Standardi mobilne komunikacije druge generacije naširoko se koriste ne samo u Rusiji, već iu drugim zemljama. Najpoznatiji 2G standard je GSM (Global System for Mobile Communications – Global System for Mobile Communications). Oko 80% mobilnih mreža diljem svijeta izgrađeno je prema ovom standardu. GSM mreže koristi 3 milijarde ljudi u više od 212 zemalja diljem svijeta. Ovako široka distribucija omogućuje korištenje međunarodne mreže između mobilnih operatera, što omogućuje pretplatniku korištenje svog telefona u gotovo svakom kutku Zemlje. Štoviše, upravo je mogućnost (uključujući međunarodnu) glavna razlikovna značajka GSM standarda od.
Razvoj GSM standarda započeo je još 1982. godine od strane Organizacije za standarde. 1991. godine u Finskoj je puštena u rad prva GSM mreža na svijetu. Do kraja 1993. broj pretplatnika koji koriste ovaj standard premašio je milijun. Do tada su GSM mreže bile raspoređene u 73 zemlje diljem svijeta.
GSM mreže omogućuju pružanje širokog spektra usluga:
Zahvaljujući tome, GSM je stekao snažnu poziciju na tržištu mobilnih komunikacija. Štoviše, možemo s povjerenjem reći da će ovaj standard biti vodeći u sljedećih nekoliko godina.
Dakle, razmotrimo glavne elemente koji čine GSM sustav:
GSM mreža je podijeljena na 2 sustava. Svaki od ovih sustava uključuje niz funkcionalnih uređaja, koji su, zauzvrat, komponente mobilne radio mreže.
Ovi sustavi su:
Registar mjesta posjeta ()
Centar za autentifikaciju ()
Registar identifikacije opreme pretplatnika ()
je baza podataka koja sadrži podatke o identifikacijskim brojevima GSM mobitela. Ova informacija je neophodna za blokiranje ukradenih slušalica. nije obavezan element mreže. U svijetu postoji samo nekoliko operatera koji su to implementirali u svoju mrežu.
Svi koristimo mobitele, ali rijetko tko pomisli – kako oni funkcioniraju? U ovom članku pokušat ćemo shvatiti kako se zapravo provodi komunikacija s vašim mobilnim operaterom.
Kada uputite poziv svom sugovorniku, ili vas netko nazove, vaš telefon je preko radija povezan s nekom od antena u blizini bazna stanica (BS, BS, bazna stanica).Svaka bazna stanica (kod običnih ljudi - tornjevi) uključuje od jednog do dvanaest primopredajnika antene imaju upute u različitim smjerovima kako bi se osigurala kvalitetna komunikacija pretplatnicima unutar njihovog dometa. Stručnjaci u svom žargonu takve antene nazivaju "sektori", koje su sive pravokutne strukture koje možete vidjeti gotovo svaki dan na krovovima zgrada ili posebnim jarbolima.
Signal s takve antene šalje se kabelom izravno u upravljačku jedinicu bazne stanice. Bazna stanica je kombinacija sektora i upravljačke jedinice. Istovremeno, određeni dio naselja ili teritorija opslužuje nekoliko baznih stanica odjednom povezanih s posebnom jedinicom - 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 glavnu jedinicu - Kontrolni centar mobilnih usluga (MSC, Mobile services Switching Center), koji se radi lakše percepcije naziva jednostavno "komutator". Prekidač, zauzvrat, osigurava ulaz i izlaz na sve komunikacijske linije - i mobilne i žičane.
Ako ono što je napisano prikažete u obliku dijagrama, dobit ćete sljedeće: 
GSM mreže malih razmjera (obično regionalne) mogu koristiti samo jedan prekidač. Veliki, poput naših "velika tri" operatera MTS, Beeline ili MegaFon, koji istovremeno opslužuju milijune pretplatnika, koriste nekoliko MSC uređaja međusobno povezanih odjednom.
Pogledajmo zašto je potreban tako složen sustav i zašto je nemoguće izravno spojiti antene bazne stanice na prekidač? Da biste to učinili, trebate razgovarati o drugom pojmu, koji se naziva tehničkim jezikom primopredaja (primopredaja). Karakterizira primopredaju u mobilnim mrežama po principu primopredaje. Drugim riječima, kada se krećete ulicom pješice ili u vozilu i u isto vrijeme razgovarate telefonom, kako vaš razgovor ne bi bio prekinut, trebate na vrijeme prebaciti svoj uređaj iz jednog BS sektora u drugi, iz pokrivenosti područje jedne bazne stanice ili lokalne zone kontrolera u drugu, itd. Dakle, kada bi sektori bazne stanice bili spojeni izravno na komutator, on bi sam morao provesti ovu primopredaju za sve svoje pretplatnike, a komutator već ima dovoljno zadataka. Stoga, kako bi se smanjila vjerojatnost kvarova opreme povezanih s njezinim preopterećenjima, shema za izgradnju GSM staničnih mreža provodi se prema principu više razina.
Kao rezultat toga, ako se vi i vaš telefon pomaknete iz područja usluge jednog BS sektora u područje pokrivenosti drugog, tada ovo kretanje provodi kontrolna jedinica ove bazne stanice, bez dodirivanja više „visoke -pricijenjeni” uređaji - LAC i MSC. Ako se primopredaja dogodi između različitih BS-ova, tada je LAC već uzet za to, itd.
Prekidač nije ništa drugo do glavni "mozak" GSM mreža, pa bi njegov rad trebalo detaljnije razmotriti. Prekidač mobilne mreže preuzima približno iste zadatke kao i PBX u mrežama žičanih operatera. On je taj koji razumije gdje zovete ili tko vas zove, regulira rad dodatnih usluga i zapravo odlučuje možete li trenutno telefonirati ili ne.
Sada da vidimo što se događa kada uključite telefon ili pametni telefon?
Dakle, pritisnuli ste "čarobni gumb" i telefon vam se uključio. Na SIM kartici vašeg mobilnog operatera nalazi se poseban broj tzv IMSI - Međunarodni identifikacijski broj pretplatnika (međunarodni identifikacijski 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 njemu operateri razlikuju pretplatnike među sobom.
Kada uključite telefon, vaš uređaj šalje ovaj IMSI kod baznoj stanici, koja ga dalje prenosi do LAC-a, koji ga zauzvrat šalje prekidaču. Istovremeno, u našu igru dolaze dva dodatna uređaja spojena izravno na prekidač - HLR (Registar kućne lokacije) i VLR (Registar lokacije posjetitelja). Prevedeno na ruski, ovo je, odnosno Registar kućnih pretplatnika i Registar pretplatnika gostiju. HLR pohranjuje IMSI svih pretplatnika u svojoj mreži. VLR sadrži podatke o onim pretplatnicima koji trenutno koriste mrežu ovog operatera.
IMSI broj se prenosi na HLR pomoću sustava šifriranja (drugi uređaj je odgovoran za ovaj proces AuC - centar za autentifikaciju). Istodobno, HLR provjerava postoji li u svojoj bazi pretplatnik s tim brojem, a ako se potvrdi činjenica njegove prisutnosti, sustav provjerava može li trenutno koristiti komunikacijske usluge ili, recimo, ima financijsku blokadu. Ako je sve normalno, onda ovaj pretplatnik odlazi na VLR i nakon toga dobiva priliku nazvati i koristiti druge komunikacijske usluge.
Radi jasnoće, prikazat ćemo ovaj postupak pomoću dijagrama:
Tako smo ukratko opisali princip rada GSM mobilnih mreža. Zapravo, ovaj opis je prilično površan, jer ako se detaljnije zadubimo u tehničke detalje, tada bi se materijal pokazao višestruko obimnijim i puno manje razumljivim za većinu čitatelja.
U drugom dijelu nastavit ćemo upoznavanje s radom GSM mreža i razmotriti kako i za što operater tereti sredstva s našeg računa kod vas.
Ako govorimo o generacijama mobilnih komunikacija, onda je 2G najrazvijeniji i najzastupljeniji u Rusiji. Glavni standardi druge generacije u Ruskoj Federaciji 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, ovo je jedina vrsta mobilne komunikacije koja je prisutna u svim regijama Ruske Federacije, čak i u najudaljenijim. Najveći mobilni operateri u Ruskoj Federaciji su MegaFon, MTS, Beeline, VimpelCom i Tele2. U prosjeku, pokrivenost teritorija Ruske Federacije je 85%, ali MTS, na primjer, osigurava pokrivenost za 100% Rusije.
(Kliknite na sliku da biste je vidjeli u punoj veličini)
GSM standard u Rusiji koristi frekvencije od 900 i 1800 MHz. Budući da su svi mobiteli duplex uređaji, dvije frekvencije se koriste za komunikaciju odjednom, jedna za primanje, druga za prijenos podataka. Inače, metodom triangulacije na tornjevima mobilne telefonije koriste se ove dvije frekvencije. CDMA koristi dvije frekvencije u opsezima 450 i 850 MHz, s istom dupleksnom dodjelom. Najveći CDMA pružatelj usluga je SKYLINK. Kao što smo napomenuli, ovi standardi se uglavnom koriste za glasovne pozive, tekstualne poruke i mobilni pristup internetu. Pristup internetu temelji se na GPRS i EDGE tehnologijama.
Treća generacija mobilnih komunikacija ili 3G, koja se naširoko 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 označavaju kao . Brzine prijenosa podataka u takvim mrežama su neusporedivo veće nego u GSM mreži, a kreću se u rasponu od 2-14 Mbps. Ova generacija mobilne komunikacije omogućuje nam uživanje u brzom mobilnom internetu i video pozive.
Najveći operateri 3G tržišta u Rusiji su MTS, MegaFon, VimpelCom, Beeline i SKYLINK. Ove tvrtke zajedno pružaju 3G mreže u više od 120 većih gradova Ruske Federacije. Pokrivenost 3G mrežama nije tako velika i koncentrirana je uglavnom u gusto naseljenim gradovima. 3G se često koristi za organiziranje tajnog bežičnog video nadzora, jer brzina prijenosa omogućuje streamanje videa, a niska potrošnja energije povećava vrijeme rada skrivene kamere. To dijelom objašnjava popularnost.
4G mreže također se aktivno razvijaju. Prve tvrtke koje su počele graditi takvu mrežu su Yota i Freshtel, nakon čega su se razvoju ove generacije komunikacija u Ruskoj Federaciji pridružili divovi 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 pokrenuta 4G mreža bio je Novosibirsk, a nakon četvrte generacije mobilnih komunikacija pojavila se u Moskvi. 4G je predstavljen s 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.
Najčešći standardi mobilne komunikacije navedeni su gore, ali je vrijedno napomenuti da je Ruska Federacija također stvorila vlastiti globalni sustav pozicioniranja, tzv. Stvoren je da zamijeni američki satelitski navigacijski sustav GPS. GLONASS se jako razlikuje od GPS-a. Američki sustav radi na tri kanala i koristi 3 različite frekvencije: 1575,42, 1227,60 i 1176,45 MHz, a podijeljen je na civilni i vojni sektor, a frekvencija od 1575,42 MHz rezervirana je za službu spašavanja. GLONASS, pak, radi s dva kanala, njihove frekvencije su: 1602-1615 i 1246-1256 MHz. GLONASS je najpopularniji u polarnim regijama, jer su GLONASS satelitske orbite veće od GPS orbite i imaju bolju vidljivost. Međutim, vrijedi napomenuti da GPS točnije određuje koordinate.
Općenito, možemo reći da Rusija ima dobru pokrivenost raznim standardima i generacijama mobilnih komunikacija, a visoke stope ne mogu ne zadovoljiti aktivne korisnike mobilnih naprava.
Poglavlje 1. DIGITALNI MOBILNI MOBILNI RADIO KOMUNIKACIJSKI SUSTAV GSM STANDARDA
1.1. Opće karakteristike GSM standarda
U skladu s preporukom CEPT-a iz 1980. o korištenju mobilnog spektra u frekvencijskom rasponu 862-960 MHz, GSM standard za digitalni pan-europski (globalni) stanični kopneni mobilni sustav predviđa rad odašiljača u dva frekvencijska raspona: 890-915 MHz (za odašiljače mobilne stanice - MS), 935-960 MHz (za odašiljače 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 nosača.
Za zaštitu od pogrešaka u radijskim kanalima tijekom prijenosa informacijskih poruka koristi se blokovno i konvolucijsko kodiranje s preplitanjem. Poboljšanje učinkovitosti kodiranja i ispreplitanja pri malim brzinama putovanja mobilne stanice postiže se sporom prebacivanjem radnih frekvencija (SFH) tijekom komunikacijske sesije brzinom od 217 skokova u sekundi.
Za suzbijanje smetnji blijedinja primljenih signala uzrokovanih višestaznim širenjem radio valova u urbanim uvjetima, u komunikacijskoj opremi koriste se ekvilajzeri za izjednačavanje impulsnih signala sa standardnom devijacijom vremena kašnjenja do 16 μs.
Sustav sinkronizacije je dizajniran da kompenzira apsolutno vrijeme kašnjenja signala do 233 µs, što odgovara maksimalnom komunikacijskom rasponu ili maksimalnom radijusu ćelije (ćelije) od 35 km.
U GSM standardu je odabrano Gaussovo frekvencijsko pomicanje (GMSK). Obrada govora se provodi u okviru usvojenog sustava diskontinuiranog prijenosa govora (DTX), koji osigurava da se odašiljač uključuje samo kada postoji govorni signal i da se odašiljač isključi tijekom pauza i na kraju razgovora. . Kao uređaj za transformaciju govora odabran je govorni kodek s regularnom impulsnom pobudom/dugotrajnim predviđanjem i kodiranjem linearnog prediktivnog predviđanja (RPE/LTR-LTP kodek). Ukupna brzina govora i pretvorbe signala je 13 kbit/s.
GSM standard postiže visok stupanj sigurnosti prijenosa poruka; poruke su šifrirane pomoću algoritma za šifriranje javnog ključa (RSA).
Općenito, komunikacijski sustav koji radi u GSM standardu dizajniran je za njegovu upotrebu u različitim područjima. Korisnicima pruža širok raspon usluga i mogućnost korištenja raznovrsne opreme za glasovnu i podatkovnu komunikaciju, zvonjenje i alarme; spojiti na javne komutirane telefonske mreže (PSTN), podatkovne mreže (PDN) i digitalne mreže integriranih usluga (ISDN).
Glavne karakteristike GSM standarda
| Frekvencije odašiljanja mobilne stanice i frekvencije 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 prijenosa poruka na radijskom kanalu, kbps | 270, 833 |
| Stopa konverzije kodeka za govor, kbps | 13 |
| Širina pojasa komunikacijskog kanala, kHz | 200 |
| Maksimalan broj komunikacijskih kanala | 124 |
| Maksimalan broj kanala organiziranih u baznoj stanici | 16-20 |
| Vrsta modulacije | GMSK |
| Indeks modulacije | W 0,3 |
| Širina pojasa predmodulacijskog Gaussovog filtra, kHz | 81,2 |
| Broj frekvencijskih skokova u sekundi | 217 |
| Vremenska raznolikost u intervalima TDMA okvira (prijenos/prijem) za mobilnu stanicu | 2 |
| Vrsta govornog kodeka | RPE/LTP |
| Maksimalni radijus ćelije, km | do 35 |
| Shema organizacije kanala kombinirana je TDMA/FDMA |
1.2. Strukturni dijagram i sastav opreme komunikacijske mreže
Funkcionalna konstrukcija i sučelja usvojeni u GSM standardu ilustrirani su blok dijagramom na slici 1.1, na kojem je MSC (Mobile Switching Centre) mobilni komutacijski centar; BSS (Base Station System) - oprema bazne stanice; OMS (Operations and Maintenance Center) - centar za kontrolu i održavanje; MS (Mobilne stanice) - mobilne stanice.
Funkcionalno uparivanje elemenata sustava provodi se brojnim sučeljima. Sve funkcionalne komponente mreže u GSM standardu međusobno djeluju u skladu s signalnim sustavom CCITT SS N 7 (CCITT SS. N 7).
Mobilni komutacijski centar opslužuje skupinu ćelija i osigurava sve vrste veza koje su mobilne stanice potrebne u procesu rada. MSC je sličan ISDN centrali i sučelje je između fiksnih mreža (PSTN, PDN, ISDN, itd.) i mobilne mreže. Pruža značajke usmjeravanja poziva i kontrole poziva. Osim obavljanja funkcija konvencionalne ISDN komutacijske stanice, MSC-u su dodijeljene funkcije prebacivanja radio kanala. To uključuje "primopredaju", u kojoj se ostvaruje kontinuitet komunikacije kada se mobilna stanica kreće od ćelije do ćelije, te prebacivanje radnih kanala u ćeliji kada se pojave smetnje ili kvarovi.
Svaki MSC pruža usluge mobilnim pretplatnicima koji se nalaze unutar određenog zemljopisnog područja (na primjer, Moskva i regija). MSC upravlja postupcima postavljanja i usmjeravanja poziva. Za javnu komutiranu telefonsku mrežu (PSTN), MSC osigurava SS N 7 signalizaciju, prijenos poziva ili druga sučelja prema zahtjevima projekta.
MSC generira podatke potrebne za ispostavljanje računa za komunikacijske usluge koje pruža mreža, akumulira podatke o obavljenim razgovorima i prenosi ih u centar za obračun (naplatni centar). MSC također sastavlja statistiku potrebnu za praćenje i optimizaciju mreže.
MSC također održava sigurnosne procedure koje se koriste za kontrolu pristupa radijskim kanalima.
MSC ne samo da sudjeluje u kontroli poziva, već i upravlja registracijom lokacije i postupcima primopredaje, osim primopredaje u podsustavu bazne stanice (BSS). Registracija lokacije mobilnih stanica neophodna je kako bi se osigurala isporuka poziva pokretnim mobilnim pretplatnicima od PSTN pretplatnika ili drugih mobilnih pretplatnika. Procedura primopredaje poziva omogućuje vam da zadržite veze i nastavite razgovor kada se mobilna stanica seli iz jednog područja pružanja usluga u drugo. Pozivima u ćelijama kojima upravlja jedan kontroler bazne stanice (BSC) upravlja taj BSC. Kada se pozivi prenose između dvije mreže kojima upravljaju različiti BSC-ovi, primarna kontrola je u MSC-u. GSM standard također pruža postupke prijenosa poziva između mreža (kontrolera) koji pripadaju različitim MSC-ovima. Komutacijski centar neprestano nadzire mobilne stanice koristeći registre položaja (HLR) i registre kretanja (VLR). HLR pohranjuje tu informaciju o lokaciji bilo koje mobilne stanice koja omogućuje komutacijskom centru da dostavi poziv stanici. HLR sadrži Međunarodni identitet mobilnog pretplatnika (IMSI). Koristi se za identifikaciju mobilne stanice u Authentication Center (AUC) (sl. 1.2, 1.3).
Sastav privremenih podataka pohranjenih u HLR i VLR
U praksi, HLR je referentna baza podataka o pretplatnicima koji su trajno registrirani u mreži. Sadrži identifikacijske brojeve i adrese, kao i parametre autentifikacije pretplatnika, sastav komunikacijskih usluga i posebne informacije o usmjeravanju. Snimaju se podaci o roamingu pretplatnika, uključujući privremeni identitet mobilnog pretplatnika (TMSI) i pripadajući VLR.
Podacima sadržanim u HLR-u daljinski pristupaju svi MSC-ovi i VLR-ovi mreže, a ako u mreži postoji više HLR-ova, postoji samo jedan unos pretplatnika u bazi podataka, tako da svaki HLR predstavlja određeni dio ukupnog broja pretplatnika mreže. baza podataka. Bazi pretplatnika se pristupa putem IMSI ili MSISDN broja (broj mobilnog pretplatnika u ISDN mreži). Bazi podataka mogu pristupiti MSC-ovi ili VLR-ovi koji pripadaju drugim mrežama kao dio pružanja međumrežnog roaminga pretplatnika.
Drugi glavni uređaj koji omogućuje kontrolu kretanja mobilne stanice od područja do područja je VLR registar kretanja. Uz njegovu pomoć postiže se rad mobilne stanice izvan područja koje kontrolira HLR. Kada se u procesu kretanja mobilna stanica pomakne iz područja pokrivenosti jednog kontrolera bazne stanice BSC-a, koji objedinjuje grupu baznih stanica, u područje pokrivenosti drugog BSC-a, ona se registrira s novim BSC-om. , a u VLR se upisuje podatak o broju komunikacijskog područja koji će osigurati isporuku poziva sljedećem
vidljiva stanica. Kako bi se sačuvali podaci u HLR i VLR, u slučaju kvarova zaštićeni su memorijski uređaji ovih registara.
VLR sadrži iste podatke kao i HLR, međutim, ovi su podaci sadržani u VLR-u samo dok se pretplatnik nalazi u području koje kontrolira VLR.
U GSM mobilnoj mreži ćelije su grupirane u geografska područja (LA), kojima se dodjeljuje vlastiti identifikacijski broj (LAC). Svaki VLR sadrži podatke o pretplatnicima u nekoliko LA-a. Kada se mobilni pretplatnik preseli iz jednog LA-a u drugi, podaci o njegovoj lokaciji automatski se ažuriraju u VLR-u. Ako starim i novim LA upravljaju različiti VLR-ovi, tada se podaci o starom VLR-u brišu nakon što se kopiraju u novi VLR. Trenutna VLR adresa pretplatnika sadržana u HLR-u također se ažurira.
VLR također predviđa dodjelu broja mobilne stanice u roamingu (MSRN). Kada mobilna stanica primi dolazni poziv, VLR odabire svoj MSRN i prosljeđuje ga MSC-u, koji usmjerava poziv na bazne stanice u blizini mobilnog pretplatnika.
VLR također dodjeljuje kontrolne brojeve prijenosa prilikom prijenosa veza s jednog MSC-a na drugi. Osim toga, VLR upravlja distribucijom novih TMSI i prosljeđuje ih HLR-u. Također upravlja postupcima provjere autentičnosti tijekom obrade poziva. Prema nahođenju operatera, TMSI se može povremeno mijenjati kako bi se komplicirao postupak identifikacije pretplatnika. VLR bazi podataka može se pristupiti putem IMSI, TMSI ili MSRN. Općenito, VLR je lokalna baza podataka mobilnih pretplatnika za područje gdje se pretplatnik nalazi, što eliminira stalne zahtjeve prema HLR-u i smanjuje vrijeme za servisiranje poziva.
Kako bi se isključilo neovlašteno korištenje resursa komunikacijskog sustava, uvode se mehanizmi provjere autentičnosti - autentifikacija pretplatnika. Centar za autentifikaciju sastoji se od nekoliko blokova i generira ključeve i algoritme za provjeru autentičnosti. Uz njegovu pomoć provjerava se autoritet pretplatnika i ostvaruje njegov pristup komunikacijskoj mreži. AUC odlučuje o parametrima procesa autentikacije i određuje ključeve za šifriranje pretplatničkih stanica na temelju baze podataka koja se nalazi u Equipment Identification Register (EIR).
Svaki mobilni pretplatnik za vrijeme korištenja komunikacijskog sustava dobiva standardni identifikacijski modul pretplatnika (SIM), koji sadrži: međunarodni identifikacijski broj (IMSI), vlastiti individualni autentifikacijski ključ (Ki), autentifikacijski algoritam (A3).
Uz pomoć podataka zabilježenih u SIM-u, kao rezultat međusobne razmjene podataka između mobilne stanice i mreže, provodi se potpuni ciklus autentifikacije i omogućava pristup pretplatniku mreži.
Postupak 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 autentifikacijskog algoritma određuje vrijednost odgovora (SRES), t.j.
SRES = Ki * [RAND]
Mobilna stanica šalje izračunati SRES u mrežu, koja provjerava vrijednost primljenog SRES-a u odnosu na SRES koji je izračunala mreža. Ako se obje vrijednosti podudaraju, mobilna stanica nastavlja s prijenosom poruka. U suprotnom, komunikacija se prekida i indikator mobilne stanice pokazuje da do identifikacije nije došlo. Kako bi se osigurala privatnost, izračun SRES-a odvija se unutar SIM kartice. Netajne informacije (npr. Ki) ne obrađuje SIM.
EIR - Equipment Identification Register, sadrži centraliziranu bazu podataka za provjeru autentičnosti Međunarodnog identifikacionog broja opreme mobilne stanice (IME1). Ova baza podataka odnosi se isključivo na opremu mobilne stanice. Baza podataka EIR sastoji se od popisa ME1 brojeva organiziranih na sljedeći način:
BIJELA LISTA - sadrži 1ME1 brojeve za koje se zna da su dodijeljeni ovlaštenim mobilnim stanicama.
CRNI LIST - sadrži 1ME1 brojeve mobilnih stanica koje su ukradene ili na drugi način odbijene usluge.
SIVA LISTA - sadrži 1ME1 brojeve mobilnih stanica koje imaju probleme identificirane softverom, što nije osnova za crnu listu.
EIR bazi podataka daljinski pristupaju MSC-ovi ove mreže kao i MSC-ovi iz 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 prevoditelj koji, kada mu se dodijeli broj 1ME1, vraća EIR adresu koja kontrolira odgovarajući dio baze podataka opreme.
IWF - interworking funkcionalni spoj, jedna je od komponenti MSC-a. Omogućuje pretplatnicima pristup protokolu i pretvorbi brzine prijenosa podataka tako da se mogu prenositi između svoje terminalne opreme GSM mreže (DIE) i konvencionalne terminalne opreme fiksne mreže. Funkcionalno sučelje pristupnika također "dodjeljuje" modem iz svoje banke opreme za uparivanje s odgovarajućim modemom fiksne mreže. IWF također nudi sučelja tipa izravne veze za opremu koju isporučuje korisnik, kao što je X.25 PAD za paketne podatke.
EC - poništavač jeke, koji PSTN koristi u MSC-u za sve telefonske kanale (bez obzira na njihovu duljinu) zbog fizičkih kašnjenja u putovima širenja, uključujući radio kanal, GSM mreža. Tipični poništavač jeke može osigurati 68 milisekundi potiskivanja između EC izlaza i fiksne telefonske mreže. Ukupno povratno kašnjenje u GSM kanalu uzrokovano obradom signala, kodiranjem/dekodiranjem govora, kodiranjem kanala, itd., iznosi oko 180 ms. Ovo kašnjenje bi bilo neprimjetno za mobilnog pretplatnika da 2-žični na 4-žični hibridni transformator nije uključen u telefonski krug, što je potrebno u MSC-u jer je standardna veza na PSTN 2-žična. Kod spajanja dva pretplatnika fiksne mreže nema eho signala. Bez uključenog EC-a, kašnjenje širenja signala na GSM putu će smetati pretplatnicima, prekidati govor i odvlačiti pozornost.
OMS - centar rada i održavanja, središnji je element GSM mreže koji omogućuje kontrolu i upravljanje ostalim komponentama mreže te kontrolu kvalitete njezina rada. OMS je povezan s ostalim komponentama GSM mreže putem X.25 paketnih kanala. OMC pruža funkcije obrade alarma za dojavu osoblja za održavanje i registrira informacije o hitnim situacijama u drugim komponentama mreže. Ovisno o prirodi kvara, OMS omogućuje njegovo otklanjanje automatski ili uz aktivnu intervenciju osoblja. OMS može osigurati provjeru statusa mrežne opreme i napredovanja poziva mobilne stanice. OMS vam omogućuje upravljanje opterećenjem u mreži. Učinkovita funkcija upravljanja uključuje prikupljanje statističkih podataka o opterećenju komponenti GSM mreže, njihovo upisivanje na disk datoteke i prikazivanje za vizualnu analizu. OMS osigurava upravljanje promjenama softvera i baze podataka o konfiguraciji mrežnih elemenata. Učitavanje softvera u memoriju može se izvršiti iz OMC-a u druge mrežne elemente ili iz njih u OMC.
NMC - centar za upravljanje mrežom, omogućuje vam racionalno hijerarhijsko upravljanje GSM mrežom. Omogućuje rad i održavanje na razini cijele mreže, uz potporu CHI centara koji su odgovorni za upravljanje regionalnim mrežama. NMC osigurava upravljanje prometom za cijelu mrežu i pruža nadzornu kontrolu mreže u složenim hitnim situacijama kao što su kvar čvora ili preopterećenje. Osim toga, prati status automatskih upravljačkih uređaja uključenih u mrežnu opremu i prikazuje status mreže za NMC operatere. To omogućuje operaterima praćenje regionalnih problema i, ako je potrebno, pružanje pomoći MSO-u odgovornom za određenu regiju. Dakle, djelatnici NMC-a znaju stanje cijele mreže i mogu uputiti djelatnike MMC-a da promijene strategiju rješavanja regionalnog problema.
NMC se usredotočuje na signalne putove i veze između čvorova kako ne bi dopuštao pojavu uvjeta zagušenja u mreži. Također kontrolirano
rute veze između GSM mreže i PSTN-a kako bi se izbjeglo širenje uvjeta zagušenja između mreža. Istodobno, osoblje NMC koordinira probleme upravljanja mrežom s osobljem drugih NMC-a. NMC također pruža mogućnost kontrole prometa za mrežnu opremu podsustava bazne stanice (BSS). NMC operateri u ekstremnim situacijama mogu pozvati postupke upravljanja kao što je "prioritetni pristup" gdje samo pretplatnici visokog prioriteta (hitne službe) mogu pristupiti sustavu.
NMC može preuzeti odgovornost u regiji kada lokalni MNW nije u funkciji, pri čemu NMC djeluje kao tranzitna točka između NMC-a i mrežne opreme. NMC pruža operaterima funkcije slične onima u MMC-u.
NMC je također važan alat za planiranje mreže, jer NMC prati mrežu i njezin rad na razini mreže, te stoga planerima mreže daje podatke koji određuju njezin optimalni razvoj.
BSS - oprema bazne stanice, sastoji se od kontrolera bazne stanice (BSC) i primopredajne bazne stanice (BTS). Kontroler bazne stanice može upravljati s više primopredajnih jedinica. BSS upravlja distribucijom radijskih kanala, kontrolira veze, regulira njihov redoslijed, osigurava skakanje, modulaciju i demodulaciju signala, kodiranje i dekodiranje poruka, kodiranje govora, prilagodbu brzine za glas, podatke i pozive, određuje redoslijed prijenosa dolaznih poruka .
BSS, zajedno s 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 ne postoji ne prolazi zbog radio smetnji. BSS i MSC zajednički obavljaju prioritetni prijenos informacija za određene kategorije mobilnih stanica.
TSE - transkoder, osigurava pretvorbu izlaznih signala MSC kanala glasa i podataka (64 kbps PCM) u oblik koji odgovara GSM preporukama na zračnom sučelju (Preporuka GSM 04.08). U skladu s ovim zahtjevima, brzina prijenosa govora, predstavljenog u digitalnom obliku, iznosi 13 kbps. Ovaj digitalni glasovni kanal naziva se "puna brzina". Standard predviđa buduću upotrebu govornog kanala s pola brzine (brzina prijenosa 6,5 kbps).
Smanjenje brzine prijenosa osigurava se korištenjem posebnog uređaja za transformaciju govora pomoću linearnog prediktivnog kodiranja (LPC), dugoročnog predviđanja (LTP), rezidualne impulsne pobude (RPE - ponekad se naziva RELP).
Transkoder se obično nalazi zajedno s MSC-om, tada se prijenos digitalnih poruka u smjeru kontrolera bazne stanice - BSC-a provodi uz dodavanje dodatnih bitova (punjenja) brzini podataka od 16 kbps u tok pri brzina prijenosa od 13 kbps. Zatim množi 4 na standardni kanal od 64 kbit/s. Tako nastaje 3D-kanalna PCM linija definirana GSM preporukama, koja omogućuje prijenos 120 govornih kanala. Šesnaesti kanal (64 kbit/s), "vremenski prozor", odvojeno je posvećen prijenosu signalnih informacija i često sadrži SS N7 ili LAPD promet. Na drugom kanalu (64 kbit/s) također se mogu prenositi paketi podataka koji su u skladu s CCITT X.25 protokolom.
Dakle, rezultirajuća brzina prijenosa na navedenom sučelju je 30x64 kbps + 64 kbps + 64 kbps = 2048 kbps.
MS - mobilna stanica, sastoji se od opreme koja služi za organiziranje pristupa pretplatnika GSM mreža postojećim fiksnim telekomunikacijskim 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 prijenosnog modela 5. klase maksimalne snage 0,8 W (Tablica 1.1). Prilikom odašiljanja poruka osigurana je adaptivna kontrola snage odašiljača koja osigurava potrebnu kvalitetu komunikacije.
Mobilni pretplatnik i stanica neovisni su jedno o drugom. Kao što je već napomenuto, svaki pretplatnik ima svoj međunarodni identifikacijski broj (IMSI) zabilježen na njegovoj pametnoj kartici. Ovaj pristup omogućuje ugradnju radiotelefona, na primjer, u taksije 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.
Tablica 1.1
| Klasa snage | Maksimalna razina snage odašiljača | Tolerancije |
| 1 | 20 W | 1,5 dB |
| 2 | 8 W | 1,5 dB |
| 3 | 5 W | 1,5 dB |
| 4 | 2 W | 1,5 dB |
| 5 | 0,8 W | 1,5 dB |
1.3. Mrežna i radijska sučelja
Pri projektiranju digitalnih mobilnih mobilnih komunikacijskih sustava GSM standarda razmatraju se tri tipa sučelja: za povezivanje s vanjskim mrežama; između različite opreme GSM mreža; između GSM mreže i vanjske opreme. Sva postojeća interna sučelja GSM mreža prikazana su na blok dijagramu na sl. 1.1. U potpunosti su u skladu sa zahtjevima ETSI/GSM 03.02 preporuka.
Sučelja s vanjskim mrežama
Veza na PSTN
Priključak na javnu telefonsku mrežu MSC ostvaruje putem veze od 2 Mbps u skladu sa signalnim sustavom SS N 7. Električne karakteristike sučelja od 2 Mbps u skladu su s CCITT preporukama G.732.
ISDN veza
Za povezivanje s novim ISDN mrežama predviđene su četiri komunikacijske linije od 2 Mbps, podržane signalnim sustavom 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 komutacijski centar povezuje se s mrežom NMT-450 preko četiri standardne veze od 2 Mbps i SS N7 signalnih sustava. Istodobno bi trebali biti ispunjeni zahtjevi Preporuka CCITT-a o podsustavu korisnika telefonske mreže (TUP - Telephone User Part) i podsustavu prijenosa poruka (MTP - Message Transfer Part) Žute knjige. Električne karakteristike linije od 2 Mbit/s u skladu su s CCITT preporukom G.732.
Priključci na međunarodne GSM mreže
Trenutno se vrši povezivanje GSM mreže u Moskvi na paneuropske GSM mreže. Te se veze temelje na protokolima signalnih sustava (SCCP) i prebacivanju mobilnih pristupnika (GMSC).
Interna GSM - sučelja
Sučelje između MSC-a i BSS-a (A-sučelje) omogućuje razmjenu poruka za BSS kontrolu, prijenos poziva, kontrolu prometa. A-sučelje kombinira komunikacijske kanale i signalne linije. Potonji koriste CCITT protokol SS N7. Kompletna specifikacija A-sučelja u skladu je s 08 serijom ETSI/GSM preporuka.
Sučelje između MSC-a i HLR-a dijeli se s VLR-om (B-sučelje). Kada MSC treba locirati mobilnu stanicu, kontaktira VLR. Ako mobilna stanica pokrene postupak lociranja s MSC-om, o tome obavještava svoj VLR, koji unosi sve informacije o promjeni u svoje registre. Ovaj postupak se događa kad god se MS pomiče s jednog područja lokacije na drugo. U slučaju da pretplatnik zatraži posebne dopunske usluge ili promijeni neke od svojih podataka, MSC također obavještava VLR, koji bilježi promjene i po potrebi obavještava HLR.
Sučelje između MSC-a i HLR-a (C-sučelje) koristi se za pružanje komunikacije između MSC-a i HLR-a. MSC može poslati indikaciju (poruku) HLR-u na kraju sesije kako bi pretplatnik mogao platiti poziv. Kada fiksna telefonska mreža nije u mogućnosti izvršiti postupak postavljanja poziva mobilnog pretplatnika, MSC može zatražiti od HLR-a da locira pretplatnika kako bi uputio poziv MS-u.
Sučelje između HLR i VLR (D-sučelje) koristi se za poboljšanje 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. Da bi to učinio, HLR mora nadopuniti svoje podatke. VLR obavještava HLR o poziciji MS-a, upravlja njome i dodjeljuje joj brojeve u procesu lutanja, šalje sve potrebne podatke za pružanje usluge mobilnoj stanici.
Sučelje između MSC-ova (E-sučelje) omogućuje interakciju između različitih MSC-ova tijekom provedbe HANDOVER procedure - "prijenosa" pretplatnika iz zone u zonu kada se kreće tijekom komunikacijske sesije bez prekida.
Sučelje između BSC-a i BTS-a (A-bis sučelje) koristi se za komunikaciju BSC-a s BTS-om i definirano je ETSI/GSM preporukama za procese uspostavljanja veze i upravljanja opremom, prijenos se obavlja digitalnim tokovima brzinom od 2,048 Mbps. Moguće je koristiti fizičko sučelje od 64 kbps.
Sučelje između BSC-a i OMS-a (O-sučelje) namijenjeno je komunikaciji između BSC-a i OMS-a i koristi se u CCITT X.25 mrežama s komutacijom paketa.
Interno BSC sučelje kontrolera bazne stanice osigurava komunikaciju između različite BSC opreme i opreme za transkodiranje (TCE); koristi standard PCM prijenosa od 2,048 Mbps i omogućuje vam organiziranje iz četiri kanala brzinom od 16 kbps jedan kanal brzinom od 64 kbps.
Sučelje između MS i BTS (Um-air sučelje) definirano je u serijama 04 i 05 ETSI/GSM preporuka.
Mrežno sučelje između OMC-a i mreže, takozvano kontrolno sučelje između OMC-a i mrežnih elemenata, definirano je ETSI/GSM Preporukom 12.01 i analogno je sučelju Q.3 koje je definirano u slojevitom modelu ISO OSI otvorenih mreža.
Mrežnu vezu s OMS-om može osigurati CCITT SS N7 signalizacijski sustav ili X.25 mrežni protokol. Mreža X.25 može se spojiti na mreže ili PSDN-ove u otvorenom ili zatvorenom načinu rada.
GSM, protokol za upravljanje mrežom i uslugama, također mora biti u skladu sa zahtjevima sučelja Q.3, koji je definiran u ETSI/GSM Preporuci 12.01.
Sučelja između GSM mreže i vanjske opreme
Za implementaciju usluge kratkih poruka potrebno je sučelje između MSC-a i servisnog centra (SC). Definiran je u ETSI/GSM preporuci 03.40.
Sučelje s drugim OMS-om. Svaki centar za kontrolu i održavanje mreže trebao bi biti povezan s drugim MNO operativnim mrežama u drugim regijama ili drugim mrežama. Ove veze osiguravaju X-sučelja u skladu s CCITT preporukama M.30. OMS sučelje se koristi za interakciju s mrežama više razine.
1.4. Struktura usluga i prijenos podataka u GSM standardu
GSM standard sadrži dvije klase usluga: osnovne usluge i teleusluge. Glavne usluge pružaju: prijenos podataka (asinkrono) u full duplex modu brzinama od 300, 600, 1200, 2400, 4800 i 9600 bps putem javnih telefonskih mreža; prijenos podataka (sinkrono) u duplex modu brzinama od 1200, 2400, 4800 i 9600 bps putem javnih telefonskih mreža, javnih komutiranih podatkovnih mreža (CSPDN) i ISDN-a; pristup adaptera standardnim asinkronim paketnim podacima od 300-9600 bps preko javnih komutiranih paketnih podatkovnih mreža (PSPDN), kao što je Datex-P; sinkroni dupleks 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 kbit/s, mogu se koristiti komunikacijski kanali s polovičnom brzinom.
Navedene funkcije podatkovnih kanala predviđene su za terminalnu opremu koja koristi CCITT sučelja sa specifikacijama serije V.24 ili X.21. Ove specifikacije definiraju prijenos podataka preko konvencionalnih telefonskih kanala. Teleusluge pružaju sljedeće usluge:
1) telefonska komunikacija (u kombinaciji s uslugom signalizacije: osiguranje stana, signalizacija za pomoć i sl.);
2) prijenos kratkih poruka;
3) pristup uslugama "Videotex", "Teletex";
4) Telefax usluga (grupa 3).
Osim toga, standardiziran je širok raspon posebnih usluga (prijenos poziva, upozorenja o tarifama, uključivanje u zatvorenu korisničku grupu).
Budući da se od većine pretplatnika očekuje korištenje GSM usluga u poslovne svrhe, posebna se pozornost pridaje sigurnosnim aspektima i kvaliteti pruženih usluga.
Blok dijagram komunikacijskih usluga u GSM PLMN prikazan je na sl. 1.4 (GSM PLMN - GSM javna zemaljska mobilna mreža - komunikacijska mreža s zemaljskim mobilnim objektima; TE (Terminalna oprema) - terminalna oprema, MT (Mobilni terminal) - mobilni terminal, IWF (Interworking Function) - funkcionalni spoj međuradnje). Prijenos podataka također uključuje novu vrstu usluge koja se koristi u GSM-u - prijenos kratkih poruka (prijenos uslužnih alfanumeričkih poruka za određene grupe korisnika).
Prilikom prijenosa kratkih poruka koristi se širina pojasa signalnih kanala. Mobilna stanica može prenositi i primati poruke. Zajednički kontrolni kanali mogu se koristiti za slanje kratkih poruka. Poruke su ograničene na 160 znakova, koji se mogu primati tijekom poziva u tijeku ili ciklusa mirovanja. NA
upravljanje radijskim kanalom, zaštita radijskih kanala od pogrešaka, kodiranje-dekodiranje govora, praćenje i distribucija korisničkih podataka i poziva, prilagodba u smislu brzine prijenosa između radio kanala i podataka, osiguranje paralelnog rada opterećenja (terminala), osiguranje kontinuiranog rada u proces kretanja.
Koriste se tri vrste terminalne opreme mobilne stanice: MTO (Mobile Termination 0) - multifunkcionalna mobilna stanica, koja uključuje podatkovni terminal s mogućnošću prijenosa i primanja podataka i glasa: MT1 (Mobile Termination 1) - mobilna stanica s mogućnost komunikacije putem terminala s ISDN-om; MT2 (Mobile Termination 2) - mobilna stanica s mogućnošću povezivanja terminala za komunikaciju prema protokolu CCITT V ili X serije.
Terminalna oprema može se sastojati od jedne ili više vrsta opreme, kao što je telefonska slušalica s biračem, oprema za prijenos podataka (DTE), teleks i tako dalje.
Postoje sljedeće vrste terminala: TE1 (Terminal Equipment 1) - terminalna oprema koja omogućuje komunikaciju s ISDN-om; TE2 (Terminal Equipment 2) - terminalna oprema koja omogućuje komunikaciju s bilo kojom opremom putem protokola CCITT V ili X serije (ne pruža komunikaciju s ISDN-om). TE2 terminal se može spojiti kao opterećenje na MT1 (mobilna stanica s ISDN vezom) preko TA adaptera.
Sustav karakteristika GSM standarda, usvojeni funkcionalni dijagram komunikacijskih mreža i skup sučelja osiguravaju visoke parametre za razmjenu poruka, kompatibilnost s postojećim i budućim informacijskim mrežama, a pretplatnicima pružaju širok raspon digitalnih komunikacijskih usluga.
1.6. Struktura TDMA okvira i generiranje signala u GSM standardu
Kao rezultat analize različitih opcija za izgradnju digitalnih mobilnih mobilnih komunikacijskih sustava (MCSS), GSM standard je usvojio višestruki pristup s vremenskom podjelom (TDMA). Opća struktura privremenih okvira prikazana je na sl. 1.6. Duljina razdoblja sekvence u ovoj strukturi, koja se naziva hiperokvir, jednaka je Tr = 3 h 28 min 53 s 760 ms (12533,76 s). Hiperokvir je podijeljen na 2048 superokvira, od kojih svaki ima trajanje Te = 12533,76 / 2048 = 6,12 s.
Superokvir se sastoji od više okvira. Za organiziranje različitih komunikacijskih i upravljačkih kanala u GSM standardu koriste se dvije vrste multiframe-a:
1) 26-pozicioni TDMA multiframe okviri;
2) 51-pozicijski TDMA multiframe okviri.
Superokvir može sadržavati 51 multiframe prve vrste ili 26 multiframes druge vrste. Trajanje višestrukih okvira, odnosno:
1) Tm = 6120/51 = 120 ms;
2) Tm = 6120/26 = 235,385 ms (3060/13 ms). Trajanje svakog TDMA okvira
Tk = 120/26 = 235,385/51 = 4,615 ms (60/13 ms).
U razdoblju sekvence, svaki TDMA okvir ima svoj vlastiti broj sekvence (NF) od 0 do NFmax, gdje je NFmax = (26x51x2048) -1 = 2715647.
Dakle, hiperokvir se sastoji od 2715647 TDMA okvira. Potreba za tako velikim razdobljem hiperframea nastala je zbog zahtjeva primijenjenog procesa kriptografske zaštite, u kojem se kao ulazni parametar koristi broj okvira NF. TDMA okvir podijeljen je na osam vremenskih pozicija s točkom
To = 60/13:8 = 576,9 µs (15/26 ms)
Svaki vremenski položaj označen je kao TN s brojem od 0 do 7. Fizičko značenje vremenskih pozicija, koje se inače nazivaju prozorima, je vrijeme tijekom kojeg je nositelj moduliran digitalnim informacijskim tokom koji odgovara govornoj poruci ili podacima.
Digitalni tok informacija je slijed paketa smještenih u tim vremenskim intervalima (prozorima). Paketi se formiraju nešto kraći od intervala, njihovo trajanje je 0,546 ms, što je potrebno za primanje poruke u prisutnosti vremenske disperzije u propagacijskom kanalu.
Informacijska poruka se prenosi preko radio kanala brzinom od 270,833 kbps.
To znači da vremenski slot okvira TDMA sadrži 156,25 bita.
Trajanje jednog informacijskog bita je 576,9 µs/156,25 = 3,69 µs.
Svaki vremenski interval koji odgovara trajanju bita označen je BN brojem od 0 do 155; posljednji 1/4-bitni interval je označen brojem 156.
Za prijenos informacija preko komunikacijskih i kontrolnih kanala, podešavanje frekvencija nositelja, osiguravanje vremenske sinkronizacije i pristup komunikacijskom kanalu, u strukturi okvira TDMA koristi se pet vrsta vremenskih intervala (prozora):
NB se koristi za prijenos informacija preko komunikacijskih i kontrolnih kanala, s izuzetkom pristupnog kanala RACH. Sastoji se od 114 bita šifrirane poruke i uključuje zaštitni interval (GP) od 8,25 bita s trajanjem od 30,46 µs. Informacijski blok od 114 bita podijeljen je u dva nezavisna bloka od po 57 bita, odvojena slijedom za obuku od 26 bita, koji se koristi za postavljanje ekvilajzera u prijamniku u skladu s karakteristikama komunikacijskog kanala u danom trenutku.
Dva kontrolna bita (Steeling Flag) su uključena u NB, koji služe kao indikacija sadrži li odašiljena skupina govorne informacije ili signalne informacije. U potonjem slučaju, Traffic Channel je "ukraden" kako bi se osigurala signalizacija.
Između dvije skupine šifriranih bitova u NB-u je 26-bitni slijed za obuku poznat primatelju. Ovaj slijed pruža:
Procjena učestalosti pojavljivanja pogrešaka u binarnim znamenkama na temelju rezultata usporedbe primljene i referentne sekvence. Tijekom usporedbe izračunava se parametar RXQUAL koji se uzima za procjenu kvalitete komunikacije. Naravno, riječ je samo o procjeni veze, a ne o točnim mjerenjima, budući da se provjerava samo dio prenesenih informacija. Parametar RXQUAL koristi se pri ulasku u komunikaciju, pri izvođenju postupka "primopredaje" (Handover) i pri procjeni područja radio pokrivenosti;
Procjena impulsnog odziva radio kanala u intervalu prijenosa NB za naknadnu korekciju puta prijema signala korištenjem adaptivnog ekvilizatora u prijemnom putu;
Određivanje kašnjenja širenja signala između bazne i mobilne stanice za procjenu komunikacijskog dometa. Ova informacija je neophodna kako se paketi podataka s različitih mobilnih stanica ne bi preklapali kada se primaju na baznu stanicu. Stoga udaljenije mobilne stanice moraju odašiljati svoje pakete prije stanica u neposrednoj blizini bazne stanice. FB je namijenjen za frekventnu sinkronizaciju mobilne stanice. Sva 142 bita u ovom vremenskom utoru su nula, što odgovara nemoduliranom nosiocu s pomakom od 1625/24 kHz iznad nominalne frekvencije nosača. Potrebno je provjeriti rad
njegov odašiljač i prijemnik s malim razmakom frekvencijskih kanala (200 kHz), što iznosi oko 0,022% nominalne vrijednosti propusnosti od 900 MHz. FB sadrži zaštitni interval od 8,25 bita na isti način kao i normalni vremenski interval. Kontrola frekvencije s ponavljajućim vremenskim intervalima (FB) tvori kanal za podešavanje frekvencije (FCCH).
SB se koristi za vremensku sinkronizaciju bazne i mobilne stanice. Sastoji se od 64-bitnog sinkronizirajućeg niza, nosi informacije o VOLUME broju okvira i identifikacijskom kodu bazne stanice. Ovaj interval se prenosi zajedno s intervalom podešavanja frekvencije. Ponavljajući intervali sinkronizacije tvore takozvani sinkronizacijski kanal (SCH).
DB osigurava uspostavljanje i testiranje komunikacijskog kanala. U svojoj strukturi, DB se podudara s NB (slika 1.6) i sadrži instalacijsku sekvencu dugu 26 bita. U DB-u nema kontrolnih bitova i ne prenosi se nikakva informacija. DB samo obavještava da odašiljač radi.
AB daje dopuštenje za mobilnu stanicu za pristup novoj baznoj stanici. AB prenosi mobilna stanica kada zahtijeva signalni kanal. Ovo je prvi paket koji prenosi mobilna stanica, tako da vrijeme prolaska još nije izmjereno. Stoga paket ima specifičnu strukturu. Najprije se prenosi 8-bitni repni uzorak, nakon čega slijedi slijed sinkronizacije bazne stanice (41 bit), što omogućava baznoj stanici da osigura da sljedećih 36 šifriranih bitova budu ispravno primljeni. Interval sadrži veliki zaštitni interval (68,25 bita, trajanje 252 μs), koji osigurava (bez obzira na vrijeme prolaska signala) dovoljno vremensko odvajanje od paketa drugih mobilnih stanica,
Ovaj zaštitni interval odgovara dvostrukom maksimalnom mogućem kašnjenju signala unutar jedne ćelije i tako postavlja najveću dopuštenu veličinu ćelije. Značajka GSM standarda je mogućnost pružanja komunikacije mobilnim pretplatnicima u stanicama u radijusu od oko 35 km. Vrijeme širenja radio signala u naprijed i natrag je 233,3 µs.
U GSM strukturi striktno su definirane vremenske karakteristike ovojnice signala koji emitiraju paketi u vremenskom intervalu kanala TDMA okvira i spektralna karakteristika signala. Maska vremenske ovojnice za signale emitirane u AB intervalu punog TDMA okvira prikazana je na Sl. 1.7, a maska ovojnice za signale NB, FB, DB i SB punog TDMA okvira - na sl. 1.8. Različiti oblici ovojnica emitiranih signala odgovaraju različitom trajanju AB intervala (88 bita) u odnosu na druge specificirane intervale punog TDMA okvira (148 bita). Norme za spektralnu karakteristiku emitiranog signala prikazane su na sl. 1.9.
Jedna od značajki generiranja signala u GSM standardu je korištenje sporih frekvencijskih skokova tijekom komunikacijske sesije. Glavna svrha ovakvih skokova (SFH - Slow Frequency Hopping) je osigurati frekvencijsku raznolikost u radijskim kanalima koji rade u uvjetima višestaznog širenja radio valova. SFH se koristi u svim mobilnim mrežama, što poboljšava učinkovitost kodiranja i interleavinga za spore pretplatničke stanice. Princip formiranja sporih skokova frekvencije je da se poruka koja se prenosi u vremenskom intervalu TDMA okvira koji je dodijeljen pretplatniku (577 μs) prenosi (primi) na novoj fiksnoj frekvenciji u svakom sljedećem okviru. Prema strukturi okvira, vrijeme skakanja frekvencije je oko 1 ms.
Tijekom skakanja frekvencije, dupleksna separacija od 45 MHz stalno se održava između kanala za prijem i odašiljanje. Svim aktivnim pretplatnicima koji se nalaze u istoj ćeliji dodjeljuje se ortogonalno oblikovanje sekvenci, što eliminira međusobne smetnje prilikom primanja poruka od strane pretplatnika u ćeliji. Parametri sekvence skakanja frekvencije (matrica vremensko-frekvencijskih i početna frekvencija) dodjeljuju se svakoj mobilnoj stanici tijekom uspostavljanja kanala. Ortogonalnost frekvencijskih preklopnih sekvenci u ćeliji osigurava se početnim pomakom frekvencije iste (prema algoritmu formiranja) sekvence. Susjedne stanice koriste različite sekvence oblikovanja.
Kombinirana TDMA/FDMA shema kanalizacije u GSM standardu i princip korištenja sporih frekvencijskih skokova pri prijenosu poruka u vremenskim okvirima prikazani su na Sl. 1.10, 1.11.
Za usporedbu, može se primijetiti da prema rezultatima eksperimentalnih studija provedenih na postojećim GSM mrežama, prostorna raznolikost prijamnih antena na baznoj stanici daje dobit od 3-4 dB.
Usvojena struktura TDMA okvira i principi formiranja signala u GSM standardu, zajedno s metodama drop kodiranja, omogućili su smanjenje omjera signal-šum potreban za prijem na 9 dB, dok je u standardima analognih mobilne komunikacijske mreže iznosi 17-18 dB.
Literatura za 1. poglavlje
1.1 M. Mouly, M. B. Pautet. GSM sustav za mobilne komunikacije. 1992.p.p. 702.
1.2 Yu.A. Gromakov. Stanični sustavi mobilne radio komunikacije. Tehnologije elektroničkih komunikacija. Svezak 48. Eko-trendovi. Moskva. 1994. godine.
1.3 A. Mehrotra. Mobilni radio: analogni i digitalni sustavi. Kuća Artech, Boston-London. 1994.p.p. 460.
1.4 Yu.A. Gromakov. Struktura TDMA okvira i formiranje signala u GSM standardu. "Elektrokomunikacija". N 10. 1993. str. 9-12 (prikaz, stručni).
Prvi put skraćenica GSM korišteno je 1982. i značilo je Groupe Speciale Mobile - francuski naziv za radnu skupinu CEPT (Sonference des Administras Europennes des Postes et Telecommunications - Europska uprava za poštu i telekomunikacije).
Radna skupina CEPT-a imala je zadatak razviti specifikacije za novi digitalni standard za mobilne komunikacije u pojasu 900 MHz. S vremenom (1989.) ovi radovi prešli su iz CEPT-a u novu organizaciju ETSI.
Rođendan GSM-a je 01.07.1991. - u Helsinkiju (Finska) obavljen je prvi telefonski poziv u ovom sustavu.
Značenje akronima GSM promijenilo se i znači Globalni sustav za mobilne komunikacije.
GSM Kazakhstan je GSM 900 mobilni operater koji pruža usluge pod robnim markama Activ i Kcell. Osnovan je 30. rujna 1998. Dioničari GSM Kazahstana su nacionalni komunikacijski operater Kazakhtelecom JSC i finsko-švedsko-turska tvrtka FinTur.
Bio je prvi među operaterima u Kazahstanu koji je komercijalno pokrenuo uslugu Mobile Video, usluge temeljene na GPRS-u (MMS, WAP, mobilni internet).
Mreže radiokomunikacijskih sustava u tehničkoj literaturi nazivaju se pokretnim, mobilnim i staničnim mrežama. Sva imena se koriste kao sinonimi, ali po ovom pitanju postoje neke razlike.
Bežične tehnologije aktivno razvijaju tržište prijenosnih i osobnih računala, čiji korisnici zahtijevaju velike brzine prijenosa uz ograničenu mobilnost kako u brzini kretanja tako iu kontinuitetu komunikacije.
Na temelju toga sve što se može prenijeti i preko čega možete ući u komunikacijsku mrežu bilo gdje može se nazvati mobilnim.
Mobilnu mrežu možemo nazvati tradicionalnom staničnom komunikacijom.
Pojam cellular (cellular) označava podjelu mreže na stanice – ćelije (geografska područja). Svakoj ćeliji je dodijeljen frekvencijski pojas koji se može koristiti u drugim ćelijama.
Svaka ćelija ima baznu stanicu, koja sadrži opremu za radio odašiljanje i prijam te omogućuje radio komunikaciju s mobilnim telefonima koji se nalaze teritorijalno u ovoj ćeliji.
Slika 18. Stanice u mobilnom (mobilnom) komunikacijskom sustavu
Područje pokrivenosti ćelije ovisi o brojnim čimbenicima:
snaga odašiljača bazne stanice;
snaga mobilnog telefona;
visina antene bazne stanice;
topologija područja.
Veličine stanica variraju i stoga svaka stanica može opsluživati samo ograničen broj mobitela, koji se nazivaju mobilni terminali, mobilna oprema ME, mobilne stanice MS.
Broj mobilnih terminala je 600 - 800. Stanice postaju manje u područjima s većom gustoćom naseljenosti. Pokrivenost stanicama kreće se od 100 m do nekoliko desetaka kilometara.
Izbor šesterokutnog oblika saća objašnjava se kako slijedi.
Kvadratna ćelija (koja odgovara gradskim blokovima) sa stranom imat će četiri strane koje joj se graniče na udaljenosti od središta do središta ove četiri ćelije.
Središta svake od četiri ćelije koje graniče sa stanicom nalazit će se na udaljenosti od središta razmatrane ćelije.
Ova konfiguracija stvara probleme pri prelasku na novu pretplatničku antenu kada se udaljite od središta ćelije.
Za učinkovito prebacivanje, poželjno je da su središta svih stanica na istoj udaljenosti jedna od druge. To se postiže šesterokutnom konfiguracijom.
Uz konfiguraciju heksagonalne ćelije, udaljenost između središta stanica bit će jednaka . Antene bazne stanice BS bit će na istoj udaljenosti jedna od druge, bez obzira na smjer kretanja mobilnog pretplatnika.
S obzirom na arhitekturu i funkcionalnost GSM mreže, imat ćemo na umu da je upravo GSM temelj niza naprednijih tehnologija 2.5G generacije, GPRS.
GSM mreža se sastoji od sljedećih glavnih građevnih blokova:
1. Primopredajnik BS;
2. BS kontroler;
3. Jedinica za transkodiranje i prilagodbu brzine (TRAU).
4. MSC komutacijski centar.
5. Home Location Register HLR (Home Location Register) - mrežna baza podataka koja pohranjuje referentne podatke o pretplatnicima koji su trajno registrirani na području koje kontrolira 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 identiteta opreme (EIR).
8. AuC centar za autentifikaciju.
Slika 18. Arhitektura GSM 2G sustava
U svrhu proučavanja, prikladno je razmotriti tehnologiju GSM-900, budući da se ova tehnologija, nakon manjih izmjena, koristi u GSM-1800 i GSM-1900. GSM-1900 se također koristi u SAD-u pod nazivom PSC-1900 (Personal Communication Services). GSM-1800 se od GSM-900 razlikuje po nižoj snazi baznih stanica BS, mobilnih terminala MS i manjih ćelija.
Razmotrite princip rada GSM tehnologije (slika 18).
Mobilni terminal MS (mobilna stanica) komunicira preko zračnog sučelja s baznom primopredajnom stanicom BTS (Base Transceiver Station).
MS se sastoji od dva dijela: same cijevi, t.j. 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 s GSM mrežom te podatke o pretplatniku i telekom operateru.
BTS je spojen na kontroler bazne stanice (BSC), koji pruža niz funkcija vezanih za:
s upravljanjem radijskim resursima RR (Radio Resource);
s MM (Mobile Management) podrškom za mobilnost u području pokrivenosti BTS postaja;
niz operativnih funkcija upravljanja za cijelu radio mrežu.
BTS-ovi i BSC-ovi tvore podsustav bazne stanice (BSS). BSS omogućuje radio pristup za mobilni terminal ME.
Preostali mrežni elementi odgovorni su za funkcije upravljanja i baze podataka potrebne za uspostavljanje veze u GSM mreži, kao što su enkripcija, autentifikacija i roaming.
Kontroler bazne stanice BSC je mrežni element koji je jezgra podsustava radio mreže (BSS) GSM staničnih komunikacija.
SIM-kartica (Subscriber Identity Module) je modul za identifikaciju pretplatnika, plastična kartica umetnuta u ME mobilni terminal i pruža mogućnost autoriziranog pristupa mobilnoj (mobilnoj) komunikacijskoj mreži.
Mikročip SIM kartice je dimenzija 85,5×54×0,76 mm, univerzalan za razne mobilne uređaje. Zaštićen posebnom lozinkom ili osobnim identifikacijskim brojem, sadrži jedinstveni međunarodni identifikator pretplatnika IMSI (International Mobile Subscriber Identity).
Nekoliko BS-ova je spojeno na kontroler bazne stanice (BSC), koji sadrži kontrolnu logiku za svaku od ovih stanica.
Svi BSC-ovi su spojeni na Mobile Switching Center (MSC), koji upravlja uspostavljanjem veza prema i od mobilnih pretplatnika.
MSC predstavlja funkcionalnost standardnog prekidača i, osim toga, niz posebnih funkcija za mobilne komunikacije.
Te funkcije uključuju, posebice, funkcije primopredaje i roaminga.
Funkcija primopredaje (handover ili handoff) je prijenos kontrole nad uslugom poziva na novu ćeliju tijekom povezivanja mobilnog pretplatnika pri prelasku s jedne ćelije na drugu.
U stvari, primopredaja znači prebacivanje pretplatnika s jednog radio kanala i (ili) vremenskog intervala na drugi, bez obavještavanja pretplatnika o ovoj promjeni.
Ako jačina signala padne ispod unaprijed određene razine (korisnik prelazi u drugu ćeliju ili se približava granici trenutne ćelije), tada se provjerava prima li susjedna ćelija signal s višom razinom.
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 povremeno mjeri jačinu signala i kvalitetu signala primljenih i od opsluživog BS-a i od susjednih, te prenosi odgovarajuću poruku u mrežu. .
Priroda ove poruke određuje hoće li se primopredaja izvršiti ili ne.
Uz mobilnu tehnologiju, pretplatnik se kreće od ćelije do ćelije unutar mreže, kao i iz jedne mreže u drugu. Kretanje (lokacija) mora se pratiti s određenom točnošću kako bi se njemu mogli uputiti pozivi (poruka).
Ovaj problem se rješava na sljedeći način.
1. Pretplatnik prvo uključuje svoj mobilni terminal.
Sam uređaj šalje poruku o registraciji lokalnom MSC-u. Poruka sadrži jedinstveni identifikator pretplatnika.
Poruka sadrži jedinstveni identifikator pretplatnika.
Na temelju toga, MSC može odrediti HLR kojem pretplatnik pripada i poslati registracijsku poruku 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 koji služi.
Svaka slušalica pohranjuje 15 znamenki IMEI (International Mobile Equipment Identity) identifikator - jedinstveni međunarodni identifikator mobilnog terminala ili 16 znamenki IMEISV (International Mobile Equipment Identity and Software Version Number) - jedinstveni međunarodni identifikator mobilnog terminala i broj verzije softvera (SW ).
Da biste saznali IMEI svog mobilnog telefona, unesite kombinaciju "*#06#". Korisno je zapisati ovaj broj u slučaju krađe mobitela.
U EIR registar su pohranjene tri liste - crna, siva i bijela.
Crna lista može sadržavati i puni IMEI broj i IMEISV broj. Ako se puni IMEI broj pojavi na crnoj listi, tada su pozivi s ovog mobilnog terminala zabranjeni.
Ako se ove vrijednosti pojave na sivoj listi, pozivi su možda dopušteni. Ali mogu biti zabranjeni prema nahođenju Operatera.
Kada se te vrijednosti pojave na popisu dopuštenih, pozivi su dopušteni.
Bijela lista sadrži sve serije identifikacijskih brojeva opreme za različite zemlje.
Crna lista sadrži identifikacijske brojeve mobilnih uređaja kojima je zabranjena uporaba u ovoj mreži.
Sivi popis sadrži informacije o neispravnoj ili nelicenciranoj (necertificiranoj) opremi.
Authentication (engl. authentication) - provjera vlasništva identifikatora predstavljenog od strane subjekta pristupa.
Autentifikaciju ne treba miješati s identifikacijom i autorizacijom.
