Standardi mobilne komunikacije druge generacije rasprostranjeni su ne samo u Rusiji, već iu drugim zemljama. Najpoznatiji 2G standard je GSM (Global System for Mobile Communications). Oko 80% mobilnih mreža širom svijeta izgrađeno je prema ovom standardu. GSM mreže koristi 3 milijarde ljudi u više od 212 zemalja širom svijeta. Ovako široko rasprostranjena upotreba omogućava korištenje međunarodne veze između mobilnih operatera, što omogućava pretplatniku da koristi svoj telefon u gotovo svakom kutku svijeta. Štaviše, upravo je mogućnost (uključujući međunarodnu) glavna karakteristika GSM standarda od.
Razvoj GSM standarda započeo je davne 1982. godine od strane organizacije za standardizaciju. 1991. godine u Finskoj je puštena u rad prva GSM mreža na svijetu. Do kraja 1993. broj pretplatnika koji koriste ovaj standard premašio je milion. Do tog vremena, GSM mreže su bile raspoređene u 73 zemlje širom svijeta.
GSM mreže omogućavaju pružanje širokog spektra usluga:
Zahvaljujući tome, GSM je stekao snažnu poziciju na tržištu mobilne telefonije. Štaviše, sa sigurnošću možemo reći da će ovaj standard biti vodeći u narednih nekoliko godina.
Dakle, razmotrimo glavne elemente koji čine GSM sistem:
GSM mreža je podijeljena na 2 sistema. Svaki od ovih sistema uključuje niz funkcionalnih uređaja, koji su, pak, komponente mobilne radio komunikacijske mreže.
Ovi sistemi su:
Registar lokacija posjeta ()
Centar za autentifikaciju ()
Registar identifikacije opreme pretplatnika ()
Je baza podataka koja sadrži podatke o identifikacionim brojevima GSM mobilnih telefona. Ove informacije su potrebne za blokiranje ukradenih cijevi. nije obavezan element mreže. Postoji samo nekoliko operatera u svijetu koji su to implementirali u svoju mrežu.
Svi koristimo mobilne telefone, ali pritom retko ko razmišlja – kako oni rade? U ovom članku pokušaćemo da shvatimo kako se, zapravo, ostvaruje komunikacija u odnosu na vašeg mobilnog operatera.
Kada uputite poziv sagovorniku, ili vas neko pozove, vaš telefon se preko radio kanala povezuje na jednu od antena susedne bazna stanica (BS, BS, bazna stanica).Svaka bazna stanica celularne komunikacije (u običnom narodu - cell towers) uključuje od jednog do dvanaest primopredajnika antene sa smjernicama u različitim smjerovima kako bi se osigurala kvalitetna komunikacija pretplatnicima u radijusu njihovog djelovanja. Takve antene stručnjaci nazivaju u svom žargonu "Sektori", a to su sive pravougaone strukture koje možete vidjeti gotovo svakodnevno na krovovima zgrada ili specijalnim jarbolima.
Signal sa takve antene ide kroz kabl direktno do kontrolne jedinice bazne stanice. Bazna stanica je skup sektora i kontrolni blok. U ovom slučaju, određeni dio naselja ili teritorije opslužuje nekoliko baznih stanica odjednom povezanih u poseban blok - lokalni zonski kontroler(skraćeno LAC, lokalni kontrolor ili samo "kontrolor"). U pravilu, jedan kontroler objedinjuje do 15 baznih stanica određenog područja.
Sa svoje strane, kontroleri (može ih biti i nekoliko) spojeni su na najvažniji blok - Centar za prebacivanje mobilnih usluga (MSC), koji se zbog jednostavnosti percepcije obično naziva jednostavno "prebaci"... Prekidač, zauzvrat, pruža ulaz i izlaz na sve komunikacijske linije - i mobilne i žičane.
Ako ono što je napisano prikažete u obliku dijagrama, dobijate sljedeće: 
GSM mreže manjeg obima (obično regionalne) mogu koristiti samo jedan prekidač. Veliki, kao što su naši operateri "velike trojke" MTS, Beeline ili MegaFon, koji istovremeno opslužuju milione pretplatnika, koriste nekoliko MSC uređaja povezanih međusobno.
Hajde da vidimo zašto je potreban tako složen sistem i zašto je nemoguće direktno povezati antene bazne stanice na prekidač? Da biste to učinili, morate razgovarati o drugom terminu, koji se naziva tehničkim jezikom predati... Karakterizira primopredaju usluge u mobilnim mrežama na bazi releja. Drugim riječima, kada se krećete ulicom pješice ili u vozilu i razgovarate telefonom, kako vaš razgovor ne bi bio prekinut, treba što prije prebaciti svoj uređaj iz jednog BS sektora u drugi, iz područja pokrivenosti jedna bazna stanica ili kontroler, lokalna zona u drugu itd. Dakle, kada bi sektori baznih stanica bili direktno povezani na komutator, on bi morao sam izvršiti ovu primopredaju za sve svoje pretplatnike, a komutator već ima dovoljno zadataka. Stoga, kako bi se smanjila vjerojatnost kvarova opreme povezanih s njenim preopterećenjima, shema za izgradnju GSM celularnih mreža implementira se prema principu više nivoa.
Kao rezultat toga, ako se vi i vaš telefon pomaknete iz područja pokrivenosti jednog BS sektora u područje pokrivenosti drugog, tada ovo kretanje vrši kontrolna jedinica ove bazne stanice, bez dodirivanja više "visokih" krajnji uređaji - LAC i MSC. Ako dođe do primopredaje između različitih BS-ova, tada se preuzima LAC i tako dalje.
Prekidač nije ništa drugo do glavni "mozak" GSM mreža, pa bi njegov rad trebalo detaljnije razmotriti. Prekidač mobilne mreže obavlja približno iste zadatke kao PBX u mrežama žičanih operatera. On je taj koji razumije gdje zovete ili ko vas zove, reguliše rad dodatnih servisa i, zapravo, odlučuje možete li trenutno telefonirati ili ne.
Sada da vidimo šta se dešava kada uključite telefon ili pametni telefon?
Dakle, pritisnuli ste "magično dugme" i vaš telefon se uključio. Na SIM kartici vašeg mobilnog operatera postoji poseban broj koji se zove IMSI - Međunarodni identifikacioni broj pretplatnika... To je jedinstveni broj za svaku SIM karticu ne samo za vašeg operatera MTS, Beeline, MegaFon itd., već jedinstveni broj za sve mobilne mreže na svijetu! Na osnovu toga operateri razlikuju pretplatnike jedni od drugih.
Kada je telefon uključen, vaš uređaj šalje ovaj IMSI kod baznoj stanici, koja ga dalje prenosi do LAC-a, koji ga zauzvrat šalje komutatoru. U ovom slučaju u igru dolaze dva dodatna uređaja koja su povezana direktno na prekidač - HLR (Registar kućne lokacije) i VLR (Registar lokacija posjetitelja)... Prevedeno na ruski, ovo, tj. Registracija kućnih pretplatnika i Registar pretplatnika gostiju... HLR pohranjuje IMSI svih pretplatnika na svojoj mreži. VLR sadrži informacije o onim pretplatnicima koji trenutno koriste mrežu ovog operatera.
IMSI broj se prenosi na HLR pomoću sistema šifriranja (drugi uređaj je odgovoran za ovaj proces AuC - Authentication Center)... Istovremeno, HLR proverava da li pretplatnik sa datim brojem postoji u njegovoj bazi podataka, a ako se potvrdi činjenica njegovog prisustva, sistem proverava da li trenutno može da koristi komunikacione usluge ili, recimo, ima finansijsku blokadu. Ako je sve normalno, onda ovaj pretplatnik odlazi na VLR i nakon toga dobija priliku da zove i koristi druge komunikacijske usluge.
Radi jasnoće, prikazat ćemo ovu proceduru pomoću dijagrama:
Stoga smo ukratko opisali kako funkcioniraju GSM mobilne mreže. U stvari, ovaj opis je prilično površan, jer ako se detaljnije zadubimo u tehničke detalje, onda bi materijal bio višestruko obimniji i mnogo manje razumljiv većini čitatelja.
U drugom dijelu ćemo nastaviti upoznavanje sa radom GSM mreža i razmotriti kako i za šta operater zadužuje sredstva sa našeg računa kod vas.
Ako govorimo o generacijama mobilnih komunikacija, onda je 2G najrazvijeniji i najzastupljeniji u Rusiji. Glavni standardi druge generacije u Rusiji su GSM 900/1800 i CDMA 450. I GSM i CDMA se koriste za glasovne pozive, tekstualne poruke i mobilni pristup internetu. Iako druga generacija ne može pružiti iste brzine kao, recimo, 3G ili 4G, ali ovo je jedina vrsta mobilne komunikacije koja je prisutna u svim regijama Ruske Federacije, čak i u najudaljenijim. Najveći mobilni provajderi u Ruskoj Federaciji su MegaFon, MTS, Beeline, VimpelCom i Tele2. U proseku, pokrivenost teritorije Ruske Federacije je 85%, ali MTS, na primer, obezbeđuje pokrivenost za 100% Rusije.
(Kliknite na sliku da vidite punu veličinu)
GSM standard u Rusiji koristi frekvencije od 900 i 1800 MHz. Pošto su svi mobilni telefoni dupleks uređaji, za komunikaciju se istovremeno koriste dvije frekvencije, jedna za prijem, druga za prijenos podataka. Inače, metodom triangulacije preko tornjeva ćelije koriste se ove dvije frekvencije. CDMA koristi dvije frekvencije u opsezima od 450 i 850 MHz, sa istom dupleksnom dodjelom. Najveći CDMA provajder je SKYLINK. Kao što smo napomenuli, ovi standardi se prvenstveno koriste za glasovne pozive, tekstualne poruke i mobilni pristup internetu. Pristup Internetu je realizovan na GPRS i EDGE tehnologijama.
Treća generacija mobilnih komunikacija ili 3G, koja se široko koristi u cijelom svijetu, također je zastupljena u Rusiji. Najveće 3G mreže u zemlji rade na WCDMA tehnologiji i, prema odluci SCRF-a, rade na frekvencijama od 2000-2100 MHz. 3G treba shvatiti kao 3G sa svim dodacima: HSUPA, HSPDA HSPA +, koji se često pogrešno nazivaju. Brzine prenosa podataka u takvim mrežama su neuporedivo veće nego u GSM mreži i kreću se u rasponu od 2-14 Mbit/s. Ova generacija mobilnih komunikacija omogućava nam uživanje u brzom mobilnom internetu i video pozive.
Najveći operateri tržišta 3G usluga u Rusiji su MTS, MegaFon, VimpelCom, Beeline i SKYLINK. Ove kompanije zajedno obezbeđuju rad 3G mreže u više od 120 najvećih gradova Ruske Federacije. Pokrivenost 3G mrežama nije tako velika i koncentrisana je uglavnom u gusto naseljenim gradovima. 3G se često koristi za organizovanje tajnog bežičnog video nadzora, jer brzina prenosa omogućava striming video zapisa, a niska potrošnja energije povećava vreme rada skrivene kamere. Ovo dijelom objašnjava popularnost.
Mreže četvrte generacije se također aktivno razvijaju. Prve kompanije koje su počele graditi takvu mrežu su Yota i Freshtel, nakon čega su se razvoju ove generacije komunikacija u Ruskoj Federaciji pridružili giganti poput MTS-a i MegaFona. Također u Rusiji su nedavno organizirani proizvodni pogoni koji razvijaju i sklapaju opremu za bazne stanice četvrte generacije, kao i proizvode svu perifernu opremu potrebnu za to. Prvi grad u kojem je puštena 4G mreža bio je Novosibirsk, a nakon četvrte generacije mobilnih komunikacija pojavila se u Moskvi. 4G je predstavljen sa dva standarda - LTE (791-862 MHz) i Wi-Max (2500-2600 MHz). Danas je 4G mreža u potpunosti raspoređena u gradovima kao što su: Moskva, Sankt Peterburg, Soči, Samara, Novosibirsk, Ufa i Krasnodar.
Gore navedeni su bili najčešći standardi za mobilnu komunikaciju, ali je vrijedno napomenuti da je Ruska Federacija također stvorila svoj vlastiti globalni sistem pozicioniranja, tzv. Stvoren je da zameni američki GPS satelitski navigacioni sistem. GLONASS se veoma razlikuje od GPS-a. Američki sistem radi na tri kanala i koristi 3 različite frekvencije: 1575,42, 1227,60 i 1176,45 MHz i podijeljen je na civilni i vojni sektor, a frekvencija 1575,42 MHz je rezervisana za hitne službe. GLONASS, zauzvrat, radi sa dva kanala, njihove frekvencije: 1602-1615 i 1246-1256 MHz. GLONASS je najpopularniji u cirkumpolarnim regijama, jer su orbite GLONASS satelita veće od GPS orbite i imaju bolju vidljivost. Međutim, vrijedi napomenuti da je GPS precizniji u određivanju koordinata.
Generalno, možemo reći da Rusija ima dobru pokrivenost različitim standardima i generacijama mobilnih komunikacija, a visoke stope ne mogu a da ne oduševljavaju aktivne korisnike mobilnih uređaja.
Poglavlje 1. DIGITALNI ĆELIJSKI MOBILNI RADIO SISTEM GSM STANDARDA
1.1. Opšte karakteristike GSM standarda
U skladu sa CEPT preporukom iz 1980. godine u vezi sa upotrebom mobilnog spektra u frekvencijskom opsegu 862-960 MHz, GSM standard za digitalni panevropski (globalni) ćelijski zemaljski mobilni sistem predviđa rad predajnika u dva frekventna opsega: 890-915 MHz (za predajnike mobilnih stanica - MS), 935-960 MHz (za predajnike baznih stanica - BTS).
GSM standard koristi višestruki pristup s uskopojasnom vremenskom podjelom (NB TDMA). Struktura TDMA okvira sadrži 8 vremenskih pozicija na svakom od 124 nosioca.
Za zaštitu od grešaka u radio kanalima prilikom prijenosa informativnih poruka koristi se blokovno i konvolucijsko interleaving kodiranje. Poboljšanje efikasnosti kodiranja i interleavinga pri maloj brzini kretanja mobilnih stanica postiže se sporim prebacivanjem radnih frekvencija (SFH) tokom komunikacijske sesije brzinom od 217 skokova u sekundi.
Za suzbijanje smetnji primljenih signala uzrokovanih višestrukim širenjem radio talasa u urbanim uslovima, komunikaciona oprema koristi ekvilajzere koji obezbeđuju izjednačavanje impulsnih signala sa standardnom devijacijom vremena kašnjenja do 16 μs.
Sinhronizacijski sistem je dizajniran da kompenzira apsolutno vrijeme kašnjenja signala do 233 μs, što odgovara maksimalnom komunikacijskom dometu ili maksimalnom radijusu ćelije (ćelije) od 35 km.
U GSM standardu je odabrano Gaussian Frequency Shift Keying (GMSK). Obrada govora se odvija u okviru usvojenog sistema diskontinuiranog prenosa govora (DTX), koji osigurava da se predajnik uključuje samo u prisustvu govornog signala i da se predajnik isključuje u pauzama i na kraju razgovor. Kao uređaj za transformaciju govora odabran je govorni kodek sa regularnom impulsnom pobudom / dugoročnim predviđanjem i linearnim prediktivnim kodiranjem sa predviđanjem (RPE / LTR-LTP-codec). Ukupna brzina konverzije govora o signalu je 13 kbps.
GSM standard postiže visok stepen sigurnosti za prenos poruka; poruke su šifrovane korišćenjem algoritma za šifrovanje javnog ključa (RSA).
Generalno, komunikacioni sistem koji radi u GSM standardu je dizajniran za njegovu upotrebu u različitim oblastima. Korisnicima pruža širok spektar usluga i mogućnost korištenja raznovrsne opreme za prijenos glasovnih poruka i podataka, pozivnih i alarmnih signala; povezivanje na javne komutirane telefonske mreže (PSTN), mreže podataka (PDN) i digitalne mreže integriranih usluga (ISDN).
Glavne karakteristike GSM standarda
| Frekvencije prenosa mobilne stanice i prijema bazne stanice, MHz | 890-915 |
| Frekvencije prijema mobilne stanice i prijenosa bazne stanice, MHz | 935-960 |
| Dupleksni razmak frekvencija prijema i odašiljanja, MHz | 45 |
| Brzina prenosa poruka na radio kanalu, kbit/s | 270, 833 |
| Stopa konverzije kodeka za govor, kbps | 13 |
| Širina pojasa komunikacionog kanala, kHz | 200 |
| Maksimalan broj komunikacijskih kanala | 124 |
| Maksimalan broj kanala organizovanih u baznoj stanici | 16-20 |
| Tip modulacije | GMSK |
| Indeks modulacije | BT 0.3 |
| Premodulaciona širina opsega Gausovog filtera, kHz | 81,2 |
| Frekvencijski skokovi u sekundi | 217 |
| TDMA okvir vremenske raznolikosti (prijenos/prijem) za mobilnu stanicu | 2 |
| Tip govornog kodeka | RPE / LTP |
| Maksimalni radijus ćelije, km | do 35 |
| Kombinovani TDMA / FDMA raspored kanala |
1.2. Strukturni dijagram i sastav opreme za komunikacione mreže
Funkcionalna struktura i interfejsi usvojeni u GSM standardu su ilustrovani blok dijagramom na slici 1.1, na kojoj je MSC (Mobile Switching Center) mobilni komutacioni centar; BSS (Sistem baznih stanica) - oprema baznih stanica; OMC (Operations and Maintenance Center) - centar za kontrolu i servis; MS (Mobilne stanice) - mobilne stanice.
Funkcionalno povezivanje elemenata sistema se vrši preko više interfejsa. Sve funkcionalne komponente mreže u GSM standardu interaguju u skladu sa signalnim sistemom CCITT SS N 7 (CCITT SS. N 7).
Mobilni komutacijski centar opslužuje grupu ćelija i pruža sve vrste veza koje su potrebne mobilnoj stanici u tom procesu. MSC je sličan ISDN komutatoru i predstavlja interfejs između fiksnih mreža (PSTN, PDN, ISDN, itd.) i mobilne mreže. Pruža funkcije usmjeravanja poziva i kontrole poziva. Osim obavljanja funkcija konvencionalne ISDN komutacijske stanice, MSC je odgovoran za funkcije prebacivanja radio kanala. To uključuje "primopredaju", tokom koje se postiže kontinuitet komunikacije kada se mobilna stanica kreće od ćelije do ćelije, i prebacivanje radnih kanala u ćeliji kada se pojave smetnje ili kvarovi.
Svaki MSC pruža usluge mobilnim pretplatnicima koji se nalaze unutar određenog geografskog područja (na primjer, Moskva i region). MSC upravlja procedurama podešavanja i usmjeravanja poziva. Za javnu komutiranu telefonsku mrežu (PSTN), MSC obezbeđuje SS N 7 signalizaciju, transfer poziva ili druge tipove interfejsa prema zahtevima određenog projekta.
MSC generiše podatke potrebne za naplatu komunikacionih usluga koje pruža mreža, akumulira podatke o obavljenim razgovorima i prenosi ih u centar za obračun (naplatni centar). MSC takođe sastavlja statistiku potrebnu za praćenje i optimizaciju mreže.
MSC također održava sigurnosne procedure koje se koriste za kontrolu pristupa radio vezama.
MSC ne samo da učestvuje u kontroli poziva, već i upravlja registracijom lokacije i procedurama primopredaje pored primopredaje podsistema bazne stanice (BSS). Registracija lokacije mobilne stanice je neophodna kako bi se osigurala isporuka poziva mobilnim pretplatnicima u romingu od PSTN pretplatnika ili drugih mobilnih pretplatnika. Procedura primopredaje poziva omogućava održavanje veza i održavanje razgovora kada se mobilna stanica kreće iz jednog područja pružanja usluga u drugo. Pozivima u ćelijama kojima upravlja jedan kontroler bazne stanice (BSC) upravlja ovaj BSC. Kada se pozivi prenose između dvije mreže koje kontroliraju različiti BSC-ovi, primarna kontrola je na MSC-u. GSM standard takođe obezbeđuje procedure prenosa poziva između mreža (kontrolera) koji pripadaju različitim MSC-ovima. Komutacijski centar kontinuirano prati mobilne stanice koristeći registre položaja (HLR) i registre kretanja (VLR). HLR pohranjuje onaj dio informacija o lokaciji mobilne stanice koji omogućava komutacijskom centru da isporuči poziv stanici. HLR sadrži Međunarodni identitet mobilnog pretplatnika (IMSI). Koristi se za identifikaciju mobilne stanice u autentifikacionom centru (AUC) (sl. 1.2, 1.3).
Sastav privremenih podataka pohranjenih u HLR i VLR
U praksi, HLR je referentna baza podataka pretplatnika koji su stalno registrovani u mreži. Sadrži identifikacione brojeve i adrese, kao i parametre autentičnosti pretplatnika, opseg komunikacionih usluga i posebne informacije o rutiranju. Podaci o romingu (lutanju) pretplatnika se snimaju, uključujući privremeni identifikacioni broj mobilnog pretplatnika (TMSI) i pripadajući VLR.
Sve MSC i VLR mreže imaju daljinski pristup podacima sadržanim u HLR-u, a ako u mreži postoji više HLR-ova, baza podataka sadrži samo jedan zapis pretplatnika, stoga svaki HLR predstavlja određeni dio ukupne baze pretplatničke mreže mreže. Bazi pretplatnika se pristupa preko IMSI ili MSISDN (broj mobilnog pretplatnika u ISDN mreži). Bazi podataka mogu pristupiti MSC-ovi ili VLR-ovi koji pripadaju drugim mrežama kao dio pružanja međumrežnog rominga pretplatnicima.
Drugi glavni uređaj koji omogućava kontrolu kretanja mobilne stanice iz zone u zonu je VLR registar kretanja. Omogućava rad mobilne stanice izvan HLR kontrolisanog područja. Kada u procesu kretanja mobilna stanica pređe sa pokrivenosti jednog kontrolera bazne stanice BSC, koji objedinjuje grupu baznih stanica, na pokrivenost drugog BSC-a, registruje se sa novim BSC-om, a informacije o komunikaciji broj područja se upisuje u VLR, što će osigurati isporuku poziva
mobilna stanica. Radi sigurnosti podataka koji se nalaze u HLR i VLR, u slučaju kvarova, memorijski uređaji ovih registara su zaštićeni.
VLR sadrži iste podatke kao i HLR, međutim, ovi podaci su sadržani u VLR-u samo sve dok je pretplatnik u području koje kontrolira VLR.
U GSM mobilnoj mreži, ćelije su grupisane u geografska područja (LA), kojima se dodeljuje sopstveni identifikacioni broj (LAC). Svaki VLR sadrži pretplatničke podatke u više LA. Kada se mobilni pretplatnik preseli iz jednog LA u drugi, podaci o njegovoj lokaciji se automatski ažuriraju u VLR-u. Ako starim i novim LA upravljaju različiti VLR-ovi, tada se podaci na starom VLR-u brišu nakon što se kopiraju u novi VLR. Trenutna VLR adresa pretplatnika sadržana u HLR-u se također ažurira.
VLR takođe obezbeđuje dodelu broja mobilne stanice u romingu (MSRN). Kada mobilna stanica primi dolazni poziv, VLR bira svoj MSRN i prenosi ga MSC-u, koji usmjerava poziv na bazne stanice u blizini mobilnog pretplatnika.
VLR takođe dodeljuje brojeve za primopredaju kada predaju veze sa jednog MSC-a na drugi. Pored toga, VLR upravlja distribucijom novih TMSI i dostavlja ih HLR-u. Takođe upravlja procedurama autentifikacije tokom obrade poziva. Po odluci operatera, TMSI se može periodično mijenjati kako bi se zakomplikovala procedura identifikacije pretplatnika. VLR bazi podataka može se pristupiti preko IMSI, TMSI ili MSRN. Općenito, VLR je lokalna baza podataka mobilnih pretplatnika za područje u kojem se pretplatnik nalazi, što eliminiše uporne HLR upite i smanjuje vrijeme obrade poziva.
Da bi se isključila neovlašćena upotreba resursa komunikacionog sistema, uvode se mehanizmi autentifikacije - autentikacija pretplatnika. Authentication Center se sastoji od nekoliko blokova i generiše ključeve i algoritme za autentifikaciju. Uz njegovu pomoć provjerava se autoritet pretplatnika i ostvaruje njegov pristup komunikacijskoj mreži. AUC odlučuje o parametrima procesa autentifikacije i određuje ključeve za šifriranje pretplatničkih stanica na osnovu baze podataka koncentrisane u Registar identifikacije opreme (EIR).
Svaki mobilni pretplatnik za vrijeme korišćenja komunikacionog sistema dobija standardni modul za autentifikaciju pretplatnika (SIM), koji sadrži: međunarodni identifikacioni broj (IMSI), sopstveni individualni autentifikacioni ključ (Ki), autentifikacioni algoritam (A3).
Uz pomoć informacija snimljenih u SIM, kao rezultat međusobne razmjene podataka između mobilne stanice i mreže, provodi se kompletan ciklus autentifikacije i omogućava pristup pretplatniku mreži.
Procedura provjere autentičnosti pretplatnika od strane mreže provodi se na sljedeći način. Mreža prenosi nasumični broj (RAND) mobilnoj stanici. Na njemu se pomoću Ki i A3 autentifikacionog algoritma određuje vrijednost odgovora (SRES), tj.
SRES = Ki * [RAND]
Mobilna stanica šalje izračunatu SRES vrijednost mreži, koja upoređuje primljenu SRES vrijednost sa SRES vrijednošću koju je izračunala mreža. Ako su obje vrijednosti iste, mobilna stanica počinje slati poruke. U suprotnom, komunikacija se prekida i indikator mobilne stanice pokazuje da identifikacija nije obavljena. Da bi se osigurala privatnost, SRES se izračunava unutar SIM kartice. Neklasifikovane informacije (npr. Ki) se ne obrađuju u SIM modulu.
EIR - Registar identifikacije opreme, sadrži centraliziranu bazu podataka za potvrdu autentičnosti Međunarodnog identifikacionog broja opreme mobilne stanice (1ME1). Ova baza podataka odnosi se isključivo na opremu mobilne stanice. Baza podataka EIR sastoji se od lista brojeva 1ME1, organizovanih na sljedeći način:
BIJELA LISTA - Sadrži 1ME1 brojeve za koje se zna da su dodijeljeni ovlaštenim mobilnim stanicama.
CRNA LISTA - sadrži 1ME1 brojeve mobilnih stanica koje su ukradene ili im je usluga odbijena iz nekog drugog razloga.
SIVA LISTA - sadrži 1ME1 brojeve mobilnih stanica koje imaju probleme identifikovane softverskim podacima, što nije razlog za uvrštavanje na "crnu listu".
EIR bazi podataka pristupaju daljinski MSC-ovi mreže kao i MSC-ovi drugih mobilnih mreža.
Kao i kod HLR-a, mreža može imati više od jednog EIR-a, pri čemu svaki EIR upravlja određenim 1ME1 grupama. MSC uključuje prevodioca, koji po prijemu 1ME1 broja vraća EIR adresu koja kontrolira odgovarajući dio baze podataka opreme.
IWF je mrežni funkcionalni spoj, koji je jedan od sastavnih dijelova MSC-a. Omogućava pretplatnicima pristup protokolima i konverzijama brzine podataka tako da se mogu prenositi između njegove GSM terminalne opreme (DIE) i konvencionalne terminalne opreme fiksne mreže. Gateway takođe "vadi" modem iz svoje banke opreme za povezivanje sa odgovarajućim modemom fiksne mreže. IWF takođe obezbeđuje interfejse tipa direktnog povezivanja za opremu koju isporučuje korisnik, kao što su PAD paketni podaci preko X.25 protokola.
EU - eho poništavač, koji koristi MSC na PSTN strani za sve telefonske kanale (bez obzira na njihovu dužinu) zbog fizičkih kašnjenja u putevima propagacije, uključujući radio kanal, GSM mreža. Tipičan eho poništavač može osigurati 68 milisekundi poništavanja između EC izlaza i fiksnog telefona. Ukupno kašnjenje u GSM kanalu u smjeru naprijed i nazad uzrokovano obradom signala, kodiranjem/dekodiranjem govora, kodiranjem kanala, itd. je oko 180 ms. Ovo kašnjenje mobilnom pretplatniku ne bi bilo primjetno da hibridni transformator sa konverzijom puta iz dvožičnog u četverožični način rada nije uključen u telefonski kanal, koji mora biti instaliran u MSC-u, jer je standardna veza na PSTN dvožični. Kada su dva pretplatnika fiksne mreže povezana, nema odjeka. Bez uključivanja EU, kašnjenje od širenja signala na GSM putu će iritirati pretplatnike, prekinuti govor i odvratiti pažnju.
OMC - centar rada i održavanja, centralni je element GSM mreže, koji omogućava kontrolu i upravljanje ostalim komponentama mreže i kontrolu kvaliteta njenog rada. OMC se povezuje sa ostalim komponentama GSM mreže preko X.25 kanala za prenos paketa. OMC pruža funkcije rukovanja alarmom kako bi upozorio osoblje za održavanje i evidentira informacije o hitnim slučajevima drugim komponentama mreže. Ovisno o prirodi kvara, OMC omogućava njegovo otklanjanje automatski ili uz aktivnu intervenciju osoblja. OMC može obezbijediti provjeru stanja mrežne opreme i toka poziva prema mobilnoj stanici. OMC vam omogućava da upravljate opterećenjem u mreži. Efikasna funkcija upravljanja uključuje prikupljanje statističkih podataka o opterećenju sa komponenti GSM mreže, njihovo snimanje u disk datoteke i prikazivanje za vizuelnu analizu. OMC omogućava upravljanje promjenama softvera i bazama podataka o konfiguraciji mrežnih elemenata. Softver se može učitati u memoriju iz OMS-a na druge elemente mreže ili iz njih u OMS.
NMC je centar za upravljanje mrežom koji omogućava racionalno hijerarhijsko upravljanje GSM mrežom. Omogućava rad i održavanje širom mreže, uz podršku CHI centara koji su odgovorni za upravljanje regionalnim mrežama. NMC obezbeđuje upravljanje saobraćajem za celu mrežu i obezbeđuje nadzor mreže za složene hitne slučajeve kao što je kvar čvora ili preopterećenje. Osim toga, prati status automatskih upravljačkih uređaja koji se koriste u mrežnoj opremi i prikazuje status mreže za NMC operatere. Ovo omogućava operaterima da kontrolišu regionalne probleme i, po potrebi, pruže pomoć organima lokalne samouprave nadležnim za određeni region. Na taj način, osoblje NMC-a je svjesno stanja cijele mreže i može uputiti osoblje MHO-a da promijeni strategiju za rješavanje regionalnog problema.
NMC se fokusira na signalne rute i veze između čvorova kako bi se izbjegli uvjeti zagušenja na mreži. Također se prati
rute veze između GSM mreže i PSTN mreže kako bi se izbjeglo širenje stanja zagušenja između mreža. Čineći to, osoblje NMC koordinira probleme upravljanja mrežom sa drugim NMC osobljem. NMC također pruža mogućnost upravljanja prometom za mrežnu opremu podsistema baznih stanica (BSS). NMC operateri u ekstremnim situacijama mogu koristiti procedure upravljanja kao što je "prioritetni pristup", gdje samo pretplatnici visokog prioriteta (hitne službe) mogu pristupiti sistemu.
NMC može preuzeti odgovornost u bilo kojoj regiji kada je lokalna MLA bez nadzora, pri čemu MLA djeluje kao tranzitna tačka između NMC-a i mrežne opreme. NMC pruža operaterima funkcije slične onima u OMC-u.
NMC je također važan alat za planiranje mreže, jer NMC prati mrežu i kako ona funkcionira na nivou mreže, te stoga pruža planerima mreže podatke koji će odrediti njen optimalni razvoj.
BSS - oprema bazne stanice, sastoji se od kontrolera bazne stanice (BSC) i primopredajne bazne stanice (BTS). Kontroler bazne stanice može kontrolirati više jedinica za prijenos/prijem. BSS upravlja dodjeljivanjem radio kanala, prati veze, prilagođava njihov redoslijed, osigurava način rada s frekvencijskim skokom, modulaciju i demodulaciju signala, kodiranje i dekodiranje poruka, kodiranje govora, prilagođavanje brzine prijenosa za glas, podatke i pozive i određuje redoslijed prijenosa pejdž poruka.
BSS zajedno sa MSC, HLR, VLR obavlja neke funkcije, na primjer: oslobađanje kanala je uglavnom pod kontrolom MSC-a, ali MSC može zatražiti od bazne stanice da omogući oslobađanje kanala ako poziv bude ne prolazi zbog radio smetnji. BSS i MSC zajednički daju prioritet prenosu informacija za neke kategorije mobilnih stanica.
TCE je transkoder koji konvertuje izlazne signale MSC kanala za prenos glasa i podataka (64 kbps PCM) u oblik koji odgovara GSM preporukama za radio interfejs (Rec. GSM 04.08). U skladu sa ovim zahtjevima, brzina prijenosa digitalnog govora je 13 kbps. Ovaj kanal za prijenos digitalnih glasovnih signala naziva se "puna brzina". U budućnosti, standard predviđa korištenje govornog kanala upola brzine (brzina prijenosa 6,5 kbps).
Smanjenje brzine prijenosa postiže se korištenjem posebnog uređaja za pretvaranje govora korištenjem linearnog prediktivnog kodiranja (LPC), dugoročnog predviđanja (LTP), rezidualnog impulsnog pobuđivanja (RPE – ponekad se naziva RELP).
Transkoder se obično nalazi zajedno s MSC-om, a zatim se prijenos digitalnih poruka u smjeru kontrolera bazne stanice - BSC vrši uz dodavanje dodatnih bitova (punjenja) u tok sa brzinom prijenosa od 13 kbit/s do brzine prijenosa podataka od 16 kbit/s. Zatim se kompresuje u faktoru 4 na standardni kanal od 64 kbps. Tako se formira 30-kanalna PCM linija definisana GSM preporukama, koja omogućava prenos 120 govornih kanala. Šesnaesti kanal (64 kbps), "vremenski slot", dodeljuje se posebno za signalne informacije i često sadrži SS N7 ili LAPD saobraćaj. Drugi kanal (64 kbit/s) takođe može prenositi pakete podataka koji su u skladu sa CCITT X.25 protokolom.
Dakle, rezultujuća brzina prenosa za navedeni interfejs je 30x64 kbps + 64 kbps + 64 kbps = 2048 kbps.
MS - mobilna stanica, sastoji se od opreme koja služi za organizovanje pristupa pretplatnika GSM mreža postojećim fiksnim telekomunikacionim mrežama. U okviru GSM standarda usvojeno je pet klasa mobilnih stanica od modela 1. klase sa izlaznom snagom od 20 W instalirane na vozilu do prenosivog modela 5. klase maksimalne snage 0,8 W (Tabela 1.1). Prilikom odašiljanja poruka, omogućena je adaptivna kontrola snage predajnika kako bi se osigurao potreban kvalitet komunikacije.
Mobilni pretplatnik i stanica su nezavisne jedna od druge. Kao što je već napomenuto, svaki pretplatnik ima svoj internacionalni identifikacioni broj (IMSI) zabilježen na njegovoj pametnoj kartici. Ovaj pristup omogućava da se radiotelefoni instaliraju, na primjer, u taksi vozila i automobile za iznajmljivanje. Svaka mobilna stanica također ima svoj međunarodni identifikacijski broj (1ME1). Ovaj broj se koristi za sprječavanje ukradene ili neovlaštene stanice da pristupi GSM mrežama.
Tabela 1.1
| Klasa snage | Maksimalni nivo snage predajnika | Dozvoljena odstupanja |
| 1 | 20 vati | 1,5 dB |
| 2 | 8 vati | 1,5 dB |
| 3 | 5 vati | 1,5 dB |
| 4 | 2 vata | 1,5 dB |
| 5 | 0,8 vati | 1,5 dB |
1.3. Mrežni i radio interfejsi
Prilikom projektovanja digitalnih ćelijskih sistema za mobilnu komunikaciju GSM standarda razmatraju se tri tipa interfejsa: za povezivanje sa eksternim mrežama; između različite opreme GSM mreža; između GSM mreže i eksterne opreme. Svi postojeći interni interfejsi GSM mreža prikazani su na blok dijagramu na Sl. 1.1. U potpunosti su usklađeni sa zahtjevima ETSI/GSM preporuka 03.02.
Eksterni mrežni interfejsi
PSTN veza
Povezivanje na javnu telefonsku mrežu vrši MSC preko komunikacione linije od 2 Mbit/s u skladu sa signalnim sistemom SS N 7. Električne karakteristike interfejsa od 2 Mbit/s su u skladu sa preporukama CCITT G.732.
ISDN veza
Za povezivanje na ISDN mreže koje se stvaraju, obezbeđene su četiri komunikacione linije od 2 Mbit/s, podržane signalnim sistemom SS N 7 i koje ispunjavaju preporuke CCITT Plave knjige Q.701-Q.710, Q.711-Q.714, Q.716, Q.781, 0,782, 0,791, 0,795, 0,761-0,764, 0,766.
Povezivanje na postojeću NMT-450 mrežu
Mobilni komutacioni centar povezuje se na NMT-450 mrežu preko četiri standardne linije od 2 Mbps i SS N7 signalnih sistema. Istovremeno, treba ispuniti zahtjeve CCITT preporuka o dijelu telefonskog korisnika (TUP) i dijelu za prijenos poruka (MTP) Žute knjige. Električne karakteristike linije od 2 Mbit/s su u skladu sa preporukama CCITT G.732.
Priključci na međunarodne GSM mreže
Trenutno je GSM mreža u Moskvi povezana sa panevropskim GSM mrežama. Ove veze su zasnovane na protokolima signalnog sistema (SCCP) i protokolima za prebacivanje preko mobilnog interneta (GMSC).
Interni GSM - interfejsi
Interfejs između MSC-a i BSS-a (A-interfejs) omogućava prijenos poruka za kontrolu BSS-a, prijenos poziva, kontrolu prometa. A-interfejs kombinuje komunikacione kanale i signalne linije. Potonji koriste CCITT SS N7 protokol. Kompletna specifikacija A-sučelja u skladu je sa serijom 08 ETSI/GSM preporuka.
Interfejs između MSC-a i HLR-a se dijeli sa VLR-om (B-interfejs). Kada MSC treba da locira mobilnu stanicu, to se odnosi na VLR. Ako mobilna stanica pokrene proceduru pozicioniranja sa MSC-om, o tome obavještava svoj VLR, koji bilježi sve informacije o promjeni u svoje registre. Ova procedura se dešava kad god se MS pomiče iz jednog područja lociranja u drugo. U slučaju da pretplatnik zatraži posebne dodatne usluge ili izmeni neke od svojih podataka, MSC takođe obaveštava VLR, koji registruje promene i, po potrebi, o njima obaveštava HLR.
Sučelje između MSC-a i HLR-a (C-interfejs) se koristi za obezbjeđivanje interoperabilnosti između MSC-a i HLR-a. MSC može poslati indikaciju (poruku) HLR-u na kraju sesije kako bi pretplatnik mogao da plati poziv. Kada mreža fiksne telefonije nije u mogućnosti da izvrši proceduru postavljanja poziva mobilnog pretplatnika, MSC može zatražiti od HLR-a da locira pretplatnika kako bi uputio poziv MS.
Interfejs između HLR i VLR (D-interface) se koristi za proširenje razmjene podataka o položaju mobilne stanice, kontrolu komunikacijskog procesa. Glavne usluge koje se pružaju mobilnom pretplatniku su mogućnost slanja ili primanja poruka bez obzira na lokaciju. Za to, HLR mora dopuniti svoje podatke. VLR obavještava HLR o poziciji MS-a, kontrolišeći ga i dodjeljujući mu brojeve u procesu lutanja, te šalje sve potrebne podatke za pružanje usluge mobilnoj stanici.
Interfejs između MSC-a (E-interface) omogućava interakciju između različitih MSC-ova tokom implementacije HANDOVER procedure - "prebacivanje" pretplatnika iz zone u zonu kada se kreće tokom komunikacijske sesije bez prekida.
Interfejs između BSC-a i BTS-a (A-bis interfejs) koristi se za komunikaciju između BSC-a i BTS-a i definiran je ETSI/GSM preporukama za uspostavljanje veze i procese upravljanja opremom, prijenos se vrši u digitalnim tokovima brzinom od 2,048 Mbita / s. Moguće je koristiti fizički interfejs od 64 kbps.
Interfejs između BSC-a i OMC-a (O-interface) je namijenjen za komunikaciju između BSC-a i OMC-a, koristi se u CCITT X.25 paketno komutiranim mrežama.
Interni BSC interfejs kontrolera bazne stanice obezbeđuje komunikaciju između različite BSC opreme i opreme za transkodiranje (TCE); Koristi 2.048 Mbit/s PCM standard za prijenos i omogućava vam da organizirate iz četiri kanala brzinom od 16 kbit/s jedan kanal brzinom od 64 kbit/s.
Interfejs između MS i BTS (Um radio interfejs) definisan je u serijama 04 i 05 ETSI/GSM preporuka.
Mrežno sučelje između OMC-a i mreže, tzv. kontrolno sučelje između OMC-a i mrežnih elemenata, definirano je ETSI/GSM preporukama 12.01 i analogno je Q.3 sučelju, koje je definirano u ISO OSI slojevitom otvoreni mrežni model.
Mrežnu vezu sa OMC-om može obezbediti CCITT SS N7 signalni sistem ili X.25 mrežni protokol. X.25 mreža može da se poveže na mreže ili PSDN u otvorenom ili zatvorenom režimu.
GSM je protokol za upravljanje mrežom i uslugama koji također mora zadovoljiti zahtjeve sučelja Q.3 kako je definirano u ETSI / GSM preporukama 12.01.
Interfejsi između GSM mreže i eksterne opreme
Interfejs između MSC-a i servisnog centra (SC) je potreban za implementaciju usluge kratkih poruka. Definisano je u ETSI / GSM preporukama 03.40.
Interfejs za drugi OMC. Svaki centar za kontrolu i održavanje mreže mora biti povezan s drugim OMC operativnim mrežama u drugim regijama ili drugim mrežama. Ove veze su obezbeđene preko X-sučelja u skladu sa preporukama CCITT M.ZO. OMC interfejs se koristi za interakciju sa mrežama višeg nivoa.
1.4. Struktura usluge i prijenos podataka u GSM standardu
GSM standard sadrži dvije klase usluga: osnovne usluge i teleusluge. Glavne usluge obezbeđuju: prenos podataka (asinhrono) u dupleks režimu brzinom od 300, 600, 1200, 2400, 4800 i 9600 bit/s putem javnih telefonskih mreža; prijenos podataka (sinhrono) u dupleks modu brzinama od 1200, 2400, 4800 i 9600 bps preko javnih telefonskih mreža, javnih komutiranih podatkovnih mreža (CSPDN) i ISDN-a; pristup pomoću adaptera za paketni asinhroni prijenos podataka sa standardnim brzinama od 300-9600 bps preko javnih komutiranih mreža paketnih podataka (PSPDN), na primjer, Datex-P; sinhroni full-duplex pristup mreži paketnih podataka sa standardnim brzinama od 2400-9600 bps.
Prilikom prijenosa podataka brzinom od 9,6 kbps uvijek se koristi veza pune brzine. U slučaju prijenosa brzinama ispod 9,6 kbps, mogu se koristiti polubrzinski komunikacioni kanali.
Navedene funkcije kanala za prijenos podataka su predviđene za terminalnu opremu koja koristi CCITT interfejse sa specifikacijama serije V.24 ili X.21. Ove specifikacije definiraju pitanja prijenosa podataka preko konvencionalnih telefonskih kanala. Teleservis pruža sljedeće usluge:
1) telefonska komunikacija (kombinovana sa alarmnom uslugom: obezbeđenje stana, signali za pomoć i sl.);
2) prenos kratkih poruka;
3) pristup uslugama "Videotex", "Teletex";
4) Usluga "Faksimil" (grupa 3).
Dodatno, standardizovan je širok spektar posebnih usluga (prenos poziva, obaveštenje o tarifama, uključivanje u zatvorenu korisničku grupu).
Kako se od većine pretplatnika očekuje da GSM usluge koristi u poslovne svrhe, posebna pažnja se posvećuje sigurnosnim aspektima i kvalitetu pruženih usluga.
Blok dijagram komunikacionih usluga u GSM PLMN prikazan je na sl. 1.4 (GSM PLMN - GSM javna zemaljska mobilna mreža - komunikaciona mreža sa kopnenim mobilnim objektima; TE (Terminalna oprema) - terminalna oprema, MT (Mobilni terminal) - mobilni terminal, IWF (Interworking Function) - funkcionalni spoj gatewaya). Prijenos podataka uključuje i novu vrstu usluge koja se koristi u GSM-u - prijenos kratkih poruka (prijenos servisnih alfanumeričkih poruka za određene grupe korisnika).
Prijenos kratkih poruka koristi propusni opseg signalnih kanala. Mobilna stanica može prenositi i primati poruke. Zajednički kontrolni kanali se mogu koristiti za prijenos kratkih poruka. Količina poruka je ograničena na 160 karaktera, koji se mogu primiti tokom trenutnog poziva ili u mirovanju. V
kontrola radio kanala, zaštita od grešaka u radio kanalu, kodiranje i dekodiranje govora, praćenje i distribucija korisničkih podataka i poziva, prilagođavanje brzine prijenosa između radio kanala i podataka, osiguranje paralelnog rada opterećenja (terminala), obezbeđivanje neprekidnog rada tokom vožnje.
Koriste se tri tipa terminalne opreme mobilne stanice: MTO (Mobile Termination 0) - multifunkcionalna mobilna stanica, koja uključuje podatkovni terminal sa mogućnošću prijenosa i primanja podataka i glasa: MT1 (Mobile Termination 1) - mobilna stanica sa mogućnošću komunikacije putem terminala sa ISDN-om; MT2 (Mobile Termination 2) je mobilna stanica sa mogućnošću povezivanja terminala za komunikaciju koristeći CCITT V ili X protokol serije.
Terminalna oprema može se sastojati od jedne ili više vrsta opreme kao što je telefonska brojčanica, oprema za prijenos podataka (DTE), teleks itd.
Postoje sljedeće vrste terminala: TE1 (Terminal Equipment 1) - terminalna oprema koja omogućava komunikaciju sa ISDN-om; TE2 (Terminal Equipment 2) - terminalna oprema koja omogućava komunikaciju sa bilo kojom opremom putem protokola CCITT V ili X serije (komunikacija sa ISDN-om ne omogućava). Terminal TE2 se može povezati kao opterećenje na MT1 (mobilna stanica sa mogućnošću ISDN komunikacije) preko TA adaptera.
Sistem karakteristika GSM standarda, usvojeni funkcionalni dijagram komunikacionih mreža i skup interfejsa obezbeđuju visoke parametre prenosa poruka, kompatibilnost sa postojećim i budućim informacionim mrežama, a pretplatnicima pružaju širok spektar digitalnih komunikacionih usluga.
1.6. Struktura TDMA okvira i generiranje signala u GSM standardu
Kao rezultat analize različitih opcija za izgradnju digitalnih ćelijskih sistema za mobilnu komunikaciju (SSMS) u GSM standardu, usvojen je višestruki pristup s vremenskom podjelom (TDMA). Opšta struktura vremenskih okvira prikazana je na Sl. 1.6. Dužina perioda sekvence u ovoj strukturi, koja se naziva hiperokvir, jednaka je Tr = 3 h 28 min 53 s 760 ms (12.533,76 s). Hiperokvir je podijeljen na 2048 superokvirova, od kojih svaki ima svoje trajanje Te = 12533,76 / 2048 = 6,12 s.
Superokvir se sastoji od višestrukih okvira. Za organiziranje različitih komunikacijskih i kontrolnih kanala u GSM standardu koriste se dvije vrste multiframe-a:
1) 26-pozicioni TDMA multiframe okviri;
2) 51-pozicijski TDMA multiframe okviri.
Superframe može sadržavati 51 multiframe prvog tipa ili 26 multiframe drugog tipa. Trajanje multifrejmova, odnosno:
1) Tm = 6120/51 = 120 ms;
2) Tm = 6120/26 = 235,385 ms (3060/13 ms). Trajanje svakog TDMA okvira
Tc = 120/26 = 235,385 / 51 = 4,615 ms (60/13 ms).
U periodu sekvence, svaki TDMA okvir ima svoj vlastiti broj sekvence (NF) od O do NFmax, gdje je NFmax = (26x51x2048) -1 = 2715647.
Dakle, hiperframe se sastoji od 2,715,647 TDMA okvira. Potreba za tako velikim periodom hiperframe-a nastaje zbog zahtjeva primijenjenog procesa kriptografske zaštite, u kojem se kao ulazni parametar koristi broj okvira NF. TDMA okvir je podijeljen na osam vremenskih pozicija s tačkom
Do = 60/13: 8 = 576,9 μs (15/26 ms)
Svaka vremenska pozicija je označena kao TN brojem od 0 do 7. Fizičko značenje vremenskih pozicija, koje se nazivaju i prozori, je vrijeme tokom kojeg je nosilac moduliran digitalnim informacijskim tokom koji odgovara glasovnoj poruci ili podacima.
Digitalni tok informacija je niz paketa smještenih u ovim vremenskim slotovima (prozorima). Paketi se formiraju nešto kraći od intervala, njihovo trajanje je 0,546 ms, što je neophodno za prijem poruke u prisustvu vremenske disperzije u propagacionom kanalu.
Informativna poruka se prenosi preko radio kanala brzinom od 270,833 kbit/s.
To znači da vremenski slot TDMA okvira sadrži 156,25 bita.
Trajanje jednog informacijskog bita je 576,9 μs / 156,25 = 3,69 μs.
Svaki vremenski slot koji odgovara trajanju bita označen je kao BN brojem od 0 do 155; posljednji 1/4-bitni interval je označen brojem 156.
Za prijenos informacija preko komunikacijskih i kontrolnih kanala, podešavanje nosivih frekvencija, obezbjeđivanje vremenske sinhronizacije i pristup komunikacijskom kanalu u strukturi okvira TDMA, koristi se pet tipova vremenskih intervala (prozora):
NB se koristi za prijenos informacija preko komunikacijskih i kontrolnih kanala, sa izuzetkom RACH pristupnog kanala. Sastoji se od 114 bita šifrovane poruke i uključuje 8,25-bitni zaštitni interval (GP) u trajanju od 30,46 μs. Informacijski blok od 114 bita podijeljen je na dva nezavisna bloka od 57 bita, odvojena 26-bitnom trening sekvencom, koja se koristi za postavljanje ekvilajzera u prijemniku u skladu sa karakteristikama komunikacionog kanala u datom trenutku.
Napomena uključuje dva Steeling Flag bita koji pokazuju da li grupa koja se prenosi sadrži glasovne ili signalne informacije. U potonjem slučaju, Traffic Channel je "ukraden" radi obezbjeđivanja signalizacije.
Između dve grupe šifrovanih bitova u NB, postoji 26-bitna sekvenca za obuku koja je poznata prijemniku. Ova sekvenca obezbeđuje:
Procjena učestalosti pojavljivanja grešaka u binarnim znamenkama na osnovu rezultata poređenja primljene i referentne sekvence. U procesu poređenja izračunava se parametar RXQUAL koji se usvaja za procjenu kvaliteta komunikacije. Naravno, riječ je samo o procjeni veze, a ne o preciznim mjerenjima, jer se provjerava samo dio prenesenih informacija. Parametar RXQUAL se koristi pri ulasku u komunikaciju, pri izvođenju procedure "primopredaje" i pri procjeni područja radio pokrivenosti;
Procjena impulsnog odziva radio kanala u intervalu prijenosa NB za naknadnu korekciju putanje prijema signala korištenjem adaptivnog ekvilajzera u prijemnom putu;
Određivanje kašnjenja širenja signala između baznih i mobilnih stanica za procjenu dometa komunikacije. Ova informacija je neophodna da se paketi podataka sa različitih mobilnih stanica ne preklapaju kada se primaju na baznoj stanici. Stoga udaljenije mobilne stanice moraju slati svoje pakete prije stanica u neposrednoj blizini bazne stanice. FB je dizajniran za sinhronizaciju sa frekvencijom mobilne stanice. Svih 142 bita u ovom vremenskom intervalu su nula, što odgovara nemoduliranom nosiocu sa pomakom od 1625/24 kHz iznad nominalne frekvencije nosioca. Ovo je neophodno da se proveri da li radi.
njegov predajnik i prijemnik sa malim frekventnim razdvajanjem kanala (200 kHz), što je oko 0,022% nominalne vrijednosti propusnog opsega od 900 MHz. FB sadrži 8,25-bitni zaštitni interval baš kao i normalni vremenski slot. Ponovljeni slotovi za kontrolu frekvencije (FB) formiraju kanal za podešavanje frekvencije (FCCH).
SB se koristi za vremensku sinhronizaciju između baznih i mobilnih stanica. Sastoji se od 64-bitne sekvence za sinhronizaciju, nosi informacije o broju TOM okvira i identifikacionom kodu bazne stanice. Ovaj interval se prenosi zajedno sa intervalom podešavanja frekvencije. Intervali sinhronizacije koji se ponavljaju formiraju takozvani kanal sinhronizacije (SCH).
DB obezbjeđuje uspostavljanje veze i testiranje. Po svojoj strukturi, DB je isti kao NB (slika 1.6) i sadrži 26-bitnu sekvencu beacon-a. U DB-u nema kontrolnih bitova i nikakva informacija se ne prenosi. DB samo obavještava da predajnik radi.
AB daje dozvolu mobilnoj stanici da pristupi novoj baznoj stanici. AB prenosi mobilna stanica kada zahtijeva signalni kanal. Ovo je prvi paket koji prenosi mobilna stanica, stoga vrijeme prolaska signala još nije izmjereno. Stoga paket ima specifičnu strukturu. Najprije se prenosi konačni 8-bitni uzorak, a zatim slijedi sekvenca sinhronizacije za baznu stanicu (41 bit), što omogućava baznoj stanici da ispravno primi sljedećih 36 šifriranih bitova. Interval sadrži veliki zaštitni interval (68,25 bita, trajanje 252 μs), koji omogućava (bez obzira na vrijeme prolaska signala) dovoljno vremensko odvajanje od paketa drugih mobilnih stanica,
Ovaj zaštitni interval odgovara dvostruko većem maksimalnom mogućem kašnjenju signala unutar jedne ćelije i tako postavlja maksimalnu dozvoljenu veličinu ćelije. Karakteristika GSM standarda je mogućnost pružanja komunikacije za mobilne pretplatnike u ćelijama u radijusu od oko 35 km. Vrijeme širenja radio signala u smjeru naprijed i nazad je 233,3 μs.
U GSM strukturi, vremenske karakteristike omotača signala koji emituju paketi na vremenskom slotu TDMA okvira, i spektralna karakteristika signala su strogo definisane. Vremenska maska envelope za signale emitovane u AV intervalu punog TDMA okvira prikazana je na Sl. 1.7, a maska omotača za NB, FB, DB i SB signale punog TDMA okvira prikazana je na Sl. 1.8. Različiti oblici omotača emitovanih signala odgovaraju različitim dužinama AV intervala (88 bita) u odnosu na ostale naznačene intervale punog TDMA okvira (148 bita). Norme za spektralnu karakteristiku emitovanog signala prikazane su na Sl. 1.9.
Jedna od karakteristika formiranja signala u GSM standardu je upotreba sporog skakanja frekvencije tokom komunikacijske sesije. Osnovna svrha ovakvih skokova (SFH - Slow Frequency Hopping) je da obezbede frekventnu diverzitetu u radio kanalima koji rade u uslovima višeputnog širenja radio talasa. SFH se koristi u svim mobilnim mrežama, što poboljšava efikasnost kodiranja i interleavinga kada se pretplatničke stanice sporo kreću. Princip formiranja sporih frekvencijskih skokova je da se poruka koja se prenosi u vremenskom slotu TDMA okvira (577 μs) koji je dodijeljen pretplatniku prenosi (primi) na novoj fiksnoj frekvenciji u svakom sljedećem okviru. Prema strukturi okvira, vrijeme za podešavanje frekvencije je oko 1 ms.
Tokom skakanja frekvencije, održava se dupleksno razdvajanje od 45 MHz između kanala za prenos i prijem. Svim aktivnim pretplatnicima koji se nalaze u istoj ćeliji dodijeljene su ortogonalne sekvence oblikovanja, što eliminiše međusobne smetnje prilikom prijema poruka od strane pretplatnika u ćeliji. Parametri sekvence skakanja frekvencije (vremensko-frekvencijska matrica i početna frekvencija) se dodjeljuju svakoj mobilnoj stanici tokom uspostavljanja kanala. Ortogonalnost sekvenci preklapanja frekvencije u ćeliji je obezbeđena početnim pomeranjem frekvencije iste (prema algoritmu formiranja) sekvence. U susjednim ćelijama koriste se različite sekvence oblikovanja.
Kombinovana TDMA/FDMA shema organizacije kanala u GSM standardu i princip korištenja sporih frekvencijskih skokova pri prijenosu poruka u vremenskim okvirima prikazani su na Sl. 1.10,1.11.
Za poređenje, može se primijetiti da prema rezultatima eksperimentalnih studija provedenih na postojećim GSM mrežama, prostorna raznolikost prijemnih antena na baznoj stanici daje dobit od 3-4 dB.
Usvojena struktura TDMA okvira i principi formiranja signala u GSM standardu, u kombinaciji sa metodama drop kodiranja, omogućili su smanjenje omjera signal-šum potreban za prijem na 9 dB, dok je u standardima analogne mobilne telefonije komunikacionih mreža je 17-18 dB.
Literatura za Poglavlje 1
1.1 M. Mouly, M.B. Pautet. GSM sistem za mobilne komunikacije. 1992. p.p. 702.
1.2 Yu.A. Gromakov. Sistemi mobilne mobilne radio komunikacije. Elektronske komunikacione tehnologije. Tom 48. Eko-trendovi. Moskva. 1994.
1.3 A. Mehrotra. Cellular Radio: Analogni i digitalni sistemi. Kuća Artech, Boston-London. 1994. p.p. 460.
1.4 Yu.A. Gromakov. Struktura TDMA okvira i signalizacija u GSM standardu. "Electrosvyaz". N 10. 1993. str. 9-12.
Prvi put akronim Gsm korišten je 1982. godine i označavao je Groupe Speciale Mobile - francuski naziv radne grupe CEPT (Conference des Administras Europennes des Postes et Telecommunications - European Post and Telecommunications Administration).
Radna grupa CEPT-a imala je zadatak da razvije specifikacije za novi digitalni standard za mobilne komunikacije u opsegu od 900 MHz. Vremenom (1989) ovi radovi su prebačeni iz CEPT-a u novu organizaciju ETSI.
Rođendan GSM-a smatra se 01.07.1991. godine - prvi telefonski poziv u ovom sistemu obavljen je u Helsinkiju (Finska).
Skraćenica GSM se promijenila i znači Globalni sistem za mobilne komunikacije.
GSM Kazakhstan je GSM 900 mobilni operater koji pruža usluge pod brendovima Activ i Kcell. Osnovan 30. septembra 1998. Akcionari GSM Kazahstana su nacionalni telekom operater Kazakhtelecom dd i finsko-švedsko-turska kompanija FinTur.
Prvi među operaterima Kazahstana koji je izvršio komercijalno lansiranje usluge "Mobilni video", usluge zasnovane na GPRS-u (MMS, WAP, mobilni internet).
Mreže radio komunikacionih sistema se u tehničkoj literaturi nazivaju mobilne, mobilne i celularne mreže. Svi nazivi se koriste naizmjenično, međutim, u vezi s ovim problemom istaknuta su neka odstupanja.
Bežične tehnologije aktivno istražuju tržište prijenosnih i PC računara, čijim korisnicima su potrebne velike brzine prijenosa uz ograničenu mobilnost, kako u brzini kretanja, tako iu kontinuitetu komunikacije.
Na osnovu toga, sve što se može prenijeti i preko čega možete ući u komunikacijsku mrežu bilo gdje može se nazvati mobilnim.
Tradicionalne mobilne komunikacije mogu se nazvati mobilnom mrežom.
Termin ćelijski (ćelijski) označava podjelu mreže na ćelije - ćelije (geografska područja). Svakoj ćeliji je dodijeljen frekvencijski pojas koji se može koristiti u drugim ćelijama.
Svaka ćelija ima baznu stanicu, koja sadrži radiopredajnu i prijemnu opremu i omogućava radio komunikaciju sa mobilnim telefonima koji se nalaze u ovoj ćeliji.
Slika 18. Ćelije u mobilnom (mobilnom) komunikacijskom sistemu
Pokrivenost ćelijama zavisi od više faktora:
snaga predajnika bazne stanice;
snaga mobilnog telefona;
visine antena baznih stanica;
topologija terena.
Veličine ćelija variraju i stoga svaka ćelija može opsluživati samo ograničen broj mobilnih telefona, koji se nazivaju mobilni terminali, mobilna oprema ME, mobilne stanice MS.
Broj mobilnih terminala je 600 - 800. Ćelije su sve manje u područjima sa većom gustinom naseljenosti. Pokrivenost ćelijama se kreće od 100 m do desetina kilometara.
Izbor heksagonalnog saća je objašnjen na sljedeći način.
Kvadratna ćelija (koja odgovara gradskim blokovima) sa stranom imat će četiri susjedne strane na udaljenosti od njenog centra do centara ove četiri ćelije.
Centri svake od četiri ćelije susedne ćelije biće locirani na udaljenosti od centra dotične ćelije.
Ova konfiguracija stvara probleme pri prelasku na novu antenu za pretplatnika koji se udaljava od centra ćelije.
Za efikasno prebacivanje, poželjno je da su centri svih ćelija na istoj udaljenosti jedan od drugog. To se postiže heksagonalnom konfiguracijom.
Sa heksagonalnom konfiguracijom ćelija, razmak između centara ćelija će biti jednak. BS antene bazne stanice će biti na istoj udaljenosti jedna od druge, bez obzira na smjer kretanja mobilnog pretplatnika.
S obzirom na arhitekturu i funkcionalnost GSM mreže, imaćemo na umu da je upravo GSM temelj niza naprednijih tehnologija 2.5G generacije, GPRS.
GSM mreža se sastoji od sljedećih osnovnih građevnih blokova:
1. Transceiver BS;
2. BS kontroler;
3. Jedinica za transkodiranje i adaptaciju brzine (TRAU).
4. Preklopni centar MSC.
5. Home Register HLR (Home Location Register) - mrežna baza podataka u kojoj se pohranjuju referentni podaci o pretplatnicima koji su stalno registrovani na području koje kontroliše HLR (adrese, informacije o uslugama).
6. Registar gostiju VLR (Visitor Location Register) - mrežna baza podataka koja pohranjuje informacije o kretanju pretplatnika. Akumulirane informacije se pohranjuju sve dok se pretplatnik nalazi u području koje kontrolira MSC.
7. Registar identifikacije opreme EIR (Equipment Identity Register).
8. Authentication Center AuC.
Slika 18. Arhitektura GSM 2G sistema
U svrhu proučavanja, zgodno je razmotriti tehnologiju GSM-900, jer se ova tehnologija, nakon manjih modifikacija, koristi u GSM-1800 i GSM-1900. GSM-1900 se takođe koristi u SAD pod nazivom PSC-1900 (Personal Communication Services). GSM-1800 se razlikuje od GSM-900 po nižoj snazi BS baznih stanica, MS mobilnih terminala i manjoj veličini ćelije.
Razmotrimo princip rada GSM tehnologije (Slika 18).
Mobilni terminal MS (mobilna stanica) komunicira preko radio interfejsa sa baznom primopredajnom stanicom BTS (Bazna primopredajna stanica).
MS se sastoji iz dva dijela: same cijevi, tj. mobilna oprema (terminal) ME (Mobilna oprema) i SIM kartice (Subscriber Identity Module).
SIM kartica je mikrokontroler smješten u malom komadu plastike koji pohranjuje program za rad sa GSM mrežom i informacije o pretplatniku i operateru.
BTS je povezan na kontroler bazne stanice (BSC), koji pruža niz funkcija vezanih za:
sa upravljanjem radio resursima RR (Radio Resource);
s podrškom za mobilnost MM (Mobile Management) u području pokrivenosti BTS stanica;
niz operativnih funkcija upravljanja za cijelu radio mrežu.
BTS i BSC čine podsistem baznih stanica (BSS). BSS omogućava radio pristup za mobilni terminal ME.
Ostali mrežni elementi su odgovorni za funkcije upravljanja i baze podataka potrebnih za uspostavljanje veze u GSM mreži, kao što su enkripcija, autentifikacija i roming.
Kontroler bazne stanice BSC je mrežni element koji je jezgro podsistema GSM mobilne radio mreže (BSS).
SIM kartica (Subscriber Identity Module) je modul za identifikaciju pretplatnika, plastična kartica umetnuta u ME mobilni terminal i koja omogućava ovlašteni pristup mobilnoj (ćelijskoj) mreži.
Mikročip SIM kartice ima dimenzije 85,5 × 54 × 0,76 mm, univerzalan je za različite mobilne uređaje. Zaštićen posebnom lozinkom ili ličnim identifikacionim brojem, sadrži jedinstveni međunarodni identifikator pretplatnika IMSI (International Mobile Subscriber Identity).
Nekoliko BS-ova je povezano na kontroler bazne stanice (BSC), koji sadrži kontrolnu logiku za svaku od ovih stanica.
Svi BSC-ovi su povezani na Mobile Switching Center (MSC), koji upravlja uspostavljanjem konekcija prema i od mobilnih pretplatnika.
MSC uvodi funkcionalnost standardnog prekidača i, pored toga, niz posebnih funkcija za mobilne komunikacije.
Ove funkcije uključuju, posebno, funkcije primopredaje i rominga.
Funkcija primopredaje (handover ili handoff) je delegiranje usluge poziva na novu kontrolnu ćeliju tokom povezivanja mobilnog pretplatnika kada prelazi iz jedne ćelije u drugu.
U stvari, primopredaja znači prebacivanje pretplatnika s jednog radio kanala i/ili vremenskog slota na drugi, bez obavještavanja pretplatnika o ovoj promjeni.
Ako jačina signala padne ispod unaprijed određenog nivoa (korisnik prelazi u drugu ćeliju ili se približava granici trenutne ćelije), tada se provjerava da li susjedna ćelija prima signal višeg nivoa.
Nakon potvrde, usluga mobilnog pretplatnika prelazi na ovu ćeliju.
U modernim tehnologijama za to se koristi MAHO (Mobile Assisted Handover) metoda, u kojoj sam mobilni terminal periodično mjeri jačinu i kvalitet signala primljenih kako od opsluživog BS-a tako i od susjednih, te prenosi odgovarajuću poruku do mreže.
Priroda ove poruke određuje da li se primopredaja treba izvršiti ili ne.
U mobilnoj tehnologiji, pretplatnik se kreće od ćelije do ćelije unutar mreže, kao i iz jedne mreže u drugu. Kretanje (lokacija) se mora pratiti sa određenom preciznošću kako bi se njemu uputili pozivi (poruka).
Ovaj problem se rješava na sljedeći način.
1. Pretplatnik prvo uključuje svoj mobilni terminal.
Uređaj automatski šalje poruku o registraciji lokalnom MSC-u. Poruka uključuje jedinstveni identifikator pretplatnika.
Poruka uključuje jedinstveni identifikator pretplatnika.
Na osnovu toga, MSC može odrediti HLR kojem pretplatnik pripada i poslati poruku o registraciji HLR-u kako bi ga obavijestio koji MSC trenutno opslužuje pretplatnika.
2. HLR - šalje poruku za odjavu MSC-u koji je prethodno opsluživao ovog pretplatnika (ako postoji) i šalje potvrdu novom MSC-u.
Svaka slušalica pohranjuje 15 cifara IMEI (međunarodni identitet mobilne opreme) - jedinstveni međunarodni identifikator mobilnog terminala ili 16 cifara IMEISV (međunarodni identifikator mobilne opreme i broj verzije softvera) - jedinstveni međunarodni identifikator mobilnog terminala i broj verzije softvera .
Da biste saznali IMEI svog mobilnog telefona, unesite kombinaciju "* # 06 #". Ovaj broj je korisno zapisati u slučaju krađe mobilnog telefona.
EIR registar sadrži tri liste - crnu, sivu i bijelu.
I puni IMEI broj i IMEISV broj mogu se staviti na crnu listu. Ako se puni IMEI broj pojavi na crnoj listi, pozivi s ovog mobilnog terminala su zabranjeni.
Ako se ove vrijednosti pojave na sivoj listi, pozivi se mogu dozvoliti. Ali oni mogu biti zabranjeni prema nahođenju Operatera.
Kada se ove vrijednosti pojave na bijeloj listi, pozivi su dozvoljeni.
Bijela lista sadrži sve serije identifikacijskih brojeva opreme za različite zemlje.
Crna lista sadrži identifikacione brojeve mobilnih uređaja kojima je zabranjeno korištenje ove mreže.
Siva lista sadrži informacije o neispravnom ili nelicenciranom (necertificiranom) hardveru.
Autentifikacija - provjera da subjekt pristupa pripada identifikatoru koji je on predstavio.
Autentifikaciju ne treba miješati sa identifikacijom i autorizacijom.
