WCDMA și GSM sunt standarde de comunicare în rețea mobilă. Astăzi, în Rusia, cel mai popular este GSM, în care operează majoritatea operatorilor ruși. Și foarte rar utilizatorii pot auzi de WCDMA, de exemplu, când au observat din greșeală tarifele operatorilor WCDMA sau au vrut să cumpere un telefon care acceptă doar acest standard de comunicare. Până acum, GSM nu se va muta pe piața rusă, dar unele dintre avantajele rețelei WCDMA îi fac pe utilizatori să se gândească la care este mai bine - WCMDA sau GSM. Care este diferența dintre aceste standarde de comunicare și care este mai bine să alegeți? Să încercăm să ne dăm seama.

Ce este WCDMA și GSM într-un telefon?

Este imposibil de explicat diferența fără a descrie însăși esența acestor standarde. Prin urmare, înainte de a ne da seama care este diferența, vom lua în considerare standardele WCDMA sau GSM mai detaliat.

Să începem cu GSM. Această abreviere înseamnă Global System for Mobile Communications. Și este primul standard global pentru comunicațiile celulare digitale, care este într-o oarecare măsură un model.

A fost dezvoltat de Institutul ETSI (Europa) în anii 90 și s-a bazat pe principiile diviziunii canalelor TDMA, securității, criptării și transmisiei de date. GMS vă permite să transferați:

1. Vorbire.
2. Mesaje text.
3. Fax.
4. Pachete de date (GPRS).

De asemenea, datorită acestui standard, pentru prima dată a devenit posibilă determinarea numărului de telefon mobil de la care se primește un apel, redirecționând către un alt număr. Nu trebuie să uităm de posibilitatea de a crea un apel conferință, în care puteți combina mai multe telefoane mobile în același timp, și țineți apelul în modul de așteptare. La un moment dat, GSM a creat o revoluție în domeniul comunicațiilor celulare.

Ce este WCMDA?

Vorbind despre WCDMA sau GSM și care este diferența dintre ele, este întotdeauna potrivit să menționăm că WCMDA este într-o oarecare măsură un add-on care îmbunătățește standardul GSM. Mai degrabă, totul a fost inițial conceput astfel, dar astăzi WCDMA este un standard de comunicare de a treia generație, care se bazează pe șapte proiecte internaționale. Dar GSM a rămas standardul de comunicare de a doua generație (a se citi 2G).

WCDMA se bazează pe tehnologia DS-CDMA, care, în comparație cu TDMA, este mai rezistentă la interferențe și are o lățime de bandă mai mare. Telefoanele care funcționează în mediul WCMDA pot îndeplini aceleași funcții ca și în standardul GSM (transmisie de voce sau informații digitale), cu toate acestea, calitatea și viteza vor fi mult mai mari. Prin urmare, operatorii care susțin WCMDA oferă servicii de acces la Internet la o viteză mai mare.

WCDMA vs GSM - Care este diferența?

Cea mai importantă și cheie diferență este în tehnologiile utilizate (TDMA și DS-CDMA), adică în modalitățile de separare a canalelor. În GSM, separarea canalelor este temporară și, din această cauză, abonatului i se alocă o bandă de frecvență mică pentru o anumită perioadă de timp.

În WCMDA, lucrurile stau diferit: folosește diviziunea în cod a fluxului, astfel încât informațiile între dispozitive să fie transmise pe o bandă largă de frecvență. Ca urmare, rata de transfer de date crește dramatic. De aici și numele Wideband Code Division Multiple Access.

Aceasta este principala diferență dintre standardele GSM, WCDMA LTE. Care este diferența pentru utilizator? Va avea o viteză de internet mai mare și mult mai puține interferențe în timpul conversației. În ciuda tuturor acestor avantaje, GSM rămâne cel mai popular standard celular. Dar rețineți că în fiecare an sunt mai mulți abonați WCDMA, iar mulți operatori de telecomunicații trec treptat la acest standard pentru a oferi o rată de transfer de date mai mare. Astăzi, zonele și satele nepopulate nu sunt acoperite de rețeaua WCMDA, astfel încât locuitorii acestor zone nu au încă o alternativă la GSM.

Pe care sa aleg?

Totul devine evident acum că știi care este diferența. Atât modemurile WCDMA, cât și cele GSM vor oferi acces la Internet, dar la viteze diferite. Trăind într-un oraș mare, este mai logic să acordați preferință standardului de comunicare WCDMA datorită ratei mai mari de transfer de date. În același timp, trebuie înțeles că atunci când călătoriți, telefonul nu va prinde rețeaua în multe regiuni ale țării, deoarece acoperirea WCMDA este în prezent slabă.

Este necesar să se facă o alegere între aceste standarde în funcție de nevoi. În general vorbind, GSM este un tip de comunicare „ieftin și vesel”. Va fi garantat peste tot, chiar și în regiunile îndepărtate. Ca bonus, puteți evidenția capacitatea de a naviga pe internet. În cazul în care este întotdeauna nevoie de internet rapid la îndemână și nu sunt planificate călătorii lungi, atunci puteți prefera în siguranță standardul WCMDA. Adevărat, ar trebui mai întâi să clarificați dacă telefonul și operatorul de telefonie mobilă îl acceptă.

Ca rezultat, canalul fizic dintre receptor și transmițător este determinat de frecvența, cadrele alocate și numărul de intervale de timp din acestea. De obicei, stațiile de bază folosesc unul sau mai multe canale ARFCN, dintre care unul este utilizat pentru a identifica prezența BTS în aer. Primul interval de timp (index 0) al cadrelor acestui canal este folosit ca canal de control de bază (canal de control de bază sau canal de baliză). Restul ARFCN este alocat de către operator pentru canalele CCH și TCH la discreția sa.

2.3 Canale logice

Canalele logice se formează pe baza canalelor fizice. Interfața Um implică schimbul atât de informații despre utilizator, cât și de informații despre servicii. Conform specificației GSM, fiecărui tip de informație îi corespunde un tip special de canale logice implementate prin mijloace fizice:

• canale de trafic (TCH - Traffic Channel),
• canale de informare a serviciului (CCH - Control Channel).

Canalele de trafic sunt împărțite în două tipuri principale: TCH / F- Canal complet cu o viteză maximă de până la 22,8 Kbps și TCH/H- Canal la jumătate de rata cu viteză maximă de până la 11,4 Kbps. Aceste tipuri de canale pot fi utilizate pentru transmisia vocală (TCH / FS, TCH / HS) și a datelor utilizator (TCH / F9.6, TCH / F4.8, TCH / H4.8, TCH / F2.4, TCH / H2 .4), de exemplu, SMS.

Canalele de informare a serviciilor sunt împărțite în:

• Broadcast (BCH - Canale de difuzare).
  • FCCH - Canal de corecție a frecvenței. Oferă informațiile cerute de telefonul mobil pentru corectarea frecvenței.
  • SCH - Canal de sincronizare. Oferă telefonului mobil informațiile necesare pentru sincronizarea TDMA cu o stație de bază (BTS), precum și identitatea sa BSIC.
  • BCCH - Canal de control al difuzării. Transmite informații de bază despre stația de bază, cum ar fi modul de organizare a canalelor de servicii, numărul de blocuri rezervate pentru mesaje de acordare și numărul de cadre multiple (51 de cadre TDMA fiecare) între cererile de paginare.
• Canale de control comune (CCCH)
  • PCH - Canal de paginare. Privind în viitor, vă spun că Paging este un fel de ping al unui telefon mobil, care vă permite să determinați disponibilitatea acestuia într-o anumită zonă de acoperire. Acest canal este conceput pentru a face exact asta.
  • RACH - Canal de acces aleatoriu. Folosit de telefoanele mobile pentru a solicita propriul SDCCH. Canal exclusiv Uplink.
  • AGCH - Canal de acordare de acces. Pe acest canal, stațiile de bază răspund la solicitările RACH ale telefoanelor mobile, alocând SDCCH sau imediat TCH.
• Canale de control dedicate (DCCH)
  Canalele proprii, cum ar fi TCH, sunt alocate anumitor telefoane mobile. Există mai multe subspecii:
  • SDCCH - Canal de control dedicat autonom. Acest canal este utilizat pentru autentificarea telefonului mobil, schimbul de chei de criptare, procedura de actualizare a locației, precum și pentru efectuarea de apeluri vocale și schimbul de mesaje SMS.
  • SACCH - Canal de control lent asociat. Folosit în timpul unei conversații sau când canalul SDCCH este deja în uz. Cu ajutorul său, BTS trimite periodic instrucțiuni către telefon pentru a schimba timpul și puterea semnalului. În direcția opusă, există date despre puterea semnalului primit (RSSI), calitatea TCH, precum și puterea semnalului celor mai apropiate stații de bază (măsurători BTS).
  • FACCH - Canal de control rapid asociat. Acest canal este furnizat împreună cu TCH și permite transmiterea de mesaje urgente, de exemplu, în timpul trecerii de la o stație de bază la alta (Handover).

2.4 Ce este spargerea?

Datele on-air sunt transmise sub formă de secvențe de biți, cel mai adesea numite „burst”, în intervale de timp. Termenul „explozie”, cel mai potrivit analog al căruia este cuvântul „explozie”, ar trebui să fie familiar multor radioamatori și, cel mai probabil, a apărut la compilarea modelelor grafice pentru analiza transmisiunii radio, unde orice activitate este ca cascadele și stropii de apă. . Puteți citi mai multe despre ele în acest minunat articol (sursă de imagini), ne vom concentra pe cel mai important lucru. O reprezentare schematică a unei explozii ar putea arăta astfel:

Perioada de gardă
Pentru a evita interferența (adică suprapunerea a două busrturi), durata exploziei este întotdeauna mai scurtă decât durata intervalului de timp cu o anumită valoare (0,577 - 0,546 = 0,031 ms), numită „Perioada de gardă”. Această perioadă este un fel de marjă de timp pentru a compensa posibilele întârzieri ale transmisiei semnalului.

Biți de coadă
Acești markeri definesc începutul și sfârșitul exploziei.

Info
Sarcina utilă de explozie, cum ar fi datele abonaților sau traficul de servicii. Constă din două părți.

Furtul steagurilor
Acești doi biți sunt setați atunci când ambele părți ale datelor de explozie TCH sunt transmise pe FACCH. Un bit transmis în loc de doi înseamnă că doar o parte a exploziei este transmisă pe FACCH.

Secvență de antrenament
Această parte a exploziei este utilizată de receptor pentru a determina caracteristicile fizice ale canalului dintre telefon și stația de bază.

2.5 Tipuri de explozie

Fiecare canal logic corespunde anumitor tipuri de burst:

Explozie normală
Secvențele de acest tip implementează canale de trafic (TCH) între rețea și abonați, precum și tot felul de canale de control (CCH): CCCH, BCCH și DCCH.

Burst de corecție a frecvenței
Numele vorbește de la sine. Implementează o legătură în jos unidirecțională FCCH care permite telefoanelor mobile să se acorde mai precis la frecvența BTS.

Burst de sincronizare
Burst de acest tip, precum Frequency Correction Burst, implementează un canal downlink, doar SCH, care este conceput pentru a identifica prezența stațiilor de bază în aer. Similar pachetelor de baliză din rețelele WiFi, fiecare rafală este transmisă la putere maximă și conține, de asemenea, informații despre BTS necesare sincronizării cu acesta: frame rate, date de identificare (BSIC) și altele.

Dummy izbucni
O explozie falsă trimisă de stația de bază pentru a umple intervalele de timp neutilizate. Faptul este că, dacă nu există activitate pe canal, puterea semnalului ARFCN actual va fi semnificativ mai mică. În acest caz, telefonul mobil poate simți că este departe de stația de bază. Pentru a evita acest lucru, BTS inundă intervalele de timp nefolosite cu trafic fără sens.

Acces Burst
La stabilirea unei conexiuni cu BTS, telefonul mobil trimite o solicitare SDCCH dedicată pe RACH. Stația de bază, după ce a primit o astfel de rafală, atribuie abonatului cronometrele sistemului său FDMA și răspunde pe canalul AGCH, după care telefonul mobil poate primi și trimite rafale normale. Este de remarcat durata crescută a timpului de gardă, deoarece inițial nici telefonul, nici stația de bază nu cunoșteau informații despre întârzieri. Dacă cererea RACH nu atinge intervalul de timp, telefonul mobil o trimite din nou după un interval de timp pseudo-aleatoriu.

2.6 Salt de frecvență

Citat din Wikipedia:

Frequency-hopping spread spectrum (FHSS) este o metodă de transmitere a informațiilor prin radio, a cărei particularitate este schimbarea frecventă a frecvenței purtătoare. Frecvența se modifică în funcție de o secvență pseudo-aleatorie de numere cunoscută atât de emițător, cât și de receptor. Metoda crește imunitatea la zgomot a canalului de comunicație.

3.1 Vectorii de atac de bază

Deoarece interfața Um este o interfață radio, tot traficul său este „vizibil” pentru oricine din raza de acțiune a BTS. Mai mult, poți analiza datele transmise prin aer fără să părăsești măcar acasă, folosind echipamente speciale (de exemplu, un telefon mobil vechi susținut de proiectul OsmocomBB, sau un mic dongle RTL-SDR) și mâinile directe ale unui computer obișnuit. .

Există două tipuri de atacuri: pasive și active. În primul caz, atacatorul nu interacționează cu rețeaua sau cu abonatul atacat în niciun fel - doar primind și procesând informații. Nu este greu de ghicit că este aproape imposibil să detectezi un astfel de atac, dar nu are atât de multe perspective ca unul activ. Un atac activ presupune interacțiunea atacatorului cu abonatul atacat și/sau rețeaua celulară.

Pot fi identificate cele mai periculoase tipuri de atacuri la care sunt expuși abonații rețelelor celulare:

• Adulmecând
• Scurgere de date personale, SMS și apeluri vocale
• Scurgere de date despre locație
• Spoofing (FakeBTS sau IMSI Catcher)
• Captură de la distanță SIM, execuție de cod arbitrar (RCE)
• Refuzarea serviciului (DoS)

3.2 Identificarea abonatului

După cum sa menționat la începutul articolului, abonații sunt identificați folosind IMSI, care este înregistrat pe cartela SIM a abonatului și HLR-ul operatorului. Telefoanele mobile sunt identificate prin numărul lor de serie - IMEI. Cu toate acestea, după autentificare, nici IMSI, nici IMEI nu zboară în mod deschis deasupra aerului. După procedura de actualizare a locației, abonatului i se atribuie un identificator temporar - TMSI (Identitatea temporară a abonatului mobil), iar interacțiunea ulterioară se realizează cu ajutorul acestuia.

Metode de atac
În mod ideal, TMSI-ul abonatului este cunoscut doar de telefonul mobil și de rețeaua celulară. Cu toate acestea, există modalități de a ocoli această protecție. Dacă apelați ciclic un abonat sau trimiteți mesaje SMS (sau mai bine Silent SMS), urmărind canalul PCH și efectuând corelații, puteți selecta TMSI-ul abonatului atacat cu o anumită acuratețe.

În plus, având acces la rețeaua de comunicații interoperatoare SS7, puteți afla IMSI și LAC ale proprietarului acestuia la numărul de telefon. Problema este că în rețeaua SS7, toți operatorii „au încredere” unii în alții, reducând astfel nivelul de confidențialitate al datelor abonaților lor.

3.3 Autentificare

Pentru a proteja împotriva falsificării, rețeaua autentifică abonatul înainte de a începe să-l deservească. Pe lângă IMSI, cartela SIM stochează o secvență generată aleatoriu numită Ki, pe care o returnează doar într-o formă hashed. Ki este, de asemenea, stocat în HLR-ul operatorului și nu este niciodată transmis în text clar. În general, procesul de autentificare se bazează pe principiul strângerii de mână în patru căi:

1. Abonatul face o Solicitare de actualizare a locației, apoi furnizează IMSI.
2. Rețeaua trimite o valoare RAND pseudo-aleatorie.
3. Cardul SIM al telefonului face hashuri Ki și RAND folosind algoritmul A3. A3 (RAND, Ki) = SRAND.
4. De asemenea, rețeaua hashează Ki și RAND folosind algoritmul A3.
5. Dacă valoarea SRAND pe partea abonatului coincide cu cea calculată pe partea rețelei, atunci abonatul a fost autentificat.

Metode de atac
Iterarea peste Ki cu valorile RAND și SRAND poate dura destul de mult timp. În plus, operatorii pot folosi propriii algoritmi de hashing. Există destul de multe informații pe net despre încercările de forță brută. Cu toate acestea, nu toate cartelele SIM sunt perfect protejate. Unii cercetători au reușit să acceseze direct sistemul de fișiere al cartelei SIM și apoi să extragă Ki-ul.

3.4 Criptarea traficului

Conform specificației, există trei algoritmi pentru criptarea traficului utilizatorului:

• A5/0- desemnarea formală a lipsei de criptare, la fel ca OPEN în rețelele WiFi. Eu însumi nu am văzut niciodată o rețea fără criptare, cu toate acestea, conform gsmmap.org, A5 / 0 este folosit în Siria și Coreea de Sud.
• A5 / 1 este cel mai comun algoritm de criptare. În ciuda faptului că hacking-ul său a fost deja demonstrat în mod repetat la diferite conferințe, este folosit peste tot și peste tot. Pentru a decripta traficul, este suficient să aveți 2 TB de spațiu liber pe disc, un computer personal obișnuit cu Linux și programul Kraken la bord.
• A5 / 2- un algoritm de criptare cu protecție slăbită în mod deliberat. Dacă este folosit unde, este doar pentru frumusețe.
• A5 / 3 este în prezent cel mai sigur algoritm de criptare, dezvoltat în 2002. Pe Internet, puteți găsi informații despre unele vulnerabilități posibile teoretic, dar, în practică, nimeni nu a demonstrat încă cum să le spargă. Nu știu de ce operatorii noștri nu doresc să-l folosească în rețelele lor 2G. La urma urmei, acest lucru este departe de a fi o piedică. cheile de criptare sunt cunoscute de operator iar traficul poate fi decriptat destul de usor de partea lui. Și toate telefoanele moderne îl suportă perfect. Din fericire, rețelele moderne 3GPP îl folosesc.

Metode de atac
După cum am menționat deja, având echipament de sniffing și un computer cu 2 TB de memorie și programul Kraken, puteți găsi rapid (câteva secunde) cheile de criptare a sesiunii A5 / 1 și apoi decriptați traficul oricui. Criptologul german Karsten Nohl a demonstrat în 2009 cum să pirateze A5/1. Câțiva ani mai târziu, Karsten și Sylvian Muno au demonstrat interceptarea și decriptarea unei conversații telefonice folosind mai multe telefoane vechi Motorola (proiectul OsmocomBB).

Concluzie

Povestea mea lungă a ajuns la sfârșit. Mai detaliat și din punct de vedere practic, va fi posibil să vă familiarizați cu principiile rețelelor celulare în seria de articole Cunoștința cu OsmocomBB, de îndată ce adaug părțile rămase. Sper că am reușit să vă spun ceva nou și interesant. Aștept cu nerăbdare feedback-ul și comentariile voastre! Adaugă etichete

Capitolul 1. SISTEM DE 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 sistemul 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 la transmiterea mesajelor de informare, se utilizează codificarea bloc și intercalarea convoluțională. Îmbunătățirea eficienței codificării și intercalării la viteză mică de mișcare a stațiilor mobile se realizează prin comutarea lentă a frecvențelor de operare (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, echipamentul de comunicații utilizează egalizatoare care asigură egalizarea semnalelor 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 selectată codificarea Gaussian Frequency Shift (GMSK). Procesarea vorbirii se efectuează în cadrul sistemului adoptat de transmisie discontinuă a vorbirii (DTX), care asigură că emițătorul este pornit numai în prezența unui semnal de vorbire și emițătorul este oprit în timpul pauzelor și la sfârșitul o conversatie. Ca dispozitiv de transformare a vorbirii este selectat un codec de vorbire cu excitare regulată a impulsului / predicție pe termen lung și codare predictivă liniară cu predicție (RPE / LTR-LTP-codec). Viteza totală de conversie a vorbirii, aproximativ un semnal, este de 13 kbps.

Standardul GSM atinge un grad ridicat de securitate pentru transmiterea mesajelor; mesajele sunt criptate folosind algoritmul 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 transmiterea de mesaje vocale și de date, semnale de apel și alarmă; 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

Frecvențele de transmisie a unei stații mobile și recepția unei stații de bază, MHz	890-915
Frecvențele de recepție a unei stații mobile și de transmisie a unei stații de bază, MHz	935-960
Spațiere duplex între frecvențele de recepție și transmisie, MHz	45
Rata de transmitere a mesajelor pe canalul radio, kbit/s	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	BT 0,3
Lățimea de bandă a filtrului gaussian pre-modulație, kHz	81,2
Salturi de frecvență pe secundă	217
Cadrul TDMA de diversitate temporală (transmisie/recepție) pentru o stație mobilă	2
Tip de codec de vorbire	RPE / LTP
Raza maximă a celulei, km	până la 35
Aranjament combinat de canale TDMA / FDMA

1.2. Schema structurală și compoziția echipamentelor pentru rețele de comunicații

Structura funcțională și interfețele adoptate în standardul GSM sunt ilustrate de schema 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; OMC (Operations and Maintenance Center) - centru de control si service; MS (Mobile Stations) - stații mobile.

Interfața 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 acest proces. MSC este similar cu biroul de comutare ISDN și este o interfață între rețelele fixe (PSTN, PDN, ISDN etc.) și o rețea mobilă. Oferă funcții de rutare și control al apelurilor. Pe lângă îndeplinirea funcțiilor unei stații de comutare ISDN convenționale, MSC este responsabil pentru funcțiile de comutare a canalelor radio. Acestea includ „predarea”, în timpul căreia se realizează continuitatea comunicării atunci când o stație mobilă se deplasează de la celulă la celulă și comutarea canalelor de lucru într-o 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 setare și rutare a apelurilor. Pentru rețeaua de telefonie publică comutată (PSTN), MSC oferă semnalizare SS N 7, transfer de apel sau alte tipuri de interfețe, conform cerințelor unui proiect specific.

MSC generează datele necesare pentru facturarea serviciilor de comunicații furnizate de rețea, acumulează date despre convorbirile 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 legăturile radio.

MSC nu numai că participă la controlul apelurilor, dar gestionează și procedurile de înregistrare a locației și de predare pe lângă transferul subsistemului stației de bază (BSS). Înregistrarea locației stației mobile este necesară pentru a asigura livrarea apelurilor către abonații de telefonie mobilă în roaming de la abonații PSTN sau alți abonați de telefonie mobilă. Procedura de predare a apelului permite menținerea conexiunilor și menținerea unei conversații atunci când o stație mobilă se mută dintr-o zonă de serviciu în alta. Apelurile în celulele controlate de un controler al stației de bază (BSC) sunt gestionate de acest BSC. Când apelurile sunt transferate între două rețele controlate de BSC-uri diferite, controlul principal este la MSC. Standardul GSM oferă, de asemenea, proceduri de transfer de apel între rețele (controlere) aparținând diferitelor MSC-uri. Centrul de comutare monitorizează continuu stațiile mobile folosind registrele de poziție (HLR) și registrele de mișcare (VLR). HLR stochează acea parte a informațiilor despre locație a unei 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 la 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 parametrii de autenticitate a abonaților, gama de servicii de comunicații și informații speciale de rutare. Datele de roaming (rătăcire) abonaților sunt înregistrate, inclusiv numărul temporar de identificare a abonatului mobil (TMSI) și VLR asociat.

Toate rețelele MSC și VLR au acces de la distanță la datele conținute în HLR și, dacă există mai multe HLR în rețea, baza de date conține doar o înregistrare a abonaților, prin urmare fiecare HLR reprezintă o anumită parte a bazei de date a abonaților rețelei. Baza de date a abonaților este accesată de 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 între rețele abonaților.

Al doilea dispozitiv principal care asigură controlul asupra mișcării unei stații mobile de la o zonă la alta este registrul de mișcare VLR. Permite operarea stației mobile în afara zonei controlate HLR. Când, în procesul de mutare, o stație mobilă trece de la acoperirea unui controler de stație de bază BSC, care unește un grup de stații de bază, la acoperirea unui alt BSC, este înregistrată cu un nou BSC și informații despre comunicare. numărul de zonă este introdus în VLR, care va asigura livrarea apelurilor

stație mobilă. Pentru siguranța datelor aflate în HLR și VLR, în cazul defecțiunilor, 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.

Într-o rețea mobilă GSM, celulele sunt grupate în zone geografice (LA), cărora li se atribuie propriul număr de identificare (LAC). Fiecare VLR conține date despre abonați în mai multe LA. 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 oferă, de asemenea, o atribuire a numărului de stație mobilă în roaming (MSRN). Când stația mobilă primește un apel de intrare, VLR își selectează MSRN și îl transmite către MSC, care direcționează apelul către stațiile de bază din apropierea abonatului mobil.

VLR alocă, de asemenea, numere de transfer atunci când predă conexiunile de la un MSC la altul. În plus, VLR gestionează distribuirea noilor TMSI-uri și le transmite HLR. De asemenea, gestionează procedurile de autentificare în timpul procesării apelului. La decizia operatorului, TMSI poate fi schimbat periodic pentru a complica procedura de identificare a abonatului. 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 HLR persistente și reduce timpul de tratare 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 bazei de date concentrată în Registrul de identificare a echipamentelor (EIR).

Fiecare abonat mobil în timpul utilizării sistemului de comunicații primește un modul standard de autentificare a abonatului (SIM), care conține: un număr internațional de identificare (IMSI), propria sa cheie de autentificare individuală (Ki), un 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 verificare a autenticității 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 valoarea SRES calculată către rețea, care compară valoarea SRES primită cu valoarea SRES calculată de rețea. Dacă ambele valori sunt aceleași, stația mobilă începe să trimită mesaje. În caz contrar, comunicarea este întreruptă și indicatorul stației mobile indică faptul că identificarea nu a avut loc. Pentru a asigura confidențialitatea, SRES este calculată în SIM. Informațiile neclasificate (de ex. Ki) nu sunt procesate în modulul SIM.

EIR - Registrul de identificare a echipamentelor, conține o bază de date centralizată pentru confirmarea autenticității Numărului de identificare a echipamentului stației mobile internaționale (1ME1). Această bază de date se aplică exclusiv echipamentelor stației mobile. Baza de date EIR constă din liste de numere 1ME1, organizate după cum urmează:

LISTA ALBĂ - Conține numere 1ME1 despre care se știe că sunt atribuite stațiilor mobile autorizate.

LISTA NEGRA - contine numere 1ME1 de statii mobile care sunt furate sau refuzate serviciul din alt motiv.

LISTA GRI - conține numere 1ME1 de stații mobile care au probleme identificate prin datele software, ceea ce nu este un motiv pentru a fi incluse în „lista neagră”.

Baza de date EIR este accesată de la distanță de către MSC-urile rețelei, precum și de către MSC-urile altor 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, la primirea numărului 1ME1, returnează adresa EIR care controlează partea corespunzătoare a bazei de date a echipamentelor.

IWF este o articulație funcțională de interconectare, care este una dintre părțile constitutive ale MSC. Oferă abonaților acces la conversii de protocol și rate de date, astfel încât acestea să poată fi transferate între echipamentele sale terminale GSM (DIE) și echipamentele terminale convenționale de rețea fixă. Gateway-ul „scoate” modemul din banca sa de echipamente pentru interfața cu modemul de rețea fixă ​​corespunzător. IWF oferă, de asemenea, interfețe de tip conectare directă pentru echipamentele furnizate de client, cum ar fi pachetele de date PAD prin protocolul X.25.

EU - anulator de eco, utilizat de către MSC pe partea 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 dispozitiv de anulare a ecoului tipic poate oferi 68 de milisecunde de anulare între ieșirea EC și telefonul fix. Întârzierea totală a canalului GSM în direcțiile înainte și înapoi cauzată de procesarea semnalului, codarea / decodarea vorbirii, codificarea canalului etc. este de aproximativ 180 ms. Această întârziere nu ar fi vizibilă pentru abonatul mobil dacă transformatorul hibrid nu a fost inclus în canalul telefonic cu o conversie a căii de la modul cu două fire la modul cu patru fire, a cărui instalare este necesară în MSC, deoarece conexiunea standard la PSTN-ul este cu două fire. Când doi abonați ai unei rețele fixe sunt conectați, nu există ecouri. Fără a porni UE, întârzierea de la propagarea semnalelor pe calea GSM va irita abonații, va întrerupe vorbirea și va distrage atenția.

OMC - 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. OMC se conectează cu alte componente ale rețelei GSM prin canale de transmisie de pachete X.25. OMC oferă funcții de gestionare a alarmelor pentru a alerta personalul de întreținere și înregistrează informații de urgență către alte componente ale rețelei. În funcție de natura defecțiunii, OMC face posibilă asigurarea eliminării acesteia automat sau cu intervenția activă a personalului. OMC poate oferi o verificare a stării echipamentului de rețea și a progresului apelului către stația mobilă. OMC vă permite să gestionați încărcarea în rețea. Funcția de management eficient include colectarea datelor statistice privind încărcarea din componentele rețelei GSM, înregistrarea lor în fișiere de disc și afișarea lor pentru analiza vizuală. OMC asigură gestionarea modificărilor software și a bazelor de date privind configurarea elementelor de rețea. Software-ul poate fi încărcat în memorie de la OMS la alte elemente de rețea sau de la acestea la OMS.

NMC este un centru de management al rețelei care permite gestionarea ierarhică rațională a rețelei GSM. Oferă operațiuni și întreținere la nivel de rețea, susținute de centrele CHI care sunt responsabile de gestionarea rețelelor regionale. NMC asigură gestionarea traficului pentru întreaga rețea și asigură controlul de supraveghere a rețelei pentru urgențe complexe, cum ar fi defecțiunea nodului sau supraîncărcarea. În plus, monitorizează starea dispozitivelor de control automat utilizate în echipamentele de rețea și afișează starea rețelei pentru operatorii NMC. Acest lucru permite operatorilor să controleze problemele regionale și, dacă este necesar, să ofere asistență organismelor locale de autoguvernare responsabile pentru o anumită regiune. În acest fel, personalul NMC este conștient de starea întregii rețele și poate instrui personalul MHO să își schimbe strategia de rezolvare a unei probleme regionale.

NMC se concentrează pe rutele de semnalizare și conexiunile dintre noduri pentru a evita condițiile de congestie în rețea. De asemenea, monitorizat

rute de conexiune între rețeaua GSM și PSTN pentru a evita propagarea condițiilor de congestie între rețele. În acest sens, personalul NMC coordonează problemele de gestionare a rețelei cu alți membri ai personalului NMC. NMC oferă, de asemenea, capacitatea de gestionare a traficului pentru echipamentele de rețea ale subsistemului stației de bază (BSS). Operatorii NMC în situații extreme pot folosi proceduri de management precum „accesul prioritar”, în care doar abonații cu prioritate înaltă (servicii de urgență) pot accesa sistemul.

NMC poate prelua responsabilitatea în orice regiune atunci când MLA local este nesupravegheată, MLA acționând ca punct de tranzit între NMC și echipamentul de rețea. NMC oferă operatorilor funcții similare cu cele ale OMC.

NMC este, de asemenea, un instrument important de planificare a rețelei, deoarece NMC monitorizează rețeaua și modul în care funcționează la nivel de rețea și, prin urmare, oferă planificatorilor rețelei date care vor determina 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 controla mai multe unități de transmisie/recepție. BSS gestionează alocarea canalelor radio, monitorizează conexiunile, ajustează secvențierea acestora, asigură modul salt de frecvență, modularea și demodularea semnalului, codificarea și decodarea mesajelor, codificarea vorbirii, adaptarea ratei de transmisie pentru voce, date și apel și determină secvența. de transmitere a mesajelor de paginare.

BSS împreună cu MSC, HLR, VLR îndeplinesc 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 acordă în comun prioritate transmisiei de informații pentru unele categorii de stații mobile.

TCE este un transcoder care asigură conversia semnalelor de ieșire ale canalului de transmisie a vorbirii și a datelor MSC (64 kbps PCM) în forma corespunzătoare recomandărilor GSM pentru interfața radio (Rec. GSM 04.08). În conformitate cu aceste cerințe, viteza de transmisie a vorbirii digitale este de 13 kbps. Acest canal pentru transmiterea semnalelor vocale digitale se numește „full rate”. În viitor, standardul prevede utilizarea unui canal vocal cu jumătate de viteză (rata de transmisie 6,5 kbps).

Reducerea ratei de transmisie se realizează prin utilizarea unui dispozitiv special de conversie 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 către controlerul stației de bază - BSC se realizează cu adăugarea de biți suplimentari (umplutură) la flux cu o rată de transmisie de 13 kbit / s până la o rată de transmisie a datelor de 16 kbit/s. Este apoi comprimat la un factor de 4 pe un canal standard de 64 kbps. Așa se formează linia PCM cu 30 de canale definită de Recomandările GSM, care asigură transmisia a 120 de canale de voce. Un al șaisprezecelea canal (64 kbps), un „interval de timp”, este alocat separat pentru informații de semnalizare și conține adesea trafic SS N7 sau LAPD. Celălalt canal (64 kbit/s) poate transporta și pachete de date conform protocolului CCITT X.25.

Astfel, rata de transmisie rezultată pentru interfața specificată este 30x64 kbps + 64 kbps + 64 kbps = 2048 kbps.

MS - o stație mobilă, constă dintr-un echipament care servește la organizarea accesului pentru abonații rețelelor GSM la rețelele fixe de telecomunicații existente. În cadrul standardului GSM, sunt adoptate cinci clase de stații mobile de la modelul de clasa I cu o putere de ieșire de 20 W instalată pe vehicul până la modelul portabil clasa a 5-a cu o putere maximă de 0,8 W (Tabelul 1.1). La transmiterea mesajelor, se asigură un control adaptiv al puterii emițătorului pentru a asigura 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 de radiotelefoane, 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 preveni accesul unei stații furate sau neautorizate la rețelele GSM.

Tabelul 1.1

Clasa de putere	Nivel maxim de putere a transmițătorului	Abateri admise
1	20 de wați	1,5 dB
2	8 wați	1,5 dB
3	5 wați	1,5 dB
4	2 wați	1,5 dB
5	0,8 wați	1,5 dB

1.3. Interfețe de rețea și radio

La proiectarea sistemelor celulare digitale pentru comunicații mobile 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 diagrama bloc din Fig. 1.1. Acestea respectă pe deplin cerințele Recomandărilor ETSI/GSM 03.02.

Interfețe de rețea externe

conexiune PSTN

Conexiunea la rețeaua publică de telefonie se realizează de către MSC pe o linie de comunicație de 2 Mbit/s în conformitate cu sistemul de semnalizare SS N 7. Caracteristicile electrice ale interfeței de 2 Mbit/s respectă Recomandările CCITT G.732.

conexiune ISDN

Pentru conectarea la rețelele ISDN în curs de creare, sunt furnizate patru linii de comunicație de 2 Mbit/s, susținute de sistemul de semnalizare SS N 7 și care respectă 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.

Conexiune la rețeaua NMT-450 existentă

Centrul de comutare mobil se conectează la rețeaua NMT-450 prin patru linii standard de 2 Mbps și sisteme de semnalizare SS N7. În același timp, trebuie îndeplinite cerințele Recomandărilor CCITT privind partea utilizatorului de telefon (TUP) și partea de transfer de mesaje (MTP) din Cartea galbenă. Caracteristicile electrice ale liniei de 2 Mbit/s sunt în conformitate cu Recomandările CCITT G.732.

Conexiuni la rețele GSM internaționale

În prezent, rețeaua GSM din Moscova este conectată la rețelele GSM paneuropene. Aceste conexiuni se bazează pe protocoalele de sistem de semnalizare (SCCP) și pe protocoalele de comutare a internetului mobil (GMSC).

GSM intern - interfete

Interfața dintre MSC și BSS (interfață A) asigură transferul de mesaje 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 a Recomandărilor ETSI / GSM.

Interfața dintre MSC și HLR este partajată cu VLR (interfață B). Când MSC trebuie să localizeze o stație mobilă, se referă la VLR. Dacă stația mobilă inițiază procedura de poziționare cu MSC, aceasta își informează VLR-ul, care înregistrează toate informațiile în schimbare în registrele sale. Această procedură are loc ori de câte ori MS se mută dintr-o zonă de localizare 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, dacă este necesar, informează HLR despre acestea.

Interfața dintre MSC și HLR (interfața C) este utilizată pentru a asigura interoperabilitatea între MSC și HLR. MSC poate trimite o indicație (mesaj) către HLR la sfârșitul sesiunii, astfel încât abonatul să poată plăti pentru apel. Când rețeaua de telefonie fixă ​​nu poate executa procedura de stabilire a apelului abonatului mobil, MSC poate solicita HLR să localizeze abonatul pentru a efectua apelul către MS.

Interfața dintre HLR și VLR (interfața D) este utilizată pentru a extinde 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 aceasta, HLR trebuie să-și completeze datele. VLR informează HLR despre poziția MS, controlându-l și reatribuindu-i numere în procesul de rătăcire și trimite toate datele necesare pentru a furniza serviciul stației mobile.

Interfața dintre MSC-uri (E-interfață) asigură interacțiunea între diferite MSC-uri în timpul implementării procedurii HANDOVER - „transferarea” unui abonat din zonă în zonă atunci când acesta se deplasează în timpul unei sesiuni de comunicare fără întrerupere.

Interfața dintre BSC și BTS (interfața A-bis) este utilizată pentru comunicarea între BSC și BTS și este definită de Recomandările ETSI / GSM pentru procesele de stabilire a conexiunii și de control al echipamentelor, transmisia se realizează în fluxuri digitale la o rată de 2.048 Mbit. / s. Este posibil să utilizați o interfață fizică de 64 kbps.

Interfața dintre BSC și OMC (interfață O) este destinată comunicării între BSC și OMC; 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); Utilizează standardul de transmisie PCM de 2.048 Mbit/s și vă permite să organizați de la patru canale la o viteză de 16 kbit/s un canal la o viteză de 64 kbit/s.

Interfața dintre MS și BTS (interfață radio Um) 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 Recomandările ETSI / GSM 12.01 și este analogă cu interfața Q.3, care este definită în ISO OSI layered open. model de rețea.

Conexiunea la rețea cu OMC poate fi asigurată de sistemul de semnalizare CCITT SS N7 sau de protocolul de rețea X.25. Rețeaua X.25 se poate conecta la rețele de internet sau PSDN-uri în mod deschis sau închis.

GSM este un protocol de gestionare a rețelei și a serviciilor care trebuie să îndeplinească și cerințele de interfață Q.3, așa cum sunt definite în Recomandările 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 Recomandările ETSI/GSM 03.40.

Interfață cu alte OMC. Fiecare centru de control și întreținere a rețelei trebuie să fie conectat la alte rețele OMC care operează în alte regiuni sau alte rețele. Aceste conexiuni sunt furnizate de interfețele X în conformitate cu Recomandările CCITT M.ZO. Interfața OMC este utilizată pentru a interacționa cu rețelele de nivel superior.

1.4. Structura serviciului și transmiterea datelor în standard GSM

Standardul GSM conține două clase de servicii: servicii de bază și teleservicii. Principalele servicii asigură: transmisie de date (asincron) în mod duplex la rate de 300, 600, 1200, 2400, 4800 și 9600 biți/s 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 folosind un adaptor pentru transmisia de date asincronă de pachete cu rate standard de 300-9600 bps prin intermediul rețelelor publice de date de pachete comutate (PSPDN), de exemplu, Datex-P; acces sincron full-duplex la rețeaua de pachete de date cu rate 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 kbps, pot fi utilizate canale de comunicare cu jumătate de viteză.

Funcțiile enumerate ale canalelor de transmisie de date sunt furnizate pentru echipamentele terminale care utilizează interfețe CCITT cu specificații din seria V.24 sau X.21. Aceste specificații definesc problemele transmisiei de date pe canalele telefonice convenționale. Teleservicii oferă următoarele servicii:

1) comunicare telefonică (combinată cu un serviciu de alarmă: securitate apartament, semnale de primejdie etc.);

2) transmiterea de mesaje scurte;

3) acces la serviciile „Videotex”, „Teletex”;

4) Serviciul „Facsimil” (grupa 3).

În plus, a fost standardizată o gamă largă de servicii speciale (transfer apel, notificarea tarifelor, includerea într-un grup închis de utilizatori).

Deoarece se așteaptă ca majoritatea abonaților 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 la sol; TE (Terminal Equipment) - echipamente terminale, MT (Mobile Terminal) - terminal mobil, IWF (Interworking Function) - articulație funcțională gateway). Transmisia de date include si un nou tip de serviciu folosit in GSM - transmiterea de mesaje scurte (transmiterea de mesaje alfanumerice de serviciu pentru anumite grupuri de utilizatori).

Transmiterea mesajelor scurte folosește lățimea de bandă a canalelor de semnalizare. Mesajele pot fi transmise și primite de către stația mobilă. Canalele de control comune pot fi utilizate pentru transmiterea de mesaje scurte. Volumul mesajelor este limitat la 160 de caractere, care pot fi primite în timpul apelului curent sau într-un ciclu inactiv. V

controlul canalelor radio, protecția împotriva erorilor în canalul radio, codarea și decodarea vorbirii, monitorizarea și distribuirea datelor și apelurilor utilizatorului, adaptarea ratei de transmisie între canalul radio și date, asigurarea funcționării în paralel a sarcinilor (terminale), asigurând funcționarea continuă în timpul conducerii.

Sunt utilizate trei tipuri de echipamente terminale ale unei 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: MT1 (Mobile Termination 1) - o stație mobilă cu capacitatea de a comunica printr-un terminal cu ISDN; МТ2 (Mobile Termination 2) este o stație mobilă cu capacitatea de a conecta un terminal pentru comunicare utilizând protocolul CCITT V sau X.

Echipamentul terminal poate consta din unul sau mai multe tipuri de echipamente, cum ar fi un dialer, echipament de transmisie de date (DTE), telex etc.

Există următoarele tipuri de terminale: TE1 (Terminal Equipment 1) - echipament terminal care asigură comunicația cu ISDN; TE2 (Terminal Equipment 2) - echipament terminal care asigură comunicarea cu orice echipament prin protocoalele din seria CCITT V sau X (comunicarea cu ISDN nu asigură). Terminalul TE2 poate fi conectat ca sarcină la MT1 (stație mobilă cu capacitate de comunicare ISDN) printr-un adaptor TA.

Sistemul de caracteristici ale standardului GSM, schema funcțională adoptată a rețelelor de comunicații și un set de interfețe asigură parametri înalți de transmitere a mesajelor, 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 de construire a sistemelor celulare digitale pentru comunicații mobile (SSMS) în standardul GSM, este adoptat accesul multiplu pe diviziune în timp (TDMA). Structura generală a intervalelor de timp este prezentată în Fig. 1.6. Lungimea perioadei a secvenței din această structură, care se numește hipercadru, este egală cu Tr = 3 h 28 min 53 s 760 ms (12.533,76 s). Un hipercadru este împărțit în 2048 de supercadre, fiecare având o durată Te = 12533,76 / 2048 = 6,12 s.

Un supercadru este compus 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 tip primul sau 26 de cadre multiple de tip al doilea. Duratele multicadrelor, respectiv:

1) Tm = 6120/51 = 120 ms;

2) Tm = 6120/26 = 235,385 ms (3060/13 ms). Durata fiecărui cadru TDMA

Tc = 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 O la NFmax, unde NFmax = (26x51x2048) -1 = 2715647.

Astfel, un hyperframe este format din 2.715.647 de 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. Cadrul TDMA este împărțit în opt poziții de timp cu un punct

Către = 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 numite și ferestre, este timpul în care purtătorul este modulat cu un flux de informații digitale corespunzător unui mesaj vocal sau date.

Un flux 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.

Mesajul informativ este transmis pe canalul radio cu o viteză de 270,833 kbit/s.

Aceasta înseamnă că intervalul de timp al unui 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 unei durate de 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 canalele de comunicație și control, pentru a ajusta frecvențele purtătoarelor, pentru a oferi sincronizarea timpului și pentru a accesa canalul 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 de 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, 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.

NB include doi biți Steeling Flag care indică dacă grupul care este transmis conține informații de voce sau 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, există 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 procesul de comparație se calculează parametrul RXQUAL, care este adoptat pentru evaluarea calității comunicației. Desigur, vorbim doar despre evaluarea conexiunii, și nu despre măsurători precise, deoarece doar o parte din informațiile transmise sunt verificate. Parametrul RXQUAL este utilizat la introducerea unei comunicări, la efectuarea unei proceduri de „predare” și la evaluarea 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 stațiile de bază și mobile 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 din imediata vecinătate a stației de bază. FB este proiectat să se sincronizeze cu frecvența 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. Acest lucru este necesar pentru a verifica dacă funcționează.

emițătorul și receptorul său cu o mică separare de frecvență a canalelor (200 kHz), ceea ce reprezintă aproximativ 0,022% din valoarea nominală a lățimii de bandă de 900 MHz. FB conține un interval de gard de 8,25 biți la fel ca un interval de timp normal. Sloturile de control al frecvenței (FB) repetate formează un canal de setare a frecvenței (FCCH).

SB este utilizat pentru sincronizarea timpului între stațiile de bază și mobile. Constă dintr-o secvență de sincronizare pe 64 de biți, transportă informații despre numărul cadrului TOM și codul de identificare a 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 oferă stabilirea și testarea legăturilor. În structura sa, DB este la fel ca NB (Fig. 1.6) și conține o secvență de baliză 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 este transmis de stația mobilă la solicitarea unui canal de semnalizare. Acesta este primul pachet transmis de stația mobilă, prin urmare timpul de tranzit al semnalului nu a fost încă măsurat. Prin urmare, pachetul are o structură specifică. Modelul final de 8 biți este transmis mai întâi, urmat de secvența de sincronizare pentru stația de bază (41 de biți), care permite stației de bază să primească corect următorii 36 de biți criptați. Intervalul conține un interval mare de gardă (68,25 biți, 252 μs durată), care asigură (indiferent de timpul de tranzit al semnalului) suficientă separare de 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 dimensiunea maximă admisă a celulei. O caracteristică a standardului GSM este capacitatea de a furniza comunicații pentru abonații 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 de timp ale anvelopei semnalului emis de pachetele de pe intervalul de timp al cadrului TDMA și caracteristica spectrală a semnalului sunt strict definite. Masca de timp a anvelopei pentru semnalele emise în intervalul AV al unui cadru TDMA complet este prezentată în Fig. 1.7, iar masca de anvelopă pentru semnalele NB, FB, DB și SB ale unui cadru TDMA complet este prezentată în Fig. 1.8. Diferitele forme ale anvelopei semnalelor emise corespund unor lungimi diferite ale intervalului AV (88 de biți) în raport cu celelalte intervale indicate ale cadrului TDMA complet (148 de biți). Normele pentru caracteristica spectrală a semnalului emis sunt prezentate în Fig. 1.9.

Una dintre caracteristicile formării semnalului în standardul GSM este utilizarea saltului de frecvență lentă în timpul unei sesiuni de comunicare. Scopul principal al unor astfel de hop-uri (SFH - Slow Frequency Hopping) este de a oferi diversitate 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 atunci când stațiile de abonat se mișcă încet. Principiul saltului de frecvență lentă este că mesajul transmis în intervalul de timp al cadrului TDMA (577 μs) alocat abonatului este transmis (primit) la o nouă frecvență fixă ​​în fiecare cadru ulterior. Conform structurii cadrului, timpul pentru ajustarea frecvenței este de aproximativ 1 ms.

În timpul saltului de frecvență, se menține o separare duplex de 45 MHz între canalele de transmisie și recepție. Tuturor abonaților activi aflați în aceeași celulă li se atribuie secvențe de modelare ortogonală, ceea ce elimină interferența reciprocă la primirea mesajelor de către abonații în 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 din celulă este asigurată de deplasarea inițială a frecvenței a aceleiași secvențe (conform algoritmului de formare). În celulele adiacente sunt utilizate secvențe de modelare diferite.

Schema combinată TDMA / FDMA de organizare a canalelor 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.

Spre 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, în combinație cu metodele de codare picături, 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 de comunicații radio mobile celulare. Tehnologii de comunicare electronică. Volumul 48. Eco-Trendinte. 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 cadrului TDMA și semnalizare în standardul GSM. „Electrosvyaz”. N 10. 1993. str. 9-12.

Acest articol este primul dintr-o serie de articole despre comunicațiile celulare. În această serie, aș dori să descriu în detaliu principiile de funcționare a rețelelor celulare din a doua, a treia și a patra generație. Standardul GSM aparține celei de-a doua generații (2G).

Prima generație de comunicații celulare a fost analogică și nu este folosită acum, așa că nu o vom lua în considerare. A doua generație este digitală și această caracteristică a permis să înlocuiască complet rețelele 1G. Semnalul digital este mai anti-bruiaj decât semnalul analogic, ceea ce reprezintă un avantaj major în comunicațiile radio mobile. În plus, semnalul digital, pe lângă vorbire, permite transmisia de date (SMS, GPRS). Trebuie remarcat faptul că această tendință de trecere de la un semnal analogic la un semnal digital este caracteristică nu numai comunicațiilor celulare.

GSM (Global System Mobile) este un standard global pentru comunicațiile mobile digitale, cu împărțirea canalelor în funcție de timp TDMA și frecvență FDMA. Dezvoltat sub auspiciile Institutului European de Standardizare a Telecomunicațiilor (ETSI) la sfârșitul anilor 1980.

GSM oferă suport pentru servicii:

• Transmisia de date GPRS
• Transmisie vocală
• Transmiterea mesajelor scurte prin SMS
• Trimiterea unui fax

În plus, există servicii suplimentare:

• Determinarea numărului
• Redirecționare a apelurilor
• Apel în așteptare și în așteptare
• Apel de conferinta
• Mesageria vocală

Arhitectura rețelei GSM

Să luăm în considerare mai detaliat din ce elemente este construită rețeaua GSM și cum interacționează între ele.

Rețeaua GSM este împărțită în două sisteme: SS (Switching System) - subsistem de comutare, BSS (Base Station System) - sistem de stație de bază. SS îndeplinește funcțiile de gestionare a apelurilor și de stabilire a conexiunilor și este, de asemenea, responsabil pentru implementarea tuturor serviciilor atribuite abonatului. BSS este responsabil pentru funcțiile legate de interfața radio.

SS include:

• MSC (Mobile Switching Center) - nod de comutare al rețelei GSM
• GMSC (Gate MSC) - un comutator care gestionează apelurile din rețele externe
• HLR (Home Location Register) - baza de date a abonaților de acasă
• VLR (Visitor Location Register) - baza de date a abonaților invitați
• AUC (Authentication Cetner) - Centru de autentificare (autentificare abonatului)

BSS include:

• BSC (Base Station Controller) - controler stație de bază
• BTS (Base Transeiver Station) - stație transceiver
• MS (Mobile Station) - stație mobilă

Compoziția subsistemului de comutare SS

MSC îndeplinește funcții de comutare pentru comunicațiile mobile. Acest centru monitorizează toate apelurile primite și ieșite din alte rețele telefonice și de date. Aceste rețele includ PSTN, ISDN, rețele publice de date, rețele corporative, precum și rețele mobile ale altor operatori. Funcțiile de autentificare a abonaților sunt, de asemenea, efectuate în MSC. MSC oferă funcții de direcționare și control al apelurilor. MSC este responsabil pentru funcțiile de comutare. MSC generează datele necesare pentru tarifarea serviciilor de comunicații furnizate de rețea, acumulează date despre convorbirile care au avut loc și le transmite centrului de decontare (centrul de facturare). MSC întocmește, de asemenea, statisticile necesare pentru monitorizarea și optimizarea rețelei. MSC nu numai că participă la controlul apelurilor, dar gestionează și procedurile de înregistrare a locației și de predare.

În sistemul GSM, fiecare operator are o bază de date care conține informații despre toți abonații care aparțin PLMN-ului său. În rețeaua unui operator, logic HLR este unul, dar fizic sunt mulți dintre ei, de atunci aceasta este
baza de date distribuita. Informațiile despre abonat sunt introduse în HLR în momentul înregistrării abonatului (abonatul încheie un contract de servicii) și sunt stocate până când abonatul reziliază contractul și este eliminat din registrul HLR.
Informațiile stocate în HLR includ:

• Identificatori de abonat (numere).
• Servicii suplimentare atribuite abonatului
• Informații despre locația abonatului, exacte la numărul MSC / VLR
• Informații de autentificare a abonaților (tripleți)

HLR poate fi executat ca o funcție încorporată în MSC / VLR sau separat. Dacă capacitatea HLR este epuizată, atunci se poate adăuga un HLR suplimentar. Iar în cazul organizării mai multor HLR, baza de date rămâne unificată – distribuită. Înregistrarea datelor abonatului este întotdeauna singura. Datele stocate în HLR pot fi accesate de către MSC-uri și VLR-uri aparținând altor rețele, ca parte a furnizării de roaming între rețele abonaților.

Baza de date VLR conține informații despre toți abonații de telefonie mobilă aflați în prezent în zona de servicii MSC. Astfel, există un VLR pentru fiecare MSC din rețea. VLR stochează temporar informații de serviciu, astfel încât MSC-ul asociat să poată deservi toți abonații din zona de serviciu a acelui MSC. HLR și VLR stochează informații foarte asemănătoare despre un abonat, dar există unele diferențe care vor fi discutate în capitolele următoare. Când un abonat se deplasează în zona de serviciu a unui nou MSC, VLR-ul conectat la acest MSC solicită informații despre abonat de la HLR care stochează datele abonatului. HLR trimite o copie a informațiilor către VLR și se actualizează cu informațiile despre locație ale abonatului. După ce informațiile sunt actualizate, MS poate face conexiuni de ieșire / de intrare.

Pentru a exclude utilizarea neautorizată a resurselor sistemului de comunicații, sunt introduse mecanisme de autentificare - autentificarea abonatului. AUC - centru de autentificare a abonaților, este format din mai multe blocuri și generează chei de autentificare și criptare (se generează parole). Cu ajutorul acestuia, MSC verifică identitatea abonatului, iar la stabilirea conexiunii, criptarea informațiilor transmise va fi activată pe interfața radio.

Compoziția subsistemului stației de bază BSS

BSC gestionează toate funcțiile legate de operarea canalelor radio în rețeaua GSM. Este un comutator care oferă funcții precum transferul MS, atribuirea canalelor radio și colectarea datelor de configurare a celulei. Fiecare MSC poate controla mai multe BSC-uri.

BTS gestionează interfața radio cu MS. BTS include echipamente radio, cum ar fi transceiver și antene, care sunt necesare pentru a deservi fiecare celulă din rețea. BSC controlează mai multe BTS-uri.

Construcția geografică a rețelelor GSM

Fiecare rețea telefonică are nevoie de o structură specifică pentru a direcționa apelurile către postul dorit și apoi către abonat. Într-o rețea mobilă, această structură este deosebit de importantă, deoarece abonații se deplasează prin rețea, adică își schimbă locația și această locație trebuie monitorizată în mod constant.

În ciuda faptului că celula este unitatea de bază a sistemului de comunicații GSM, este foarte dificil să dai o definiție clară. Este imposibil să asociezi acest termen cu o antenă sau o stație de bază, deoarece există diferiți faguri. Cu toate acestea, o celulă este o zonă geografică care este deservită de una sau mai multe stații de bază și în care funcționează un grup de canale logice de control GSM (canalele în sine vor fi discutate în capitolele următoare). Fiecărei celule i se atribuie un număr unic numit Global Cell Identifier (CGI). Într-o rețea care acoperă, de exemplu, o țară întreagă, numărul de celule poate fi foarte mare.

O zonă de locație (LA) este definită ca un grup de celule în care va fi efectuat un apel către o stație mobilă. Locația abonatului în cadrul rețelei este asociată cu LA în care se află în prezent abonatul. Identificatorul de zonă (LAI) este stocat în VLR. Când MS trece granița dintre două celule aparținând LA-uri diferite, transmite informații despre noul LA către rețea. Acest lucru se întâmplă numai dacă MS este în modul Idle. Informațiile despre noua locație nu sunt transmise în timpul conexiunii stabilite, acest proces va avea loc după încheierea conexiunii. Dacă MS traversează granița dintre celulele din aceeași LA, nu informează rețeaua cu privire la noua sa locație. Când un apel de intrare ajunge la MS, mesajul de paginare este propagat în toate celulele aparținând aceluiași LA.

Zona de serviciu a unui MSC constă dintr-un număr de LA-uri și reprezintă porțiunea geografică a rețelei aflată sub controlul unui MSC. Pentru a direcționa un apel către MS, sunt necesare și informațiile despre zona de serviciu MSC, astfel încât zona de serviciu este de asemenea urmărită și înregistrată într-o bază de date (HLR).

Zona de serviciu PLMN este o colecție de celule deservite de un operator și este definită ca zona în care operatorul oferă abonatului acoperire radio și acces la rețeaua acestuia. Orice țară poate avea mai multe PLMN, câte unul pentru fiecare operator. Definiția roamingului este utilizată atunci când un MS se mută dintr-o zonă de serviciu PLMN în alta. Așa-numitul roaming în interiorul rețelei este o schimbare MSC/VLR.

Zona de servicii GSM este întreaga zonă geografică în care un abonat poate accesa rețeaua GSM. Acoperirea GSM se extinde pe măsură ce noii operatori semnează contracte pentru a lucra împreună pentru a deservi abonații. În prezent, zona de servicii GSM acoperă, cu unele intervale, multe țări din Irlanda până în Australia și din Africa de Sud până în America.

Roaming internațional este termenul folosit atunci când un stat membru se mută de la un PLMN național la altul PLMN național.

Planul de frecvențe GSM

GSM include mai multe game de frecvențe, cele mai comune: 900, 1800, 1900 MHz. Inițial, banda de 900 MHz a fost alocată standardului GSM. În prezent, această gamă rămâne la nivel mondial. În unele țări, benzile de frecvență extinse sunt utilizate pentru a oferi o capacitate mai mare a rețelei. Benzile de frecvență extinse se numesc E-GSM și R-GSM, în timp ce banda obișnuită se numește P-GSM (primară).

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

În 1990, pentru a crește competiția între operatori, Marea Britanie a început să dezvolte o nouă versiune de GSM, care este adaptată la gama de frecvențe 1800. Imediat după aprobarea acestei game, mai multe țări au solicitat utilizarea acestui interval de frecvență. Introducerea acestei game a sporit creșterea numărului de operatori, ducând la creșterea concurenței și, în consecință, la o îmbunătățire a calității.
serviciu. Utilizarea acestei game vă permite să creșteți capacitatea rețelei prin creșterea lățimii de bandă și, în consecință, creșterea numărului de transportatori. Banda de frecvență 1800 folosește următoarele benzi de frecvență: GSM 1710-1805 / 1785-1880 MHz. Până în 1997, standardul 1800 se numea Digital Cellular System (DCS) 1800 MHz, acum se numește GSM 1800.

În 1995, conceptul de PCS (Personal Cellular System) a fost specificat în SUA. Ideea principală a acestui concept este capacitatea de a oferi comunicare personală, adică comunicare între doi abonați și nu între două stații mobile. PCS nu necesită implementarea acestor servicii folosind tehnologia celulară, dar această tehnologie este în prezent recunoscută ca fiind cea mai eficientă pentru acest concept. Frecvențele disponibile pentru implementarea PCS sunt în regiunea 1900 MHz. Deoarece GSM 900 nu poate fi utilizat în America de Nord din cauza faptului că această bandă de frecvență este ocupată de un alt standard, GSM 1900 este o oportunitate de a umple acest gol. Principala diferență între standardul american GSM 1900 și GSM 900 este că GSM 1900 acceptă semnalizarea ANSI.

În mod tradițional, banda de 800 MHz a fost ocupată de standardul TDMA din SUA (AMPS și D-AMPS). Ca și în cazul standardului GSM 1800, acest standard face posibilă obținerea de licențe suplimentare, adică extinde domeniul de aplicare al standardului pe rețelele naționale, oferind operatorilor o capacitate suplimentară.

rețele GSM. Vedere din interior.

Un pic de istorie

În zorii dezvoltării comunicațiilor mobile (și nu cu mult timp în urmă - la începutul anilor optzeci), Europa era acoperită cu rețele analogice de diferite standarde - Scandinavia și-a dezvoltat sistemele, Marea Britanie și-a dezvoltat propriile sale ... Acum este greu de spus cine a inițiat revoluția care a urmat foarte curând – „top” forma producătorilor de echipamente, nevoiți să-și dezvolte propriile dispozitive pentru fiecare rețea, sau „clasele inferioare” ca utilizatori, nemulțumiți de gama limitată a telefonului lor. Într-un fel sau altul, în 1982, Comisia Europeană pentru Telecomunicații (CEPT) a creat un grup special pentru a dezvolta un sistem fundamental de comunicații mobile pan-europene. Principalele cerințe pentru noul standard au fost: utilizarea eficientă a spectrului de frecvențe, posibilitatea de roaming automat, calitatea îmbunătățită a vocii și protecția împotriva accesului neautorizat în comparație cu tehnologiile anterioare, precum și, evident, compatibilitatea cu alte sisteme de comunicații existente (inclusiv cu fir) etc.

Fructul muncii asidue a multor oameni din diferite țări (ca să fiu sincer, chiar mi-e frică să-mi imaginez cantitatea de muncă pe care au făcut-o!) A fost specificația unei rețele de comunicații mobile paneuropene, prezentată în 1990, numită Sistem global pentru comunicații mobile sau doar GSM. Și apoi totul a fulgerat ca un caleidoscop - primul operator GSM a primit abonați în 1991, la începutul anului 1994 rețelele bazate pe standardul în cauză aveau deja 1,3 milioane de abonați, iar până la sfârșitul anului 1995 numărul acestora crescuse la 10 milioane! Într-adevăr, „GSM walks the planet” – în prezent, aproximativ 200 de milioane de oameni au telefoane de acest standard, iar rețelele GSM pot fi găsite în toată lumea.

Să încercăm să ne dăm seama cum sunt organizate rețelele GSM și pe ce principii. Trebuie să spun imediat că sarcina nu este ușoară, totuși, credeți-mă - ca urmare, ne vom bucura de frumusețea soluțiilor tehnice utilizate în acest sistem de comunicare.

Două aspecte foarte importante vor rămâne în afara domeniului de examinare: în primul rând, diviziunea timp-frecvență a canalelor (vă puteți familiariza cu aceasta) și, în al doilea rând, sistemele de criptare și protecție pentru vorbirea transmisă (acesta este un subiect atât de specific și extins încât, probabil, în viitor îi va fi dedicat un material separat).

Principalele părți ale sistemului GSM, scopul lor și interacțiunea între ele.

Să începem cu cea mai dificilă și, poate, plictisitoare - luarea în considerare a scheletului (sau, așa cum se spune la departamentul militar al Alma Mater, diagrame bloc) rețelei. Când descriu, voi respecta abrevierile în limba engleză acceptate în întreaga lume, desigur, oferindu-le în același timp o interpretare în limba rusă.

Aruncă o privire la fig. 1:

Fig. 1 Arhitectura simplificată a rețelei GSM.

Cea mai simplă parte a diagramei structurale - un telefon portabil, constă din două părți: „tubul” în sine - IU(Echipament mobil - dispozitiv mobil) și carduri inteligente SIM (Subscriber Identity Module - modul de identificare abonat) obținut la încheierea unui contract cu un operator. Așa cum orice mașină are un număr unic de caroserie, un telefon mobil are propriul său număr - IMEI(International Mobile Equipment Identity - identificatorul internațional al unui dispozitiv mobil), care poate fi transmis în rețea la cererea acesteia (mai detaliat despre IMEI poate fi aflat). SIM , la rândul său, conține așa-numitul IMSI(Identitatea abonatului mobil internațional). Presupun că diferența dintre IMEIși IMSI clar - IMEI corespunde unui anumit telefon și IMSI- unui anumit abonat.

„Sistemul nervos central” al rețelei este NSS(Subsistem de rețea și comutare - un subsistem de rețea și comutare), iar componenta care îndeplinește funcțiile „creierului” se numește MSC(Centrul de comutare a serviciilor mobile). Acesta din urmă este degeaba numit (uneori aspirat) „tablou de distribuție”, și de asemenea, în caz de probleme de comunicare, este învinuit pentru toate păcatele de moarte. MSC poate fi mai mult de unul în rețea (în acest caz, analogia cu sistemele computerizate cu multiprocesor este foarte potrivită) - de exemplu, la momentul scrierii acestui articol, operatorul din Moscova Beeline implementa un al doilea comutator (produs de Alcatel). MSC se ocupă de rutarea apelurilor, generarea de date pentru sistemul de facturare, gestionează multe proceduri - este mai ușor să spui ce NU este responsabilitatea comutatorului decât să enumerați toate funcțiile acestuia.

Următoarele componente de rețea cele mai importante, incluse și în NSS, as suna HLR(Registrul locației de acasă - registrul abonaților proprii) și VLR(Registrul locației vizitatorilor - registrul mișcărilor). Fiți atenți la aceste părți, pe viitor le vom aminti adesea. HLR, în linii mari, este o bază de date a tuturor abonaților care au încheiat un contract cu rețeaua în cauză. Stochează informații despre numerele de utilizator (numerele înseamnă, în primul rând, cele de mai sus IMSI iar în al doilea rând, așa-numitul MSISDN- ISDN abonat mobil, de ex. numărul de telefon în sensul său obișnuit), o listă de servicii disponibile și multe altele - în continuare, parametrii aflați în HLR.

Spre deosebire de HLR, care este unul în sistem, VLR Pot fi mai multe - fiecare dintre ele controlează propria parte a rețelei. V VLR conține date despre abonații care se află pe teritoriul lui (și numai al lui!) (și nu sunt deserviți doar abonații acestora, ci și roamerii înregistrați în rețea). De îndată ce utilizatorul părăsește gama unora VLR, informațiile despre acesta sunt copiate într-unul nou VLR, și este eliminat din cel vechi. De fapt, între ceea ce este despre abonatul în VLR si in HLR, există multe în comun - uitați-vă la tabele pentru o listă de date de abonați pe termen lung (Tabelul 1) și temporare (Tabelele 2 și 3) stocate în aceste registre. Încă o dată atrag atenția cititorului asupra diferenței fundamentale HLR din VLR: primul conține informații despre toți abonații rețelei, indiferent de locația lor, iar al doilea conține date numai despre cei care sunt subordonați acesteia VLR teritoriu. V HLR pentru fiecare abonat, există întotdeauna un link către acesta VLR, care lucrează în prezent cu el (abonatul) (în același timp VLR poate aparține rețelei altcuiva, situată, de exemplu, la celălalt capăt al Pământului).

1.	Număr internațional de identificare a abonatului ( IMSI)
2.	Numărul de telefon al abonatului în sensul obișnuit ( MSISDN)
3.	Categoria stației mobile
4.	Cheia de identificare a abonatului ( Ki)
5.	Tipuri de prestare cu servicii suplimentare
6.	Indexul grupului de utilizatori închis
7.	Cod de blocare a grupului de utilizatori închis
8.	Compoziția principalelor apeluri care pot fi transferate
9.	Anunțul apelantului
10.	Identificarea numărului părții apelate
11.	Programa
12.	Anunțul abonatului apelat
13.	Controlul semnalizării la conectarea abonaților
14.	Caracteristicile grupului de utilizatori închis
15.	Beneficiile grupului de utilizatori închis
16.	Apeluri efectuate interzise într-un grup închis de utilizatori
17.	Numărul maxim de abonați
18.	Parolele folosite
19.	Clasa de acces prioritar

Tabelul 1. Compoziția completă a datelor pe termen lung stocate în HLRși VLR.

1.	Opțiuni de autentificare și criptare
2.	Număr de mobil temporar ( TMSI)
3.	Adresa registrului de circulație în care se află abonatul ( VLR)
4.	Zonele de mișcare ale stației mobile
5.	Numărul de celulă în timpul predării
6.	Starea de înregistrare
7.	Fără temporizator de răspuns
8.	Compoziția parolelor utilizate în prezent
9.	Activitate de comunicare

Tabelul 2. Compoziția completă a datelor temporare stocate în HLR.

Tabelul 3. Compoziția completă a datelor temporare stocate în VLR.

NSS mai conține două componente - AuC(Centrul de autentificare) și EIR(Registrul de identitate a echipamentului). Primul bloc este folosit pentru procedurile de autentificare a abonaților, iar al doilea, după cum sugerează și numele, este responsabil pentru a permite doar telefoanelor mobile autorizate să funcționeze în rețea. Funcționarea acestor sisteme va fi discutată în detaliu în secțiunea următoare despre înregistrarea abonaților în rețea.

Executivul, ca să spunem așa, o parte a rețelei celulare este BSS(Base Station Subsystem - subsistemul stației de bază). Dacă continuăm analogia cu corpul uman, atunci acest subsistem poate fi numit membre ale corpului. BSS este format din mai multe „brațe” și „picioare” - Bsc(Base Station Controller - controler stație de bază), precum și multe „degete” - Bts(Base Transceiver Station - stație de bază). Stațiile de bază pot fi observate peste tot - în orașe, câmpuri (aproape am spus „și râuri”) - de fapt, ele sunt doar dispozitive care transmit și primesc care conțin de la unul la șaisprezece emițători. Fiecare Bsc controlează întregul grup Btsși este responsabil pentru gestionarea și alocarea canalelor, nivelurile de putere a stației de bază și altele asemenea. Obișnuit Bsc nu există unul în rețea, ci un întreg set (există sute de stații de bază în general).

Rețeaua este gestionată și coordonată folosind OSS (subsistemul de operare și suport). OSS este format din tot felul de servicii și sisteme care controlează munca și traficul - pentru a nu supraîncărca cititorul cu informații, munca OSS nu va fi luată în considerare mai jos.

Înregistrare în rețea.

De fiecare dată când telefonul este pornit după selectarea unei rețele, începe procedura de înregistrare. Să luăm în considerare cel mai general caz - înregistrarea nu acasă, ci în rețeaua altcuiva, așa-numitul invitat (vom presupune că abonatul are permisiunea de a roaming).

Lasă rețeaua să fie găsită. La cererea rețelei, telefonul transmite IMSI abonat. IMSIîncepe cu codul de țară al „acasă” proprietarului său, urmat de numerele care definesc rețeaua de domiciliu și numai apoi - numărul unic al unui anumit abonat. De exemplu, începe IMSI 25099... corespunde operatorului rus Beeline. (250-Rusia, 99 - Beeline). După număr IMSI VLR rețeaua de oaspeți identifică rețeaua de domiciliu și se asociază cu aceasta HLR... Acesta din urmă transmite toate informațiile necesare despre abonat către VLR, care a făcut cererea și postează un link către aceasta VLR, pentru ca, la nevoie, să știe „unde să caute” abonatul.

Procesul de determinare a autenticității abonatului este foarte interesant. La înregistrare AuC rețeaua de domiciliu generează un număr aleator de 128 de biți - RAND, trimis către telefon. Interior SIM cu o cheie Ki(cheie de identificare - precum și IMSI, este cuprins în SIM) și algoritmul de identificare A3, se calculează un răspuns de 32 de biți - SRES(REZULTAT semnat) prin formula SRES = Ki * RAND. Exact aceleași calcule se fac simultan în AuC(conform selecției HLR Ki utilizator). Dacă SRES calculat în telefon se va potrivi SRES calculat AuC, atunci procesul de autorizare este considerat reușit și abonatul este atribuit TMSI(Identitatea temporară a abonatului mobil). TMSI servește exclusiv pentru îmbunătățirea securității interacțiunii abonatului cu rețeaua și se poate modifica din când în când (inclusiv la schimbarea VLR).

Teoretic, în timpul înregistrării, ar trebui transmis și numărul IMEI, dar am mari îndoieli cu privire la faptul că operatorii de la Moscova urmăresc IMEI telefoane folosite de abonați. Să luăm în considerare un fel de rețea „ideală” care funcționează așa cum a fost concepută de creatorii GSM. Deci, la primire IMEI rețea, se duce la EIR, unde este comparat cu așa-numitele „liste” de numere. Lista albă conține numerele de telefoane autorizate, lista neagră este formată din IMEI telefoane, furate sau din orice alt motiv neaprobate pentru utilizare și, în sfârșit, o listă gri - „tuburi” cu probleme, a căror activitate este rezolvată de sistem, dar care sunt monitorizate constant.

După procedura de identificare și interacțiune a oaspetelui VLR cu casa HLR este pornit contorul de timp, care stabilește momentul reînregistrării în absența oricăror sesiuni de comunicare. De obicei, perioada de înregistrare obligatorie este de câteva ore. Reînregistrarea este necesară pentru ca rețeaua să primească confirmarea că telefonul se află încă în zona de acoperire. Faptul este că, în modul de așteptare, „tubul” monitorizează doar semnalele transmise de rețea, dar nu emite nimic în sine - procesul de transmisie începe numai dacă se stabilește o conexiune, precum și în timpul mișcărilor semnificative față de rețea ( acest lucru va fi discutat în detaliu mai jos) - în astfel de cazuri În unele cazuri, este repornită cronometrul care numără invers până la următoarea reînregistrare. Prin urmare, dacă telefonul „cade” din rețea (de exemplu, bateria a fost deconectată sau proprietarul dispozitivului a intrat în metrou fără a opri telefonul), sistemul nu va ști despre asta.

Toți utilizatorii sunt împărțiți aleatoriu în 10 clase de acces egal (cu numere de la 0 la 9). În plus, există mai multe clase speciale cu numere de la 11 la 15 (diverse tipuri de servicii de urgență și de urgență, personal de rețea). Informațiile despre clasa de acces sunt stocate în SIM... O clasă specială de acces, a 10-a, vă permite să efectuați apeluri de urgență (la 112) dacă utilizatorul nu aparține vreunei clase permise sau nu are IMSI (SIM). În caz de urgență sau congestionare a rețelei, unor clase li se poate refuza temporar accesul la rețea.

Împărțirea teritorială a rețelei și predea.

După cum am menționat deja, rețeaua este formată din multe Bts- stații de bază (una Bts- o „celulă”, celulă). Pentru a simplifica funcționarea sistemului și a reduce traficul aerian, Bts combinate în grupuri - domenii numite LA(Zona de locație). Fiecare LA se potrivește cu codul dvs LAI(Identitatea zonei de locație). unu VLR poate controla mai multe LA... Și exact LAI se potrivește în VLR pentru a seta locația abonatului mobil. Dacă este necesar, este potrivit LA(și nu într-o celulă separată, rețineți) un abonat va fi căutat. Când un abonat trece de la o celulă la alta în cadrul uneia LA reînregistrarea și schimbarea înregistrărilor în VLR/HLR nu este produs, dar merită (abonatul) să intre pe teritoriul altuia LA modul în care telefonul va începe să interacționeze cu rețeaua. Fiecare utilizator, probabil, de mai multe ori a trebuit să audă interferențe periodice (cum ar fi grunt-grunt - grunt-grunt - grunt-grunt :-)) în sistemul muzical al mașinii sale de la un telefon în modul de așteptare - aceasta este adesea o consecință a reînregistrării la trecerea frontierelor LA... La schimbare LA vechiul prefix este șters din VLRși este înlocuit cu unul nou LAI dacă următorul LA controlat de altul VLR, atunci va fi o schimbare VLRși actualizarea intrării în HLR.

În general, împărțirea unei rețele în LA o problemă de inginerie destul de dificilă, care este rezolvată individual la construirea fiecărei rețele. Prea mic LA va duce la reînregistrări frecvente ale telefoanelor și, ca urmare, la o creștere a traficului de semnale de serviciu de diferite tipuri și o descărcare mai rapidă a bateriilor telefoanelor mobile. Dacă faci LA mare, atunci, dacă este necesară conectarea cu abonatul, semnalul de apel va trebui trimis către toate celulele incluse în LA, ceea ce duce, de asemenea, la o creștere nejustificată a transmiterii informațiilor de serviciu și la supraîncărcarea canalelor interne ale rețelei.

Acum să ne uităm la un algoritm foarte frumos al așa-numitului predea`ra (acest nume a fost dat schimbării canalului folosit în timpul procesului de conectare). În timpul unei conversații pe un telefon mobil din mai multe motive (înlăturarea „receptorului” de la stația de bază, interferență cu mai multe fascicule, deplasarea abonatului în zona așa-numitei umbre etc.), semnalul rezistența (și calitatea) se poate deteriora. În acest caz, va avea loc o comutare la canal (poate altul Bts) cu o calitate mai bună a semnalului fără a întrerupe conexiunea curentă (voi adăuga - nici abonatul însuși și nici interlocutorul său, de regulă, nu observă ce s-a întâmplat predea`a). Predările sunt de obicei împărțite în patru tipuri:

• schimbarea canalelor într-o stație de bază
• schimbarea canalului unei stații de bază cu canalul altei stații, dar sub patronajul acesteia Bsc.
• comutarea canalelor între stațiile de bază controlate de diferite Bsc dar unul MSC
• comutarea canalelor între stațiile de bază, pentru care nu numai diferite Bsc, dar deasemenea MSC.

În general, ținând predea`a - sarcină MSC... Dar în primele două cazuri, numite interne predea`s, pentru a reduce sarcina pe comutatorul și liniile de serviciu, procesul de schimbare a canalului este controlat Bsc, A MSC informat doar despre ceea ce s-a întâmplat.

În timpul unui apel, telefonul mobil monitorizează în mod constant puterea semnalului din vecinătate Bts(lista de canale (până la 16) care trebuie monitorizate este setată de stația de bază). Pe baza acestor măsurători, sunt selectați șase cei mai buni candidați, date despre care sunt transmise în mod constant (cel puțin o dată pe secundă). Bscși MSC pentru a organiza o eventuală comutare. Există două scheme principale predea`a:

• „Modul de comutare minimă” (performanță minimă acceptabilă). În acest caz, atunci când calitatea comunicării se deteriorează, telefonul mobil crește puterea emițătorului său cât mai mult posibil. Dacă, în ciuda creșterii nivelului semnalului, conexiunea nu se îmbunătățește (sau puterea a atins maximul), atunci predea.
• „Modul de economisire a energiei” (bugetul de energie). În acest caz, puterea de transmisie a telefonului mobil rămâne neschimbată, iar în caz de deteriorare a calității, canalul de comunicare se schimbă ( predea).

Este interesant că nu doar un telefon mobil poate iniția o schimbare de canal, ci și MSC, de exemplu, pentru a distribui mai bine traficul.

Dirijarea apelurilor.

Acum să vorbim despre cum sunt direcționate apelurile primite către un telefon mobil. Ca și înainte, vom lua în considerare cel mai frecvent caz când abonatul se află în aria de acoperire a rețelei de oaspeți, înregistrarea a avut succes și telefonul este în modul de așteptare.

La primirea unei cereri (Fig. 2) pentru o conexiune de la un sistem telefonic cu fir (sau alt sistem celular) la MSC rețeaua de domiciliu (apelul „găsește” centrala necesară după numărul format al abonatului mobil MSISDN care contine tara si codul de retea).

Fig.2 Interacțiunea principalelor blocuri ale rețelei la sosirea unui apel.

MSC trimite la HLR cameră ( MSISDN) abonat. HLR, la rândul său, face o cerere către VLR rețeaua de oaspeți în care se află abonatul. VLR evidențiază una dintre cele disponibile MSRN(Mobile Station Roaming Number - numărul stației mobile în roaming). Ideologia numirii MSRN foarte asemănătoare cu atribuirea dinamică a adreselor IP pentru accesul dial-up la Internet prin modem. HLR rețeaua de domiciliu primește de la VLR atribuit abonatului MSRNși însoțindu-l IMSI utilizator, transmite către comutatorul rețelei de domiciliu. Etapa finală în stabilirea unui apel este direcționarea apelului, urmată de IMSIși MSRN, către comutatorul de rețea invitat, care generează un semnal special transmis prin PAGCH(Canal PAGer - canal de apel) pe tot parcursul LA unde este abonatul.

Dirijarea apelurilor de ieșire nu este nimic nou și interesant din punct de vedere ideologic. Voi da doar câteva dintre semnalele de diagnosticare (Tabelul 4) care indică imposibilitatea stabilirii unei conexiuni și pe care utilizatorul le poate primi ca răspuns la o încercare de a stabili o conexiune.

Tabelul 4. Principalele semnale de diagnosticare despre eroarea de stabilire a conexiunii.

Concluzie

Desigur, nimic în lume nu este perfect. Sistemele celulare GSM discutate mai sus nu fac excepție. Numărul limitat de canale creează probleme în centrele de afaceri ale megalopolelor (și recent, marcate de o creștere rapidă a bazei de abonați și la periferia acestora) - pentru a efectua un apel, de multe ori trebuie să așteptați ca sistemul să fie încărcat. scădea. Scăzută, după standardele moderne, rata de transfer de date (9600 bps) nu permite trimiterea de fișiere mari, ca să nu mai vorbim de materiale video. Iar posibilitățile de roaming nu sunt atât de nesfârșite - America și Japonia își dezvoltă propriile sisteme de comunicații digitale fără fir, incompatibile cu GSM.

Desigur, este prea devreme să spunem că zilele GSM sunt numărate, dar nu se poate să nu sesizeze apariția la orizont a așa-zisului 3G- sisteme care întruchipează începutul unei noi ere în dezvoltarea telefoniei celulare și sunt lipsite de dezavantajele enumerate. Cum vreau să privesc câțiva ani înainte și să văd ce oportunități avem cu toții din noile tehnologii! Cu toate acestea, nu este atât de mult de așteptat - începerea funcționării comerciale a primei rețele de a treia generație este programată pentru începutul anului 2001 ... Dar ce soartă îi rezervă noilor sisteme - creștere explozivă, cum ar fi GSM, sau ruină și distrugere, ca Iridium, timpul va spune...