. Для того, чтобы направить вызов к MS информация о зоне обслуживания MSC  также необходима, поэтому  зона обслуживания также отслеживается  и информация о ней записывается в базе данных (HLR).

 

<![if !vml]><![endif]>

Рис. 1.5 Зона обслуживания MSC

 

<![if !supportLists]>1.10.4       <![endif]>Зона обслуживания PLMN

 

Зона обслуживания PLMN представляет собой совокупность сот, обслуживаемых одним оператором и определяется как  зона, в которой оператор обеспечивает абоненту радиопокрытие и доступ к своей сети.  В любой стране может  быть несколько зон обслуживания PLMN, по одной на каждого оператора. Определение роуминг употребляется в случае перемещения MS из одной области обслуживания PLMN в другую. На рис. 1.6 представлены соотношения между различными областями обслуживания.

 

1.10.5 Зона обслуживания GSM

 

Зона обслуживания GSM представляет собой всю географическую область, в которой абонент  может получить доступ к сети GSM. Зона обслуживания GSM увеличивается по мере того, как новые операторы подписывают контракты, предусматривающие совместную работу по обслуживанию абонентов. В настоящее время зона обслуживания GSM охватывает с некоторыми промежутками многие страны от Ирландии до Австралии и от Южной Африки до Америки. Международный роуминг – это термин, который применяется в том случае, когда MS перемещается от одной национальной PLMN в другую национальную PLMN.

                        


                                                                              

<![if !vml]><![endif]>                                                                                                                    Зона обслуживания GSM

                                                                                                 Зона обслуживания PLMN                                        

                                                          

                                                                                                 Зона обслуживания (SA) MSC    

                                                                                                                               

                                                                                                  Зона местоположения (LA)

                                                                                                     Сота    

                                                                                                  Сота        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     

 

Рисунок 1.6. Иерархическая взаимосвязь между зонами GSM

 

На рис. 1.7, 1.8 представлены различные точки зрения на одну и туже сеть.

Рис. 1.7 отражает расположения узлов сети и их взаимодействие на уровне аппаратного обеспечения.

<![if !vml]><![endif]>

Рис. 1.7 Расположение узлов сети и их взаимодействие на уровне аппаратного обеспечения.

 

Рис. 1.8 отражает географическую структуру сети на уровне программного обеспечения.

<![if !vml]><![endif]>

Рис. 1.8 - Расположение узлов сети и их взаимодействие на уровне программного обеспечения.

 

 

 

1.11.     Частотный диапазон GSM

 

GSM включает в себя три диапазона частот: 900, 1800, 1900 МГц.

 

Диапазон 900 МГц

<![if !vml]><![endif]>

Рис. 1.9  Частотные диапазоны GSM

 

Изначально под стандарт GSM был выделен диапазон 900 МГц. В настоящее время данный диапазон остаётся всемирным. В некоторых странах используются расширенные диапазоны частот, обеспечивающие большую ёмкость сети. Расширенные диапазоны частот называются E-GSM и R-GSM, в то время как обычный диапазон носит название P-GSM (primary).

<![if !supportLists]>·         <![endif]>P-GSM900 890-915/915-960 MHz

<![if !supportLists]>·         <![endif]>E-GSM900 880-915/925-960 MHz

<![if !supportLists]>·         <![endif]>R-GSM900 890-920/915-970 MHz

 

 

Диапазон 1800 МГц

В 1990 г. для увеличения конкуренции между операторами, UnitedKingdom начали развивать новую версию GSM, которая адаптирована к диапазону частот 1800. Сразу после утверждения данного диапазона несколько стран сделали заявку на использование данного диапазона частот. Введение данного диапазона увеличило рост количества операторов, приводя к увеличению конкуренции и, соответственно, улучшению качества обслуживания. Применение данного диапазона позволяет увеличивать емкость сети за счёт увеличения полосы пропускания и, соответственно, увеличение несущих. Диапазон частот 1800 использует следующие пары дуплексных частот: GSM 1710-1805/1785-1880 MHz

До 1997 года стандарт 1800 носил название DigitalCellularSystem (DCS) 1800 MHz, в настоящее время носит название GSM 1800.

 


Диапазон 1900 МГц

 

В 1995 году в США была специфицирована концепция PCS (Персональные услуги связи).  Основной идеей этой концепции является возможность предоставления персональной связи, то есть связи между двумя абонентами, а не между двумя мобильными станциями. PCS не требует, чтобы эти услуги были реализованы на основе сотовой технологии, но в настоящее время эта технология признана наиболее эффективной для данной концепции. Частоты, доступные для реализации PCS, находятся в области 1900 МГц. Поскольку в Северной Америке стандарт GSM 900 не может быть использован из-за того, что эта полоса частот занята другим стандартом, стандарт GSM 1900 является возможностью заполнения этого пробела. Основным различием между американским стандартом GSM 1900 и GSM 900 является то, что GSM 1900 поддерживает сигнализацию ANSI.

 

Диапазон GSM 800

 

Традиционно полоса 800 МГц была занята распространенным в США стандартом TDMA (AMPS и D-AMPS). Как и в случае со стандартом GSM 1800 этот стандарт дает возможность получения дополнительных лицензий, то есть расширяет область работы стандарта на  национальных сетях предоставляя операторам дополнительную емкость.

В таблицу 2 снесены сравнительные данные различных частотных диапазонов.

 

Таблица 2 - Диапазоны частот

Передача

Диапазоны частот

P-GSM 900

E-GSM 900

R-GSM 900

GSM 1800

GSM 1900

Uplink

890 – 915 МГц

880 - 915 МГц

890 – 925 МГц

1710 – 1785 МГц

1850 – 1910 МГц

Downlink

935 – 960 МГц

925 - 960 МГц

935 – 970 МГц

1805 – 1880 МГц

1930 – 1990 МГц

 

 

 

 

 

1.12      Состояния мобильной станции

 

В процессе  развития мобильных систем был разработан ряд понятий, описывающих различные состояния мобильной станции.

Мобильная станция может иметь несколько состояний.

<![if !supportLists]>·         <![endif]>Idle («Свободно»): MS включена, но разговор не установлен;

<![if !supportLists]>·         <![endif]>Active («Активный режим»): MS включена, режим установленного соединения;

<![if !supportLists]>·         <![endif]>Detached: MS выключена

<![if !supportLists]>·         <![endif]>ImplicitDetach: MS не выходила на связь продолжительное время.

В таблице 3 приводятся ключевые понятия, которые помогают описать GSM режимы обслуживания трафика.

Таблица 3 – Состояния мобильной станции

Состояние

Термин

Определение

IDLE

Регистрация (Registration)

Процесс, когда MS сообщает системе о ее включении

Роуминг (Roaming)

Режим, когда MS двигается по всей сети в свободном режиме

Интернациональный роуминг (InternationalRoaming)

Режим, когда MS уезжает в зону действия других операторов. MS будет в роуминге тогда, когда с другим оператором достигнуто роуминговское соглашение

LocationUpdating

MS сообщает системе о том, что она вошла в новую LA

Paging

Процесс, когда MS вызывается системой, т.е. когда MS получает вызывное сообщение с идентификационным номером MS

ACTIVE

Handover

Процесс эстафетной передачи, при движении MS через несколько сот

 

 

Регистрация МС и роуминг

 

 

<![if !vml]><![endif]>

 

 

Рис. 1.10 Роуминг

 

Когда MS выключается, в системе мобильная станция отмечается как Detach. Когда MS включается, она начинает сканировать весь частотный GSM диапазон, используя при этом специальные каналы управления. После того как MS находит каналы, она начинает измерять уровни сигнала на этих каналах, после чего эти данные запоминаются в MS. После того, как каналы были измерены, МС выбирает наилучший канал.

После того как MS включилась, она должна зарегистрироваться в системе, после чего система помечает её как мобильную станцию в состоянии IDLE. Если оказывается, что MS находится в другой LA, то MS осуществляет процедуру обновления своего местоположения.

В процессе движения по сети MS постоянно сканирует каналы для определения канала с наибольшим уровнем сигнала. Если MS находит лучшую частоту, она перестраивается на неё<![if !supportFootnotes]>[1]<![endif]>. Если новая частота принадлежит новой LA, то система также оповещает об этом MS.


Глава 2 - Концепция беспроводной связи

 

2.1 Частотная концепция

 

В таблице 1 сведены частотные данные для различных систем GSM.

Таблица 1 - частотные данные на различные GSM системы

Система

P-GSM 900

E-GSM 900

GSM 1800

GSM 1900

Частоты, МГц

  • Uplink
  • Downlink

 

890-915

935-960

 

880-915

925-960

 

1710-1785

1805-1885

 

1850-1910

1930-1990

Длина волны, cм.

~33

~33

~17

~16

Полоса пропускания

25

35

75

60

Дуплексный разнос

45

45

95

80

Канальное разделение

200

200

200

200

Количество радиоканалов<![if !supportFootnotes]>[2]<![endif]>

125

175

375

300

Скорость передачи данных, Кбит/сек.

270

270

270

270

 

2.1.1 Частота

 

Мобильная станция связывается с базовыми станциями посредством передачи и приёма радиоволн, которые являются переносчиками электромагнитной энергии. Частота – это количество колебаний в секунду. Частота измеряется в Гц. 1 Гц – одно колебание в секунду. Радиоволны используются повсюду:

<![if !supportLists]>·         <![endif]>Телевидение

<![if !supportLists]>·         <![endif]>Медицина

<![if !supportLists]>·         <![endif]>Военная промышленность

<![if !supportLists]>·         <![endif]>Космос и т.д.

Каждый оператор мобильной связи имеет разрешение на определённое количество частот в определённом территориальном районе. Разрешение на частоты выдаётся ГКРЧ (Государственным комитетом по радиочастотам). В Америке, например, частоты покупаются на аукционах.

 

На рис. 2.1 приведено распределение частотных диапазонов, используемых для мобильной связи.

 

<![if !vml]><![endif]>

 

Рис. 2.1  Распределение частотных диапазонов для мобильных стандартов

 

 

 

2.1.2. Длина волны

 

Существует несколько типов электромагнитных волн. Эти электромагнитные волны могут быть описаны синусоидальной функцией, которая характеризуется длинной волны. Длина волны l - это длина одного колебания. lизмеряется в метрах. Частота колебаний и длина волны соотносятся между собой через скорость распространения света в вакууме (<![if !vml]><![endif]> м/сек.).

Длина волны может быть определена по формуле 1.1.

<![if !vml]><![endif]>                                                                (2.1)

 

 

Таким образом, для диапазона GSM 900 длина волны равна:

<![if !vml]><![endif]>

Из формулы 2.1 видно, что чем больше частота, тем меньше длина волны.  Более низкие частоты, с большой длинной волны лучше распространяются на большие расстояния, чем волны с большой частотой. Это связанно с тем, что такие волны могут распространяться, огибая поверхность земли за счёт тропосферного распространения. Телевизионное и FM вещание является представителями низких частот.

Высокие частоты, с маленькой длинной волны лучше распространяются  на короткие расстояния. Это связанно с большой чувствительностью к различного рода препятствиям, стоящим на пути распространения волны.

Большие частоты применяются либо на дистанциях прямой видимости, либо в областях с малой зоной охвата, где приёмник располагается относительно близко к базовой станции.

 

 

2.1.3. Полоса пропускания

 

Термин ширина полосы пропускания введён для определения диапазона частот, используемого, например, для передачи сигналов в направлении uplink – от MS к BTS. Ширина полосы пропускания зависит о количества доступных частот в частотном спектре. Ширина полосы пропускания является одним из определяющих параметров, от которого зависит емкость мобильной системы, то есть то количество соединений, которые могут быть установлены одновременно.

 

2.1.4. Каналы

 

Еще одним параметром, определяющим ёмкость системы, является канал.  Канал – это частота, или набор частот, которые могут быть использованы для передачи речи/данных.

Каналы связи могут быт различного типа. В таблице 2 приводятся данные по существующим типам каналов.

 

Таблица 2 –Существующие типы каналов

Тип

Описание

Применение

Симплекс

Передача в одну сторону

Телевидение, FM радио

Полудуплекс

Возможная передача в обе стороны, не одновременно

Милиция

Полный дуплекс

Возможная передача в обе  стороны одновременно

Мобильные системы

Симплексный канал, например такой, как музыкальный радиоканал FM, использует одну частоту  только в одном направлении. Дуплексный канал, например такой, как в мобильных системах, использует две частоты: одна используется для установления соединения по направлению к мобильной станции, другая - по направлению к базовой станции.

Передача радиосигнала по направлению к базовой станции называется  uplink, а передача по направлению к мобильной станции – downlink.

 

На рис. 2.2 схематически представлены направления передачи радиосигналов.

 

<![if !vml]><![endif]>

Рис. 2.2 - Направления передачи радиосигналов

 

2.1.5. Дуплексный разнос

 

Для передачи сигналов в двух направлениях (uplink, downlink), необходим дуплексный разнос данных диапазонов. Расстояние между направлениями передачи сигналов называется дуплексным разносом частот.

Без дуплексного разноса частот передаваемые в обоих направлениях сигналы интерферировали бы между собой. На рис. 2.3, схематически представлен дуплексный разнос частот в системе GSM 900.

 

<![if !vml]><![endif]>

Рис. 2.3 – Дуплексный разнос частот

2.1.6. Канальное разделение

 

Вдобавок к дуплексному разносу частот, каждая мобильная система включает ещё и канальное разделение<![if !supportFootnotes]>[3]<![endif]>. Канальное разделение – это расстояние между каналами в частотном диапазоне, используемое для передачи сигналов только в одном направлении.

Канальное разделение требуется для избежания наложения информации предаваемой на соседних каналах.

Межканальное расстояние между двумя каналами зависит от количества передаваемой информации внутри канала. Чем больше количество передаваемой информации, тем шире должно быть межканальное разделение. На рис. 2.4 приведён пример канального разделения.

<![if !vml]><![endif]>

Рис. 2.4 – Канальное разделение

 

Из рис. 2.4 видно, что несущие частоты 895.4 и 895.6 МГц модулируются и образуют определённый частотный спектр. Чтобы избежать наложения частотных спектров этих несущих вводится межканальное расстояние в 200 кГц. Более узкий межканальный интервал может привести к перекрёстным искажениям или приведёт к зашумлённости каналов.

 

2.1.7. Ёмкость системы и повторное использование частот

 

Количество используемых в соте частот определяет емкость соты. Каждый оператор имеет лицензию на определённое количество частот, которые могут быть использованы в определённых районах. Данные частоты, согласно частотному плану и разрешениям Госсвязнадзора, используются в

сотах сети оператора. В соте может использоваться одна или несколько  частот в зависимости от интенсивности трафика  и доступных согласно частотному плану частот.

Очень важно, чтобы частотный план исключал возможности возникновения интерференции, которая может быть вызвана несколькими факторами.

Основной фактор, влияющий на уровень интерференции – близкое расположение повторных частот. Возрастание интерференции приводит к снижению качества обслуживания абонентов.

Например, для охвата всей России сетью сотовой связи с достаточной емкостью необходимо многократное использование частот в различных географических местностях. Причем частоты не должны повторяться в близлежащих сотах во избежание возникновения интерференции.

Для повторения частот необходимо использовать существующие модели повторного использования частот. На рис. 2.5 представлена упрощённая модель применения повторного использования частот. Из рис. 2.5 видно, что повторное использование частот должно быть применено в сотах, находящихся на достаточно большом расстоянии друг от друга. В связи с эти вводится понятие «расстояние» повторного использования частот, которое идентифицирует модель повторения частот.

 

<![if !vml]><![endif]>

Рис. 2.5 - Повторное использование частот

 

 

 

2.1.8 Скорость передачи

 

Количество информации, передаваемой через радиоканал за определенный период времени, называется скоростью передачи. Скорость передачи выражается в таких единицах, как бит/сек. Скорость передачи речи/данных, через радиоинтерфейс в системе GSM составляет 270 Кбит/сек.

 

2.1.9 Модуляция

 

Как известно, в системе GSM используются частоты диапазона 900 МГц. Данные частоты не являются теми частотами, на которых генерируется информация, поэтому для передачи информации используют модуляцию несущей низкочастотным сигналом (таким, например, как речевой сигнал), транслируя данный сигнал в область высоких частот, на которых осуществляется передача через эфир.

Как известно модуляция бывает:

<![if !supportLists]>·         <![endif]>Амплитудная.

<![if !supportLists]>·         <![endif]>Частотная

<![if !supportLists]>·         <![endif]>Фазовая

Название типа модуляции зависит от того, как модулируется входной сигнал:  по амплитуде, частоте или фазе. В цифровых системах модуляцию называют манипуляцией. Любой тип модуляции приводит к увеличению используемого частотного спектра, что в свою очередь ограничивает ёмкость доступного частотного диапазона.

Основное правило модуляционной техники: 1 бит/сек. может быть передан внутри полосы частот в 1 Гц. Используя данный метод можно передать информацию, имеющую скорость 200 Кбит/сек, в полосе частот 200 кГц. Однако существуют современные методы модуляции, позволяющие передавать более 1 бит/сек внутри 1 Гц. Один из таких методов модуляции используется в системе GSM и носит название GaussianMinimumShiftKeying (GMSK) – гаусовская манипуляция с минимальным фазовым сдвигом, которая позволяет орагнизовать канал передачи со скоростью 270 Кбит/сек внутри полосы 200 кГц.

Канальная ёмкость в системе GSM не может сравниваться с канальной ёмкостью мобильных систем других стандартов, которые предают большее количество бит/сек. через канал. В связи с этим ёмкость таких систем выше.

Однако благодаря использованию в системе GSM модуляции GMSK на значение интерференции устанавливается больший допуск. Последнее обуславливает более эффективное применение метода повторного использования частот, что соответствует возможности увеличения емкости системы по сравнению с другими стандартами мобильных систем (например NMT-450).

 

 

2.1.10. Метод доступа: временное разделение каналов (TDMA)

 

Большинство мобильных систем используют метод временного разделения каналов (TimeDivisionMultipleAccess - TDMA) для приёма и передачи речевых сигналов.

Благодаря применению TDMA один канал используется для обслуживания нескольких вызовов/установления нескольких соединений. Каждое соединение устанавливается по одному и тому же каналу, но в разные временные интервалы. Эти временные интервалы обозначаются как TS -  timeslots. Каждая MS в процессе соединения занимает  один TS как при направлении связи uplink, так и downlink. Информация, передаваемая  через один TS, называется пакетом (burst).

Кадр TDMA в системе GSM состоит из 8 временных интервалов. Это означает, что в системе GSM на одной несущей может быть осуществлено 8 соединений. На рис. 2.6 приведена структура TDMA.

<![if !vml]><![endif]>

 

Рис. 2.6  Структура TDMA

 

 

 

2.2 Аналоговая и цифровая передача

 

2.2.1. Информация аналогового вида

 

Аналоговая информация – это непрерывно меняющиеся во времени значения. Примером аналоговой информации является время.

 

2.2.2. Аналоговые сигналы

 

Аналоговый сигнал – это непрерывная форма сигнала, которая изменяется в соответствии со свойствами передаваемой информации.

<![if !vml]><![endif]>

Рис. 2.7 – Аналоговый сигнал

 

2.2.3. Цифровая информация

 

Цифровая информация  - набор дискретных значений. Время также может быть представлено в цифровом виде. Однако цифровое время может быть представлено часами, у которых стрелка перепрыгивает от одной минуты к другой, не останавливаясь на секундах.

 

 

2.2.4. Цифровые сигналы

 

Цифровой сигнал – это набор дискретов определённой формы

 

<![if !vml]><![endif]>

 

Рис. 3.8 – Цифровой сигнал

 

2.2.5. Преимущества использования цифрового сигнала

 

Человеческая речь – аналоговый сигнал. У речи изменяется как частота (верхние и нижние тона), так и амплитуда (шёпот и крик).

На первый взгляд лучшим способом передачи аналоговой информации  (речи) является использование аналоговых сигналов. Аналоговая информация – это непрерывная информация и, если она будет представлена в цифровом виде, то часть информации будет ошибочна (секунда в цифровых часах).

Все сигналы, как аналоговые, так и цифровые, искажаются при передаче на большие расстояния. Для аналоговых сигналов единственным решеним таких проблем является увеличение амплитуды сигнала. Однако при таком решении увеличивается и амплитуда искажений. При передаче цифровых сигналов может применяться метод восстановления, который позволяет воссоздать сигнал без  искажений.

 

<![if !vml]><![endif]>

Рис. 2.9 –Восстановление и оцифровка аналогового сигнала

 

Существуют проблемы, связанные с  точностью преобразования аналогового сигнала в цифровые сигналы. Последнее связано с методами существующих моделей преобразования сигналов. Однако разработаны модели, которые с достаточной степень точности производят такие преобразования.

В целом, если модели достаточно точны, то цифровые сигналы обеспечивают лучшее качество для передачи аналоговой информации, чем аналоговые сигналы.

 

2.3. Проблемы,  возникающие при передачи радиосигналов

 

Существует много проблем, возникающих при передачи радиосигналов. Ниже перечисляются некоторые из известных проблем.

 

2.3.1. Потери на пути распространения радиосигналов (Path loss)

 

PathLoss (PL) – это потери, возникающие тогда, когда принимаемый сигнал становится всё слабее и слабее из-за увеличения расстояния между MS и BТS. Проблема PL редко ведёт к разрыву соединения (droppedcalls), потому что как только проблема становится экстремальной, соединение переключается на другую BТS и PL становится, соответственно, меньше.

 

2.3.2. Затенения (Shadowing)

 

Затенения случаются тогда, когда на пути распространения радиосигнала между  MS и BТS возникают физические препятствия, например, холмы, здания, деревья и т.д. Препятствия создают эффект затенения, который уменьшает уровень сигнала (signalstrength). Уровень сигнала в процессе движения MS флуктуирует  в зависимости от возникающих препятствий на пути между MS и BТS.

Действующие на сигнал замирания изменяют уровень сигнала. Снижение уровня сигнала называется глубиной замирания (fadingdips). На рис. 2.10 показаны препятствия, возникающие на пути распространения сигнала между MS и BТS.

 

 

 

 

<![if !vml]><![endif]>

 

Рис.2.10 - Препятствия на пути передачи радиосигнала

 

 

2.3.3. Многолучёвые замирания (Multipath fading)

 

Многолучёвые замираниявозникают тогда, когда существует более чем один путь распространения радиоволны между MS и BТS и, в связи с этим, к приёмнику приходит более чем один сигнал. Последнее связано с многократным отражением радиосигнала от  таких препятствий, как горы, здания, располагающиеся либо близко, либо далеко от приёмников.

 

2.3.4. Релеевские замирания сигналов (Rayleigh fading)

 

Релеевские замирания возникают тогда, когда сигнал достигает приёмника по нескольким путям от базовой станции. В этом случае сигнал не принимается по линии прямой видимости прямо от передающей антенны, а приходит с разных направлений, отражаясь от зданий. Релеевские замирания сильно выражены тогда, когда препятствия располагаются близко к приёмной антенне. Результирующий принятый  сигнал представляет собой сумму сигналов, пришедших с разной амплитудой и фазой. Глубина замираний и их периодичность зависят от скорости движения MS и рабочей частоты. Расстояние между замираниями приблизительно составляет половину длины волны колебания. Таким образом, в системе GSM 900 расстояние между двумя замираниями составляет 17см.

<![if !vml]><![endif]>

 

Рис. 2.11  Причина Релеевских замираний

 

2.3.5. Временная дисперсия (Time Dispersion)

 

Временная дисперсия является дополнительной проблемой, связанной с многолучёвым характером распространения радиоволн между MS и BТS.

Однако в данном случае в сравнении с Релеевскими замираниями, отражённый сигнал приходит к приёмной антенне, отражаясь от достаточно удалённых объектов, таких как горы, холмы.

Временная интерференция вызывает межсимвольную  интерференцию (Inter-SymbolInterference - ISI), где последовательные символы (биты) интерферируют друг  с другом, что затрудняет приёмнику правильно определять символы.

Примером может служить рисунок 2.12, где представлена передача последовательности 1, 0 от BTS.

<![if !vml]><![endif]>

 

Рис 2.12  Временная дисперсия

 

Если отраженный сигнал приходит после прохождения одного бита прямого сигнала, то приёмник обнаруживает «1» от отраженной волны и в то же самое время «0» от прямой радиоволны. Поэтому символ «1» интерферирует с символом «0» и MS не знает, какой из этих символов является правильным.

 

2.3.6. Временное наложение (Time Alignment)

 

Каждая MS во время обслуживания вызова занимает один TS внутри кадра TDMA. Другими словами, мобильная станция занимает определённый временной интервал, в течение которого MS передаёт информацию на BТS.

Проблема временного наложения проявляется тогда, когда часть информации, переданная MS, не приходит в занимаемом TS.

Вместо этого не пришедшая часть информации придёт в следующем TS, следовательно, может интерферировать с информацией, передаваемой  другой MS, использующей другой TS (рис. 2.13).

Временное наложение возникает за счёт большого расстояния между MS и BТS. Сигнал же не может распространяться на большие расстояния внутри заданного значения временной задержки.

 

<![if !vml]><![endif]>

 

Рис. 2.13 Временная задержка

 

2.3.7. Комбинированные потери сигнала (Combined Signal Loss)

 

Все проблемы, возникающие при распространении сигнала, в частности  те, которые были описаны выше, возникают и существуют независимо друг от друга. Однако в процессе обслуживания некоторых вызовов эти проблемы могут возникать одновременно. Такое наложение сигналов можно представить зависимостью изменения сигнала на входе приёмника MS в процессе её движения.

На рис. 2.14 представлена такая зависимость. На данном рисунке представлены суммарные потери в виде PL, затенений, Релеевских замираний (комбинированные потери сигнала). Уровень сигнала как глобальное среднее значение уменьшается с расстоянием (pathloss), что приводит к разрыву соединения. Вокруг глобального среднего существуют медленные вариации поля за счёт затенений и быстрые вариации за счёт  Релеевских  замираний.

 

<![if !vml]><![endif]>

 

Рис. 2.14 Вариации сигнала с изменением расстояния

 

 

В любой другой точке флуктуации сигнала будут выглядеть  так, как показано на рисунке 2.15.

 

<![if !vml]><![endif]>

 

Рис. 2.15 – Флуктуации сигнала на антенне приёмника

 

Из рисунка видно, что чувствительность телефона не должна быть меньше минимального значения сигнала (на рисунке 2.15 это показано глубиной затухания). Например, если необходимо принять сигнал с мощностью –100 dBm, то чувствительность телефона должна быть не меньше (-104 dBm), а даже больше, в противном случае информация будет утеряна. Чтобы быть уверенным в том, что информация не будет потеряна, необходимо, чтобы глобальное среднее значение напряжённости поля было больше на такую величину dB, на какую в dB отклоняется самое большее замирание. Такой запас на замирание представляет собой разницу между чувствительностью и средним значением напряжённости поля.

 

2.4 Решение проблем, возникающих при передаче сигнала

 

При цифровой передаче данных качество переданного сигнала выражается в терминах «сколько некорректных битов информации было принято». Названием термина, характеризующего качество принятой информации, является частота ошибок по битам (BERBitErrorRatio). BER определяет процентное отношение количества неправильно принятых битов к общему количеству переданных битов информации.

 

<![if !vml]><![endif]>

Данное отношение должно быть как можно ниже. В общем случае, данное отношение невозможно свести к нулю, это связанно с тем, что путь распространения радиоволн постоянно меняется. Это особенно важно в течение передачи данных по сравнению с передачей речи, для которой  приемлемо более высокое количество BER, чем для данных.

Канальное же кодирование используется для обнаружения и коррекции ошибок в принимаемом потоке битов. Данное кодирование добавляет биты к сообщению, осуществляя избыточность сообщения, позволяя не только обнаруживать неправильные биты, но и исправлять.

 

2.4.1. Перемежение (Interleaving)

 

Чаще всего на практике битовые ошибки появляются последовательно друг за другом. Это связанно с тем, что долговременные глубокие замирания воздействуют сразу же на несколько последовательных битов информации. Канальное кодирование эффективно используется в случаях появления одиночных ошибок и последовательностях короткой длины. В связи с этим, применение только канального кодирования не применимо в условиях появления длинных последовательностей ошибок.

Поэтому для избежания ошибочного приема битов вводится процесс Interleavingинтерливинга или перемежения. Этот процесс позволяет разбить последовательные  биты сообщений так, чтобы эти биты не передавались  последовательно друг за другом.

Рассмотрим в качестве примера блок сообщения, который может состоять из четырёх битов (1234). Если четыре таких последовательных блока передаются и один теряется, причём интерливинг отсутствует, то количество ошибок BER для всего сообщения составит 25%, а для потерянного сообщения 100%. И в этом случае восстановить его становится практически  невозможным.

Если используется интерливинг, как показано на рисунке 2.16, то бит каждого блока может быть передан не последовательным способом. Если при передаче информации теряется один блок, то общее количество ошибок также составляет 25%. Однако такая потеря информации приводит к потере информации в каждом блоке, причём количество BER для каждого блока составляет 25%. Данная ситуация считается более приемлемой, чем ранее, так как вероятность определения и восстановления канальным кодером становится больше.

 

 

<![if !vml]><![endif]>

 

Рис 2.16 Процесс интерливинга

 

<![if !vml]><![endif]>

 

Рис. 2.17 Принятые блоки с учётом интерливинга

 

 2.4.2. Разнесённыйприём (Antenna Diversity)

 

Использование разнесённого приёма позволяет получить больший уровень сигнала на выходе антенно-фидерного тракта посредством использования особенностей распространения радиоволн. Существует два типа разнесённого приёма:

  • Пространственное разнесение
  • Поляризационное разнесение

 

2.4.2.1 Пространственное разнесение

 

Для того чтобы увеличить уровень принимаемого сигнала BТS прибегают к пространственному разнесению антенной системы. В данной конструкции используется 2 антенны вместо одной. Если при разнесении используется 2 антенны, то вероятность того, что в одно и тоже время на обе антенны придут две одинаковые волны, на которые повлияли глубокие замирания, очень мала. В диапазоне 900 МГц, используя пространственное разнесение, можно достичь усиления сигнала в 3 dB, при этом расстояние между антеннами должно быть 5 – 6 метров (12 – 18 l) для горизонтального разнесения и 25*(12 – 18*l) для вертикального разнесения. В диапазоне 1800 Мгц, расстояние должно быть уменьшено из-за меньшего значения длины волны. 

Используя данный метод и выбирая сигнал с большим уровнем можно в значительной степени уменьшить воздействие замираний сигнала.

Следует отметить, что пространственное разнесение даёт немного большее усиление сигнала (до 5dBm), чем при использовании поляризационного приёма, но, в свою очередь требует большего пространства для монтажа антенн.

На рис. 2.18 представлено влияние использования пространственного приёма.

 

<![if !vml]><![endif]>

 

 

Рис. 2.18  Пространственное разнесение антенн

 

 

 

 

2.4.2.2 Поляризационное разнесение

 

При использовании поляризационного приёма антенны разнесённого приёма заменяются одной антенной с двойной поляризацией. Данная антенна имеет нормальный корпус, но имеет две различные поляризационные антенные решетки.  Самые популярные антенны – это антенны с горизонтальной/вертикальной поляризацией и антенны, имеющие наклонную поляризацию в 45о. Две антенные решётки соединяются в одну соединительную схему, называемую Rx в BTS. Две антенные решетки могут также быть использованы как совмещённые Tx/Rx антенны. На практике считается, что коэффициент усиления с использованием двух типов разнесённого приёма одинаков, но в случае поляризационного приёма экономится размер монтажной площадки антенно-фидерной системы.

 

 

 

2.4.3. Адаптивнаякоррекция (Adaptive Equalization)

 

Адаптивная коррекция – метод, специально разработанный для решения проблем, связанных с временной дисперсией сигналов.

Работа данного метода заключается в следующем:

<![if !supportLists]>1.     <![endif]>За основу данного метода берется набор априорно известных битов информации, называемый тестовой последовательностью (trainingsequence). Данная последовательность известна как BTS, так и MS. BTS дает команду MS включить одну из этих последовательностей в передачу полезной информации по направлению к BTS.

<![if !supportLists]>2.     <![endif]>MS включает в передаваемое сообщение по направлению к BTS тестовую последовательность (на рис. 2.19, данная последовательность показывается буквой S). Однако, при передаче сообщения через радиоэфир, последнее может быть искажено (потеря нескольких бит информации).

<![if !supportLists]>3.     <![endif]>BTS принимает сообщение от MS и проверяет тестовую последовательность внутри передаваемого сообщения. После того, как сообщение принято, BTS сравнивает принятую тестовую последовательность с тестовой последовательностью, которую должна была использовать MS по указанию BTS. Если существует отличие между двумя тестовыми последовательностями, это означает, что проблемы в радиоэфире воздействовали не только на тестовые последовательности, но так же и на полезную информацию.

<![if !supportLists]>4.     <![endif]>После установления различия в тестовых последовательностях, BTS начинает процесс восстановления потерянной полезной информации. Для этого она использует апостериорную информацию о повреждениях внутри тестовой последовательности.

 

<![if !vml]><![endif]>

Рис. 2.19  Адаптивная коррекция

 

Поскольку BTS делает предположения о радиоэфире на основе тестовых последовательностей, то результат адаптивного восстановления потерянной информации не может быть 100% -но удачным.

Несмотря на это применение такого метода дает достаточно хорошие результаты восстановления сигнала. К примеру, в качестве адаптивного эквалайзера в системе GSM используется эквалайзер Витерби (Viterbiequalizer).

 

2.4.4. Перескоки по частоте (Frequency Hopping)

 

Как было указанно выше, Релеевские замирания частотно зависимы. Это означает, что глубина таких замираний различна в каждом из районов местности и на разных частотах. В связи с этим в системе GSM  предусмотрена опция FrequencyHopping - перескоки по частоте для MS и BТS в процессе установления соединения. Одновременный перескок по частоте MS и BТS обуславливается точной взаимной синхронизацией.

Согласно рекомендациям стандарта GSM существует 64 последовательности перескока по частоте. Одна из этих последовательностей циклическая или последовательная, а 63 остальных – псевдослучайные, которые могут быть сконфигурированы самим оператором.

На рис. 2.20, схематично представлен процесс перескока по частоте.

В течение кадра NTDMA используется несущая С1, в то время как в течение кадра N+1 используется несущая C2. Таким образом на протяжении всего  установленного соединения используется один и тот же временной интервал, но изменяются частоты согласно определённой последовательности перескока по частоте.

 

<![if !vml]><![endif]>

 

Рис. 2.20 Перескоки по частоте

 

 

2.4.5. Временная задержка (Timing Advance)

 

Применение временной задержки связанно с тем, что иногда возникают проблемы с временным наложением. Данное опережение позволяет передавать свои кадры раньше, чем устанавливается соединение.

В системе GSM временная задержка интерпретируется в битах.

Известно, что первый этап установления соединения от MS к BТS осуществляется по направлению «Uplink» (направление от MS к BS). Данное соединение происходит в виде передачи пакета доступа (AB - accessburst) по каналу параллельного доступа (RACHrandomaccesschannel).

<![if !vml]><![endif]>

 

Рис. 2.21. Временное опережение

 

Пакет доступа кроме первого этапа установления соединения используется при осуществлении хэндовера, при этом используется уже не канал RACH, а канал управления с быстрым доступом (FACCHFastAssociatedCommonControlChannel).

Основной характеристикой пакета доступа является то, что кроме последовательности синхронизации (49 бит) и битов кодирования (39 бит) в нем передается информация о временной задержке распространения сигнала от MS к BТS. Информация о временной задержке предаётся в защитном интервале (GB - guardperiod), размер которого составляет 68.25 бит. А длительность -  252 мксек. Графическая интерпретация  временных кадров представлена на рис. 2.22.

 

<![if !vml]><![endif]>

 

Рис. 2.22. Графическая интерпретация интервал доступа

 

На рис. 2.22 ТВ (tailbits )означает так называемые хвостовые биты, они предназначенные для выравнивания во временном кадре.

При первом установлении соединения MS не знает, на каком расстоянии она находится от BТS, и следовательно, не знает о величине временной задержки. Пакет доступа, который мобильная станция посылает со значением временной задержки «0» по отношению к ее внутренней временной базе, является достаточно небольшим по своим размерам и умещается во временном интервале 252 мксек, включая двойную максимальную задержку распространения сигнала по радиоканалу.

Использование временной задержки даёт возможность определять расстояние между мобильным абонентом и базовой станцией.

Максимальный радиус соты в стандарте GSM составляет 35 км. Это расстояние и определяется максимальной задержкой на распространение сигнала (63 бит).

Используя данные о значениях временной задержки, можно определить действующее расстояние между базовой станцией и подвижной станцией, которое может быть записано в виде произведения TA и множителя расстояния, формула 2.2.

<![if !vml]><![endif]>                                                            (2.2)

где TA – временная задержка для обычного радиуса сот; DRT – расстояние от мобильной станции до базовой станции, которое  определяется как

<![if !vml]><![endif]>                                                                     (2.3)

 

где v – скорость света <![if !vml]><![endif]>; t = 1 бит = 48/13 [мксек].

 


2.5 Процесс передачи в системе GSM

 

На рис. 2.23 представлен процесс передачи в системе стандарта GSM.

<![if !vml]><![endif]>

 

Рис 2.23. Процесс передачи в системе GSM

 

Условно процесс передачи в системе  GSM можем разделить на несколько этапов.

<![if !supportLists]>·         <![endif]>Аналого-цифровое преобразование (АЦП):

<![if !supportLists]>-          <![endif]>Формирование выборки сигнала (дискретизация)

<![if !supportLists]>-          <![endif]>Квантование по уровням

<![if !supportLists]>-          <![endif]>Кодирование

<![if !supportLists]>·         <![endif]>Сегментация

<![if !supportLists]>·         <![endif]>Речевое кодирование

<![if !supportLists]>·         <![endif]>Канальное кодирование

<![if !supportLists]>·         <![endif]>Интерливинг (перемежение)

<![if !supportLists]>·         <![endif]>Шифрование

<![if !supportLists]>·         <![endif]>Форматирование кадров

<![if !supportLists]>·         <![endif]>Модуляция и передача

2.5.1. Аналого-цифровое преобразование. (Analog To Digital (A/D) Conversion)

Одним из первых шагов работы MS является шаг преобразования аналогового речевого сигнала в цифровую форму: A/DConversion. Результатом преобразования аналогового сигнала в цифровую форму  является набор битов, среди которых присутствуют нули и единицы.

 

<![if !vml]><![endif]>

Рис. 2.24. А/Ц преобразование

 

Процесс преобразования речи в цифровой сигнал носит название ИКМ (Импульсно кодовой модуляции). Процесс ИКМ включает в себя три основных этапа:

<![if !supportLists]>·         <![endif]>Дискретизацию (формирование выборки сигнала)

<![if !supportLists]>·         <![endif]>Квантование

<![if !supportLists]>·         <![endif]>Кодирование

 

2.5.1.1 Дискретизация (Sampling)

 

Дискретизация или формирование выборки сигнала означает измерение уровня аналогового сигнала в определённые временные интервалы.

<![if !vml]><![endif]>

 

Рис. 2.25. Формирование выборки сигнала

 

Точность описания аналогового сигнала в терминах "цифра", зависит от того, как часто осуществляется выборка сигнала. Последнее определяется частотой формирования выборки сигнала. Теорема Котельникова гласит, что для передачи сигнала с ограниченным спектром без искажений необходимо производить определение уровня  сигнала с частотой, равной двум частотам наивысшей гармоники аналогового сигнала.

Обычная речь, передаваемая в телефонии, содержит частоты, лежащие в диапазоне от 300 до 3400 Гц. Мощность наивысшей частоты речи невелика, поэтому может не приниматься во внимание. Согласно теории дискретизации аналоговых сигналов частота формирование выборки сигнала должна равняться 2*3.4 кГц = 6.8 кГц. В телекоммуникационных системах частота дискретизации составляет 8 кГц, что удовлетворяет предъявляемым требованиям.

 

2.5.1.2 Квантование (Quantization)

 

Следующий этап – этап квантования. Квантование позволяет каждому полученному при дискретизации отсчёту (уровню сигнала) присвоить конкретное значение. В связи с этим амплитуда сигнала во время его дискретизации измеряется, а затем сопоставляется в заранее известным  уровнем сигнала, таким образом абсолютное значение измеренного сигнала заменяется на конкретное значение - номер уровня заранее известной последовательности.

На рис. 2.26. схематично представлено квантование аналогового сигнала. Может показаться, что при аппроксимации сигнала вносится ошибка передачи достоверного сигнала. Последнее зависит от количества уровней квантования. Следует отметить, что в обычной телефонии используется 256 уровней квантования, в то время как в системе GSM используется 8192 уровней.

 

 

 

 

 

 

 

 

<![if !vml]><![endif]>

 

Рис 2.26 Процесс квантования

 

 

2.5.1.3 Кодирование (Coding)

 

Процесс кодирования включает в себя преобразование квантованных значений в бинарный код 1/0.

Каждое значение представляется бинарным кодом из 13 бит (<![if !vml]><![endif]>). Например, значению 2157 будет соответствовать число 0100001101101.

 

<![if !vml]><![endif]>

 

Рис 2.27 Представление числа 2157 двоичным кодом

 

Результатом аналого-цифрового преобразования является оцифровка 8000 отчётов за секундный интервал и представление каждого отсчёта в виде бинарного кода длинной в 13 бит. Последнее в терминах скорости передачи данных соответствует скорости в 104 кбит/сек.

В случае, если 8 абонентов используют один радиоканал (одну несущую), то общая скорость передачи составляет 8*104 кбит/сек = 832 кбит/сек.

Исходя из того, что за одну секунду (одно колебание частотой один Герц) передаётся 1 бит информации и, учитывая, что полоса радиоканала составляет 200 кГц,  можно увидеть, что 8 абонентов не могут быть обслужены со скоростью 832 кбит/сек.. Для осуществления передачи абонентской информации с требуемой скоростью в системе GSM осуществляется сегментация и речевое кодирование.

 

2.5.2. Сегментация (Segmentation)

 

Основным методом  уменьшения скорости битового потока, представляющего собой закодированную речь, является передача информации о речи, а не самой речи, то есть в системе GSM непосредственно речевые сигналы не передаются. Вместо речи предаются параметры речи: тон (частота речевого сигнала), продолжительность конкретного тона, высота звука (уровень речевого сигнала)…. Параметры речи после их генерации передаются через сеть к другой MS, которая воспроизводит речь по полученным  параметрам речи.

Ниже более подробно представлено описание процессов сегментации и речевого кодирования.

Процесс воспроизведения человеческой речи начинается с вокального аккорда, производимого генерирующим тональные сигналы речевым органом. Такие речевые органы как рот, язык, зубы и т.д. работают как фильтр, изменяя природу данного тона. Цель речевого кодирования в системе GSM заключается в передачи только информации об оригинальном тоне и о фильтрах.

Поскольку речевые органы являются достаточно инерционными параметры фильтра, представляющего речевые органы, остаются постоянными в течение минимум 20 мсек. В связи с этим при речевом кодировании в системе GSM используется блочное кодирование с длительностью каждого блока в 20 мсек.

 

<![if !vml]><![endif]>

Рис 2.28 Сегментация и речевое кодирование

Кодирование осуществляется одним набором битов. На самом деле данный процесс похож на оцифровку речи с частотой 50 раз в секунду вместо 8000, как это используется при стандартном аналого-цифровом преобразовании.

 

<![if !supportLists]>2.5.3.       <![endif]>Речевое кодирование<![if !supportFootnotes]>[4]<![endif]> (Speech Coding)

 

Вместо использования кодирования последовательностью из 13 битов, применяемого в аналого-цифровом преобразовании, в речевом кодировании используется кодирование последовательностью из 260 битов. Следовательно, общая скорость передачи информации о речи составляет 50*260 = 13 кбит/сек. Данное кодирование обеспечивает удовлетворительное качество речи, которое приемлемо в мобильной телефонии и сравнимо с качеством проводных линий сетей общего пользования PSTN.

 

<![if !vml]><![endif]>

Рис 2.29 Зависимость качества речи от скорости кодирования

 

В настоящее время существует множество различных речевых кодеров. Некоторые кодеры являются высококачественными с большей скоростью кодирования (waveformcoders – кодирование формы сигнала). Некоторые кодеры обладают низким качеством, но обеспечивают меньшую скорость кодирования (vocoders). В системе GSM используются гибридные кодеры (HybridCoders), которые обеспечивают удовлетворительное качество речи при относительно малой скорости кодирования.

Речевой GSM кодер осуществляет кодирование со скоростью 13 кбит/сек для одного абонента. Следовательно, 8 абонентов при использовании  одной несущей будут обслуживаться со скоростью 8*13 кбит/сек = 104 кбит/сек. Оптимальность такого метода кодирования особенно заметна при сравнении с кодированием при аналого-цифровом преобразовании со скоростью 832 кбит/сек.

Однако речевое кодирование не защищает передаваемую информацию от искажения и ошибок при её передаче через радиоэфир. Для защиты речи от этих негативных явлений используются другие методы:

<![if !supportLists]>·         <![endif]>канальное кодирование

<![if !supportLists]>·         <![endif]>перемежение (интерливинг)

 

<![if !supportLists]>2.5.4.       <![endif]>Канальное кодирование (Channel Coding)

 

 

 

<![if !vml]><![endif]>

 

Рис. 2.30. Канальное кодирование

 

Канальное кодирование в системе GSM использует 260 бит, получаемых после речевого кодирования, как входную величину, и преобразует в последовательность, состоящую из 456 бит.

260 бит информации распределяются согласно их относительной важности:

<![if !supportLists]>·         <![endif]>Блок 1: 50 бит – очень важные биты

<![if !supportLists]>·         <![endif]>Блок 2: 132 бит - важные биты

<![if !supportLists]>·         <![endif]>Блок 3: 78 бит – не очень важные биты

Первый блок, состоящий из 50 бит, передаётся через кодер (устройство блочного кодирования), который добавляет ещё 3 бита для проверки четности, следовательно, получается последовательность из 53 битов. Эти 3 бита предназначаются для обнаружения ошибок в принимаемом сообщении.

После блочного кодирования 53 бита первого блока и 132 бита второго блока плюс 4 хвостовых бита (в общем 189 бит) передаются в свёрточный кодер 1:2,  на выходе которого получается 378 бит информации. Добавленные биты при свёрточном кодировании позволяют исправлять ошибки при приёме сообщений.

Остальные же биты третьего блока не защищены.

 

<![if !supportLists]>2.5.5.       <![endif]>Перемежение (Interleaving)

 

2.5.5.1. Первый уровень перемежения

 

Следует отметить, что канальный кодер осуществляет кодирование последовательностью из 456 битов для каждых 20 мсек. речи. После этого осуществляется интерливинг, в результате чего формируется 8 блоков по 57 бит каждый. См. рис 2.31.

Как показано на рис 2.32 в обычном пакете (normalburst) есть пространство для двух таких речевых блоков (по 57 бит). Назначение остальных битов будет рассматриваться ниже. Таким образом, если один из этих блоков теряется, это будет соответствовать 25 % BER внутри интервала речи продолжительностью 20 мсек. (2/8 = 25%)

<![if !vml]><![endif]>

Рис. 2.31. Интерливинг кодированной речи  в интервале 20 мсек.

 

<![if !vml]><![endif]>