WCDMA و GSM استانداردهای ارتباطات شبکه تلفن همراه هستند. امروزه در روسیه محبوب ترین GSM است که اکثر اپراتورهای روسی در آن فعالیت می کنند. و به ندرت کاربران می توانند در مورد WCDMA بشنوند، به عنوان مثال، زمانی که به طور تصادفی متوجه تعرفه های اپراتورهای WCDMA می شوند یا می خواهند تلفنی بخرند که فقط از این استاندارد ارتباطی پشتیبانی می کند. تا کنون، GSM قرار نیست در بازار روسیه حرکت کند، اما برخی از مزایای شبکه WCDMA باعث می شود تا کاربران فکر کنند که کدام بهتر است - WCMDA یا GSM. تفاوت این استانداردهای ارتباطی چیست و کدام یک را بهتر انتخاب کنیم؟ بیایید سعی کنیم آن را بفهمیم.

WCDMA و GSM در گوشی چیست؟

توضیح تفاوت بدون توصیف ماهیت این استانداردها غیرممکن است. بنابراین، قبل از اینکه بفهمیم تفاوت چیست، استانداردهای WCDMA یا GSM را با جزئیات بیشتری در نظر خواهیم گرفت.

بیایید با GSM شروع کنیم. این مخفف مخفف Global System for Mobile Communications است. و این اولین استاندارد جهانی برای ارتباطات دیجیتال سلولی است که تا حدی یک مدل است.

این توسط موسسه ETSI (اروپا) در دهه 90 توسعه یافت و بر اساس اصول تقسیم کانال TDMA، امنیت، رمزگذاری و انتقال داده بود. GMS به شما اجازه می دهد تا انتقال دهید:

1. سخن، گفتار.
2. پیام های متنی.
3. فکس
4. بسته های داده (GPRS).

همچنین به لطف این استاندارد، برای اولین بار امکان تعیین شماره تلفن همراهی که از آن تماس دریافت می شود، ارسال به شماره دیگری امکان پذیر شد. ما نباید امکان ایجاد یک تماس کنفرانسی را فراموش کنیم، که در آن می توانید چندین تلفن همراه را به طور همزمان ترکیب کنید و تماس را در حالت آماده به کار نگه دارید. زمانی GSM انقلابی در زمینه ارتباطات سلولی ایجاد کرد.

WCMDA چیست؟

در مورد WCDMA یا GSM و تفاوت بین آنها، همیشه مناسب است به این نکته اشاره کنیم که WCMDA تا حدی یک افزونه است که استاندارد GSM را بهبود می بخشد. در عوض، همه چیز در ابتدا به این شکل در نظر گرفته شده بود، اما امروزه WCDMA یک استاندارد ارتباطی نسل سوم است که بر اساس هفت پروژه بین المللی است. اما GSM به عنوان استاندارد ارتباطی نسل دوم (بخوانید 2G) باقی مانده است.

WCDMA مبتنی بر فناوری DS-CDMA است که در مقایسه با TDMA مقاومت بیشتری در برابر تداخل دارد و پهنای باند بالاتری دارد. تلفن هایی که در محیط WCMDA کار می کنند می توانند همان عملکردهای استاندارد GSM (انتقال اطلاعات صوتی یا دیجیتال) را انجام دهند، اما کیفیت و سرعت بسیار بالاتر خواهد بود. بنابراین اپراتورهای پشتیبانی کننده WCMDA خدمات دسترسی به اینترنت را با سرعت بالاتری ارائه می دهند.

WCDMA در مقابل GSM - تفاوت چیست؟

مهمترین و کلیدی ترین تفاوت در فناوری های مورد استفاده (TDMA و DS-CDMA) یعنی در روش های جداسازی کانال است. در GSM جداسازی کانال موقتی است و به همین دلیل باند فرکانسی کمی برای مدت زمان مشخصی به مشترک اختصاص می یابد.

در WCMDA، همه چیز متفاوت است: از تقسیم کد جریان استفاده می کند، به طوری که اطلاعات بین دستگاه ها در یک باند فرکانسی گسترده منتقل می شود. در نتیجه سرعت انتقال اطلاعات به طور چشمگیری افزایش می یابد. از این رو، Wideband Code Division Multiple Access نامگذاری شده است.

این تفاوت اصلی بین استانداردهای GSM، WCDMA LTE است. تفاوت برای کاربر چیست؟ او سرعت اینترنت بالاتری خواهد داشت و تداخل بسیار کمتری در حین مکالمه خواهد داشت. با وجود تمام این مزایا، GSM محبوب ترین استاندارد سلولی باقی مانده است. اما توجه داشته باشید که هر ساله تعداد مشترکین WCDMA بیشتر می شود و بسیاری از اپراتورهای مخابراتی به تدریج به این استاندارد تغییر می کنند تا نرخ انتقال داده بالاتری را ارائه دهند. امروزه مناطق و روستاهای خالی از سکنه تحت پوشش شبکه WCMDA نیستند، بنابراین ساکنان چنین مناطقی هنوز جایگزینی برای GSM ندارند.

کدام را انتخاب کنیم؟

اکنون که می دانید تفاوت چیست، همه چیز آشکار می شود. هر دو مودم WCDMA و GSM دسترسی به اینترنت را فراهم می کنند، اما با سرعت های متفاوت. با زندگی در یک شهر بزرگ، به دلیل سرعت بالاتر انتقال داده، ترجیح دادن استاندارد ارتباطی WCDMA منطقی تر است. در عین حال، باید درک کرد که هنگام سفر، تلفن در بسیاری از مناطق کشور شبکه را نمی گیرد، زیرا پوشش WCMDA در حال حاضر ضعیف است.

انتخاب بین این استانداردها بسته به نیاز ضروری است. به طور کلی، GSM یک نوع ارتباط "ارزان و شاد" است. در همه جا تضمین خواهد شد، حتی در مناطق دور افتاده. به عنوان یک امتیاز، می توانید توانایی گشت و گذار در اینترنت را برجسته کنید. در صورتی که اینترنت سریع همیشه در دسترس باشد و سفرهای طولانی برنامه ریزی نشده باشد، می توانید با خیال راحت استاندارد WCMDA را ترجیح دهید. درست است، ابتدا باید مشخص کنید که آیا تلفن و اپراتور تلفن همراه شما از آن پشتیبانی می کنند یا خیر.

در نتیجه، کانال فیزیکی بین گیرنده و فرستنده با فرکانس، فریم های اختصاص داده شده و تعداد بازه های زمانی در آنها تعیین می شود. به طور معمول، ایستگاه های پایه از یک یا چند کانال ARFCN استفاده می کنند که یکی از آنها برای شناسایی حضور BTS در هوا استفاده می شود. اولین تایم اسلات (شاخص صفر) فریم های این کانال به عنوان کانال کنترل پایه (کانال کنترل پایه یا کانال بیکن) استفاده می شود. بقیه ARFCN توسط اپراتور به صلاحدید خود برای کانال های CCH و TCH تخصیص داده می شود.

2.3 کانال های منطقی

کانال های منطقی بر اساس کانال های فیزیکی شکل می گیرند. رابط Um به معنای تبادل اطلاعات کاربر و اطلاعات سرویس است. با توجه به مشخصات GSM، هر نوع اطلاعات مربوط به نوع خاصی از کانال های منطقی است که توسط فیزیکی پیاده سازی می شود:

• کانال های ترافیک (TCH - کانال ترافیک)،
• کانال های اطلاعات خدمات (CCH - Control Channel).

کانال های ترافیکی به دو نوع اصلی تقسیم می شوند: TCH / F- کانال Full Rate با حداکثر سرعت تا 22.8 کیلوبیت بر ثانیه و TCH / H- کانال نیم نرخی با حداکثر سرعت تا 11.4 کیلوبیت بر ثانیه. از این نوع کانال ها می توان برای انتقال صدا (TCH / FS، TCH / HS) و داده های کاربر (TCH / F9.6، TCH / F4.8، TCH / H4.8، TCH / F2.4، TCH / H2) استفاده کرد. 4)، به عنوان مثال، پیامک.

کانال های اطلاعات خدمات به دو دسته تقسیم می شوند:

• پخش (BCH - Broadcast Channels).
  • FCCH - کانال تصحیح فرکانس.اطلاعات مورد نیاز تلفن همراه را برای تصحیح فرکانس ارائه می دهد.
  • SCH - کانال همگام سازی.اطلاعات مورد نیاز برای همگام سازی TDMA با یک ایستگاه پایه (BTS) و همچنین هویت BSIC آن را در اختیار تلفن همراه قرار می دهد.
  • BCCH - کانال کنترل پخش.اطلاعات اولیه در مورد ایستگاه پایه، مانند نحوه سازماندهی کانال های خدمات، تعداد بلوک های رزرو شده برای پیام های کمک هزینه، و تعداد چند فریم (هر کدام 51 فریم TDMA) را بین درخواست های Paging منتقل می کند.
• کانال های کنترل مشترک (CCCH)
  • PCH - کانال پیجینگ.با نگاهی به آینده، به شما می گویم که پیجینگ نوعی پینگ تلفن همراه است که به شما امکان می دهد در دسترس بودن آن را در یک منطقه تحت پوشش مشخص تعیین کنید. این کانال برای انجام این کار طراحی شده است.
  • RACH - کانال دسترسی تصادفی.توسط تلفن های همراه برای درخواست SDCCH خود استفاده می شود. منحصرا کانال Uplink.
  • AGCH - دسترسی به کانال گرانت.در این کانال، ایستگاه های پایه به درخواست های RACH تلفن های همراه پاسخ می دهند و SDCCH یا بلافاصله TCH را اختصاص می دهند.
• کانال های کنترل اختصاصی (DCCH)
  کانال های شخصی مانند TCH به تلفن های همراه خاص اختصاص داده می شود. چندین زیرگونه وجود دارد:
  • SDCCH - کانال کنترل اختصاصی مستقل.این کانال برای احراز هویت تلفن همراه، تبادل کلید رمزگذاری، روش به روز رسانی موقعیت مکانی و همچنین برای برقراری تماس صوتی و تبادل پیامک استفاده می شود.
  • SACCH - کانال کنترل آهسته مرتبط.در طول مکالمه یا زمانی که کانال SDCCH از قبل در حال استفاده است استفاده می شود. با کمک خود، BTS دستورالعمل های دوره ای را برای تغییر زمان بندی و قدرت سیگنال به تلفن ارسال می کند. در جهت مخالف، داده هایی در مورد قدرت سیگنال دریافتی (RSSI)، کیفیت TCH و همچنین قدرت سیگنال نزدیکترین ایستگاه های پایه (BTS Measurements) وجود دارد.
  • FACCH - کانال کنترل سریع مرتبط.این کانال همراه با TCH ارائه می شود و امکان انتقال پیام های فوری را می دهد، به عنوان مثال، در هنگام انتقال از یک ایستگاه پایه به ایستگاه دیگر (Handover).

2.4 انفجار چیست؟

داده‌های روی هوا به شکل دنباله‌ای از بیت‌ها، که اغلب به آنها "burst" گفته می‌شود، در بازه‌های زمانی ارسال می‌شوند. اصطلاح ترکیدن که مناسب ترین آنالوگ آن کلمه انفجار است، باید برای بسیاری از آماتورهای رادیویی آشنا باشد و به احتمال زیاد هنگام تدوین مدل های گرافیکی برای تجزیه و تحلیل پخش رادیویی ظاهر می شود، جایی که هر فعالیتی مانند آبشار و پاشیدن آب است. . می توانید در این مقاله فوق العاده (منبع تصاویر) در مورد آنها بیشتر بخوانید، ما بر روی مهمترین چیز تمرکز خواهیم کرد. یک نمایش شماتیک از انفجار ممکن است به شکل زیر باشد:

دوره نگهبانی
برای جلوگیری از تداخل (یعنی تداخل دو busrt)، مدت زمان انفجار همیشه با مقدار معینی (0.577 - 0.546 = 0.031 میلی‌ثانیه)، که "دوره نگهبانی" نامیده می‌شود، کوتاه‌تر از مدت زمان شکاف است. این دوره نوعی حاشیه زمانی برای جبران تاخیرهای زمانی احتمالی در ارسال سیگنال است.

بیت های دم
این نشانگرها شروع و پایان انفجار را مشخص می کنند.

اطلاعات
پشت سر هم محموله، مانند داده های مشترک یا ترافیک خدمات. از دو قسمت تشکیل شده است.

سرقت پرچم
این دو بیت زمانی تنظیم می شوند که هر دو قطعه از داده های انفجاری TCH روی FACCH منتقل شوند. یک بیت ارسال شده به جای دو به این معنی است که فقط یک قسمت از انفجار بر روی FACCH منتقل می شود.

دنباله تمرین
این قسمت از انفجار توسط گیرنده برای تعیین مشخصات فیزیکی کانال بین تلفن و ایستگاه پایه استفاده می شود.

2.5 انواع انفجار

هر کانال منطقی مربوط به انواع خاصی از انفجار است:

ترکیدگی معمولی
دنباله هایی از این نوع کانال های ترافیکی (TCH) بین شبکه و مشترکین و همچنین انواع کانال های کنترلی (CCH) CCCH، BCCH و DCCH را پیاده سازی می کنند.

انفجار تصحیح فرکانس
نام برای خودش صحبت می کند. یک FCCH downlink یک طرفه را پیاده‌سازی می‌کند که به تلفن‌های همراه اجازه می‌دهد تا با دقت بیشتری فرکانس BTS را تنظیم کنند.

همگام سازی انفجار
Burst از این نوع، مانند Frequency Correction Burst، یک کانال downlink، فقط SCH را پیاده سازی می کند، که برای شناسایی وجود ایستگاه های پایه در هوا طراحی شده است. مشابه بسته‌های بیکن در شبکه‌های WiFi، هر انفجار با قدرت کامل منتقل می‌شود و همچنین حاوی اطلاعاتی در مورد BTS لازم برای همگام‌سازی با آن است: نرخ فریم، داده‌های شناسایی (BSIC) و موارد دیگر.

انفجار ساختگی
یک انفجار ساختگی که توسط ایستگاه پایه برای پر کردن زمان‌های استفاده نشده ارسال می‌شود. واقعیت این است که اگر هیچ فعالیتی در کانال وجود نداشته باشد، قدرت سیگنال ARFCN فعلی به طور قابل توجهی کمتر خواهد بود. در این حالت، تلفن همراه ممکن است احساس کند که از ایستگاه پایه دور است. برای جلوگیری از این امر، BTS نقاط زمانی استفاده نشده را با ترافیک بی معنی پر می کند.

دسترسی پشت سر هم
هنگام برقراری ارتباط با BTS، تلفن همراه یک درخواست اختصاصی SDCCH روی RACH ارسال می کند. ایستگاه پایه با دریافت چنین انفجاری، زمان بندی سیستم FDMA خود را به مشترک اختصاص می دهد و در کانال AGCH پاسخ می دهد، پس از آن تلفن همراه می تواند انفجارهای عادی را دریافت و ارسال کند. شایان ذکر است افزایش مدت زمان نگهبانی است، زیرا در ابتدا نه تلفن و نه ایستگاه پایه اطلاعاتی در مورد تاخیرهای زمانی نمی دانستند. اگر درخواست RACH به شکاف زمانی نرسد، تلفن همراه پس از یک بازه زمانی شبه تصادفی دوباره آن را ارسال می کند.

2.6 پرش فرکانس

به نقل از ویکی پدیا:

طیف گسترده فرکانس پرش (FHSS) روشی برای انتقال اطلاعات از طریق رادیو است که ویژگی آن تغییر مکرر فرکانس حامل است. فرکانس بر اساس یک توالی شبه تصادفی از اعداد که هم برای فرستنده و هم برای گیرنده شناخته شده اند تغییر می کند. این روش ایمنی کانال ارتباطی در برابر نویز را افزایش می دهد.

3.1 بردارهای حمله اساسی

از آنجایی که رابط Um یک رابط رادیویی است، تمام ترافیک آن برای هر کسی در محدوده BTS قابل مشاهده است. علاوه بر این، می‌توانید با استفاده از تجهیزات ویژه (به عنوان مثال، یک تلفن همراه قدیمی که توسط پروژه OsmocomBB یا یک دانگل کوچک RTL-SDR پشتیبانی می‌شود) و با استفاده از دست‌های مستقیم یک رایانه معمولی، داده‌های ارسال شده از طریق هوا را بدون ترک خانه خود تجزیه و تحلیل کنید. .

دو نوع حمله وجود دارد: غیرفعال و فعال. در حالت اول، مهاجم به هیچ وجه با شبکه یا مشترک مورد حمله تعامل ندارد - فقط اطلاعات را دریافت و پردازش می کند. حدس زدن این که تشخیص چنین حمله ای تقریبا غیرممکن است دشوار نیست، اما به اندازه یک حمله فعال چشم انداز زیادی ندارد. یک حمله فعال شامل تعامل مهاجم با مشترک مورد حمله و / یا شبکه تلفن همراه است.

خطرناک ترین انواع حملاتی که مشترکین شبکه های سلولی در معرض آن هستند را می توان شناسایی کرد:

• بو کشیدن
• نشت اطلاعات شخصی، پیامک و تماس های صوتی
• نشت اطلاعات مکان
• جعل (FakeBTS یا IMSI Catcher)
• ضبط سیم کارت از راه دور، اجرای کد دلخواه (RCE)
• انکار سرویس (DoS)

3.2 شناسایی مشترک

همانطور که در ابتدای مقاله ذکر شد، مشترکین با استفاده از IMSI که در سیم کارت مشترک و HLR اپراتور ثبت می شود، شناسایی می شوند. تلفن های همراه با شماره سریال آنها - IMEI - شناسایی می شوند. با این حال، پس از احراز هویت، نه IMSI و نه IMEI آشکارا بر فراز هوا پرواز نمی کنند. پس از روش به روز رسانی مکان، یک شناسه موقت - TMSI (هویت مشترک مشترک تلفن همراه موقت) به مشترک اختصاص داده می شود و تعامل بیشتر با کمک آن انجام می شود.

روش های حمله
در حالت ایده آل، TMSI مشترک تنها توسط تلفن همراه و شبکه تلفن همراه شناخته می شود. با این حال، راه هایی برای دور زدن این حفاظت وجود دارد. اگر به صورت دوره‌ای با مشترکی تماس می‌گیرید یا پیام‌های SMS (یا بهتر است پیامک خاموش) ارسال می‌کنید، با تماشای کانال PCH و انجام همبستگی، می‌توانید TMSI مشترک مورد حمله را با دقت خاصی انتخاب کنید.

علاوه بر این، با دسترسی به شبکه ارتباطی بین اپراتور SS7، می توانید از طریق شماره تلفن از IMSI و LAC صاحب آن مطلع شوید. مشکل این است که در شبکه SS7، همه اپراتورها به یکدیگر "اعتماد" دارند و در نتیجه سطح محرمانه بودن داده های مشترکان خود را کاهش می دهند.

3.3 احراز هویت

برای محافظت در برابر جعل، شبکه قبل از شروع به سرویس مشترک، آن را احراز هویت می کند. علاوه بر IMSI، سیم کارت دنباله ای به نام Ki را که به طور تصادفی تولید می شود، ذخیره می کند که فقط به صورت هش شده برمی گرداند. Ki همچنین در HLR اپراتور ذخیره می شود و هرگز به صورت متن شفاف منتقل نمی شود. به طور کلی، فرآیند احراز هویت بر اساس اصل دست دادن چهار طرفه است:

1. مشترک درخواست به‌روزرسانی موقعیت مکانی را می‌دهد، سپس IMSI را ارائه می‌کند.
2. شبکه یک مقدار RAND شبه تصادفی ارسال می کند.
3. سیم کارت گوشی Ki و RAND را با استفاده از الگوریتم A3 هش می کند. A3 (RAND، Ki) = SRAND.
4. شبکه همچنین Ki و RAND را با استفاده از الگوریتم A3 هش می کند.
5. اگر مقدار SRAND در سمت مشترک با مقدار محاسبه شده در سمت شبکه مطابقت داشته باشد، آنگاه مشترک احراز هویت شده است.

روش های حمله
تکرار بر روی Ki با مقادیر RAND و SRAND می تواند زمان زیادی طول بکشد. علاوه بر این، اپراتورها می توانند از الگوریتم های هش خود استفاده کنند. اطلاعات کمی در مورد تلاش‌های brute force در شبکه وجود دارد. با این حال، همه سیم کارت ها کاملاً محافظت نمی شوند. برخی از محققان توانسته اند مستقیماً به سیستم فایل سیم کارت دسترسی پیدا کرده و سپس کی را استخراج کنند.

3.4 رمزگذاری ترافیک

با توجه به مشخصات، سه الگوریتم برای رمزگذاری ترافیک کاربر وجود دارد:

• A5 / 0- تعیین رسمی عدم رمزگذاری، درست مانند OPEN در شبکه های WiFi. من خودم هرگز شبکه ای بدون رمزگذاری ندیده ام، با این حال، طبق gsmmap.org، A5 / 0 در سوریه و کره جنوبی استفاده می شود.
• A5 / 1رایج ترین الگوریتم رمزگذاری است. علیرغم این واقعیت که هک او قبلاً بارها در کنفرانس های مختلف نشان داده شده است، در همه جا و همه جا از آن استفاده می شود. برای رمزگشایی ترافیک، کافی است 2 ترابایت فضای دیسک رایگان، یک رایانه شخصی معمولی با لینوکس و برنامه Kraken را در اختیار داشته باشید.
• A5 / 2- یک الگوریتم رمزگذاری با محافظت عمدی ضعیف شده است. اگر در جایی استفاده شود فقط برای زیبایی است.
• A5 / 3در حال حاضر امن ترین الگوریتم رمزگذاری است که در سال 2002 توسعه یافته است. در اینترنت، می‌توانید اطلاعاتی درباره برخی از آسیب‌پذیری‌های احتمالی از لحاظ نظری پیدا کنید، اما در عمل، هیچ‌کس هنوز نحوه شکستن آن را نشان نداده است. من نمی دانم چرا اپراتورهای ما نمی خواهند از آن در شبکه های 2G خود استفاده کنند. پس از همه، این به دور از یک مانع است، tk. کلیدهای رمزگذاری برای اپراتور شناخته شده است و ترافیک را می توان به راحتی از طرف او رمزگشایی کرد. و تمام گوشی های مدرن کاملاً از آن پشتیبانی می کنند. خوشبختانه، شبکه های مدرن 3GPP از آن استفاده می کنند.

روش های حمله
همانطور که قبلاً ذکر شد، با داشتن تجهیزات sniffing و یک رایانه با 2 ترابایت حافظه و برنامه Kraken، می توانید به سرعت (چند ثانیه) کلیدهای رمزگذاری جلسه A5 / 1 را پیدا کنید و سپس ترافیک هر کسی را رمزگشایی کنید. کارستن نوهل رمزنگار آلمانی در سال 2009 نحوه هک A5 / 1 را نشان داد. چند سال بعد، کارستن و سیلوین مونو رهگیری و رمزگشایی یک مکالمه تلفنی را با استفاده از چندین تلفن قدیمی موتورولا (پروژه OsmocomBB) نشان دادند.

نتیجه

داستان طولانی من به پایان رسید. با جزئیات بیشتر و از منظر کاربردی، به محض افزودن قسمت های باقی مانده، در سری مقالات آشنایی با OsmocomBB، امکان آشنایی با اصول شبکه های سلولی وجود خواهد داشت. امیدوارم تونسته باشم چیز جدید و جالبی بهتون بگم. منتظر بازخورد و نظرات شما هستم! افزودن برچسب

فصل 1.سیستم رادیویی موبایل سلولی دیجیتال استاندارد GSM

1.1. مشخصات کلی استاندارد GSM

مطابق با توصیه CEPT در سال 1980 در مورد استفاده از طیف تلفن همراه در محدوده فرکانسی 862-960 مگاهرتز، استاندارد GSM برای سیستم تلفن همراه زمینی سلولی دیجیتال پاناروپایی (جهانی) عملکرد فرستنده ها را در دو محدوده فرکانسی فراهم می کند: 890-915 مگاهرتز (برای فرستنده های ایستگاه تلفن همراه - MS)، 935-960 مگاهرتز (برای فرستنده های ایستگاه پایه - BTS).

استاندارد GSM از دسترسی چندگانه تقسیم زمانی باند باریک (NB TDMA) استفاده می کند. ساختار قاب TDMA شامل 8 موقعیت زمانی در هر یک از 124 حامل است.

برای محافظت در برابر خطاهای کانال های رادیویی هنگام انتقال پیام های اطلاعاتی، از کدگذاری بلاک و کانولوشن در هم آمیخته استفاده می شود. بهبود کارایی کدگذاری و interleaving در سرعت کم حرکت ایستگاه های سیار با تعویض آهسته فرکانس های کاری (SFH) در طول یک جلسه ارتباطی با نرخ 217 پرش در ثانیه به دست می آید.

برای مبارزه با محو شدن تداخل سیگنال های دریافتی ناشی از انتشار چند مسیره امواج رادیویی در شرایط شهری، تجهیزات ارتباطی از اکولایزرهایی استفاده می کنند که یکسان سازی سیگنال های پالس را با انحراف استاندارد زمان تاخیر تا 16 میکرو ثانیه ارائه می دهند.

سیستم همگام سازی برای جبران زمان تاخیر سیگنال مطلق تا 233 میکرو ثانیه طراحی شده است که مربوط به حداکثر برد ارتباطی یا حداکثر شعاع سلول (سلول) 35 کیلومتر است.

در استاندارد GSM، گاوسی فرکانس شیفت کلید (GMSK) انتخاب شده است. پردازش گفتار در چارچوب سیستم اتخاذ شده انتقال ناپیوسته گفتار (DTX) انجام می شود که تضمین می کند فرستنده فقط در حضور سیگنال گفتار روشن می شود و فرستنده در طول مکث و در پایان خاموش می شود. یک مکالمه. یک کدک گفتار با تحریک تکانه منظم / پیش بینی طولانی مدت و کدگذاری پیش بینی خطی با پیش بینی (RPE / LTR-LTP-codec) به عنوان یک دستگاه تبدیل گفتار انتخاب می شود. سرعت کل تبدیل گفتار، در حدود یک سیگنال، 13 کیلوبیت بر ثانیه است.

استاندارد GSM به درجه بالایی از امنیت برای انتقال پیام دست می یابد. پیام ها با استفاده از الگوریتم رمزگذاری کلید عمومی (RSA) رمزگذاری می شوند.

به طور کلی سیستم ارتباطی که در استاندارد GSM کار می کند برای استفاده در زمینه های مختلف طراحی شده است. طیف گسترده ای از خدمات و امکان استفاده از تجهیزات مختلف برای انتقال پیام های صوتی و داده ها، سیگنال های تماس و هشدار را در اختیار کاربران قرار می دهد. به شبکه های تلفن سوئیچ شده عمومی (PSTN)، شبکه های داده (PDN) و شبکه های دیجیتال خدمات یکپارچه (ISDN) متصل شوید.

ویژگی های اصلی استاندارد GSM

فرکانس های ارسال یک ایستگاه سیار و دریافت ایستگاه پایه، مگاهرتز	890-915
فرکانس های دریافت یک ایستگاه سیار و ارسال یک ایستگاه پایه، مگاهرتز	935-960
فاصله دوطرفه فرکانس های دریافت و ارسال، مگاهرتز	45
نرخ انتقال پیام ها در کانال رادیویی، کیلوبیت بر ثانیه	270, 833
نرخ تبدیل کدک گفتار، کیلوبیت بر ثانیه	13
پهنای باند کانال ارتباطی، کیلوهرتز	200
حداکثر تعداد کانال های ارتباطی	124
حداکثر تعداد کانال های سازماندهی شده در ایستگاه پایه	16-20
نوع مدولاسیون	GMSK
شاخص مدولاسیون	BT 0.3
پهنای باند فیلتر گاوسی پیش مدولاسیون، کیلوهرتز	81,2
پرش فرکانس در ثانیه	217
تنوع زمانی فریم TDMA (انتقال / دریافت) برای یک ایستگاه سیار	2
نوع کدک گفتار	RPE / LTP
حداکثر شعاع سلول، کیلومتر	تا 35
ترتیب کانال ترکیبی TDMA / FDMA

1.2. نمودار ساختاری و ترکیب تجهیزات شبکه های ارتباطی

ساختار عملکردی و رابط های پذیرفته شده در استاندارد GSM توسط بلوک دیاگرام شکل 1.1 نشان داده شده است که در آن MSC (مرکز سوئیچینگ موبایل) یک مرکز سوئیچینگ سیار است. BSS (سیستم ایستگاه پایه) - تجهیزات ایستگاه پایه؛ OMC (مرکز عملیات و تعمیر و نگهداری) - مرکز کنترل و خدمات؛ MS (ایستگاه های موبایل) - ایستگاه های سیار.

واسط عملکردی عناصر سیستم توسط تعدادی رابط انجام می شود. تمام اجزای عملکردی شبکه در استاندارد GSM مطابق با سیستم سیگنالینگ CCITT SS N 7 (CCITT SS. N 7) تعامل دارند.

مرکز سوئیچینگ سیار به گروهی از سلول ها خدمت می کند و انواع اتصالات مورد نیاز یک ایستگاه سیار را در این فرآیند فراهم می کند. MSC مشابه دفتر سوئیچینگ ISDN است و رابطی بین شبکه های ثابت (PSTN، PDN، ISDN و غیره) و شبکه تلفن همراه است. ویژگی های مسیریابی تماس و کنترل تماس را فراهم می کند. MSC علاوه بر انجام عملکردهای یک ایستگاه سوئیچینگ ISDN معمولی، وظایف سوئیچینگ کانال های رادیویی را نیز بر عهده دارد. اینها عبارتند از "تحویل"، که در طی آن تداوم ارتباط هنگامی که یک ایستگاه سیار از سلولی به سلول دیگر حرکت می‌کند، و تعویض کانال‌های کاری در یک سلول در هنگام بروز تداخل یا نقص به دست می‌آید.

هر MSC به مشترکین تلفن همراه واقع در یک منطقه جغرافیایی خاص (به عنوان مثال، مسکو و منطقه) خدمات ارائه می دهد. MSC رویه های راه اندازی و مسیریابی تماس را مدیریت می کند. برای شبکه تلفن عمومی سوئیچ شده (PSTN)، MSC سیگنالینگ SS N 7، انتقال تماس، یا انواع دیگر رابط ها را بر اساس نیاز یک پروژه خاص فراهم می کند.

MSC داده های لازم برای صورتحساب خدمات ارتباطی ارائه شده توسط شبکه را تولید می کند، داده ها را در مورد مکالمات انجام شده جمع آوری می کند و آنها را به مرکز تسویه حساب (مرکز صورتحساب) منتقل می کند. MSC همچنین آمار مورد نیاز برای نظارت و بهینه سازی شبکه را جمع آوری می کند.

MSC همچنین رویه های امنیتی مورد استفاده برای کنترل دسترسی به پیوندهای رادیویی را حفظ می کند.

MSC نه تنها در کنترل تماس شرکت می کند، بلکه فرآیندهای ثبت مکان و تحویل را علاوه بر تحویل زیرسیستم ایستگاه پایه (BSS) نیز مدیریت می کند. ثبت مکان ایستگاه تلفن همراه برای اطمینان از تحویل تماس مشترکین تلفن همراه رومینگ از سوی مشترکین PSTN یا سایر مشترکین تلفن همراه ضروری است. روش تحویل تماس اجازه می دهد تا اتصالات حفظ شود و یک مکالمه زمانی که یک ایستگاه سیار از یک منطقه خدماتی به منطقه دیگر منتقل می شود، حفظ شود. تماس های موجود در سلول های کنترل شده توسط یک کنترل کننده ایستگاه پایه (BSC) توسط این BSC انجام می شود. هنگامی که تماس ها بین دو شبکه که توسط BSC های مختلف کنترل می شوند، منتقل می شوند، کنترل اولیه در MSC است. استاندارد GSM همچنین روش های انتقال تماس را بین شبکه ها (کنترل کننده) متعلق به MSC های مختلف ارائه می دهد. مرکز سوئیچینگ به طور مداوم ایستگاه های سیار را با استفاده از ثبت موقعیت (HLR) و ثبت حرکت (VLR) نظارت می کند. HLR بخشی از اطلاعات موقعیت مکانی یک ایستگاه سیار را ذخیره می کند که به مرکز سوئیچینگ اجازه می دهد تا تماس را به ایستگاه برساند. HLR شامل شناسه بین المللی مشترک تلفن همراه (IMSI) است. برای شناسایی ایستگاه سیار در مرکز احراز هویت (AUC) استفاده می شود (شکل 1.2، 1.3).

ترکیب داده های موقت ذخیره شده در HLR و VLR

در عمل، HLR یک پایگاه داده مرجع از مشترکینی است که به طور دائم در شبکه ثبت شده اند. این شامل شماره‌ها و آدرس‌های شناسایی و همچنین پارامترهای اعتبار مشترک، محدوده خدمات ارتباطی و اطلاعات مسیریابی ویژه است. داده‌های رومینگ (سرگردان) مشترک، از جمله شماره شناسایی موقت مشترک تلفن همراه (TMSI) و VLR مرتبط، ثبت می‌شوند.

همه شبکه‌های MSC و VLR به داده‌های موجود در HLR دسترسی از راه دور دارند و اگر چندین HLR در شبکه وجود داشته باشد، پایگاه داده تنها شامل یک رکورد مشترک است، بنابراین هر HLR نشان‌دهنده بخش خاصی از پایگاه داده کلی مشترکان شبکه است. پایگاه داده مشترکین توسط IMSI یا MSISDN (شماره مشترک تلفن همراه در شبکه ISDN) قابل دسترسی است. پایگاه داده می تواند توسط MSC ها یا VLR های متعلق به شبکه های دیگر به عنوان بخشی از ارائه رومینگ بین شبکه ای برای مشترکین قابل دسترسی باشد.

دومین وسیله اصلی که کنترل حرکت یک ایستگاه سیار را از منطقه ای به منطقه دیگر ارائه می دهد، ثبت حرکت VLR است. عملکرد ایستگاه سیار را در خارج از منطقه کنترل شده HLR امکان پذیر می کند. هنگامی که در فرآیند جابجایی، یک ایستگاه سیار از پوشش یک کنترل‌کننده ایستگاه پایه BSC، که گروهی از ایستگاه‌های پایه را متحد می‌کند، به پوشش یک BSC دیگر منتقل می‌شود، با یک BSC جدید ثبت می‌شود و اطلاعاتی در مورد ارتباط وجود دارد. شماره منطقه در VLR وارد می شود که از تحویل تماس ها اطمینان حاصل می کند

ایستگاه سیار برای ایمنی داده های واقع در HLR و VLR، در صورت خرابی، دستگاه های حافظه این ثبات ها محافظت می شوند.

VLR حاوی همان داده‌های HLR است، با این حال، این داده‌ها فقط تا زمانی که مشترک در ناحیه تحت کنترل VLR باشد در VLR موجود است.

در یک شبکه تلفن همراه GSM، سلول‌ها در مناطق جغرافیایی (LAs) دسته‌بندی می‌شوند که به آنها شماره شناسایی (LAC) اختصاص داده می‌شود. هر VLR حاوی داده های مشترک در چندین LA است. هنگامی که یک مشترک تلفن همراه از یک LA به دیگری نقل مکان می کند، داده های مکان آن به طور خودکار در VLR به روز می شود. اگر LA قدیمی و جدید توسط VLR های مختلف مدیریت شوند، داده های VLR قدیمی پس از کپی شدن در VLR جدید پاک می شوند. آدرس VLR فعلی مشترک موجود در HLR نیز به روز می شود.

VLR همچنین یک شماره ایستگاه تلفن همراه رومینگ (MSRN) را فراهم می کند. هنگامی که ایستگاه تلفن همراه یک تماس دریافتی دریافت می کند، VLR MSRN خود را انتخاب می کند و آن را به MSC ارسال می کند، که تماس را به ایستگاه های پایه نزدیک مشترک تلفن همراه هدایت می کند.

VLR همچنین اعداد انتقال را هنگام انتقال اتصالات از یک MSC به MSC دیگر اختصاص می دهد. علاوه بر این، VLR توزیع TMSI های جدید را مدیریت کرده و آنها را به HLR ارسال می کند. همچنین رویه های احراز هویت را در طول پردازش تماس مدیریت می کند. با تصمیم اپراتور، TMSI را می توان به طور دوره ای تغییر داد تا روند شناسایی مشترک را پیچیده کند. پایگاه داده VLR از طریق IMSI، TMSI یا MSRN قابل دسترسی است. به طور کلی، VLR یک پایگاه داده محلی مشترکین تلفن همراه برای منطقه ای است که مشترک در آن قرار دارد، که درخواست های HLR مداوم را حذف می کند و زمان رسیدگی به تماس را کاهش می دهد.

برای حذف استفاده غیرمجاز از منابع سیستم ارتباطی، مکانیسم های احراز هویت معرفی شده است - احراز هویت مشترک. مرکز احراز هویت از چندین بلوک تشکیل شده و کلیدها و الگوریتم‌های احراز هویت را تولید می‌کند. با کمک آن، اقتدار مشترک بررسی می شود و دسترسی او به شبکه ارتباطی انجام می شود. AUC در مورد پارامترهای فرآیند احراز هویت تصمیم می گیرد و کلیدهای رمزگذاری ایستگاه های مشترک را بر اساس پایگاه داده متمرکز در ثبت شناسه تجهیزات (EIR) تعیین می کند.

هر مشترک تلفن همراه برای زمان استفاده از سیستم ارتباطی یک ماژول تأیید هویت مشترک مشترک (SIM) را دریافت می کند که شامل: یک شماره شناسایی بین المللی (IMSI)، کلید احراز هویت فردی خود (Ki)، یک الگوریتم احراز هویت (A3) است.

با کمک اطلاعات ثبت شده در سیم کارت، در نتیجه تبادل اطلاعات متقابل بین ایستگاه تلفن همراه و شبکه، یک چرخه احراز هویت کامل انجام می شود و امکان دسترسی مشترک به شبکه فراهم می شود.

روال بررسی اصالت مشترک توسط شبکه به شرح زیر اجرا می شود. شبکه یک عدد تصادفی (RAND) را به ایستگاه تلفن همراه ارسال می کند. روی آن، با استفاده از Ki و الگوریتم احراز هویت A3، مقدار پاسخ (SRES) تعیین می شود، یعنی.

SRES = Ki * [RAND]

ایستگاه سیار مقدار SRES محاسبه شده را به شبکه ارسال می کند که مقدار SRES دریافتی را با مقدار SRES محاسبه شده توسط شبکه مقایسه می کند. اگر هر دو مقدار یکسان باشند، ایستگاه تلفن همراه شروع به ارسال پیام می کند. در غیر این صورت ارتباط قطع می شود و نشانگر ایستگاه سیار نشان می دهد که شناسایی صورت نگرفته است. برای اطمینان از حفظ حریم خصوصی، SRES در سیم کارت محاسبه می شود. اطلاعات طبقه بندی نشده (به عنوان مثال Ki) در ماژول سیم کارت پردازش نمی شود.

EIR - ثبت شناسه تجهیزات، شامل یک پایگاه داده متمرکز برای تأیید صحت شماره شناسایی تجهیزات ایستگاه موبایل بین المللی (1ME1) است. این پایگاه داده منحصراً برای تجهیزات ایستگاه سیار اعمال می شود. پایگاه داده EIR شامل لیست هایی از اعداد 1ME1 است که به صورت زیر سازماندهی شده اند:

WHITE LIST - شامل اعداد 1ME1 است که مشخص است به ایستگاه های تلفن همراه مجاز اختصاص داده می شوند.

لیست سیاه - شامل 1ME1 شماره ایستگاه های تلفن همراه است که به دلیل دیگری به سرقت رفته یا از خدمات رد شده اند.

فهرست خاکستری - شامل 1ME1 شماره ایستگاه های تلفن همراه است که دارای مشکلاتی هستند که توسط داده های نرم افزاری مشخص شده است، که دلیلی برای قرار گرفتن در "لیست سیاه" نیست.

پایگاه داده EIR از راه دور توسط MSC های شبکه و همچنین MSC های سایر شبکه های تلفن همراه قابل دسترسی است.

همانند HLR، یک شبکه می تواند بیش از یک EIR داشته باشد که هر EIR گروه های 1ME1 خاصی را مدیریت می کند. MSC شامل یک مترجم است که با دریافت شماره 1ME1، آدرس EIR را که بخش مربوط به پایگاه داده تجهیزات را کنترل می کند، برمی گرداند.

IWF یک مفصل عملکردی اینترنتی است که یکی از اجزای تشکیل دهنده MSC است. این امکان دسترسی به پروتکل و تبدیل نرخ داده را برای مشترکین فراهم می کند تا بتوان آنها را بین تجهیزات پایانه GSM (DIE) و تجهیزات پایانه شبکه ثابت معمولی انتقال داد. دروازه همچنین مودم را از بانک تجهیزات خود برای ارتباط با مودم شبکه ثابت مربوطه خارج می کند. IWF همچنین رابط های نوع اتصال مستقیم را برای تجهیزات ارائه شده توسط مشتری، مانند داده های بسته PAD از طریق پروتکل X.25 فراهم می کند.

EC - لغو کننده اکو، که توسط MSC در سمت PSTN برای همه کانال های تلفن (صرف نظر از طول آنها) به دلیل تاخیرهای فیزیکی در مسیرهای انتشار، از جمله کانال رادیویی، شبکه های GSM استفاده می شود. یک لغو کننده اکو معمولی می تواند 68 میلی ثانیه لغو بین خروجی EC و تلفن ثابت را فراهم کند. کل تاخیر در کانال GSM در جهت جلو و عقب ناشی از پردازش سیگنال، کدگذاری / رمزگشایی گفتار، کدگذاری کانال و غیره حدود 180 میلی ثانیه است. اگر ترانسفورماتور هیبریدی با تبدیل مسیر از حالت دو سیمه به چهار سیمه که نصب آن در MSC ضروری است، در کانال تلفن قرار نمی گرفت، این تاخیر برای مشترک موبایل قابل توجه نخواهد بود، زیرا اتصال استاندارد به PSTN دو سیمه است. هنگامی که دو مشترک از یک شبکه ثابت متصل هستند، هیچ پژواکی وجود ندارد. بدون روشن کردن اتحادیه اروپا، تاخیر در انتشار سیگنال ها در مسیر GSM مشترکان را آزار می دهد، گفتار را قطع می کند و توجه را منحرف می کند.

OMC - مرکز بهره برداری و نگهداری، عنصر مرکزی شبکه GSM است که کنترل و مدیریت سایر اجزای شبکه و کنترل کیفیت کار آن را فراهم می کند. OMC با سایر اجزای شبکه GSM از طریق کانال های انتقال بسته X.25 متصل می شود. OMC عملکردهای کنترل هشدار را برای هشدار به پرسنل تعمیر و نگهداری و ثبت اطلاعات اضطراری در سایر اجزای شبکه فراهم می کند. بسته به ماهیت نقص، OMC امکان اطمینان از رفع آن را به طور خودکار یا با مداخله فعال پرسنل فراهم می کند. OMC می تواند وضعیت تجهیزات شبکه و پیشرفت تماس با ایستگاه سیار را بررسی کند. OMC به شما اجازه می دهد تا بار در شبکه را مدیریت کنید. عملکرد مدیریت کارآمد شامل جمع آوری داده های آماری بر روی بار از اجزای شبکه GSM، ضبط آنها در فایل های دیسک و نمایش آنها برای تجزیه و تحلیل بصری است. OMC مدیریت تغییرات نرم افزار و پایگاه های داده در پیکربندی عناصر شبکه را فراهم می کند. نرم افزار را می توان از OMS به سایر عناصر شبکه یا از آنها به OMS در حافظه بارگذاری کرد.

NMC یک مرکز مدیریت شبکه است که امکان مدیریت منطقی سلسله مراتبی شبکه GSM را فراهم می کند. این سرویس عملیات و نگهداری در سطح شبکه را با پشتیبانی مراکز CHI که مسئول مدیریت شبکه های منطقه ای هستند، ارائه می دهد. NMC مدیریت ترافیک را برای کل شبکه فراهم می کند و کنترل نظارتی شبکه را برای شرایط اضطراری پیچیده مانند خرابی گره یا اضافه بار فراهم می کند. علاوه بر این، وضعیت دستگاه های کنترل خودکار مورد استفاده در تجهیزات شبکه را نظارت می کند و وضعیت شبکه را برای اپراتورهای NMC نمایش می دهد. این به اپراتورها اجازه می دهد تا مشکلات منطقه ای را کنترل کنند و در صورت لزوم به ارگان های خودگردان محلی که مسئول یک منطقه خاص هستند کمک کنند. به این ترتیب کارکنان NMC از وضعیت کل شبکه آگاه هستند و می توانند به کارکنان MHO دستور دهند تا استراتژی خود را برای حل یک مشکل منطقه ای تغییر دهند.

NMC روی مسیرهای سیگنال دهی و اتصالات بین گره ها تمرکز می کند تا از شرایط تراکم در شبکه جلوگیری کند. همچنین نظارت شد

مسیرهای اتصال بین شبکه GSM و PSTN برای جلوگیری از انتشار شرایط تراکم بین شبکه ها. با انجام این کار، پرسنل NMC مسائل مدیریت شبکه را با سایر پرسنل NMC هماهنگ می کنند. NMC همچنین قابلیت مدیریت ترافیک را برای تجهیزات شبکه زیرسیستم ایستگاه پایه (BSS) فراهم می کند. اپراتورهای NMC در شرایط شدید ممکن است از روش های مدیریتی مانند "دسترسی اولویت" استفاده کنند، جایی که فقط مشترکین با اولویت بالا (سرویس های اضطراری) می توانند به سیستم دسترسی داشته باشند.

NMC می تواند مسئولیت را در هر منطقه ای که MLA محلی بدون مراقبت باشد، به عهده بگیرد، با MLA به عنوان یک نقطه ترانزیت بین NMC و تجهیزات شبکه عمل می کند. NMC عملکردهایی مشابه عملکردهای OMC را در اختیار اپراتورها قرار می دهد.

NMC همچنین یک ابزار مهم برنامه ریزی شبکه است، زیرا NMC شبکه و نحوه عملکرد آن را در سطح شبکه نظارت می کند و بنابراین داده هایی را در اختیار برنامه ریزان شبکه قرار می دهد که توسعه بهینه آن را تعیین می کند.

BSS - تجهیزات ایستگاه پایه، شامل یک کنترل کننده ایستگاه پایه (BSC) و ایستگاه های پایه فرستنده گیرنده (BTS) است. کنترل کننده ایستگاه پایه می تواند چندین واحد انتقال / دریافت را کنترل کند. BSS تخصیص کانال های رادیویی را مدیریت می کند، اتصالات را نظارت می کند، توالی آنها را تنظیم می کند، حالت پرش فرکانس، مدولاسیون و دمدولاسیون سیگنال، کدگذاری و رمزگشایی پیام، کدگذاری گفتار، انطباق نرخ انتقال صدا، داده و تماس را ارائه می دهد و ترتیب را تعیین می کند. انتقال پیام های صفحه بندی

BSS همراه با MSC، HLR، VLR برخی از عملکردها را انجام می دهد، به عنوان مثال: آزادسازی کانال عمدتاً تحت کنترل MSC است، اما MSC می تواند از ایستگاه پایه درخواست کند که کانال را در صورت تماس ارائه دهد. به دلیل تداخل رادیویی عبور نکنید. BSS و MSC مشترکاً انتقال اطلاعات را برای برخی از دسته‌های ایستگاه‌های سیار اولویت‌بندی می‌کنند.

TCE ترانکودری است که سیگنال های خروجی کانال انتقال گفتار و داده های MSC (64 کیلوبیت بر ثانیه PCM) را به فرم مربوط به توصیه های GSM برای رابط رادیویی (Rec. GSM 04.08) تبدیل می کند. مطابق با این الزامات، نرخ انتقال گفتار دیجیتال 13 کیلوبیت بر ثانیه است. این کانال برای انتقال سیگنال های صوتی دیجیتال " نرخ کامل " نامیده می شود. در آینده، استاندارد استفاده از یک کانال صوتی نیمه سرعت (نرخ انتقال 6.5 کیلوبیت در ثانیه) را فراهم می کند.

کاهش سرعت انتقال با استفاده از یک دستگاه تبدیل گفتار ویژه با استفاده از کدگذاری پیش‌بینی خطی (LPC)، پیش‌بینی طولانی‌مدت (LTP)، تحریک تکانه باقی‌مانده (RPE - گاهی اوقات RELP) به دست می‌آید.

رمزگذار معمولاً همراه با MSC قرار می گیرد ، سپس انتقال پیام های دیجیتال در جهت کنترل کننده ایستگاه پایه - BSC با افزودن بیت های اضافی (پر کردن) به جریان با سرعت انتقال 13 کیلوبیت در ثانیه انجام می شود. تا سرعت انتقال داده 16 کیلوبیت بر ثانیه. سپس با ضریب 4 بر روی یک کانال استاندارد 64 کیلوبیت بر ثانیه فشرده می شود. اینگونه است که خط PCM 30 کانالی تعریف شده توسط GSM Recommendations تشکیل می شود که انتقال 120 کانال صوتی را فراهم می کند. یک کانال شانزدهم (64 کیلوبیت بر ثانیه)، یک "شکاف زمانی"، به طور جداگانه برای اطلاعات سیگنالینگ اختصاص داده می شود و اغلب حاوی ترافیک SS N7 یا LAPD است. کانال دیگر (64 کیلوبیت بر ثانیه) همچنین می تواند بسته های داده مطابق با پروتکل CCITT X.25 را حمل کند.

بنابراین، نرخ انتقال حاصل برای رابط مشخص شده 30x64 kbps + 64 kbps + 64 kbps = 2048 kbps است.

MS - یک ایستگاه سیار، متشکل از تجهیزاتی است که برای سازماندهی دسترسی مشترکان شبکه های GSM به شبکه های مخابراتی ثابت موجود است. در چارچوب استاندارد GSM، پنج کلاس از ایستگاه های سیار از مدل کلاس 1 با توان خروجی 20 وات نصب شده بر روی خودرو تا مدل قابل حمل کلاس 5 با حداکثر توان 0.8 وات (جدول 1.1) اتخاذ شده است. هنگام انتقال پیام، کنترل تطبیقی ​​توان فرستنده برای اطمینان از کیفیت مورد نیاز ارتباط ارائه می شود.

مشترک تلفن همراه و ایستگاه مستقل از یکدیگر هستند. همانطور که قبلا ذکر شد، هر مشترک شماره شناسایی بین المللی خود (IMSI) را در کارت هوشمند خود ثبت کرده است. این رویکرد اجازه می دهد تا تلفن های رادیویی، به عنوان مثال، در تاکسی ها و اتومبیل های اجاره ای نصب شوند. به هر ایستگاه سیار نیز شماره شناسایی بین المللی خود (1ME1) اختصاص داده می شود. این شماره برای جلوگیری از دسترسی یک ایستگاه سرقت شده یا غیرمجاز به شبکه های GSM استفاده می شود.

جدول 1.1

کلاس قدرت	حداکثر سطح توان فرستنده	انحرافات مجاز
1	20 وات	1.5 دسی بل
2	8 وات	1.5 دسی بل
3	5 وات	1.5 دسی بل
4	2 وات	1.5 دسی بل
5	0.8 وات	1.5 دسی بل

1.3. رابط های شبکه و رادیو

هنگام طراحی سیستم های دیجیتال سلولی برای ارتباطات سیار استاندارد GSM، سه نوع رابط در نظر گرفته می شود: برای اتصال با شبکه های خارجی. بین تجهیزات مختلف شبکه های GSM؛ بین شبکه GSM و تجهیزات خارجی تمام رابط های داخلی موجود شبکه های GSM در بلوک دیاگرام در شکل نشان داده شده است. 1.1. آنها به طور کامل با الزامات ETSI / GSM توصیه های 03.02 مطابقت دارند.

رابط های شبکه خارجی

اتصال PSTN

اتصال به شبکه تلفن عمومی توسط MSC از طریق یک خط ارتباطی 2 مگابیت بر ثانیه مطابق با سیستم سیگنالینگ SS N 7 انجام می شود. ویژگی های الکتریکی رابط 2 مگابیت بر ثانیه مطابق با توصیه های CCITT G.732 است.

اتصال ISDN

برای اتصال به شبکه های ISDN در حال ایجاد، چهار خط ارتباطی 2 مگابیت بر ثانیه ارائه شده است که توسط سیستم سیگنالینگ SS N 7 پشتیبانی می شود و با توصیه های CCITT Blue Book Q.701-Q.710، Q.711-Q.714، Q.716، Q.781، 0.782، 0.791، 0.795، 0.761-0.764، 0.766.

اتصال به شبکه NMT-450 موجود

مرکز سوئیچینگ موبایل از طریق چهار خط استاندارد 2 مگابیت بر ثانیه و سیستم سیگنالینگ SS N7 به شبکه NMT-450 متصل می شود. در عین حال، الزامات توصیه های CCITT در مورد قسمت کاربر تلفن (TUP) و قسمت انتقال پیام (MTP) کتاب زرد باید برآورده شود. مشخصات الکتریکی خط 2 مگابیت بر ثانیه مطابق با توصیه های CCITT G.732 است.

اتصال به شبکه های بین المللی GSM

در حال حاضر، شبکه GSM در مسکو به شبکه های GSM پان اروپایی متصل است. این اتصالات بر اساس پروتکل های سیستم سیگنالینگ (SCCP) و پروتکل های سوئیچینگ اینترنت موبایل (GMSC) هستند.

GSM داخلی - رابط ها

رابط بین MSC و BSS (اینترفیس A) انتقال پیام را برای کنترل BSS، انتقال تماس، کنترل ترافیک فراهم می کند. رابط A کانال های ارتباطی و خطوط سیگنال را ترکیب می کند. دومی از پروتکل CCITT SS N7 استفاده می کند. مشخصات کامل رابط A با سری 08 توصیه های ETSI / GSM مطابقت دارد.

رابط بین MSC و HLR با VLR (رابط B) مشترک است. هنگامی که MSC نیاز به مکان یابی یک ایستگاه سیار دارد، به VLR اشاره می کند. اگر ایستگاه متحرک روند تعیین موقعیت را با MSC آغاز کند، VLR خود را مطلع می کند، که تمام اطلاعات در حال تغییر را در رجیسترهای خود ثبت می کند. این روش زمانی اتفاق می افتد که MS از یک منطقه مکان یابی به ناحیه دیگر منتقل می شود. در صورتی که مشترک درخواست خدمات اضافی ویژه ای داشته باشد یا برخی از داده های خود را تغییر دهد، MSC نیز به VLR اطلاع می دهد که تغییرات را ثبت می کند و در صورت لزوم HLR را در جریان آن قرار می دهد.

رابط بین MSC و HLR (رابط C) برای ایجاد قابلیت همکاری بین MSC و HLR استفاده می شود. MSC ممکن است در پایان جلسه یک نشانه (پیام) به HLR ارسال کند تا مشترک بتواند هزینه تماس را پرداخت کند. هنگامی که شبکه تلفن ثابت قادر به اجرای رویه تنظیم تماس مشترک تلفن همراه نباشد، MSC ممکن است از HLR درخواست کند تا مکان مشترک را برای برقراری تماس با MS تعیین کند.

رابط بین HLR و VLR (رابط D) برای گسترش تبادل داده ها در موقعیت ایستگاه تلفن همراه، کنترل فرآیند ارتباط استفاده می شود. خدمات اصلی ارائه شده به مشترک تلفن همراه، امکان ارسال یا دریافت پیام بدون توجه به موقعیت مکانی است. برای این کار، HLR باید داده های خود را تکمیل کند. VLR موقعیت MS را به HLR اطلاع می دهد، آن را کنترل می کند و اعداد را به آن در فرآیند سرگردانی مجدد اختصاص می دهد و تمام داده های لازم را برای ارائه خدمات به ایستگاه سیار ارسال می کند.

رابط بین MSCها (رابط E) تعامل بین MSCهای مختلف را در طول اجرای روش HANDOVER فراهم می کند - "انتقال" مشترک از منطقه ای به منطقه دیگر هنگامی که در طول یک جلسه ارتباطی بدون وقفه حرکت می کند.

رابط بین BSC و BTS (واسط A-bis) برای ارتباط بین BSC و BTS استفاده می شود و توسط توصیه های ETSI / GSM برای ایجاد اتصال و فرآیندهای کنترل تجهیزات تعریف شده است، انتقال در جریان های دیجیتال با نرخ 2.048 مگابیت انجام می شود. / s. امکان استفاده از رابط فیزیکی 64 کیلوبیت بر ثانیه وجود دارد.

رابط بین BSC و OMC (رابط O) برای ارتباط بین BSC و OMC در نظر گرفته شده است؛ این رابط در شبکه های سوئیچ بسته CCITT X.25 استفاده می شود.

رابط داخلی BSC کنترل کننده ایستگاه پایه ارتباط بین تجهیزات مختلف BSC و تجهیزات رمزگذاری (TCE) را فراهم می کند. از استاندارد انتقال 2.048 مگابیت بر ثانیه PCM استفاده می کند و به شما امکان می دهد از چهار کانال با سرعت 16 کیلوبیت بر ثانیه یک کانال را با سرعت 64 کیلوبیت در ثانیه سازماندهی کنید.

رابط بین MS و BTS (واسط رادیویی Um) در سری 04 و 05 توصیه های ETSI / GSM تعریف شده است.

رابط شبکه بین OMC و شبکه، به اصطلاح رابط کنترل بین OMC و عناصر شبکه، توسط ETSI / GSM Recommendations 12.01 تعریف شده است و مشابه رابط Q.3 است که در ISO OSI لایه ای تعریف شده است. مدل شبکه باز

اتصال شبکه با OMC می تواند توسط سیستم سیگنالینگ CCITT SS N7 یا پروتکل شبکه X.25 ارائه شود. شبکه X.25 می تواند به اینترنت ورک یا PSDN در حالت باز یا بسته متصل شود.

GSM یک پروتکل مدیریت شبکه و سرویس است که باید الزامات رابط Q.3 را مطابق با توصیه های ETSI / GSM 12.01 برآورده کند.

رابط بین شبکه GSM و تجهیزات خارجی

رابط بین MSC و مرکز خدمات (SC) برای اجرای سرویس پیام کوتاه مورد نیاز است. در ETSI / GSM Recommendations 03.40 تعریف شده است.

رابط به OMC دیگر. هر مرکز کنترل و نگهداری شبکه باید به سایر شبکه های عملیاتی OMC در مناطق دیگر یا شبکه های دیگر متصل باشد. این اتصالات توسط رابط های X مطابق با توصیه های CCITT M.ZO ارائه می شوند. رابط OMC برای تعامل با شبکه های سطح بالاتر استفاده می شود.

1.4. ساختار سرویس و انتقال داده در استاندارد GSM

استاندارد GSM شامل دو دسته از خدمات است: خدمات پایه و خدمات از راه دور. خدمات اصلی ارائه می شود: انتقال داده (ناهمزمان) در حالت دورو با نرخ های 300، 600، 1200، 2400، 4800 و 9600 بیت بر ثانیه از طریق شبکه های تلفن عمومی. انتقال داده (همگام) در حالت دورو با سرعت های 1200، 2400، 4800 و 9600 bps از طریق شبکه های تلفن عمومی، شبکه های داده سوئیچ شده عمومی (CSPDN) و ISDN. دسترسی با استفاده از یک آداپتور برای بسته بندی انتقال داده ناهمزمان با نرخ استاندارد 300-9600 bps از طریق شبکه های داده بسته سوئیچ شده عمومی (PSPDN)، به عنوان مثال، Datex-P. دسترسی همزمان تمام دوبلکس به شبکه داده بسته با نرخ استاندارد 2400-9600 bps.

هنگام انتقال داده ها با سرعت 9.6 کیلوبیت بر ثانیه، همیشه از لینک نرخ کامل استفاده می شود. در مورد انتقال در سرعت های زیر 9.6 کیلوبیت بر ثانیه می توان از کانال های ارتباطی نیمه سرعت استفاده کرد.

توابع فهرست شده کانال های انتقال داده برای تجهیزات پایانه ای ارائه شده است که از رابط های CCITT با مشخصات سری V.24 یا X.21 استفاده می کنند. این مشخصات مسائل مربوط به انتقال داده از طریق کانال های تلفن معمولی را مشخص می کند. تله سرویس خدمات زیر را ارائه می دهد:

1) ارتباط تلفنی (همراه با یک سرویس هشدار: امنیت آپارتمان، سیگنال های پریشانی و غیره)؛

2) انتقال پیام های کوتاه؛

3) دسترسی به خدمات "Videotex"، "Teletex"؛

4) سرویس "فاکس" (گروه 3).

علاوه بر این، طیف گسترده ای از خدمات ویژه استاندارد شده است (انتقال تماس، اطلاع رسانی هزینه های تعرفه، گنجاندن در یک گروه کاربری بسته).

از آنجایی که انتظار می رود اکثر مشترکین از خدمات GSM برای اهداف تجاری استفاده کنند، توجه ویژه ای به جنبه های امنیتی و کیفیت خدمات ارائه شده می شود.

بلوک دیاگرام خدمات ارتباطی در GSM PLMN در شکل نشان داده شده است. 1.4 (GSM PLMN - شبکه عمومی زمین موبایل GSM - شبکه ارتباطی با اشیاء متحرک زمینی؛ TE (تجهیزات ترمینال) - تجهیزات ترمینال، MT (ترمینال موبایل) - پایانه تلفن همراه، IWF (عملکرد متقابل) - اتصال عملکردی دروازه). انتقال داده همچنین شامل نوع جدیدی از سرویس مورد استفاده در GSM است - انتقال پیام های کوتاه (انتقال پیام های الفبای عددی سرویس برای گروه های خاصی از کاربران).

انتقال پیام های کوتاه از پهنای باند کانال های سیگنالینگ استفاده می کند. پیام ها می توانند توسط ایستگاه تلفن همراه ارسال و دریافت شوند. از کانال های کنترل مشترک می توان برای انتقال پیام های کوتاه استفاده کرد. حجم پیام ها به 160 کاراکتر محدود شده است که می تواند در طول تماس فعلی یا در یک چرخه بیکار دریافت شود. V

کنترل کانال های رادیویی، محافظت در برابر خطا در کانال رادیویی، کدگذاری و رمزگشایی گفتار، نظارت و توزیع داده ها و تماس های کاربر، تطبیق نرخ انتقال بین کانال رادیویی و داده ها، اطمینان از عملکرد موازی بارها (ترمینال ها) تضمین عملکرد مداوم در حین رانندگی

از سه نوع تجهیزات پایانه یک ایستگاه سیار استفاده می شود: MTO (Mobile Termination 0) - یک ایستگاه سیار چند منظوره که شامل یک پایانه داده با قابلیت انتقال و دریافت داده و صدا است: MT1 (Mobile Termination 1) - یک ایستگاه سیار. با قابلیت ارتباط از طریق ترمینال با ISDN . МТ2 (Mobile Termination 2) یک ایستگاه سیار با قابلیت اتصال ترمینال برای ارتباط با استفاده از پروتکل CCITT سری V یا X است.

تجهیزات پایانه ممکن است شامل یک یا چند نوع تجهیزات مانند شماره گیر، تجهیزات انتقال داده (DTE)، تلکس و غیره باشد.

انواع زیر پایانه ها وجود دارد: TE1 (تجهیزات ترمینال 1) - تجهیزات پایانه ای که ارتباط با ISDN را فراهم می کند. TE2 (تجهیزات ترمینال 2) - تجهیزات پایانه ای که ارتباط با هر تجهیزاتی را از طریق پروتکل های سری CCITT V یا X فراهم می کند (ارتباط با ISDN ارائه نمی شود). ترمینال TE2 را می توان به عنوان بار به MT1 (ایستگاه تلفن همراه با قابلیت ارتباط ISDN) از طریق یک آداپتور TA متصل کرد.

سیستم ویژگی های استاندارد GSM، نمودار عملکردی اتخاذ شده از شبکه های ارتباطی و مجموعه ای از رابط ها پارامترهای بالای انتقال پیام، سازگاری با شبکه های اطلاعاتی موجود و آینده را تضمین می کند و طیف گسترده ای از خدمات ارتباطی دیجیتال را برای مشترکین فراهم می کند.

1.6. ساختار قاب TDMA و تولید سیگنال در استاندارد GSM

به عنوان یک نتیجه از تجزیه و تحلیل گزینه های مختلف برای ساخت سیستم های دیجیتال سلولی برای ارتباطات سیار (SSMS) در استاندارد GSM، دسترسی چندگانه تقسیم زمانی (TDMA) اتخاذ شده است. ساختار کلی تایم فریم ها در شکل 1 نشان داده شده است. 1.6. طول پریود دنباله در این ساختار که هایپرفریم نامیده می شود برابر با Tr است = ۳ ساعت ۲۸ دقیقه ۵۳ ثانیه ۷۶۰ میلی‌ثانیه (۱۲۵۳۳.۷۶ ثانیه). یک هایپر فریم به 2048 سوپر فریم تقسیم می شود که هر یک مدت زمان دارند Te = 12533.76 / 2048 = 6.12 ثانیه.

یک سوپر فریم از چند فریم تشکیل شده است. برای سازماندهی کانال های ارتباطی و کنترلی مختلف در استاندارد GSM از دو نوع چند فریم استفاده می شود:

1) فریم های چند فریمی TDMA 26 موقعیت؛

2) فریم های چند فریمی TDMA با 51 موقعیت.

یک سوپر فریم ممکن است شامل 51 مولتی فریم نوع اول یا 26 مولتی فریم نوع دوم باشد. مدت زمان چند فریم به ترتیب:

1) Tm = 6120/51 = 120 ms.

2) Tm = 6120/26 = 235.385 ms (3060/13 ms). مدت زمان هر فریم TDMA

Tc = 120/26 = 235.385 / 51 = 4.615 ms (60/13 ms).

در دوره توالی، هر فریم TDMA دارای شماره دنباله خاص خود (NF) از O تا NFmax است، جایی که NFmax = (26x51x2048) -1 = 2715647.

بنابراین، یک هایپرفریم از 2715647 فریم TDMA تشکیل شده است. نیاز به چنین دوره هایپرفریم بزرگی به دلیل الزامات فرآیند حفاظت رمزنگاری اعمال شده است که در آن از شماره قاب NF به عنوان پارامتر ورودی استفاده می شود. فریم TDMA به هشت موقعیت زمانی با نقطه تقسیم می شود

به = 60/13: 8 = 576.9 میکروثانیه (15/26 میلی ثانیه)

هر موقعیت زمانی با عددی از 0 تا 7 به TN تعیین می‌شود. معنای فیزیکی موقعیت‌های زمانی، که پنجره نیز نامیده می‌شوند، زمانی است که در طی آن حامل با یک جریان اطلاعات دیجیتال مربوط به یک پیام صوتی یا داده مدوله می‌شود.

یک جریان اطلاعات دیجیتال دنباله ای از بسته هایی است که در این شکاف های زمانی (پنجره) قرار می گیرند. بسته ها کمی کوتاهتر از فواصل تشکیل می شوند، مدت زمان آنها 0.546 میلی ثانیه است که برای دریافت پیام در حضور پراکندگی زمانی در کانال انتشار ضروری است.

پیام اطلاعاتی از طریق کانال رادیویی با سرعت 270.833 کیلوبیت بر ثانیه منتقل می شود.

این به این معنی است که شکاف زمانی یک فریم TDMA شامل 156.25 بیت است.

مدت زمان یک بیت اطلاعات 576.9 میکروثانیه / 156.25 = 3.69 میکروثانیه است.

هر شکاف زمانی مربوط به مدت زمان بیت BN با عددی از 0 تا 155 تعیین می شود. آخرین بازه 1/4 بیتی 156 شماره گذاری شده است.

برای انتقال اطلاعات از طریق کانال های ارتباطی و کنترلی، تنظیم فرکانس های حامل، ارائه همگام سازی زمانی و دسترسی به کانال ارتباطی در ساختار قاب TDMA، از پنج نوع بازه زمانی (پنجره) استفاده می شود:

NB برای انتقال اطلاعات از طریق کانال های ارتباطی و کنترلی به استثنای کانال دسترسی RACH استفاده می شود. این شامل 114 بیت پیام رمزگذاری شده است و شامل یک فاصله نگهبانی 8.25 بیتی (GP) با مدت زمان 30.46 میکرو ثانیه است. بلوک اطلاعات 114 بیتی به دو بلوک مستقل 57 بیتی تقسیم می شود که توسط یک دنباله آموزشی 26 بیتی از هم جدا می شوند که برای تنظیم اکولایزر در گیرنده مطابق با ویژگی های کانال ارتباطی در یک زمان معین استفاده می شود.

NB شامل دو بیت پرچم فولادی است که نشان می دهد گروهی که ارسال می شود حاوی اطلاعات صوتی یا سیگنالی است. در مورد دوم، کانال ترافیک برای ارائه سیگنال "دزدیده شده است".

بین دو گروه بیت رمزگذاری شده در NB، یک دنباله آموزشی 26 بیتی وجود دارد که برای گیرنده شناخته شده است. این دنباله ارائه می دهد:

برآورد فراوانی وقوع خطا در ارقام باینری بر اساس نتایج مقایسه توالی های دریافتی و مرجع. در فرآیند مقایسه، پارامتر RXQUAL محاسبه می شود که برای ارزیابی کیفیت ارتباطات اتخاذ می شود. البته، ما فقط در مورد ارزیابی اتصال صحبت می کنیم و نه در مورد اندازه گیری های دقیق، زیرا تنها بخشی از اطلاعات ارسال شده بررسی می شود. پارامتر RXQUAL هنگام ورود به یک ارتباط، هنگام انجام یک روش "تحویل" و هنگام ارزیابی منطقه پوشش رادیویی استفاده می شود.

برآورد پاسخ ضربه کانال رادیویی در بازه انتقال NB برای تصحیح بعدی مسیر دریافت سیگنال از طریق استفاده از یک اکولایزر تطبیقی ​​در مسیر دریافت.

تعیین تاخیرهای انتشار سیگنال بین ایستگاه های پایه و سیار برای تخمین برد ارتباطی. این اطلاعات ضروری است تا بسته‌های داده از ایستگاه‌های سیار مختلف هنگام دریافت در ایستگاه پایه با هم همپوشانی نداشته باشند. بنابراین، ایستگاه های سیار دورتر باید بسته های خود را قبل از ایستگاه های نزدیک به ایستگاه پایه ارسال کنند. FB برای همگام سازی با فرکانس ایستگاه تلفن همراه طراحی شده است. تمام 142 بیت در این بازه زمانی صفر هستند، که مربوط به یک حامل بدون مدوله با افست 1625/24 کیلوهرتز بالاتر از فرکانس حامل اسمی است. این برای بررسی اینکه آیا کار می کند لازم است.

فرستنده و گیرنده آن با جداسازی فرکانس کمی از کانال ها (200 کیلوهرتز) که حدود 0.022٪ از مقدار اسمی پهنای باند 900 مگاهرتز است. FB دارای یک بازه نگهبان 8.25 بیتی است، درست مانند یک زمان معمولی. اسلات های کنترل فرکانس مکرر (FBs) یک کانال تنظیم فرکانس (FCCH) را تشکیل می دهند.

SB برای همگام سازی زمانی بین ایستگاه های پایه و سیار استفاده می شود. این شامل یک دنباله همگام سازی 64 بیتی است، اطلاعاتی در مورد شماره قاب TOM و کد شناسایی ایستگاه پایه را حمل می کند. این بازه همراه با بازه تنظیم فرکانس ارسال می شود. فواصل همگام سازی تکراری یک کانال به اصطلاح همگام سازی (SCH) را تشکیل می دهند.

DB ایجاد پیوند و آزمایش را فراهم می کند. در ساختار خود، DB همان NB است (شکل 1.6) و شامل یک دنباله چراغ 26 بیتی است. هیچ بیت کنترلی در DB وجود ندارد و هیچ اطلاعاتی منتقل نمی شود. DB فقط اطلاع می دهد که فرستنده کار می کند.

AB برای ایستگاه سیار اجازه دسترسی به ایستگاه پایه جدید را فراهم می کند. هنگام درخواست کانال سیگنالینگ، AB توسط ایستگاه سیار ارسال می شود. این اولین بسته ای است که توسط ایستگاه سیار ارسال می شود، بنابراین زمان انتقال سیگنال هنوز اندازه گیری نشده است. بنابراین پکیج دارای ساختار خاصی است. الگوی 8 بیتی نهایی ابتدا ارسال می شود و به دنبال آن توالی همگام سازی برای ایستگاه پایه (41 بیت)، که به ایستگاه پایه اجازه می دهد تا 36 بیت رمزگذاری شده بعدی را به درستی دریافت کند. این بازه شامل یک بازه نگهبان بزرگ (68.25 بیت، مدت زمان 252 میکروثانیه) است که (صرف نظر از زمان انتقال سیگنال) فاصله زمانی کافی را از بسته های سایر ایستگاه های سیار فراهم می کند.

این فاصله محافظ مربوط به دو برابر حداکثر تاخیر سیگنال ممکن در یک سلول است و بنابراین حداکثر اندازه مجاز سلول را تعیین می کند. یکی از ویژگی های استاندارد GSM، امکان برقراری ارتباط برای مشترکین موبایل در سلول هایی با شعاع حدود 35 کیلومتر است. زمان انتشار سیگنال رادیویی در جهت جلو و عقب 233.3 میکرو ثانیه است.

در ساختار GSM، ویژگی‌های زمانی پوشش سیگنال منتشر شده توسط بسته‌ها در شکاف زمانی قاب TDMA و مشخصه طیفی سیگنال به‌طور دقیق تعریف شده‌اند. ماسک زمان پاکت برای سیگنال های ساطع شده در بازه AV یک فریم کامل TDMA در شکل نشان داده شده است. 1.7، و ماسک پاکت برای سیگنال های NB، FB، DB و SB یک قاب کامل TDMA در شکل نشان داده شده است. 1.8. اشکال مختلف پاکت سیگنال های ساطع شده با طول های مختلف بازه AV (88 بیت) با توجه به سایر فواصل مشخص شده قاب کامل TDMA (148 بیت) مطابقت دارد. هنجارهای مشخصه طیفی سیگنال ساطع شده در شکل نشان داده شده است. 1.9.

یکی از ویژگی های تشکیل سیگنال در استاندارد GSM استفاده از پرش فرکانس آهسته در طول یک جلسه ارتباطی است. هدف اصلی از این گونه هاپ ها (SFH - Slow Frequency Hopping) ارائه تنوع فرکانس در کانال های رادیویی است که در شرایط انتشار چند مسیره امواج رادیویی کار می کنند. SFH در تمام شبکه های تلفن همراه استفاده می شود که باعث بهبود کارایی کدگذاری و interleaving در زمانی که ایستگاه های مشترک به کندی حرکت می کنند، می شود. اصل تشکیل جهش فرکانس آهسته این است که یک پیام ارسال شده در یک شکاف زمانی یک فریم TDMA (577 میکروثانیه) که به یک مشترک اختصاص داده شده است، در یک فرکانس ثابت جدید در هر فریم بعدی ارسال می شود (دریافت می شود). با توجه به ساختار فریم، زمان تنظیم فرکانس حدود 1 میلی ثانیه است.

در حین پرش فرکانس، یک جدایی دوبلکس 45 مگاهرتز بین کانال های ارسال و دریافت حفظ می شود. به همه مشترکین فعال واقع در یک سلول، توالی های شکل دهی متعامد اختصاص داده می شود، که تداخل متقابل را هنگام دریافت پیام توسط مشترکین در سلول حذف می کند. پارامترهای دنباله پرش فرکانس (ماتریس زمان-فرکانس و فرکانس شروع) به هر ایستگاه سیار در طول ایجاد کانال اختصاص داده می شود. متعامد بودن توالی های سوئیچینگ فرکانس در سلول با تغییر فرکانس اولیه همان دنباله (طبق الگوریتم شکل گیری) فراهم می شود. توالی های شکل دهی متفاوتی در سلول های مجاور استفاده می شود.

طرح ترکیبی TDMA / FDMA سازماندهی کانال در استاندارد GSM و اصل استفاده از پرش فرکانس آهسته هنگام ارسال پیام ها در بازه های زمانی در شکل 1 نشان داده شده است. 1.10،1.11.

برای مقایسه، می توان اشاره کرد که با توجه به نتایج مطالعات تجربی انجام شده بر روی شبکه های GSM موجود، تنوع فضایی آنتن های گیرنده در ایستگاه پایه، بهره 3-4 دسی بل را می دهد.

ساختار پذیرفته شده فریم‌های TDMA و اصول تشکیل سیگنال در استاندارد GSM، همراه با روش‌های کدگذاری دراپ، کاهش نسبت سیگنال به نویز مورد نیاز برای دریافت را به 9 دسی‌بل، در حالی که در استانداردهای سلولی آنالوگ، ممکن می‌سازد. شبکه های ارتباطی 17-18 دسی بل است.

ادبیات فصل 1

1.1 M. Mouly، M.B. Pautet. سیستم GSM برای ارتباطات سیار. 1992. ص. 702.

1.2 Yu.A. گروماکوف. سیستم های ارتباط رادیویی سیار سلولی فناوری های ارتباطی الکترونیکی جلد 48. Eco-Trends. مسکو 1994.

1.3 الف مهروترا. رادیو سلولی: سیستم های آنالوگ و دیجیتال. آرتک هاوس، بوستون-لندن. 1994. ص. 460.

1.4 Yu.A. گروماکوف. ساختار قاب TDMA و سیگنال دهی در استاندارد GSM. "الکتروسویاز". N 10. 1993. ص. 9-12.

این مقاله اولین مقاله از سری مقالات در مورد ارتباطات سلولی است. در این مجموعه می خواهم اصول عملکرد شبکه های سلولی نسل دوم، سوم و چهارم را به تفصیل شرح دهم. استاندارد GSM متعلق به نسل دوم (2G) است.

نسل اول ارتباطات سلولی آنالوگ بود و در حال حاضر استفاده نمی شود، بنابراین ما آن را در نظر نخواهیم گرفت. نسل دوم دیجیتال است و این ویژگی اجازه می دهد تا به طور کامل جایگزین شبکه های 1G شود. سیگنال دیجیتال نسبت به سیگنال آنالوگ ضد پارازیت بیشتری دارد که یک مزیت عمده در ارتباطات رادیویی سیار است. علاوه بر این، سیگنال دیجیتال، علاوه بر گفتار، امکان انتقال داده ها (SMS، GPRS) را نیز فراهم می کند. لازم به ذکر است که این روند به سمت انتقال از سیگنال آنالوگ به سیگنال دیجیتال نه تنها برای ارتباطات سلولی مشخص است.

GSM (سیستم جهانی موبایل) یک استاندارد جهانی برای ارتباطات دیجیتال سیار است که دارای تقسیم کانال بر اساس زمان TDMA و فرکانس FDMA است. در اواخر دهه 1980 تحت نظارت موسسه استانداردسازی مخابرات اروپا (ETSI) توسعه یافت.

GSM از خدمات زیر پشتیبانی می کند:

• انتقال داده های GPRS
• انتقال صدا
• ارسال پیام کوتاه اس ام اس
• ارسال فکس

علاوه بر این، خدمات اضافی نیز وجود دارد:

• تعیین تعداد
• انتقال تماس
• انتظار و نگه داشتن تماس
• کنفرانس تلفنی
• پست صوتی

معماری شبکه GSM

بیایید با جزئیات بیشتری در نظر بگیریم که شبکه GSM از چه عناصری ساخته شده است و چگونه آنها با یکدیگر تعامل دارند.

شبکه GSM به دو سیستم تقسیم می شود: SS (سیستم سوئیچینگ) - زیر سیستم سوئیچینگ، BSS (سیستم ایستگاه پایه) - سیستم ایستگاه پایه. SS وظایف رسیدگی به تماس ها و برقراری ارتباط را انجام می دهد و همچنین مسئول اجرای کلیه خدماتی است که به مشترک اختصاص داده شده است. BSS مسئول عملکردهای مربوط به رابط رادیویی است.

SS شامل:

• MSC (مرکز سوئیچینگ موبایل) - گره سوئیچینگ شبکه GSM
• GMSC (Gate MSC) - یک سوئیچ که تماس های شبکه های خارجی را مدیریت می کند
• HLR (ثبت نام محل سکونت) - پایگاه داده مشترکین خانگی
• VLR (ثبت مکان بازدیدکنندگان) - پایگاه داده مشترکین مهمان
• AUC (Authentication Cetner) - مرکز احراز هویت (احراز هویت مشترک)

BSS شامل:

• BSC (کنترل کننده ایستگاه پایه) - کنترل کننده ایستگاه پایه
• BTS (Base Transeiver Station) - ایستگاه فرستنده گیرنده
• MS (ایستگاه موبایل) - ایستگاه سیار

ترکیب زیرسیستم سوئیچینگ SS

MSC عملکردهای سوئیچینگ را برای ارتباطات سیار انجام می دهد. این مرکز تمامی تماس های ورودی و خروجی از سایر شبکه های تلفن و دیتا را رصد می کند. این شبکه ها شامل PSTN، ISDN، شبکه های داده عمومی، شبکه های شرکتی و همچنین شبکه های تلفن همراه سایر اپراتورها می باشد. توابع احراز هویت مشترک نیز در MSC انجام می شود. MSC توابع مسیریابی تماس و کنترل تماس را فراهم می کند. MSC مسئول توابع سوئیچینگ است. MSC داده های لازم برای تعرفه گذاری خدمات ارتباطی ارائه شده توسط شبکه را تولید می کند، داده های مکالمات انجام شده را جمع آوری می کند و آنها را به مرکز تسویه حساب (مرکز صورتحساب) منتقل می کند. MSC همچنین آمار مورد نیاز برای نظارت و بهینه سازی شبکه را جمع آوری می کند. MSC نه تنها در کنترل تماس شرکت می کند، بلکه مراحل ثبت مکان و تحویل را نیز مدیریت می کند.

در سیستم GSM، هر اپراتور یک پایگاه داده حاوی اطلاعات مربوط به همه مشترکین متعلق به PLMN خود دارد. در شبکه یک اپراتور، منطقا HLR یکی است، اما از نظر فیزیکی تعداد زیادی از آنها وجود دارد، زیرا این هست
پایگاه داده توزیع شده اطلاعات مربوط به مشترک در زمان ثبت نام مشترک در HLR وارد می شود (مشترک قرارداد خدمات منعقد می کند) و تا زمانی که مشترک قرارداد را فسخ کند و از ثبت HLR حذف شود ذخیره می شود.
اطلاعات ذخیره شده در HLR شامل موارد زیر است:

• شناسه مشترکین (شماره).
• خدمات اضافی به مشترک اختصاص داده شده است
• اطلاعات در مورد مکان مشترک، دقیق به شماره MSC / VLR
• اطلاعات احراز هویت مشترک (سه قلو)

HLR را می توان به عنوان یک تابع داخلی در MSC / VLR یا به طور جداگانه اجرا کرد. اگر ظرفیت HLR تخلیه شود، می توان یک HLR اضافی اضافه کرد. و در مورد سازماندهی چندین HLR، پایگاه داده یکپارچه - توزیع شده باقی می ماند. رکورد داده های مشترک همیشه تنها است. داده های ذخیره شده در HLR توسط MSC ها و VLR های متعلق به شبکه های دیگر به عنوان بخشی از ارائه رومینگ بین شبکه ای به مشترکین قابل دسترسی است.

پایگاه داده VLR حاوی اطلاعاتی درباره همه مشترکین تلفن همراه است که در حال حاضر در منطقه خدمات MSC قرار دارند. بنابراین، یک VLR برای هر MSC در شبکه وجود دارد. VLR به طور موقت اطلاعات سرویس را ذخیره می کند تا MSC مرتبط بتواند به همه مشترکین در منطقه خدمات آن MSC خدمات ارائه دهد. HLR و VLR اطلاعات بسیار مشابهی در مورد یک مشترک ذخیره می کنند، اما تفاوت هایی وجود دارد که در فصل های بعدی مورد بحث قرار خواهد گرفت. هنگامی که یک مشترک به منطقه خدمات یک MSC جدید منتقل می شود، VLR متصل به این MSC اطلاعات مشترک را از HLR که داده های مشترک را ذخیره می کند درخواست می کند. HLR یک کپی از اطلاعات را به VLR می فرستد و خود را با اطلاعات موقعیت مکانی مشترک به روز می کند. پس از به روز رسانی اطلاعات، MS می تواند اتصالات خروجی / ورودی را ایجاد کند.

برای حذف استفاده غیرمجاز از منابع سیستم ارتباطی، مکانیسم های احراز هویت معرفی شده است - احراز هویت مشترک. AUC - مرکز احراز هویت مشترک، از چندین بلوک تشکیل شده است و کلیدهای احراز هویت و رمزگذاری را تولید می کند (رمز عبور تولید می شود). با کمک آن، MSC هویت مشترک را تأیید می کند و هنگامی که اتصال برقرار شد، رمزگذاری اطلاعات ارسال شده در رابط رادیویی فعال می شود.

ترکیب زیرسیستم ایستگاه پایه BSS

BSC تمام عملکردهای مربوط به عملکرد کانال های رادیویی در شبکه GSM را مدیریت می کند. این یک سوئیچ است که عملکردهایی مانند انتقال MS، تخصیص کانال رادیویی و جمع آوری داده های پیکربندی سلول را ارائه می دهد. هر MSC می تواند چندین BSC را کنترل کند.

BTS رابط رادیویی را با MS مدیریت می کند. BTS شامل تجهیزات رادیویی مانند فرستنده گیرنده و آنتن است که برای سرویس دهی به هر سلول در شبکه مورد نیاز است. BSC چندین BTS را کنترل می کند.

ساخت جغرافیایی شبکه های GSM

هر شبکه تلفنی به ساختار خاصی نیاز دارد تا تماس ها را به ایستگاه مورد نظر و سپس به مشترک هدایت کند. در یک شبکه تلفن همراه، این ساختار اهمیت ویژه ای دارد، زیرا مشترکین در اطراف شبکه حرکت می کنند، یعنی مکان خود را تغییر می دهند و این مکان باید دائماً نظارت شود.

علیرغم این واقعیت که سلول واحد اصلی سیستم ارتباطی GSM است، ارائه یک تعریف واضح بسیار دشوار است. ارتباط این اصطلاح با آنتن یا ایستگاه پایه غیرممکن است، زیرا لانه زنبوری های مختلف وجود دارد. با این حال، یک سلول یک منطقه جغرافیایی است که توسط یک یا چند ایستگاه پایه خدمات رسانی می شود و در آن یک گروه از کانال های منطقی کنترل GSM عمل می کند (خود کانال ها در فصل های بعدی مورد بحث قرار خواهند گرفت). به هر سلول یک شماره منحصر به فرد به نام شناسه سلول جهانی (CGI) اختصاص داده می شود. در یک شبکه، به عنوان مثال، کل کشور، تعداد سلول ها می تواند بسیار زیاد باشد.

منطقه مکان (LA) به عنوان گروهی از سلول ها تعریف می شود که در آن یک تماس با یک ایستگاه سیار برقرار می شود. مکان مشترک در داخل شبکه با LA که مشترک در حال حاضر در آن قرار دارد مرتبط است. شناسه ناحیه (LAI) در VLR ذخیره می شود. هنگامی که MS از مرز بین دو سلول متعلق به LA های مختلف عبور می کند، اطلاعات مربوط به LA جدید را به شبکه منتقل می کند. این تنها زمانی اتفاق می افتد که MS در حالت Idle باشد. اطلاعات مربوط به مکان جدید در طول اتصال برقرار شده منتقل نمی شود، این فرآیند پس از پایان اتصال رخ می دهد. اگر MS از مرز بین سلول ها در همان LA عبور کند، شبکه را از مکان جدید خود مطلع نمی کند. هنگامی که یک تماس ورودی به MS می رسد، پیام صفحه بندی در تمام سلول های متعلق به همان LA منتشر می شود.

منطقه خدمات یک MSC از تعدادی LA تشکیل شده است و نشان دهنده بخش جغرافیایی شبکه تحت کنترل یک MSC است. برای مسیریابی یک تماس به MS، اطلاعات منطقه خدمات MSC نیز مورد نیاز است، بنابراین منطقه خدمات نیز ردیابی و در یک پایگاه داده (HLR) ثبت می شود.

منطقه خدمات PLMN مجموعه ای از سلول ها است که توسط یک اپراتور سرویس می شود و به عنوان منطقه ای تعریف می شود که در آن اپراتور پوشش رادیویی و دسترسی به شبکه خود را برای مشترک فراهم می کند. هر کشوری می تواند چندین PLMN داشته باشد، یکی برای هر اپراتور. تعریف رومینگ زمانی استفاده می شود که یک MS از یک منطقه خدمات PLMN به منطقه دیگر منتقل می شود. رومینگ درون شبکه ای یک تغییر MSC/VLR است.

منطقه خدمات GSM کل منطقه جغرافیایی است که در آن مشترک می تواند به شبکه GSM دسترسی داشته باشد. پوشش GSM در حال گسترش است، زیرا اپراتورهای جدید قراردادهایی را برای همکاری با یکدیگر برای خدمت به مشترکان امضا می کنند. در حال حاضر، منطقه خدمات GSM، با فواصل زمانی، بسیاری از کشورها از ایرلند تا استرالیا و از آفریقای جنوبی تا آمریکا را پوشش می دهد.

رومینگ بین المللی اصطلاحی است که وقتی یک MS از یک PLMN ملی به PLMN ملی دیگر منتقل می شود استفاده می شود.

طرح فرکانس GSM

GSM شامل چندین محدوده فرکانس است که رایج ترین آنها: 900، 1800، 1900 مگاهرتز است. در ابتدا باند 900 مگاهرتز برای استاندارد GSM اختصاص داده شد. در حال حاضر، این محدوده در سراسر جهان باقی مانده است. در برخی کشورها از باندهای فرکانسی گسترده برای تامین ظرفیت شبکه بیشتر استفاده می شود. باندهای فرکانسی گسترده E-GSM و R-GSM نامیده می شوند، در حالی که باند معمولی P-GSM (اولیه) نامیده می شوند.

• P-GSM900 890-915 / 935-960 مگاهرتز
• E-GSM900 880-915 / 925-960 مگاهرتز
• R-GSM900 890-925 / 935-970 مگاهرتز
• R-GSM1800 1710-1785 / 1805-1880 مگاهرتز

در سال 1990 انگلستان به منظور افزایش رقابت بین اپراتورها شروع به توسعه نسخه جدیدی از GSM کرد که با محدوده فرکانس 1800 تطبیق داده شده است و بلافاصله پس از تصویب این محدوده چندین کشور برای استفاده از این محدوده فرکانسی اقدام کردند. معرفی این محدوده رشد تعداد اپراتورها را افزایش داده و منجر به افزایش رقابت و در نتیجه بهبود کیفیت شده است.
سرویس. استفاده از این محدوده به شما این امکان را می دهد که با افزایش پهنای باند و به تبع آن افزایش تعداد حامل ها، ظرفیت شبکه را افزایش دهید. باند فرکانسی 1800 از باندهای فرکانسی زیر استفاده می کند: GSM 1710-1805 / 1785-1880 مگاهرتز. تا سال 1997 استاندارد 1800 سیستم سلولی دیجیتال (DCS) 1800 مگاهرتز نامیده می شد و اکنون GSM 1800 نامیده می شود.

در سال 1995، مفهوم PCS (سیستم سلولی شخصی) در ایالات متحده آمریکا مشخص شد. ایده اصلی این مفهوم، امکان برقراری ارتباط شخصی است، یعنی ارتباط بین دو مشترک و نه بین دو ایستگاه تلفن همراه. PCS نیازی به اجرای این خدمات با استفاده از فناوری سلولی ندارد، اما این فناوری در حال حاضر به عنوان موثرترین برای این مفهوم شناخته شده است. فرکانس های موجود برای پیاده سازی PCS در منطقه 1900 مگاهرتز هستند. از آنجایی که GSM 900 در آمریکای شمالی به دلیل اشغال این باند فرکانسی توسط استاندارد دیگری قابل استفاده نیست، GSM 1900 فرصتی برای پر کردن این شکاف است. تفاوت اصلی بین استاندارد آمریکایی GSM 1900 و GSM 900 این است که GSM 1900 از سیگنالینگ ANSI پشتیبانی می کند.

به طور سنتی، باند 800 مگاهرتز توسط استاندارد TDMA ایالات متحده (AMPS و D-AMPS) اشغال شده است. این استاندارد همانند استاندارد GSM 1800 امکان اخذ مجوزهای اضافی را فراهم می کند، یعنی با ارائه ظرفیت اضافی به اپراتورها، دامنه استاندارد را در شبکه های ملی گسترش می دهد.

شبکه های GSM نمای داخل.

کمی تاریخ

در سپیده دم توسعه ارتباطات سیار (و نه چندان دور - در اوایل دهه هشتاد)، اروپا با شبکه های آنالوگ با استانداردهای مختلف پوشیده شد - اسکاندیناوی سیستم های خود را توسعه داد، بریتانیای کبیر سیستم های خود را توسعه داد ... اکنون دشوار است بگوییم چه کسی انقلابی را آغاز کرد که خیلی زود دنبال شد - تولید کنندگان تجهیزات "بالا" که مجبور شدند دستگاه های خود را برای هر شبکه توسعه دهند یا "طبقه های پایین تر" به عنوان کاربران که از برد محدود تلفن خود ناراضی هستند. به هر حال، در سال 1982، کمیسیون اروپا در ارتباطات راه دور (CEPT) یک گروه ویژه برای توسعه یک سیستم ارتباطات سیار اساساً جدید و پاناروپایی ایجاد کرد. الزامات اصلی استاندارد جدید عبارت بودند از: استفاده کارآمد از طیف فرکانس، امکان رومینگ خودکار، بهبود کیفیت صدا و محافظت در برابر دسترسی غیرمجاز در مقایسه با فناوری‌های قبلی، و همچنین، بدیهی است که سازگاری با سایر سیستم‌های ارتباطی موجود (از جمله سیمی) و غیره

ثمره سخت کوشی بسیاری از مردم از کشورهای مختلف (راستش را بخواهید، من حتی از تصور حجم کاری که انجام داده اند می ترسم!) آیا مشخصات یک شبکه ارتباط تلفن همراه پاناروپایی که در سال 1990 ارائه شد، به نام بود. سیستم جهانی ارتباطات سیاریا فقط GSM و سپس همه چیز مانند یک کالیدوسکوپ چشمک زد - اولین اپراتور GSM در سال 1991 مشترکین دریافت کرد ، در ابتدای سال 1994 شبکه های مبتنی بر استاندارد مورد نظر قبلاً 1.3 میلیون مشترک داشتند و تا پایان سال 1995 تعداد آنها به 10 میلیون افزایش یافت! در واقع، "GSM روی سیاره راه می رود" - در حال حاضر، حدود 200 میلیون نفر تلفن هایی با این استاندارد دارند و شبکه های GSM را می توان در سراسر جهان یافت.

بیایید سعی کنیم بفهمیم که شبکه های GSM چگونه و بر اساس چه اصولی سازماندهی شده اند. فوراً باید بگویم که کار آسان نیست ، با این حال ، باور کنید - در نتیجه از زیبایی راه حل های فنی مورد استفاده در این سیستم ارتباطی لذت واقعی خواهیم برد.

دو موضوع بسیار مهم خارج از محدوده بررسی باقی خواهد ماند: اول، تقسیم زمان-فرکانس کانال ها (شما می توانید با این موضوع آشنا شوید) و دوم، رمزگذاری و سیستم های حفاظتی برای گفتار ارسالی (این یک موضوع خاص و گسترده است که شاید در آینده مطالب جداگانه ای به آن اختصاص داده شود).

بخش های اصلی سیستم GSM، هدف و تعامل آنها با یکدیگر.

بیایید با سخت ترین و شاید خسته کننده ترین - در نظر گرفتن اسکلت (یا همانطور که در بخش نظامی آلما ماتر من می گویند، نمودارهای بلوکی) شبکه شروع کنیم. هنگام توصیف، من به اختصارات انگلیسی زبانی که در سراسر جهان پذیرفته شده است، پایبند خواهم بود، البته در حالی که آنها را تفسیر روسی می کنم.

به انجیر نگاهی بیندازید. 1:

شکل 1 معماری ساده شده شبکه GSM.

ساده ترین بخش نمودار ساختاری - یک تلفن قابل حمل، از دو بخش تشکیل شده است: خود "لوله" - IU(تجهیزات موبایل - دستگاه همراه) و کارت های هوشمند سیم کارت (Subscriber Identity Module - Subscriber Identification Module) که با انعقاد قرارداد با اپراتور به دست می آید. درست مانند هر خودرویی که شماره بدنه منحصر به فردی دارد، تلفن همراه نیز شماره مخصوص به خود را دارد. IMEI(شناسه بین المللی تجهیزات موبایل - شناسه بین المللی یک دستگاه تلفن همراه)، که در صورت درخواست آن می تواند به شبکه منتقل شود (در جزئیات بیشتر در مورد IMEIمی توان پی برد). سیم کارت ، به نوبه خود، شامل به اصطلاح IMSI(هویت بین المللی مشترکین موبایل). من حدس می زنم تفاوت بین IMEIو IMSIروشن - IMEIمربوط به یک تلفن خاص، و IMSI- به یک مشترک خاص

"سیستم عصبی مرکزی" شبکه است NSS(شبکه و سوئیچینگ زیرسیستم - یک زیرسیستم شبکه و سوئیچینگ)، و جزء که وظایف «مغز» را انجام می دهد نامیده می شود. MSC(مرکز سوئیچینگ خدمات تلفن همراه). این دومی است که بیهوده (گاهی اوقات آسپیراسیون) "سوئیچبورد" نامیده می شود و همچنین در صورت بروز مشکل در ارتباط ، مقصر همه گناهان کبیره است. MSCممکن است بیش از یکی در شبکه وجود داشته باشد (در این مورد، قیاس با سیستم های کامپیوتری چند پردازنده بسیار مناسب است) - به عنوان مثال، در زمان نوشتن این مقاله، اپراتور مسکو Beeline در حال اجرای سوئیچ دوم (ساخته شده توسط Alcatel) بود. MSCبا مسیریابی تماس، تولید داده برای سیستم صورتحساب سر و کار دارد، بسیاری از رویه ها را مدیریت می کند - گفتن اینکه چه چیزی مسئولیت سوئیچ نیست آسان تر از فهرست کردن همه عملکردهای آن است.

مهم‌ترین اجزای شبکه بعدی، همچنین در NSS، زنگ می زدم HLR(ثبت محل منزل – ثبت نام مشترکین خود) و VLR(ثبت مکان بازدیدکنندگان - ثبت حرکات). به این قسمت ها توجه کنید، در آینده اغلب به آنها اشاره خواهیم کرد. HLRبه طور کلی، بانک اطلاعاتی کلیه مشترکینی است که با شبکه مورد نظر قرارداد منعقد کرده اند. اطلاعات مربوط به شماره های کاربر را ذخیره می کند (اعداد اولاً به معنای موارد فوق هستند IMSIو ثانیاً به اصطلاح MSISDN-مشترک تلفن همراه ISDN، یعنی. شماره تلفن به معنای معمول آن)، لیستی از خدمات موجود و موارد دیگر - از این پس، پارامترهای موجود در HLR.

بر خلاف HLR، که یکی در سیستم است، VLRممکن است چندین وجود داشته باشد - هر یک از آنها قسمت خود را از شبکه را کنترل می کند. V VLRحاوی داده‌هایی در مورد مشترکینی است که در قلمرو او (و فقط او!) هستند (و نه تنها به مشترکان آنها خدمات داده می‌شود، بلکه رومینگ‌هایی که در شبکه ثبت شده‌اند). به محض اینکه کاربر از محدوده برخی خارج می شود VLR، اطلاعات مربوط به آن در یک مورد جدید کپی می شود VLR، و از قبلی حذف می شود. در واقع، بین آنچه در مورد مشترک است VLRو در HLR، موارد مشترک زیادی وجود دارد - برای لیستی از داده های بلندمدت (جدول 1) و موقت (جدول 2 و 3) مشترکین ذخیره شده در این رجیستری ها به جداول نگاه کنید. یک بار دیگر توجه خواننده را به تفاوت اساسی جلب می کنم HLRاز جانب VLR: اولی حاوی اطلاعاتی در مورد همه مشترکین شبکه بدون توجه به موقعیت مکانی آنها است و دومی فقط حاوی داده هایی در مورد افرادی است که تابع این هستند. VLRقلمرو V HLRبرای هر مشترک، همیشه یک پیوند به آن وجود دارد VLR، که در حال حاضر با او (مشترک) کار می کند (در همان زمان VLRممکن است متعلق به شبکه شخص دیگری باشد، برای مثال، در انتهای دیگر زمین واقع شده است).

1.	شماره شناسایی مشترک بین المللی ( IMSI)
2.	شماره تلفن مشترک به معنای معمول ( MSISDN)
3.	دسته ایستگاه موبایل
4.	کلید شناسایی مشترک ( کی)
5.	انواع ارائه خدمات اضافی
6.	نمایه گروه کاربری بسته
7.	کد قفل گروه کاربری بسته
8.	ترکیب تماس های اصلی قابل انتقال
9.	اعلام تماس گیرنده
10.	شناسه شماره حزب نامیده می شود
11.	برنامه
12.	اعلام مشترک نامیده می شود
13.	کنترل سیگنال هنگام اتصال مشترکین
14.	ویژگی های گروه کاربری بسته
15.	مزایای گروه کاربری بسته
16.	تماس‌های خروجی در یک گروه کاربری بسته مسدود شد
17.	حداکثر تعداد مشترکین
18.	رمزهای عبور استفاده شده
19.	کلاس دسترسی اولویتی

جدول 1. ترکیب کامل داده های بلند مدت ذخیره شده در HLRو VLR.

1.	گزینه های احراز هویت و رمزگذاری
2.	شماره موبایل موقت ( TMSI)
3.	آدرس ثبت حرکت که مشترک در آن قرار دارد ( VLR)
4.	مناطق متحرک ایستگاه سیار
5.	شماره همراه در حین تحویل
6.	وضعیت ثبت نام
7.	بدون تایمر پاسخ
8.	ترکیب رمزهای عبور استفاده شده در حال حاضر
9.	فعالیت ارتباطی

جدول 2. ترکیب کامل داده های موقت ذخیره شده در HLR.

جدول 3. ترکیب کامل داده های موقت ذخیره شده در VLR.

NSSشامل دو جزء دیگر - AuC(مرکز احراز هویت) و EIR(ثبت شناسه تجهیزات). بلوک اول برای رویه‌های احراز هویت مشترک استفاده می‌شود و بلوک دوم، همانطور که از نامش پیداست، مسئول اجازه دادن به تلفن‌های همراه مجاز در شبکه است. نحوه عملکرد این سیستم ها در قسمت بعدی ثبت مشترکین در شبکه به تفصیل مورد بحث قرار خواهد گرفت.

اجرایی، به اصطلاح، بخشی از شبکه سلولی است BSS(زیر سیستم ایستگاه پایه - زیر سیستم ایستگاه پایه). اگر قیاس را با بدن انسان ادامه دهیم، این خرده سیستم را می توان اعضای بدن نامید. BSSاز چندین "بازو" و "پا" تشکیل شده است - کارشناسی(کنترل کننده ایستگاه پایه - کنترل کننده ایستگاه پایه)، و همچنین بسیاری از "انگشتان" - Bts(ایستگاه گیرنده پایه - ایستگاه پایه). ایستگاه های پایه را می توان در همه جا مشاهده کرد - در شهرها، مزارع (تقریباً گفتم "و رودخانه ها") - در واقع، آنها فقط دستگاه هایی را ارسال و دریافت می کنند که حاوی یک تا شانزده قطره چکان است. هر یک کارشناسیکل گروه را کنترل می کند Btsو مسئولیت مدیریت و تخصیص کانال، سطوح توان ایستگاه پایه و موارد مشابه را بر عهده دارد. معمولا کارشناسییکی در شبکه نیست، بلکه یک مجموعه کامل وجود دارد (به طور کلی صدها ایستگاه پایه وجود دارد).

شبکه با استفاده از OSS (عملیات و زیرسیستم پشتیبانی) مدیریت و هماهنگ می شود. OSS متشکل از انواع سرویس ها و سیستم هایی است که کار و ترافیک را کنترل می کنند - برای اینکه خواننده با اطلاعات بیش از حد بارگیری نشود، کار OSS در زیر بررسی نخواهد شد.

ثبت نام در شبکه

هر بار که تلفن بعد از انتخاب شبکه روشن می شود، مراحل ثبت نام آغاز می شود. بیایید کلی ترین مورد را در نظر بگیریم - ثبت نام نه در خانه، بلکه در شبکه به اصطلاح مهمان شخص دیگری (فرض می کنیم که مشترک مجاز به پرسه زدن است).

بگذارید شبکه پیدا شود. به درخواست شبکه، تلفن ارسال می کند IMSIمشترک IMSIبا کد کشور "خانه" صاحب آن شروع می شود، به دنبال آن اعدادی که شبکه خانگی را تعریف می کنند، و تنها پس از آن - شماره منحصر به فرد یک مشترک خاص. به عنوان مثال شروع کنید IMSI 25099… مربوط به اپراتور روسی Beeline است. (250-روسیه، 99 - Beeline). با شماره IMSI VLRشبکه مهمان شبکه خانگی را شناسایی کرده و با آن ارتباط برقرار می کند HLR... دومی تمام اطلاعات لازم در مورد مشترک را به VLR، که این درخواست را ارائه کرده است، و پیوندی به این ارسال می کند VLR، به طوری که در صورت لزوم، "کجا به دنبال" مشترک است.

روند تعیین اصالت مشترک بسیار جالب است. هنگام ثبت نام AuCشبکه خانگی یک عدد تصادفی 128 بیتی ایجاد می کند - RAND که به تلفن ارسال می شود. داخل سیم کارتبا یک کلید کی(کلید شناسایی - و همچنین IMSI، در آن موجود است سیم کارت) و الگوریتم شناسایی A3، یک پاسخ 32 بیتی محاسبه می شود - SRES(Signed Result) با فرمول SRES = Ki * RAND. دقیقاً همان محاسبات به طور همزمان انجام می شود AuC(با توجه به انتخاب شده HLR کیکاربر). اگر SRESمحاسبه شده در گوشی مطابقت خواهد داشت SRESمحاسبه شد AuC، سپس فرآیند مجوز موفقیت آمیز تلقی می شود و مشترک تعیین می شود TMSI(هویت موقت مشترک موبایل). TMSIصرفاً برای بهبود امنیت تعامل مشترک با شبکه عمل می کند و ممکن است هر از گاهی (از جمله هنگام تغییر) تغییر کند. VLR).

از نظر تئوری، در هنگام ثبت نام، شماره نیز باید مخابره شود IMEI، اما من در مورد این واقعیت که اپراتورهای مسکو در حال ردیابی هستند شک دارم IMEIتلفن های مورد استفاده مشترکین بیایید نوعی شبکه «ایده‌آل» را در نظر بگیریم که طبق تصور سازندگان GSM عمل می‌کند. بنابراین، پس از دریافت IMEIشبکه، می رود به EIR، جایی که با به اصطلاح "فهرست" اعداد مقایسه می شود. لیست سفید شامل شماره تلفن های مجاز است، لیست سیاه شامل شماره تلفن های مجاز است IMEIتلفن هایی که به سرقت رفته اند یا به هر دلیل دیگری برای استفاده تأیید نشده اند، و در نهایت، یک لیست خاکستری - "لوله ها" با مشکلات، که کار آنها توسط سیستم حل می شود، اما به طور مداوم نظارت می شود.

پس از مراحل شناسایی و تعامل مهمان VLRبا خانه HLRشمارنده زمان شروع می شود، که در صورت عدم وجود جلسات ارتباطی، لحظه ثبت نام مجدد را تعیین می کند. به طور معمول، دوره ثبت نام اجباری چندین ساعت است. ثبت مجدد برای شبکه برای دریافت تأییدیه مبنی بر اینکه تلفن هنوز در محدوده تحت پوشش خود است، لازم است. واقعیت این است که در حالت آماده به کار، "لوله" فقط سیگنال های ارسال شده توسط شبکه را نظارت می کند، اما خود چیزی را منتشر نمی کند - فرآیند انتقال تنها در صورت برقراری اتصال و همچنین در حین حرکات قابل توجه نسبت به شبکه آغاز می شود ( این به تفصیل در زیر مورد بحث قرار خواهد گرفت) - در برخی موارد، شمارش معکوس تایمر تا ثبت مجدد بعدی مجدداً راه اندازی می شود. بنابراین، اگر تلفن از شبکه "بیافتد" (به عنوان مثال، باتری قطع شده است، یا صاحب دستگاه بدون خاموش کردن تلفن وارد مترو شده است)، سیستم از آن مطلع نخواهد شد.

همه کاربران به طور تصادفی به 10 کلاس دسترسی مساوی (با اعداد از 0 تا 9) تقسیم می شوند. علاوه بر این، چندین کلاس ویژه با شماره های 11 تا 15 (انواع خدمات اورژانس و اورژانس، کارکنان شبکه) وجود دارد. اطلاعات کلاس دسترسی در ذخیره می شود سیم کارت... یک کلاس دهم ویژه دسترسی، به شما امکان می دهد در صورتی که کاربر به هیچ کلاس مجاز تعلق ندارد یا ندارد، تماس های اضطراری (با 112) برقرار کنید. IMSI (سیم کارت). در مواقع اضطراری یا ازدحام شبکه، ممکن است برخی از کلاس ها به طور موقت از دسترسی به شبکه محروم شوند.

تقسیم بندی سرزمینی شبکه و تحویل دادن.

همانطور که قبلا ذکر شد، شبکه از تعداد زیادی تشکیل شده است Bts- ایستگاه های پایه (یک Bts- یک "سلول"، سلول). برای ساده سازی عملکرد سیستم و کاهش ترافیک سربار، Btsترکیب به گروه - دامنه نامگذاری شده است لس آنجلس(منطقه مکان). هر یک لس آنجلسبا کد شما مطابقت دارد LAI(محل هویت منطقه). یکی VLRمی تواند چندین را کنترل کند لس آنجلس... و دقیقا LAIمتناسب است VLRبرای تعیین مکان مشترک تلفن همراه. در صورت لزوم در حد مناسب است لس آنجلس(و نه در یک سلول جداگانه، توجه داشته باشید) یک مشترک جستجو می شود. هنگامی که یک مشترک از یک سلول به سلول دیگر در یک سلول منتقل می شود لس آنجلسثبت نام مجدد و تغییر سوابق در VLR/HLRتولید نمی شود، اما ارزش آن را دارد که (مشترک) وارد قلمرو دیگری شود لس آنجلسچگونه تلفن شروع به تعامل با شبکه می کند. هر کاربر، احتمالاً، بیش از یک بار مجبور شده است که تداخل های دوره ای (مانند خرخر کردن - خرخر کردن - خرخر کردن - غرغر کردن :-)) را در سیستم موسیقی ماشین خود از تلفن در حالت آماده به کار بشنود - این اغلب یک نتیجه است. ثبت نام مجدد هنگام عبور از مرزها لس آنجلس... هنگام تغییر لس آنجلسکد منطقه قدیمی پاک می شود VLRو با یک مورد جدید جایگزین می شود LAIاگر بعدی لس آنجلستوسط دیگری کنترل می شود VLR، سپس تغییری رخ خواهد داد VLRو به روز رسانی ورودی در HLR.

به طور کلی، تقسیم یک شبکه به لس آنجلسیک مشکل مهندسی نسبتاً دشوار که هنگام ساخت هر شبکه به صورت جداگانه حل می شود. خیلی کوچک لس آنجلسمنجر به ثبت مجدد مکرر تلفن ها و در نتیجه افزایش ترافیک انواع سیگنال های خدماتی و تخلیه سریعتر باتری تلفن های همراه خواهد شد. اگر انجام دهید لس آنجلسبزرگ است، پس در صورت نیاز به اتصال با مشترک، سیگنال تماس باید به تمام سلول های موجود در ارسال شود. لس آنجلس، که منجر به افزایش ناموجه در انتقال اطلاعات سرویس و بارگذاری بیش از حد کانال های داخلی شبکه می شود.

حالا بیایید به یک الگوریتم بسیار زیبا از به اصطلاح نگاه کنیم تحویل دادن`ra (این نام به تغییر کانال مورد استفاده در طول فرآیند اتصال داده شد). در حین مکالمه با تلفن همراه به دلایل متعدد (حذف "هدست" از ایستگاه پایه، تداخل چند پرتو، حرکت مشترک به منطقه به اصطلاح سایه و غیره) قدرت ( و کیفیت) سیگنال ممکن است بدتر شود. در این حالت، تغییری به کانال رخ می دهد (شاید دیگری Bts) با کیفیت سیگنال بهتر بدون قطع اتصال فعلی (اضافه می کنم - نه خود مشترک و نه همکار او، به طور معمول، متوجه اتفاقی نمی شوند تحویل دادنالف). معمولاً تحویل‌ها به چهار نوع تقسیم می‌شوند:

• تغییر کانال در یک ایستگاه پایه
• تغییر کانال یک ایستگاه پایه به کانال یک ایستگاه دیگر، اما تحت حمایت همان کارشناسی.
• سوئیچینگ کانال بین ایستگاه های پایه که توسط مختلف کنترل می شود کارشناسیاما یکی MSC
• سوئیچینگ کانال بین ایستگاه های پایه، که نه تنها متفاوت است کارشناسی، اما همچنین MSC.

به طور کلی، برگزاری تحویل دادن«الف - وظیفه MSC... اما در دو مورد اول، داخلی نامیده می شود تحویل دادنبه منظور کاهش بار روی سوئیچ و خطوط سرویس، فرآیند تغییر کانال کنترل می شود کارشناسی، آ MSCفقط در مورد آنچه اتفاق افتاده است.

در طول تماس، تلفن همراه به طور مداوم قدرت سیگنال از همسایه را کنترل می کند Bts(لیست کانال هایی (تا 16) که باید نظارت شوند توسط ایستگاه پایه تنظیم می شود). بر اساس این اندازه‌گیری‌ها، شش کاندیدای برتر انتخاب می‌شوند که داده‌ها به طور مداوم (حداقل یک بار در ثانیه) بر روی آنها ارسال می‌شوند. کارشناسیو MSCبرای سازماندهی یک سوئیچ احتمالی دو طرح اصلی وجود دارد تحویل دادنالف:

• "حالت کمترین سوئیچینگ" (حداقل عملکرد قابل قبول). در این حالت وقتی کیفیت ارتباطات بدتر می شود، تلفن همراه تا جایی که ممکن است قدرت فرستنده خود را افزایش می دهد. اگر علیرغم افزایش سطح سیگنال، اتصال بهبود نیافت (یا قدرت به حداکثر خود رسیده است)، پس تحویل دادن.
• "حالت ذخیره انرژی" (بودجه برق). در این حالت قدرت فرستنده تلفن همراه بدون تغییر باقی می ماند و در صورت افت کیفیت کانال ارتباطی تغییر می کند. تحویل دادن).

جالب است که نه تنها یک تلفن همراه می تواند شروع به تغییر کانال کند، بلکه همچنین MSCبه عنوان مثال، برای توزیع بهتر ترافیک.

مسیریابی تماس

اکنون بیایید در مورد نحوه هدایت تماس های دریافتی به تلفن همراه صحبت کنیم. مانند قبل، ما رایج ترین مورد را در نظر خواهیم گرفت که مشترک در منطقه تحت پوشش شبکه مهمان قرار دارد، ثبت نام موفقیت آمیز بوده و تلفن در حالت آماده به کار است.

پس از دریافت درخواست (شکل 2) برای اتصال از یک سیستم تلفن سیمی (یا سایر سیستم های سلولی) به MSCشبکه خانگی (تماس با شماره شماره گیری شده مشترک تلفن همراه تابلوی برق مورد نیاز را پیدا می کند MSISDNکه حاوی کد کشور و شبکه است).

شکل 2 تعامل بلوک های اصلی شبکه هنگام رسیدن تماس ورودی.

MSCمی فرستد به HLRاتاق ( MSISDN) مشترک. HLR، به نوبه خود درخواست می کند VLRشبکه مهمان که مشترک در آن قرار دارد. VLRیکی از موجود را برجسته می کند MSRN(شماره رومینگ ایستگاه تلفن همراه - شماره ایستگاه تلفن همراه رومینگ). ایدئولوژی انتصاب MSRNبسیار شبیه به تخصیص پویا آدرس های IP برای دسترسی به اینترنت تلفنی از طریق مودم. HLRشبکه خانگی از VLRبه مشترک اختصاص داده شده است MSRNو او را همراهی می کند IMSIکاربر، به سوییچ شبکه خانگی ارسال می کند. آخرین مرحله در برقراری تماس، هدایت تماس است و به دنبال آن IMSIو MSRN، به سوئیچ شبکه مهمان، که سیگنال خاصی را تولید می کند PAGCH(کانال پیگر - کانال تماس) در سراسر لس آنجلسجایی که مشترک است

مسیریابی تماس های خروجی از نقطه نظر ایدئولوژیک چیز جدیدی و جالب نیست. من فقط برخی از سیگنال های تشخیصی (جدول 4) را ارائه خواهم داد که نشان دهنده عدم امکان برقراری اتصال است و کاربر می تواند در پاسخ به تلاش برای برقراری اتصال دریافت کند.

جدول 4. سیگنال های تشخیصی اصلی در مورد خطای برقراری اتصال.

نتیجه

البته هیچ چیز در دنیا کامل نیست. سیستم های سلولی GSM که در بالا مورد بحث قرار گرفت نیز از این قاعده مستثنی نیستند. تعداد محدود کانال ها مشکلاتی را در مراکز تجاری کلان شهرها ایجاد می کند (و اخیراً با رشد سریع پایگاه مشترک و در حومه آنها مشخص شده است) - برای برقراری تماس، اغلب باید منتظر بارگذاری سیستم باشید. نزول کردن. با استانداردهای مدرن، سرعت پایین انتقال داده (9600 bps) اجازه ارسال فایل های بزرگ را نمی دهد، به غیر از مواد ویدیویی. و امکانات رومینگ چندان بی پایان نیست - آمریکا و ژاپن در حال توسعه سیستم های ارتباطی بی سیم دیجیتال خود هستند که با GSM سازگار نیست.

البته هنوز خیلی زود است که بگوییم روزهای GSM به شماره افتاده است، اما نمی توان از ظهور به اصطلاح در افق غافل شد. 3G- سیستم هایی که مظهر آغاز عصر جدیدی در توسعه تلفن همراه هستند و از معایب ذکر شده خالی هستند. چقدر می خواهم چند سال آینده را نگاه کنم و ببینم همه ما از فناوری های جدید چه فرصت هایی به دست می آوریم! با این حال، زمان زیادی برای انتظار نیست - شروع عملیات تجاری اولین شبکه نسل سوم برای اوایل سال 2001 برنامه ریزی شده است ... اما چه سرنوشتی در انتظار سیستم های جدید است - رشد انفجاری مانند GSM، یا خرابی و تخریب، مانند ایریدیوم، زمان نشان خواهد داد ...