Standardele de comunicare celulară din a doua generație sunt utilizate pe scară largă nu numai în Rusia, ci și în alte țări. Cel mai cunoscut standard 2G este GSM (Global System for Mobile Communications - Global System for Mobile Communications). Aproximativ 80% dintre rețelele celulare din întreaga lume sunt construite conform acestui standard. Rețelele GSM sunt utilizate de 3 miliarde de oameni din peste 212 țări din întreaga lume. O distribuție atât de largă permite utilizarea internațională între operatorii celulari, ceea ce face posibil ca abonatul să-și folosească telefonul în aproape orice colț al Pământului. Mai mult decât atât, posibilitatea (inclusiv internațională) este principala caracteristică distinctivă a standardului GSM de la.
Dezvoltarea standardului GSM a început încă din 1982 de către Organizația de Standardizare. În 1991, prima rețea GSM din lume a fost pusă în funcțiune în Finlanda. Până la sfârșitul anului 1993, numărul de abonați care foloseau acest standard a depășit un milion. Până atunci, rețelele GSM erau implementate în 73 de țări din întreaga lume.
Rețelele GSM permit furnizarea unei game largi de servicii:
Datorită acestui fapt, GSM a câștigat o poziție puternică pe piața comunicațiilor celulare. Mai mult, putem spune cu încredere că acest standard va fi lider în următorii câțiva ani.
Deci, să luăm în considerare principalele elemente care alcătuiesc sistemul GSM:
Rețeaua GSM este împărțită în 2 sisteme. Fiecare dintre aceste sisteme include o serie de dispozitive funcționale, care, la rândul lor, sunt componente ale unei rețele radio mobile.
Aceste sisteme sunt:
Registrul locațiilor de vizitare ()
Centru de autentificare ()
Registrul de identificare a echipamentului abonatului ()
este o bază de date care conține informații despre numerele de identificare ale telefoanelor mobile GSM. Aceste informații sunt necesare pentru a bloca telefoanele furate. nu este un element obligatoriu al rețelei. Există doar câțiva operatori în lume care l-au implementat în rețeaua lor.
Cu toții folosim telefoane mobile, dar rareori se gândește cineva – cum funcționează? În acest articol, vom încerca să ne dăm seama cum este implementată de fapt comunicarea cu operatorul dvs. de telefonie mobilă.
Când dai un apel către interlocutorul tău sau te sună cineva, telefonul tău este conectat prin radio la una dintre antenele din apropiere. stație de bază (BS, BS, stație de bază).Fiecare stație de bază celulară (în oamenii obișnuiți - turnuri celulare) include de la unul la douăsprezece transceiver antene având direcții în direcții diferite pentru a oferi o comunicare de înaltă calitate abonaților din raza lor. Specialiștii în jargonul lor numesc astfel de antene "sectoare", care sunt structuri dreptunghiulare de culoare gri pe care le puteți vedea aproape în fiecare zi pe acoperișurile clădirilor sau catarge speciale.
Semnalul de la o astfel de antenă este trimis prin cablu direct către unitatea de control a stației de bază. Stația de bază este o combinație de sectoare și o unitate de control. În același timp, o anumită parte a așezării sau a teritoriului este deservită de mai multe stații de bază conectate la o unitate specială simultan - controler local de zonă(abreviat LAC, Local Area Controller sau doar „controller”). De regulă, un controler unește până la 15 stații de bază dintr-o anumită zonă.
La rândul lor, controlerele (pot fi și mai multe) sunt conectate la unitatea principală - Centru de control al serviciilor mobile (MSC, Centru de comutare a serviciilor mobile), care pentru ușurința percepției se numește simplu "comutator". Comutatorul, la rândul său, oferă intrare și ieșire oricăror linii de comunicație - atât celulare, cât și prin cablu.
Dacă afișați ceea ce este scris sub forma unei diagrame, obțineți următoarele: 
Rețelele GSM la scară mică (de obicei regionale) pot folosi doar un comutator. Cele mari, precum operatorii noștri „trei mari” MTS, Beeline sau MegaFon, care deservesc milioane de abonați în același timp, folosesc mai multe dispozitive MSC interconectate simultan.
Să vedem de ce este nevoie de un sistem atât de complex și de ce este imposibil să conectați direct antenele stației de bază la comutator? Pentru a face acest lucru, trebuie să vorbiți despre un alt termen, numit în limbaj tehnic predare (predare). Caracterizează handover-ul în rețelele mobile conform principiului handover-ului. Cu alte cuvinte, atunci când vă deplasați pe stradă pe jos sau într-un vehicul și vorbiți la telefon în același timp, pentru ca conversația să nu fie întreruptă, ar trebui să treceți în timp util dispozitivul de la un sector BS la altul, de la acoperire. zona unei stații de bază sau zonă locală a controlerului la alta etc. Prin urmare, dacă sectoarele stației de bază ar fi conectate direct la comutator, acesta ar trebui să efectueze această procedură de predare pentru toți abonații săi însuși, iar comutatorul are deja suficiente sarcini. Prin urmare, pentru a reduce probabilitatea defecțiunilor echipamentelor asociate cu supraîncărcările sale, schema de construire a rețelelor celulare GSM este implementată conform unui principiu cu mai multe niveluri.
Ca urmare, dacă dvs. și telefonul dvs. vă mutați din zona de serviciu a unui sector BS în zona de acoperire a altuia, atunci această mișcare este efectuată de unitatea de control a acestei stații de bază, fără a atinge zona mai „înaltă”. dispozitive cu preț” - LAC și MSC. Dacă predarea are loc între diferite BS, atunci LAC este deja luat pentru el etc.
Comutatorul nu este altceva decât „creierul” principal al rețelelor GSM, așa că funcționarea lui ar trebui luată în considerare mai detaliat. Comutatorul de rețea celulară preia aproximativ aceleași sarcini ca și PBX-ul în rețelele operatorilor cu fir. El este cel care înțelege unde efectuați apelul sau cel care vă sună, reglementează activitatea serviciilor suplimentare și, de fapt, decide dacă vă puteți efectua sau nu apelul în prezent.
Acum să vedem ce se întâmplă când porniți telefonul sau smartphone-ul?
Deci, ai apăsat „butonul magic” și telefonul s-a pornit. Pe cartela SIM a operatorului dvs. de telefonie mobilă există un număr special numit IMSI - Număr internațional de identificare a abonatului (Număr internațional de identificare a abonatului). Este un număr unic pentru fiecare cartelă SIM nu numai pentru operatorul dumneavoastră MTS, Beeline, MegaFon etc., ci un număr unic pentru toate rețelele mobile din lume! Pe el, operatorii disting abonații între ei.
Când porniți telefonul, dispozitivul dvs. trimite acest cod IMSI la stația de bază, care îl transmite mai departe către LAC, care, la rândul său, îl trimite la comutator. În același timp, două dispozitive suplimentare conectate direct la comutator intră în jocul nostru - HLR (Registrul locației de acasă)Și VLR (Registrul locației vizitatorilor). Tradus în rusă, acesta este, respectiv, Registrul abonaților de acasăȘi Registrul abonaților invitați. HLR stochează IMSI-ul tuturor abonaților din rețeaua sa. VLR conține informații despre acei abonați care folosesc în prezent rețeaua acestui operator.
Numărul IMSI este transmis către HLR utilizând un sistem de criptare (un alt dispozitiv este responsabil pentru acest proces AuC - Centru de autentificare). Totodată, HLR verifică dacă în baza sa de date există un abonat cu acest număr, iar dacă se confirmă faptul prezenței acestuia, sistemul se uită dacă acesta poate folosi în prezent servicii de comunicații sau, să zicem, are un blocaj financiar. Dacă totul este normal, atunci acest abonat merge la VLR și după aceea are ocazia să sune și să folosească alte servicii de comunicații.
Pentru claritate, vom afișa această procedură folosind o diagramă:
Astfel, am descris pe scurt principiul de funcționare al rețelelor celulare GSM. De fapt, această descriere este destul de superficială, pentru că dacă am aprofunda detaliile tehnice mai detaliat, atunci materialul s-ar dovedi a fi de multe ori mai voluminos și mult mai puțin de înțeles pentru majoritatea cititorilor.
În a doua parte, vom continua cunoștințele noastre cu funcționarea rețelelor GSM și vom analiza cum și pentru ce operatorul debitează fonduri din contul nostru cu dvs.
Dacă vorbim despre generații de comunicații mobile, atunci 2G este cel mai dezvoltat și mai larg reprezentat în Rusia. Principalele standarde de a doua generație în Federația Rusă sunt GSM 900/1800 și CDMA 450. Atât GSM, cât și CDMA sunt utilizate pentru apeluri vocale, mesaje text și acces la internet mobil. Deși a doua generație nu poate oferi aceleași viteze ca, de exemplu, 3G sau 4G, acesta este singurul tip de comunicare celulară care este prezent în toate regiunile Federației Ruse, chiar și în cele mai îndepărtate. Cei mai mari furnizori de telefonie mobilă din Federația Rusă sunt MegaFon, MTS, Beeline, VimpelCom și Tele2. În medie, acoperirea teritoriului Federației Ruse este de 85%, dar MTS, de exemplu, oferă acoperire pentru 100% din Rusia.
(Click pe imagine pentru a o vedea la dimensiune completă)
Standardul GSM din Rusia folosește frecvențe de 900 și 1800 MHz. Deoarece toate telefoanele mobile sunt dispozitive duplex, două frecvențe sunt folosite pentru comunicare simultan, una pentru recepție, a doua pentru transmisia de date. Apropo, cu metoda de triangulare pe turnuri celulare, se folosesc aceste două frecvențe. CDMA folosește două frecvențe în benzile de 450 și 850 MHz, cu aceeași alocare duplex. Cel mai mare furnizor CDMA este SKYLINK. După cum am observat, aceste standarde sunt utilizate în principal pentru apelurile vocale, mesajele text și accesul la Internet mobil. Accesul la internet se bazează pe tehnologiile GPRS și EDGE.
A treia generație de comunicații mobile sau 3G, care este utilizată pe scară largă în întreaga lume, este reprezentată și în Rusia. Cele mai mari rețele 3G din țară funcționează pe tehnologie WCDMA și, conform deciziei SCRF, funcționează la frecvențe de 2000-2100 MHz. 3G ar trebui să fie înțeles ca 3G cu toate suplimentele: HSUPA, HSPDA HSPA +, care sunt adesea etichetate eronat ca . Ratele de transfer de date în astfel de rețele sunt incomparabil mai mari decât în rețeaua GSM și variază în intervalul 2-14 Mbps. Această generație de comunicații mobile ne permite să ne bucurăm de internet mobil rapid și să efectuăm apeluri video.
Cei mai mari operatori de pe piața 3G din Rusia sunt MTS, MegaFon, VimpelCom, Beeline și SKYLINK. Împreună, aceste companii oferă rețele 3G în peste 120 de orașe mari ale Federației Ruse. Acoperirea rețelelor 3G nu este atât de mare și este concentrată în principal în orașele dens populate. 3G este adesea folosit pentru a organiza supravegherea video fără fir sub acoperire, deoarece viteza de transmisie vă permite să transmiteți în flux video, iar consumul redus de energie crește timpul de funcționare al unei camere ascunse. Acest lucru explică parțial popularitatea.
De asemenea, rețelele 4G se dezvoltă activ. Primele companii care au început să construiască o astfel de rețea sunt Yota și Freshtel, după care giganți precum MTS și MegaFon s-au alăturat dezvoltării acestei generații de comunicații în Federația Rusă. Tot în Rusia au fost organizate recent unități de producție care dezvoltă și asamblează echipamente pentru stațiile de bază din a patra generație, precum și produc toate echipamentele periferice necesare pentru aceasta. Primul oraș în care a fost lansată rețeaua 4G a fost Novosibirsk, iar după a patra generație de comunicații mobile a apărut la Moscova. 4G este reprezentat de două standarde - LTE (791-862 MHz) și Wi-Max (2500-2600 MHz). Astăzi, rețeaua 4G este implementată complet în orașe precum: Moscova, Sankt Petersburg, Soci, Samara, Novosibirsk, Ufa și Krasnodar.
Cele mai comune standarde de comunicare celulară au fost date mai sus, cu toate acestea, este de remarcat faptul că Federația Rusă și-a creat și propriul sistem de poziționare globală, numit. A fost creat pentru a înlocui sistemul american de navigație prin satelit GPS. GLONASS este foarte diferit de GPS. Sistemul american funcționează pe trei canale și utilizează 3 frecvențe diferite: 1575,42, 1227,60 și 1176,45 MHz și este împărțit în sectoare civilă și militară, iar frecvența de 1575,42 MHz este rezervată serviciului de salvare. GLONASS, la rândul său, funcționează cu două canale, frecvențele lor sunt: 1602-1615 și 1246-1256 MHz. GLONASS este cel mai popular în regiunile polare, deoarece orbitele sateliților GLONASS sunt mai înalte decât orbitele GPS și au o vizibilitate mai bună. Cu toate acestea, este de remarcat faptul că GPS-ul determină coordonatele mai precis.
În general, putem spune că Rusia are o acoperire bună cu diverse standarde și generații de comunicații celulare, iar tarifele ridicate nu pot decât să mulțumească utilizatorilor activi de gadgeturi mobile.
Capitolul 1. SISTEM DE COMUNICARE RADIO MOBIL CELULAR DIGITAL DE STANDARD GSM
1.1. Caracteristici generale ale standardului GSM
În conformitate cu recomandarea CEPT din 1980 privind utilizarea spectrului mobil în intervalul de frecvență 862-960 MHz, standardul GSM pentru un sistem mobil terestru celular digital paneuropean (global) prevede operarea emițătorilor în două game de frecvență: 890-915 MHz (pentru emițătoarele stației mobile - MS), 935-960 MHz (pentru emițătoarele stației de bază - BTS).
Standardul GSM utilizează accesul multiplu cu diviziune în timp în bandă îngustă (NB TDMA). Structura cadrului TDMA conține 8 poziții de timp pe fiecare dintre cele 124 de purtători.
Pentru a proteja împotriva erorilor pe canalele radio în timpul transmiterii mesajelor de informare, se utilizează codarea bloc și convoluțională cu intercalare. Îmbunătățirea eficienței codării și intercalării la viteze scăzute de deplasare a stației mobile este realizată prin frecvențe de operare de comutare lentă (SFH) în timpul unei sesiuni de comunicație la o rată de 217 hop pe secundă.
Pentru a combate estomparea interferenței semnalelor recepționate cauzată de propagarea pe mai multe căi a undelor radio în condiții urbane, egalizatoarele sunt utilizate în echipamentele de comunicație pentru a egaliza semnalele de impuls cu o abatere standard a timpului de întârziere de până la 16 μs.
Sistemul de sincronizare este proiectat pentru a compensa timpul absolut de întârziere a semnalului de până la 233 µs, care corespunde intervalului maxim de comunicare sau razei maxime a celulei (celulă) de 35 km.
În standardul GSM, este aleasă codificarea cu deplasare a frecvenței gaussiene (GMSK). Procesarea vorbirii se realizează în cadrul sistemului de transmisie discontinuă a vorbirii (DTX) adoptat, care asigură că emițătorul este pornit numai atunci când există un semnal de vorbire și că emițătorul este oprit în timpul pauzelor și la sfârșitul unei conversații. . Ca dispozitiv de transformare a vorbirii a fost ales un codec de vorbire cu excitație regulată a pulsului/predicție pe termen lung și codare predictivă liniară (codec RPE/LTR-LTP). Viteza totală de conversie a vorbirii și a semnalului este de 13 kbit/s.
Standardul GSM realizează un grad ridicat de securitate a transmisiei mesajelor; mesajele sunt criptate folosind un algoritm de criptare cu cheie publică (RSA).
În general, sistemul de comunicații care funcționează în standardul GSM este conceput pentru utilizarea sa în diverse domenii. Oferă utilizatorilor o gamă largă de servicii și posibilitatea de a utiliza o varietate de echipamente pentru comunicații de voce și date, sonerii și alarme; se conectează la rețelele publice de telefonie comutată (PSTN), la rețelele de date (PDN) și la rețelele digitale cu servicii integrate (ISDN).
Principalele caracteristici ale standardului GSM
| Frecvențe de transmisie a stației mobile și de recepție a stației de bază, MHz | 890-915 |
| Recepția stației mobile și frecvențele de transmisie a stației de bază, MHz | 935-960 |
| Spațiere duplex între frecvențele de recepție și transmisie, MHz | 45 |
| Rata de transfer a mesajelor pe canalul radio, kbps | 270, 833 |
| Rata de conversie a codecului de vorbire, kbps | 13 |
| Lățimea de bandă a canalului de comunicație, kHz | 200 |
| Numărul maxim de canale de comunicare | 124 |
| Numărul maxim de canale organizate în stația de bază | 16-20 |
| Tipul de modulație | GMSK |
| Indicele de modulație | W 0,3 |
| Lățimea de bandă a filtrului Gaussian de premodulație, kHz | 81,2 |
| Numărul de sărituri de frecvență pe secundă | 217 |
| Diversitate de timp în intervale de cadre TDMA (transmisie/recepție) pentru stația mobilă | 2 |
| Tip de codec de vorbire | RPE/LTP |
| Raza maximă a celulei, km | pana la 35 |
| Schema de organizare a canalelor combinată TDMA/FDMA |
1.2. Schema structurală și compoziția echipamentelor de rețea de comunicații
Construcția funcțională și interfețele adoptate în standardul GSM sunt ilustrate în diagrama bloc din Fig. 1.1, în care MSC (Mobile Switching Center) este un centru de comutație mobil; BSS (Base Station System) - echipamente stație de bază; OMS (Operations and Maintenance Center) - centru de control si intretinere; MS (Mobile Stations) - stații mobile.
Împerecherea funcțională a elementelor sistemului este realizată de o serie de interfețe. Toate componentele funcționale ale rețelei din standardul GSM interacționează în conformitate cu sistemul de semnalizare CCITT SS N 7 (CCITT SS. N 7).
Centrul de comutare mobil deservește un grup de celule și oferă toate tipurile de conexiuni de care o stație mobilă are nevoie în procesul de funcționare. MSC-ul este similar cu un schimb ISDN și este interfața dintre rețelele fixe (PSTN, PDN, ISDN etc.) și rețeaua mobilă. Oferă funcții de rutare și control al apelurilor. Pe lângă îndeplinirea funcțiilor unei stații de comutare ISDN convenționale, funcțiile de comutare a canalelor radio sunt atribuite MSC. Acestea includ „predarea”, în care se realizează continuitatea comunicării atunci când stația mobilă se deplasează de la celulă la celulă și comutarea canalelor de lucru în celulă atunci când apar interferențe sau defecțiuni.
Fiecare MSC oferă servicii abonaților de telefonie mobilă localizați într-o anumită zonă geografică (de exemplu, Moscova și regiunea). MSC gestionează procedurile de configurare și rutare a apelurilor. Pentru rețeaua de telefonie publică comutată (PSTN), MSC oferă semnalizare SS N 7, transfer de apel sau alte interfețe, conform cerințelor proiectului.
MSC generează datele necesare emiterii facturilor pentru serviciile de comunicații furnizate de rețea, acumulează date despre conversațiile care au avut loc și le transferă la centrul de decontare (centrul de facturare). MSC întocmește, de asemenea, statisticile necesare pentru monitorizarea și optimizarea rețelei.
MSC menține, de asemenea, procedurile de securitate utilizate pentru a controla accesul la canalele radio.
MSC nu numai că participă la controlul apelurilor, dar gestionează și procedurile de înregistrare a locației și de transfer, altele decât transferul în subsistemul stației de bază (BSS). Înregistrarea locației stațiilor mobile este necesară pentru a asigura livrarea unui apel către abonații de telefonie mobilă în mișcare de la abonații PSTN sau alți abonați de telefonie mobilă. Procedura de predare a apelului vă permite să păstrați conexiunile și să mențineți conversația atunci când stația mobilă se mută dintr-o zonă de serviciu în alta. Apelurile din celulele controlate de un controler al stației de bază (BSC) sunt gestionate de acel BSC. Când apelurile sunt transferate între două rețele gestionate de BSC-uri diferite, controlul principal este în MSC. Standardul GSM oferă, de asemenea, proceduri de transfer de apel între rețele (controlere) aparținând diferitelor MSC-uri. Centrul de comutare monitorizează constant stațiile mobile folosind registrele de poziție (HLR) și registrele de mișcare (VLR). HLR stochează acea informație despre locația oricărei stații mobile care permite centrului de comutare să livreze apelul către stație. HLR conține identitatea internațională a abonatului mobil (IMSI). Este folosit pentru a identifica stația mobilă în Centrul de Autentificare (AUC) (Fig. 1.2, 1.3).
Compoziția datelor temporare stocate în HLR și VLR
În practică, HLR este o bază de date de referință a abonaților înregistrați permanent în rețea. Conține numere și adrese de identificare, precum și parametri de autentificare a abonaților, compoziția serviciilor de comunicații și informații speciale de rutare. Datele de roaming (roaming) abonaților sunt înregistrate, inclusiv identitatea temporară a abonatului mobil (TMSI) și VLR asociat.
Datele conținute în HLR sunt accesate de la distanță de către toate MSC-urile și VLR-urile rețelei, iar dacă există mai multe HLR-uri în rețea, există o singură intrare de abonat în baza de date, astfel încât fiecare HLR reprezintă o parte specifică din totalul de abonați al rețelei. Bază de date. Baza de date a abonaților este accesată de numărul IMSI sau MSISDN (număr de abonat mobil în rețeaua ISDN). Baza de date poate fi accesată de către MSC-uri sau VLR-uri aparținând altor rețele, ca parte a furnizării de roaming inter-rețea a abonaților.
Al doilea dispozitiv principal care asigură controlul asupra mișcării unei stații mobile din zonă în zonă este registrul de mișcare VLR. Cu ajutorul acestuia, funcționarea stației mobile se realizează în afara zonei controlate de HLR. Când, în procesul de mutare, o stație mobilă se mută din zona de acoperire a unui controler de stație de bază BSC, care unește un grup de stații de bază, în zona de acoperire a altui BSC, este înregistrată la noul BSC , iar informațiile despre numărul zonei de comunicare sunt introduse în VLR, care va asigura livrarea apelurilor către următorul
stație vizibilă. Pentru a păstra datele din HLR și VLR, în caz de defecțiuni, dispozitivele de memorie ale acestor registre sunt protejate.
VLR conține aceleași date ca și HLR, totuși, aceste date sunt conținute în VLR doar atâta timp cât abonatul se află în zona controlată de VLR.
În rețeaua mobilă GSM, celulele sunt grupate în zone geografice (LA), cărora li se atribuie propriul număr de identificare (LAC). Fiecare VLR conține date despre abonații din mai multe LA. Atunci când un abonat mobil se mută de la un LA în altul, datele de locație ale acestuia sunt actualizate automat în VLR. Dacă LA vechiul și cel nou sunt gestionate de VLR-uri diferite, atunci datele de pe vechiul VLR sunt șterse după ce sunt copiate în noul VLR. Adresa VLR curentă a abonatului conținută în HLR este de asemenea actualizată.
VLR prevede, de asemenea, atribuirea unui număr de stație mobilă în roaming (MSRN). Când stația mobilă primește un apel de intrare, VLR își selectează MSRN și îl transmite MSC, care direcționează apelul către stațiile de bază din apropierea abonatului mobil.
VLR alocă, de asemenea, numere de transfer de control atunci când transferă conexiuni de la un MSC la altul. În plus, VLR gestionează distribuirea de noi TMSI-uri și le transmite către HLR. De asemenea, gestionează procedurile de autentificare în timpul procesării apelului. La discreția operatorului, TMSI poate fi schimbat periodic pentru a complica procedura de identificare a abonaților. Baza de date VLR poate fi accesată prin IMSI, TMSI sau MSRN. În general, VLR este o bază de date locală a abonaților de telefonie mobilă pentru zona în care este localizat abonatul, ceea ce elimină solicitările constante către HLR și reduce timpul de deservire a apelurilor.
Pentru a exclude utilizarea neautorizată a resurselor sistemului de comunicații, sunt introduse mecanisme de autentificare - autentificarea abonatului. Centrul de autentificare este format din mai multe blocuri și generează chei și algoritmi de autentificare. Cu ajutorul acestuia, se verifică autoritatea abonatului și se realizează accesul acestuia la rețeaua de comunicații. AUC decide asupra parametrilor procesului de autentificare și determină cheile de criptare ale stațiilor de abonat pe baza unei baze de date aflate în Registrul de identificare a echipamentelor (EIR).
Fiecare abonat mobil pe perioada utilizării sistemului de comunicații primește un modul standard de identitate a abonatului (SIM), care conține: numărul de identificare internațional (IMSI), propria cheie de autentificare individuală (Ki), algoritm de autentificare (A3).
Cu ajutorul informațiilor înregistrate în SIM, ca urmare a schimbului reciproc de date între stația mobilă și rețea, se realizează un ciclu complet de autentificare și este permis accesul abonatului la rețea.
Procedura de autentificare a abonatului de către rețea este implementată după cum urmează. Rețeaua transmite un număr aleator (RAND) către stația mobilă. Pe acesta, folosind Ki și algoritmul de autentificare A3, se determină valoarea răspunsului (SRES), adică.
SRES = Ki * [RAND]
Stația mobilă trimite SRES calculat la rețea, care verifică valoarea SRES primită față de SRES calculată de rețea. Dacă ambele valori se potrivesc, stația mobilă transmite mesaje. În caz contrar, comunicarea este întreruptă și indicatorul stației mobile arată că identificarea nu a avut loc. Pentru a asigura confidențialitatea, calculul SRES are loc în cadrul SIM. Informațiile non-secrete (de exemplu, Ki) nu sunt procesate de SIM.
EIR - Registrul de identificare a echipamentului, conține o bază de date centralizată pentru autentificarea Numărului de identificare a echipamentului stației mobile internaționale (IME1). Această bază de date se referă exclusiv la echipamentul stației mobile. Baza de date EIR constă din liste de numere ME1 organizate după cum urmează:
LISTA ALbă - conține numere 1ME1 despre care se știe că sunt atribuite stațiilor mobile autorizate.
LISTA NEGRA - contine numerele 1ME1 ale statiilor mobile care sunt furate sau refuzate in alt mod.
LISTA GRĂ - conține numere 1ME1 de stații mobile care au probleme identificate de software, care nu reprezintă o bază pentru lista neagră.
Baza de date EIR este accesată de la distanță de către MSC-urile acestei rețele, precum și de către MSC-urile din alte rețele mobile.
Ca și în cazul HLR, o rețea poate avea mai mult de un EIR, fiecare EIR gestionând grupuri specifice 1ME1. MSC include un traducător care, atunci când i se oferă un număr 1ME1, returnează o adresă EIR care controlează partea corespunzătoare a bazei de date a echipamentelor.
IWF - interfuncționare joncțiune funcțională, este una dintre componentele MSC. Oferă abonaților acces la facilități de conversie a protocolului și a ratei de date, astfel încât acestea să poată fi transferate între echipamentul terminal al rețelei GSM (DIE) și echipamentul terminal al rețelei fixe convenționale. De asemenea, interfața funcțională gateway „aloca” modemul din banca sa de echipamente pentru asocierea cu modemul de rețea fixă corespunzător. IWF oferă, de asemenea, interfețe de tip conexiune directă pentru echipamentele furnizate de client, cum ar fi PAD de pachete de date X.25.
EC - echo canceller, utilizat în MSC de către PSTN pentru toate canalele de telefonie (indiferent de lungimea acestora) din cauza întârzierilor fizice în căile de propagare, inclusiv canalul radio, ale rețelelor GSM. Un anulator de ecou tipic poate oferi 68 de milisecunde de suprimare între ieșirea EC și rețeaua de telefonie fixă. Întârzierea totală dus-întors în canalul GSM, cauzată de procesarea semnalului, codarea/decodificarea vorbirii, codificarea canalului etc., este de aproximativ 180 ms. Această întârziere ar fi insesizabilă pentru abonatul de telefonie mobilă dacă în circuitul telefonic nu ar fi inclus un transformator hibrid de 2 fire la 4 fire, ceea ce este necesar în MSC deoarece conexiunea standard la PSTN este pe 2 fire. Când conectați doi abonați ai unei rețele fixe, nu există semnale de ecou. Fără EC activat, întârzierea de propagare a semnalului pe calea GSM va enerva abonații, va întrerupe vorbirea și va distrage atenția.
OMS - centrul de operare și întreținere, este elementul central al rețelei GSM, care asigură controlul și gestionarea altor componente ale rețelei și controlul calității activității sale. OMS este conectat la alte componente ale rețelei GSM prin canale de pachete X.25. OMC oferă funcții de procesare a alarmelor pentru alertarea personalului de întreținere și înregistrează informații despre situațiile de urgență din alte componente ale rețelei. În funcție de natura defecțiunii, OMS permite eliminarea acesteia automat sau cu intervenția activă a personalului. OMS poate asigura verificarea stării echipamentului de rețea și a progresului apelului la stația mobilă. OMS vă permite să gestionați încărcarea în rețea. Funcția de management eficientă include colectarea datelor statistice privind încărcarea din componentele rețelei GSM, scrierea acestora pe fișiere de disc și afișarea lor pentru analiză vizuală. OMS oferă managementul modificărilor software și baze de date privind configurarea elementelor de rețea. Încărcarea software-ului în memorie se poate face de la OMC la alte elemente de rețea sau de la acestea la OMC.
NMC - centru de control al rețelei, vă permite să asigurați un management ierarhic rațional al rețelei GSM. Asigură operarea și întreținerea la nivelul întregii rețele, susținute de centrele CHI, care sunt responsabile de managementul rețelelor regionale. NMC asigură managementul traficului pentru întreaga rețea și asigură controlul de supraveghere al rețelei în situații complexe de urgență, cum ar fi defecțiunea nodului sau supraîncărcarea. În plus, monitorizează starea dispozitivelor de control automat implicate în echipamentele de rețea și afișează starea rețelei pentru operatorii NMC. Acest lucru permite operatorilor să monitorizeze problemele regionale și, dacă este necesar, să ofere asistență OSM responsabil pentru o anumită regiune. Astfel, personalul MMC cunoaște starea întregii rețele și poate instrui personalul MMC să schimbe strategia de rezolvare a problemei regionale.
NMC se concentrează pe căile de semnalizare și conexiunile dintre noduri pentru a nu permite să apară condiții de congestie în rețea. De asemenea controlat
rute de conexiune între rețeaua GSM și PSTN pentru a evita propagarea condițiilor de congestie între rețele. În același timp, personalul CNM coordonează problemele de management al rețelei cu personalul altor CNM. NMC oferă, de asemenea, capacitatea de control al traficului pentru echipamentele de rețea ale subsistemului stației de bază (BSS). Operatorii NMC aflati in situatii extreme pot invoca proceduri de management precum „accesul prioritar” unde doar abonatii cu prioritate inalta (servicii de urgenta) pot accesa sistemul.
NMC-ul își poate asuma responsabilitatea într-o regiune când MNW local este în afara serviciului, NMC acționând ca punct de tranzit între NMC și echipamentul de rețea. NMC oferă operatorilor funcții similare cu cele ale MMC.
NMC este, de asemenea, un instrument important de planificare a rețelei, deoarece NMC monitorizează rețeaua și funcționarea acesteia la nivel de rețea și, prin urmare, oferă planificatorilor rețelei datele care determină dezvoltarea optimă a acesteia.
BSS - echipament stație de bază, constă dintr-un controler al stației de bază (BSC) și stații de bază transceiver (BTS). Controlerul stației de bază poate gestiona mai multe unități transceiver. BSS gestionează distribuția canalelor radio, controlează conexiunile, reglează ordinea acestora, asigură operarea saltului, modularea și demodularea semnalului, codarea și decodarea mesajelor, codificarea vorbirii, adaptarea ratei pentru voce, date și apel, determină ordinea de transmitere a mesajelor de paginare. .
BSS, împreună cu MSC, HLR, VLR, îndeplinește unele funcții, de exemplu: eliberarea canalului este în principal sub controlul MSC, dar MSC-ul poate solicita stației de bază să furnizeze eliberarea canalului dacă apelul nu nu trece din cauza interferențelor radio. BSS și MSC realizează împreună transmisii prioritare de informații pentru anumite categorii de stații mobile.
TSE - transcoder, asigură conversia semnalelor de ieșire ale canalului de voce și date MSC (64 kbps PCM) în forma corespunzătoare recomandărilor GSM pe interfața aeriană (Rec. GSM 04.08). În conformitate cu aceste cerințe, viteza de transmisie a vorbirii, reprezentată în formă digitală, este de 13 kbps. Acest canal vocal digital este denumit „rata completă”. Standardul prevede utilizarea viitoare a unui canal vocal cu jumătate de viteză (rata de transmisie 6,5 kbps).
Reducerea ratei de transmisie este asigurată de utilizarea unui dispozitiv special de transformare a vorbirii care utilizează codarea predictivă liniară (LPC), predicția pe termen lung (LTP), excitarea impulsului rezidual (RPE - uneori numit RELP).
Transcoderul este de obicei localizat împreună cu MSC, apoi transmiterea mesajelor digitale în direcția controlerului stației de bază - BSC se realizează cu adăugarea de biți suplimentari (umplutură) la rata de date de 16 kbps. Apoi se înmulțește cu 4 la un canal standard de 64 kbit/s. Așa se formează linia PCM cu canale 3D definită de Recomandările GSM, care asigură transmisia a 120 de canale vocale. Un al șaisprezecelea canal (64 kbit/s), o „fereastră de timp”, este dedicat separat transmiterii informațiilor de semnalizare și conține adesea trafic N7 sau LAPD SS. Pe celălalt canal (64 kbit/s) pot fi transmise și pachete de date conforme cu protocolul CCITT X.25.
Astfel, rata de transmisie rezultată pe interfața specificată este 30x64 kbps + 64 kbps + 64 kbps = 2048 kbps.
MS - stație mobilă, constă din echipamente care servesc la organizarea accesului abonaților rețelelor GSM la rețelele fixe de telecomunicații existente. În cadrul standardului GSM, au fost adoptate cinci clase de stații mobile de la modelul de clasa I cu o putere de ieșire de 20 W instalată pe un vehicul până la modelul portabil de clasa a 5-a cu o putere maximă de 0,8 W (Tabelul 1.1). La transmiterea mesajelor este asigurat un control adaptiv al puterii emițătorului, care asigură calitatea necesară a comunicației.
Abonatul mobil și stația sunt independente unul de celălalt. După cum sa menționat deja, fiecare abonat are propriul său număr internațional de identificare (IMSI) înregistrat pe cardul său inteligent. Această abordare permite instalarea telefoanelor radio, de exemplu, în taxiuri și mașini de închiriat. Fiecărei stații mobile i se atribuie, de asemenea, propriul său număr internațional de identificare (1ME1). Acest număr este folosit pentru a împiedica accesul unei stații furate sau neautorizate la rețelele GSM.
Tabelul 1.1
| Clasa de putere | Nivel maxim de putere a transmițătorului | Toleranțe |
| 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 | 0,8W | 1,5 dB |
1.3. Interfețe de rețea și radio
La proiectarea sistemelor de comunicații mobile celulare digitale ale standardului GSM, sunt luate în considerare trei tipuri de interfețe: pentru conectarea la rețele externe; între diferite echipamente ale rețelelor GSM; între rețeaua GSM și echipamentele externe. Toate interfețele interne existente ale rețelelor GSM sunt prezentate în schema bloc din fig. 1.1. Acestea respectă pe deplin cerințele Recomandărilor ETSI/GSM 03.02.
Interfețe cu rețele externe
Conexiune la PSTN
Conexiunea la rețeaua publică de telefonie se realizează de către MSC printr-o legătură de 2 Mbps în conformitate cu sistemul de semnalizare SS N 7. Caracteristicile electrice ale interfeței de 2 Mbps sunt conforme cu Recomandările CCITT G.732.
conexiune ISDN
Pentru a se conecta la rețelele ISDN emergente, sunt furnizate patru linii de comunicație de 2 Mbps, susținute de sistemul de semnalizare SS N 7 și care îndeplinesc Recomandările 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.
Conectarea la o rețea NMT-450 existentă
Centrul de comutare mobilă se conectează la rețeaua NMT-450 prin patru legături standard de 2 Mbps și sisteme de semnalizare SS N7. În același timp, trebuie îndeplinite cerințele Recomandărilor CCITT privind subsistemul utilizator al rețelei de telefonie (TUP - Telephone User Part) și subsistemul de transfer de mesaje (MTP - Message Transfer Part) din Cartea galbenă. Caracteristicile electrice ale liniei de 2 Mbit/s sunt în conformitate cu Recomandarea CCITT G.732.
Conexiuni la rețele GSM internaționale
În prezent, se asigură conectarea rețelei GSM din Moscova la rețelele GSM paneuropene. Aceste conexiuni se bazează pe protocoalele sistemelor de semnalizare (SCCP) și pe comutarea gateway-ului mobil (GMSC).
GSM intern - interfete
Interfața dintre MSC și BSS (interfață A) oferă mesagerie pentru controlul BSS, transferul apelurilor, controlul traficului. Interfața A combină canalele de comunicație și liniile de semnalizare. Acestea din urmă utilizează protocolul CCITT SS N7. Specificația completă a interfeței A respectă seria 08 de recomandări ETSI/GSM.
Interfața dintre MSC și HLR este partajată cu VLR (interfață B). Când MSC trebuie să găsească o stație mobilă, contactează VLR. Dacă stația mobilă inițiază o procedură de localizare cu MSC, aceasta își informează VLR-ul, care introduce toate informațiile de schimbare în registrele sale. Această procedură are loc ori de câte ori un MS se mută dintr-o zonă de locație în alta. În cazul în care abonatul solicită servicii suplimentare speciale sau modifică unele dintre datele sale, MSC informează și VLR, care înregistrează modificările și informează HLR dacă este necesar.
Interfața dintre MSC și HLR (interfață C) este utilizată pentru a asigura comunicarea între MSC și HLR. MSC poate trimite o indicație (mesaj) către HLR la sfârșitul sesiunii, astfel încât abonatul să poată plăti pentru apel. Atunci când rețeaua de telefonie fixă nu poate executa procedura de stabilire a apelului de abonat mobil, MSC poate solicita HLR să localizeze abonatul pentru a efectua apelul către MS.
Interfața dintre HLR și VLR (interfață D) este utilizată pentru a îmbunătăți schimbul de date privind poziția stației mobile, pentru a controla procesul de comunicare. Principalele servicii oferite abonatului mobil sunt abilitatea de a trimite sau primi mesaje indiferent de locație. Pentru a face acest lucru, HLR trebuie să-și completeze datele. VLR informează HLR despre poziția MS, controlându-l și reatribuindu-i numere în procesul de rătăcire, trimite toate datele necesare pentru a furniza serviciul stației mobile.
Interfața dintre MSC-uri (E-interface) asigură interacțiunea între diferite MSC-uri în timpul implementării procedurii HANDOVER - „transferul” unui abonat din zonă în zonă atunci când acesta se deplasează în timpul unei sesiuni de comunicare fără a o întrerupe.
Interfața dintre BSC și BTS (interfață A-bis) este utilizată pentru a comunica BSC cu BTS și este definită de Recomandările ETSI/GSM pentru stabilirea conexiunii și procesele de control al echipamentelor, transmisia se realizează prin fluxuri digitale la o rată de 2.048 Mbps. Este posibil să utilizați o interfață fizică de 64 kbps.
Interfața dintre BSC și OMS (O-interfață) este destinată comunicării între BSC și OMS și este utilizată în rețelele CCITT X.25 cu comutare de pachete.
Interfața internă BSC a controlerului stației de bază asigură comunicarea între diferite echipamente BSC și echipamente de transcodare (TCE); folosește standardul de transmisie PCM de 2,048 Mbps și permite organizarea a patru canale la 16 kbps într-un singur canal la 64 kbps.
Interfața dintre MS și BTS (interfață Um-air) este definită în seriile 04 și 05 din Recomandările ETSI/GSM.
Interfața de rețea dintre OMC și rețea, așa-numita interfață de control dintre OMC și elementele de rețea, este definită de Recomandarea ETSI/GSM 12.01 și este analogă cu interfața Q.3, care este definită în modelul stratificat ISO OSI a rețelelor deschise.
Conexiunea la rețea la OMS poate fi asigurată de sistemul de semnalizare CCITT SS N7 sau de protocolul de rețea X.25. O rețea X.25 se poate conecta la rețele de internet sau PSDN-uri în moduri deschise sau închise.
GSM, un protocol de gestionare a rețelei și a serviciilor, trebuie să respecte, de asemenea, cerințele de interfață Q.3, care sunt definite în Recomandarea ETSI/GSM 12.01.
Interfețe între rețeaua GSM și echipamente externe
Interfața dintre MSC și Centrul de servicii (SC) este necesară pentru implementarea serviciului de mesaje scurte. Este definit în Recomandarea ETSI/GSM 03.40.
Interfață cu alte OMS. Fiecare centru de control și întreținere a rețelei ar trebui să fie conectat la alte ORM care operează rețele din alte regiuni sau alte rețele. Aceste conexiuni sunt furnizate de interfețele X în conformitate cu Recomandările CCITT M.30. Interfața OMS este utilizată pentru a interacționa cu rețelele de nivel superior.
1.4. Structura serviciilor și transmisiei datelor în standardul GSM
Standardul GSM conține două clase de servicii: servicii de bază și teleservicii. Principalele servicii asigură: transmisie de date (asincron) în mod duplex la viteze de 300, 600, 1200, 2400, 4800 și 9600 bps prin rețelele publice de telefonie; transmisie de date (sincron) în modul duplex la viteze de 1200, 2400, 4800 și 9600 bps prin rețele publice de telefonie, rețele publice de date comutate (CSPDN) și ISDN; acces adaptor la pachete de date asincrone la rate standard de 300-9600 bps prin intermediul rețelelor publice de date de pachete comutate (PSPDN), cum ar fi Datex-P; acces duplex sincron la o rețea de pachete de date cu viteze standard de 2400-9600 bps.
La transmiterea datelor la 9,6 kbps, este întotdeauna utilizată legătura cu rata completă. În cazul transmisiei la viteze mai mici de 9,6 kbit/s, pot fi utilizate canale de comunicație cu jumătate de viteză.
Funcțiile enumerate ale canalelor de date sunt furnizate pentru echipamentele terminale care utilizează interfețe CCITT cu specificații din seria V.24 sau X.21. Aceste specificații definesc transmiterea datelor pe canalele de telefonie convenționale. Teleservicii oferă următoarele servicii:
1) comunicare telefonică (combinată cu serviciul de semnalizare: securitate apartament, semnale de primejdie etc.);
2) transmiterea de mesaje scurte;
3) acces la serviciile „Videotex”, „Teletex”;
4) Serviciu telefax (grupa 3).
În plus, a fost standardizată o gamă largă de servicii speciale (transfer apel, alerte de taxare tarifară, includere într-un grup închis de utilizatori).
Deoarece majoritatea abonaților sunt așteptați să utilizeze serviciile GSM în scopuri comerciale, se acordă o atenție deosebită aspectelor de securitate și calității serviciilor oferite.
Schema bloc a serviciilor de comunicații în GSM PLMN este prezentată în fig. 1.4 (GSM PLMN - GSM Public Land Mobile Network - rețea de comunicații cu obiecte mobile terestre; TE (Terminal Equipment) - echipamente terminale, MT (Mobile Terminal) - terminal mobil, IWF (Interworking Function) - joncțiune funcțională de interfuncționare). Transmiterea datelor include și un nou tip de serviciu utilizat în GSM - transmiterea de mesaje scurte (transmiterea mesajelor alfanumerice de serviciu pentru anumite grupuri de utilizatori).
La transmiterea mesajelor scurte se folosește lățimea de bandă a canalelor de semnalizare. Mesajele pot fi transmise și primite de către stația mobilă. Canalele de control comune pot fi folosite pentru a trimite mesaje scurte. Mesajele sunt limitate la 160 de caractere, care pot fi primite în timpul unui apel în curs sau al unui ciclu inactiv. ÎN
managementul canalului radio, protecția erorilor canalului radio, codificarea-decodificarea vorbirii, monitorizarea curentă și distribuția datelor și apelurilor utilizatorului, adaptarea în ceea ce privește rata de transmisie între canalul radio și date, asigurarea funcționării în paralel a sarcinilor (terminale), asigurarea funcționării continue în procesul de mișcare.
Sunt utilizate trei tipuri de echipamente terminale pentru stații mobile: MTO (Mobile Termination 0) - o stație mobilă multifuncțională, care include un terminal de date cu capacitatea de a transmite și primi date și voce: МТ1 (Mobile Termination 1) - o stație mobilă cu capacitatea de a comunica prin terminal cu ISDN; MT2 (Mobile Termination 2) - o stație mobilă cu capacitatea de a conecta un terminal pentru comunicare sub protocolul CCITT V sau X.
Echipamentul terminal poate consta dintr-unul sau mai multe tipuri de echipamente, cum ar fi un receptor telefonic cu un dialer, echipament de transmisie de date (DTE), telex și așa mai departe.
Există următoarele tipuri de terminale: TE1 (Terminal Equipment 1) - echipament terminal care asigură comunicația cu ISDN; TE2 (Echipament terminal 2) - echipament terminal care asigură comunicarea cu orice echipament prin protocoale CCITT V sau seria X (nu asigură comunicarea cu ISDN). Terminalul TE2 poate fi conectat ca sarcină la MT1 (stație mobilă cu conectivitate ISDN) prin adaptorul TA.
Sistemul de caracteristici ale standardului GSM, schema funcțională adoptată a rețelelor de comunicații și un set de interfețe oferă parametri înalți pentru mesagerie, compatibilitate cu rețelele de informații existente și viitoare și oferă abonaților o gamă largă de servicii de comunicații digitale.
1.6. Structura cadrului TDMA și generarea semnalului în standardul GSM
Ca rezultat al analizei diferitelor opțiuni pentru construirea sistemelor de comunicații mobile celulare digitale (MCSS), standardul GSM a adoptat accesul multiplu pe diviziune în timp (TDMA). Structura generală a ramelor temporare este prezentată în fig. 1.6. Lungimea perioadei de secvență în această structură, care se numește hipercadru, este egală cu Tr = 3 h 28 min 53 s 760 ms (12533,76 s). Un hipercadru este împărțit în 2048 de supercadre, fiecare având o durată Te = 12533,76 / 2048 = 6,12 s.
Un supercadru este format din mai multe cadre. Pentru a organiza diverse canale de comunicație și control în standardul GSM, sunt utilizate două tipuri de cadre multiple:
1) Cadre multicadre TDMA cu 26 de poziții;
2) Cadre multicadre TDMA cu 51 de poziții.
Un supercadru poate conține 51 de cadre multiple de primul tip sau 26 de cadre multiple de al doilea tip. Durata multicadrelor, respectiv:
1) Tm = 6120/51 = 120 ms;
2) Tm = 6120/26 = 235,385 ms (3060/13 ms). Durata fiecărui cadru TDMA
Tk = 120/26 = 235,385/51 = 4,615 ms (60/13 ms).
În perioada de secvență, fiecare cadru TDMA are propriul său număr de secvență (NF) de la 0 la NFmax, unde NFmax = (26x51x2048) -1 = 2715647.
Astfel, un hyperframe este format din 2715647 cadre TDMA. Necesitatea unei perioade atât de mari de hipercadre se datorează cerințelor procesului de protecție criptografică aplicat, în care numărul de cadru NF este utilizat ca parametru de intrare. Un cadru TDMA este împărțit în opt poziții de timp cu o perioadă
To = 60/13:8 = 576,9 µs (15/26 ms)
Fiecare poziție de timp este desemnată TN cu un număr de la 0 la 7. Semnificația fizică a pozițiilor de timp, care sunt altfel numite ferestre, este timpul în care purtătorul este modulat cu un flux de informații digitale corespunzător unui mesaj vocal sau date.
Fluxul de informații digitale este o secvență de pachete plasate în aceste intervale de timp (ferestre). Pachetele sunt formate puțin mai scurt decât intervalele, durata lor este de 0,546 ms, ceea ce este necesar pentru a primi un mesaj în prezența dispersiei de timp în canalul de propagare.
Un mesaj de informare este transmis pe un canal radio la o rată de 270,833 kbps.
Aceasta înseamnă că un interval de timp de cadru TDMA conține 156,25 biți.
Durata unui bit de informație este de 576,9 µs/156,25 = 3,69 µs.
Fiecare interval de timp corespunzător duratei unui bit este desemnat BN cu un număr de la 0 la 155; ultimul interval de 1/4 de biți este numerotat 156.
Pentru a transmite informații prin canale de comunicație și control, pentru a ajusta frecvențele purtătoarelor, pentru a oferi sincronizare de timp și acces la un canal de comunicație, în structura cadrului TDMA sunt utilizate cinci tipuri de intervale de timp (ferestre):
NB este folosit pentru a transmite informații prin canale de comunicație și control, cu excepția canalului de acces RACH. Este format din 114 biți ai unui mesaj criptat și include un interval de gardă (GP) de 8,25 biți cu o durată de 30,46 µs. Blocul de informații 114 biți este împărțit în două blocuri independente de 57 de biți fiecare, separate printr-o secvență de antrenament de 26 de biți, care este utilizată pentru a seta egalizatorul în receptor în conformitate cu caracteristicile canalului de comunicație la un moment dat.
Doi biți de control (Steeling Flag) sunt incluși în NB, care servesc ca o indicație dacă grupul transmis conține informații de vorbire sau informații de semnalizare. În acest din urmă caz, Canalul de Trafic este „furat” pentru a asigura semnalizarea.
Între cele două grupuri de biți criptați din NB se află o secvență de antrenament de 26 de biți cunoscută de receptor. Această secvență oferă:
Estimarea frecvenței de apariție a erorilor în cifre binare pe baza rezultatelor comparării secvențelor primite și de referință. În timpul comparației, se calculează parametrul RXQUAL, care este luat pentru a evalua calitatea comunicării. Desigur, vorbim doar despre evaluarea conexiunii, și nu despre măsurători exacte, deoarece doar o parte din informațiile transmise sunt verificate. Parametrul RXQUAL este utilizat la introducerea unei comunicații, la efectuarea procedurii de „predare” și la estimarea zonei de acoperire radio;
Estimarea răspunsului la impuls al canalului radio în intervalul de transmisie NB pentru corectarea ulterioară a căii de recepție a semnalului prin utilizarea unui egalizator adaptiv în calea de recepție;
Determinarea întârzierilor de propagare a semnalului între stația de bază și cea mobilă pentru a estima raza de comunicare. Aceste informații sunt necesare pentru ca pachetele de date de la diferite stații mobile să nu se suprapună atunci când sunt primite la stația de bază. Prin urmare, stațiile mobile mai îndepărtate trebuie să își transmită pachetele înaintea stațiilor aflate în imediata apropiere a stației de bază. FB este destinat pentru sincronizarea frecvenței stației mobile. Toți cei 142 de biți din acest interval de timp sunt zero, ceea ce corespunde unei purtătoare nemodulate cu un offset de 1625/24 kHz deasupra frecvenței purtătoarei nominale. Este necesar să se verifice lucrarea
emițătorul și receptorul său cu o distanță mică între canalele de frecvență (200 kHz), care reprezintă aproximativ 0,022% din valoarea nominală a lățimii de bandă de 900 MHz. FB conține un interval de gardă de 8,25 biți în același mod ca intervalul de timp normal. Controlul frecvenței pe intervale de timp repetitive (FB) formează un canal de setare a frecvenței (FCCH).
SB este utilizat pentru sincronizarea oră a stațiilor de bază și mobile. Este alcătuit dintr-o secvență de sincronizare pe 64 de biți, transportă informații despre numărul VOLUM al cadrului și codul de identificare al stației de bază. Acest interval este transmis împreună cu intervalul de setare a frecvenței. Intervalele de sincronizare repetate formează un așa-numit canal de sincronizare (SCH).
DB asigură stabilirea și testarea canalului de comunicare. În structura sa, DB coincide cu NB (Fig. 1.6) și conține o secvență de instalare lungă de 26 de biți. Nu există biți de control în DB și nicio informație nu este transmisă. DB informează doar că emițătorul funcționează.
AB oferă permisiunea stației mobile de a accesa noua stație de bază. AB-ul este transmis de stația mobilă la solicitarea unui canal de semnalizare. Acesta este primul pachet transmis de stația mobilă, deci timpul de tranzit nu a fost încă măsurat. Prin urmare, pachetul are o structură specifică. Modelul de coadă de 8 biți este transmis mai întâi, urmat de secvența de sincronizare a stației de bază (41 de biți), care permite stației de bază să se asigure că următorii 36 de biți criptați sunt recepționați corect. Intervalul conține un interval mare de gardă (68,25 biți, durata 252 µs), care asigură (indiferent de timpul de tranzit al semnalului) suficientă separare în timp de pachetele altor stații mobile,
Acest interval de gardă corespunde de două ori mai mare întârziere posibilă a semnalului într-o celulă și astfel setează dimensiunile maxime admisibile ale celulei. O caracteristică a standardului GSM este capacitatea de a furniza comunicații abonaților de telefonie mobilă în celule cu o rază de aproximativ 35 km. Timpul de propagare a semnalului radio în direcțiile înainte și înapoi este de 233,3 µs.
În structura GSM, caracteristicile temporale ale anvelopei semnalului emis de pachete pe intervalul de timp de canal al cadrului TDMA și caracteristica spectrală a semnalului sunt strict definite. Masca de anvelopă de timp pentru semnalele emise în intervalul AB al unui cadru TDMA complet este prezentată în Fig. 1.7, iar masca de plic pentru semnalele NB, FB, DB și SB ale cadrului complet TDMA - în fig. 1.8. Forme diferite ale anvelopelor semnalelor emise corespund duratelor diferite ale intervalului AB (88 biți) în raport cu alte intervale specificate ale cadrului TDMA complet (148 biți). Normele pentru caracteristica spectrală a semnalului emis sunt prezentate în fig. 1.9.
Una dintre caracteristicile generării semnalului în standardul GSM este utilizarea hopurilor de frecvență lentă în timpul unei sesiuni de comunicare. Scopul principal al unor astfel de salturi (SFH - Slow Frequency Hopping) este de a asigura diversitatea de frecvență în canalele radio care funcționează în condiții de propagare pe mai multe căi a undelor radio. SFH este utilizat în toate rețelele mobile, ceea ce îmbunătățește eficiența de codificare și intercalare pentru stațiile de abonat care se mișcă lentă. Principiul formării hopurilor lente în frecvență este că mesajul transmis în intervalul de timp al cadrului TDMA alocat abonatului (577 μs) este transmis (primit) la o nouă frecvență fixă în fiecare cadru ulterior. Conform structurii cadrului, timpul de salt de frecvență este de aproximativ 1 ms.
În timpul saltului de frecvență, o separare duplex de 45 MHz este menținută în mod constant între canalele de recepție și transmisie. Tuturor abonaților activi aflați în aceeași celulă li se atribuie secvențe de formare ortogonale, ceea ce elimină interferența reciprocă la primirea mesajelor de către abonații din celulă. Parametrii secvenței de salt de frecvență (matricea timp-frecvență și frecvența de pornire) sunt alocați fiecărei stații mobile în timpul stabilirii canalului. Ortogonalitatea secvențelor de comutare a frecvenței dintr-o celulă este asigurată de deplasarea inițială a frecvenței a aceleiași secvențe (conform algoritmului de formare). Celulele adiacente folosesc secvențe de modelare diferite.
Schema combinată de canalizare TDMA/FDMA în standardul GSM și principiul utilizării hopurilor de frecvență lentă la transmiterea mesajelor în intervale de timp sunt prezentate în Fig. 1.10,1.11.
Pentru comparație, se poate observa că, conform rezultatelor studiilor experimentale efectuate pe rețelele GSM existente, diversitatea spațială a antenelor de recepție la stația de bază oferă un câștig de 3-4 dB.
Structura adoptată a cadrelor TDMA și principiile formării semnalului în standardul GSM, împreună cu metodele de codare a picăturilor, au făcut posibilă reducerea raportului semnal-zgomot necesar pentru recepție la 9 dB, în timp ce în standardele analogice. rețelele de comunicații celulare este de 17-18 dB.
Literatura pentru capitolul 1
1,1 M. Mouly, M. B. Pautet. Sistemul GSM pentru comunicații mobile. 1992.p.p. 702.
1,2 Yu.A. Gromakov. Sisteme celulare de comunicații radio mobile. Tehnologii de comunicații electronice. Volumul 48. Eco-Trendurile. Moscova. 1994.
1.3 A. Mehrotra. Radio celulară: sisteme analogice și digitale. Casa Artech, Boston-Londra. 1994.p.p. 460.
1,4 Yu.A. Gromakov. Structura cadrelor TDMA și formarea semnalelor în standardul GSM. „Electrocomunicații”. N 10. 1993. str. 9-12.
Prima dată acronim GSM a fost folosit în 1982 și însemna Groupe Speciale Mobile - denumirea în franceză pentru grupul de lucru CEPT (Сonference des administrations Europennes des Postes et Telecommunications - European Postal and Telecommunications Administration).
Grupul de lucru CEPT a fost însărcinat cu elaborarea specificațiilor pentru un nou standard digital pentru comunicațiile mobile în banda de 900 MHz. De-a lungul timpului (1989), aceste lucrări au trecut de la CEPT la noua organizație ETSI.
Ziua de naștere a GSM este 07/01/1991 - în Helsinki (Finlanda) a fost efectuat primul apel telefonic în acest sistem.
Sensul acronimului GSM s-a schimbat pentru a însemna Sistem global pentru comunicații mobile.
GSM Kazakhstan este un operator de telefonie celulară GSM 900 care oferă servicii sub mărcile Activ și Kcell. A fost fondată la 30.09.1998.Acționarii GSM Kazahstan sunt operatorul național de comunicații Kazakhtelecom JSC și compania finlandeză-suedeza-turcă FinTur.
A fost primul dintre operatorii din Kazahstan care a lansat comercial serviciul Mobile Video, servicii bazate pe GPRS (MMS, WAP, Mobile Internet).
Rețelele de sisteme de comunicații radio din literatura tehnică se numesc rețele mobile, mobile și celulare. Toate numele sunt folosite ca sinonime, dar există unele diferențe în această problemă.
Tehnologiile fără fir dezvoltă în mod activ piața laptopurilor și computerelor, ai căror utilizatori necesită viteze mari de transmisie cu mobilitate limitată atât în ceea ce privește viteza de mișcare, cât și continuitatea comunicării.
Pe baza acesteia, tot ceea ce poate fi transferat și prin care poți intra oriunde în rețeaua de comunicații poate fi numit mobil.
O rețea mobilă poate fi numită comunicare celulară tradițională.
Termenul celular (celular) înseamnă împărțirea rețelei în celule - celule (zone geografice). Fiecărei celule i se atribuie o bandă de frecvență care poate fi utilizată în alte celule.
Fiecare celulă are o stație de bază, care conține echipamente de transmisie și recepție radio și asigură comunicația radio cu telefoanele mobile situate teritorial în această celulă.
Figura 18. Celule într-un sistem de comunicații mobil (mobil).
Aria de acoperire a unei celule depinde de o serie de factori:
puterea transmițătorului stației de bază;
puterea telefonului mobil;
înălțimea antenei stației de bază;
topologia zonei.
Dimensiunile celulelor variază și, prin urmare, fiecare celulă poate deservi doar un număr limitat de telefoane mobile, care sunt numite terminale mobile, echipamente mobile ME, stații mobile MS.
Numărul de terminale mobile este de 600 - 800. Celulele devin mai mici în zonele cu densitate mai mare a populației. Acoperirea celulelor variază de la 100 m până la zeci de kilometri.
Alegerea formei hexagonale a fagurelui este explicată după cum urmează.
O celulă pătrată (corespunzătoare blocurilor orașului) cu o latură va avea patru laturi învecinate la o distanță de la centrul său la centrele acestor patru celule.
Centrele fiecăreia dintre cele patru celule care mărginesc celula vor fi situate la o distanță de centrul celulei luate în considerare.
Această configurație creează probleme atunci când treceți la o antenă nouă de abonat atunci când vă îndepărtați de centrul celulei.
Pentru o comutare eficientă, este de dorit ca centrele tuturor celulelor să fie la aceeași distanță unul de celălalt. Acest lucru se realizează cu o configurație hexagonală.
Cu o configurație de celule hexagonale, distanța dintre centrele celulelor va fi egală cu . Antenele stației de bază BS se vor afla la aceeași distanță unele de altele, indiferent de direcția de mișcare a abonatului mobil.
Având în vedere arhitectura și funcționalitatea rețelei GSM, vom ține cont de faptul că GSM este baza unui număr de tehnologii mai avansate din generația 2.5G, GPRS.
Rețeaua GSM constă din următoarele blocuri principale:
1. Transceiver BS;
2. Controler BS;
3. Unitatea de Transcodare și Adaptare a Ratei (TRAU).
4. Centru de comutare MSC.
5. Home Location Register HLR (Home Location Register) - o bază de date de rețea care stochează date de referință despre abonații înregistrați permanent în zona controlată de HLR (adrese, informații despre servicii).
6. Registrul invitaților VLR (Visitor Location Register) - o bază de date de rețea care stochează informații despre mișcările abonaților. Informațiile acumulate sunt stocate atâta timp cât abonatul se află în zona controlată de MSC.
7. Registrul de identitate a echipamentului (EIR).
8. Centru de autentificare AuC.
Figura 18. Arhitectura sistemului GSM 2G
În scopul studiului, este convenabil să luăm în considerare tehnologia GSM-900, deoarece această tehnologie, după modificări minore, este utilizată în GSM-1800 și GSM-1900. GSM-1900 este folosit și în SUA sub numele PSC-1900 (Servicii de comunicare personală). GSM-1800 diferă de GSM-900 prin puterea mai mică a stațiilor de bază BS, terminalelor mobile MS și celulelor mai mici.
Luați în considerare principiul de funcționare a tehnologiei GSM (Figura 18).
Terminalul mobil MS (stația mobilă) comunică prin interfața aeriană cu stația de bază transceiver BTS (Base Transceiver Station).
MS constă din două părți: tubul în sine, adică echipamente mobile (terminal) ME (Echipament mobil) și carduri SIM (Modul de identitate a abonatului).
O cartelă SIM este un microcontroler situat într-o bucată mică de plastic care stochează programul pentru lucrul cu rețeaua GSM și informații despre abonat și operatorul de telecomunicații.
BTS este conectat la controlerul stației de bază (BSC), care oferă o serie de funcții legate de:
cu managementul resurselor radio RR (Radio Resource);
cu suport de mobilitate MM (Mobile Management) în zona de acoperire a stațiilor BTS;
o serie de funcţii de management operaţional pentru întreaga reţea radio.
BTS-urile și BSC-urile formează subsistemul stației de bază (BSS). BSS oferă acces radio pentru terminalul mobil ME.
Elementele de rețea rămase sunt responsabile pentru funcțiile de management și bazele de date necesare pentru a stabili o conexiune în rețeaua GSM, cum ar fi criptarea, autentificarea și roamingul.
Controlerul stației de bază BSC este un element de rețea care este nucleul subsistemului de rețea radio (BSS) al comunicațiilor celulare GSM.
SIM-card (Subscriber Identity Module) este un modul de identificare a abonatului, o cartelă de plastic introdusă în terminalul mobil ME și care oferă posibilitatea accesului autorizat la rețeaua de comunicații mobile (celulare).
Microcipul cartelei SIM are dimensiuni de 85,5×54×0,76 mm, universal pentru diverse dispozitive mobile. Protejat printr-o parolă specială sau un număr personal de identificare, conține un identificator internațional unic de abonat IMSI (International Mobile Subscriber Identity).
Mai multe BS-uri sunt conectate la un controler al stației de bază (BSC), care conține logica de control pentru fiecare dintre aceste stații.
Toate BSC-urile sunt conectate la Mobile Switching Center (MSC), care gestionează stabilirea conexiunilor către și de la abonații de telefonie mobilă.
MSC prezintă funcționalitatea unui comutator standard și, în plus, o serie de funcții speciale pentru comunicațiile mobile.
Aceste funcții includ, în special, funcții de transfer și roaming.
Funcția transferului (handover sau handoff) este de a transfera controlul serviciului de apel către noua celulă în timpul conexiunii abonatului mobil atunci când se deplasează de la o celulă la alta.
De fapt, transferul înseamnă comutarea abonatului de pe un canal radio și (sau) interval de timp la altul, fără a anunța abonatul despre această schimbare.
Dacă puterea semnalului scade sub un nivel prestabilit (utilizatorul trece la o altă celulă sau se apropie de granița celulei curente), atunci se verifică dacă celula vecină primește un semnal cu un nivel mai înalt.
După confirmarea acestui lucru, serviciul abonatului mobil trece la această celulă.
În tehnologiile moderne, se folosește pentru aceasta metoda MAHO (Mobile Assisted Handover), în care terminalul mobil însuși măsoară periodic puterea semnalului și calitatea semnalelor primite atât de la BS de deservire, cât și de la cele vecine și transmite mesajul corespunzător către rețea. .
Natura acestui mesaj determină dacă o predare trebuie efectuată sau nu.
Cu tehnologia mobilă, un abonat trece de la o celulă la alta în cadrul unei rețele, precum și de la o rețea la alta. Mișcarea (locația) trebuie urmărită cu o anumită precizie pentru a-i adresa apeluri (mesaj).
Această problemă este rezolvată în felul următor.
1. Abonatul își pornește inițial terminalul mobil.
Dispozitivul în sine trimite un mesaj de înregistrare către MSC local. Mesajul conține un identificator unic al abonatului.
Mesajul conține un identificator unic al abonatului.
Pe baza acestuia, MSC poate determina HLR căruia îi aparține abonatul și poate trimite un mesaj de înregistrare către HLR pentru a-l informa care MSC deservește în prezent abonatul.
2. HLR - trimite un mesaj de reînregistrare către MSC care a deservit anterior acest abonat (dacă există) și trimite o confirmare către noul MSC care deservește.
Fiecare telefon stochează 15 cifre ale identificatorului IMEI (International Mobile Equipment Identity) - un identificator unic de terminal mobil internațional sau 16 cifre ale IMEISV (International Mobile Equipment Identity and Software Version Number) - un identificator internațional unic de terminal mobil și un număr de versiune software (SW). ).
Pentru a afla IMEI-ul telefonului tău mobil, introdu combinația „*#06#”. Este util să notați acest număr în cazul în care telefonul mobil este furat.
În registrul EIR sunt stocate trei liste - negru, gri și alb.
Lista neagră poate conține atât numărul IMEI complet, cât și numărul IMEISV. Dacă numărul IMEI complet apare în lista neagră, atunci apelurile de la acest terminal mobil sunt interzise.
Dacă aceste valori apar în lista gri, atunci apelurile pot fi permise. Dar ele pot fi interzise la discreția Operatorului.
Când aceste valori apar în lista albă, apelurile sunt permise.
Lista albă conține toate seriile de numere de identificare a echipamentelor pentru diferite țări.
Lista neagră conține numerele de identificare ale dispozitivelor mobile care sunt interzise pentru utilizare în această rețea.
Lista gri conține informații despre echipamente defecte sau fără licență (necertificate).
Autentificare (autentificare engleză) - verificarea dreptului de proprietate asupra identificatorului prezentat de subiectul accesului.
Autentificarea nu trebuie confundată cu identificarea și autorizarea.
