Функционирование элементов системы

Стандарты GSM.

Системы сотовой радиосвязи формируются ячейками по форме напоминающими пчелиные соты. Каждая из ячеек обслуживается своим передатчиком с невысокой выходной мощностью и ограниченным числом каналов связи. Это позволяет без помех использовать повторно частоты каналов этого передатчика в другой ячейке, удаленной на значительное расстояние. Пример построения сот при использовании трех частот F1 - F3 представлен на рис.2.1.

Рисунок 3.1 – Построение сот для трех частот

Группа сот с различными наборами частот называется кластером. Определяющим его параметром является количество используемых в соседних сотах частот. На рис.3.1, например, размерность кластера равна трем. Но на практике это число может достигать пятнадцати.

Cтандарт GSM на цифровую общеевропейскую (глобальную) сотовую систему наземной подвижной связи предусматривает работу передатчиков в двух диапазонах частот: 890-915 МГц (для передатчиков подвижных станций - MS), 935-960 МГц (для передатчиков базовых станций - BTS) В стандарте GSM используется узкополосный многостанционный доступ с временным разделением каналов (ТDМА).

В стандарте GSM выбрана гауссовская частотная манипуляция с минимальным частотным сдвигом (GMSK). Обработка речи осуществляется в рамках принятой системы прерывистой передачи речи, которая обеспечивает включение передатчика только при наличии речевого сигнала и отключение передатчика в паузах и в конце разговора. В целом система связи предоставляет пользователям подключаться к телефонным сетям общего пользования (PSTN), сетям передачи данных (PDN) и цифровым сетям с интеграцией служб (ISDN). Основные характеристики стандарта GSM представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Основные характеристики стандарта GSM

Частоты передачи подвижной станции приема базовой станции, МГц	890-915
Частоты приема подвижной станции и передачи базовой станции, МГц	935-960
Дуплексный разнос частот приема и передачи, МГц
Скорость передачи сообщений в радиоканале, кбит/с	270, 833
Ширина полосы канала связи, кГц
Максимальное количество каналов связи
Максимальное количество каналов, организуемых в базовой станции	16-20
Вид модуляции	GMSK
Количество скачков по частоте в секунду
Максимальный радиус соты, км	до 35
Схема организации каналов комбинированная TDMA/FDMA

Функциональное построение и интерфейсы, принятые в стандарте GSM, иллюстрируются структурной схемой рис.3.2, на которой MSC (Mobile Switching Centre) - центр коммутации подвижной связи; BSS (Base Station System) - оборудование базовой станции; ОМС (Operations and Maintenance Centre) - центр управления и обслуживания; MS (Mobile Stations) - подвижные станции. Функциональное сопряжение элементов системы осуществляется рядом интерфейсов. Центр коммутации подвижной связи обслуживает группу сот и обеспечивает все виды соединений, в которых нуждается в процессе работы подвижная станция. MSC представляет собой интерфейс между фиксированными сетями (PSTN, PDN, ISDN и т.д.) и сетью подвижной связи. Он обеспечивает маршрутизацию вызовов и функции управления вызовами. Кроме выполнения функций обычной ISDN коммутационной станции, на MSC возлагаются функции коммутации радиоканалов. К ним относятся "эстафетная передача", в процессе которой достигается непрерывность связи при перемещении подвижной станции из соты в соту, и переключение

Рис. 3.2 – Структурная схема сотовой системы стандарта GSM

рабочих каналов в соте при появлении помех или неисправностях. MSC управляет процедурами установления вызова и маршрутизации. MSC формирует данные, необходимые для выписки счетов за предоставленные сетью услуги связи, накапливает данные по состоявшимся разговорам и передает их в центр расчетов (биллинг-центр). MSC составляет также статистические данные, необходимые для контроля работы и оптимизации сети. MSC поддерживает также процедуры безопасности, применяемые для управления доступами к радиоканалам. MSC не только участвует в управлении вызовами, но также управляет процедурами регистрации местоположения и передачи управления, кроме передачи управления в подсистеме базовых станций (BSS). Процедура передачи вызова позволяет сохранять соединения и обеспечивать ведение разговора, когда подвижная станция перемещается из одной зоны обслуживания в другую. Передача вызовов в сотах, управляемых одним контроллером базовых станций (BSC), осуществляется этим BSC. Когда передача вызовов осуществляется между двумя сетями, управляемыми разными BSC, то первичное управление осуществляется в MSC. Центр коммутации осуществляет постоянное слежение за подвижными станциями, используя регистры положения (HLR) и перемещения (VLR). Функциональное сопряжение элементов системы осуществляется рядом интерфейсов. Практически HLR представляет собой справочную базу данных о постоянно прописанных в сети абонентах. К данным, содержащимся в HLR, имеют дистанционный доступ все MSC и VLR сети и, если в сети имеются несколько HLR, в базе данных содержится только одна запись об абоненте, поэтому каждый HLR представляет собой определенную часть общей базы данных сети об абонентах. Второе основное устройство, обеспечивающее контроль за передвижением

подвижной станции из зоны в зону, - регистр перемещения VLR. С его помощью достигается функционирование подвижной станции за пределами зоны, контролируемой HLR. Когда в

процессе перемещения подвижная станция переходит из зоны действия одного контроллера базовой станции BSC, объединяющего группу базовых станций, в зону действия другого BSC, она регистрируется новым BSC, и в VLR заносится информация о номере области связи, которая обеспечит доставку вызовов подвижной станции. находится в зоне, контролируемой VLR.

В сети подвижной связи GSM соты группируются в географические зоны (LA), которым присваивается свой идентификационный номер (LAC). Каждый VLR содержит данные об абонентах в нескольких LA. Когда подвижный абонент перемещается из одной LA в другую, данные о его местоположении автоматически обновляются в VLR., который обеспечивает также присвоение номера "блуждающей" подвижной станции (MSRN). Для исключения несанкционированного использования ресурсов системы связи вводятся механизмы аутентификации - удостоверения подлинности абонента.

Центр аутентификации состоит из нескольких блоков и формирует ключи и алгоритмы аутентификации. С его помощью проверяются полномочия абонента и осуществляется его доступ к сети связи. Каждый подвижный абонент на время пользования системой связи получает стандартный модуль подлинности абонента (SIM), который содержит: международный идентификационный номер (IMSI), свой индивидуальный ключ аутентификации (Ki), алгоритм аутентификации. EIR - регистр идентификации оборудования, содержит централизованную базу данных для подтверждения подлинности международного идентификационного номера оборудования подвижной станции (1МЕ1). Эта база данных относится исключительно к оборудованию подвижной станции. База данных EIR состоит из списков номеров 1МЕ1.

IWF - межсетевой функциональный стык, является одной из составных частей MSC. Он обеспечивает абонентам доступ к средствам преобразования протокола и скорости передачи данных так, чтобы можно было передавать их между его терминальным оборудованием (DIE) сети GSM и обычным терминальным оборудованием фиксированной сети. ЕС – эхо подавитель, используется в MSC со стороны PSTN для всех телефонных каналов (независимо от их протяженности) из-за физических задержек в трактах распространения, включая радиоканал, сетей GSM.

Типовой эхо подавитель может обеспечивать подавление в интервале 68 миллисекунд на участке между выходом ЕС и телефоном фиксированной телефонной сети. Общая задержка в канале GSM при распространении в прямом и обратном направлениях, вызванная обработкой сигнала, кодированием/декодированием речи, канальным кодированием и т.д., составляет около 180 мс. Эта задержка была бы незаметна подвижному абоненту, если бы в телефонный канал не был включен гибридный трансформатор с преобразованием тракта с двухпроводного на четырехпроводный режим, установка которого необходима в MSC, так как стандартное соединение с PSTN является двухпроводным.

При соединении двух абонентов фиксированной сети эхо-сигналы отсутствуют. ОМС - центр эксплуатации и технического обслуживания, является центральным элементом сети GSM, который обеспечивает контроль и управление другими компонентами сети и контроль качества ее работы.

Основная литература: 1осн[362-386],

Дополнительная литература: 7доп[5-13], 10доп[7-11], 11доп[5-10]. 12доп[3-47],

Контрольные вопросы

1. Почему система подвижной связи на базе ячеек называется сотовой?

2. Можно ли одну и туже частоту использовать в соседних ячейках?

1. Начертите простейшую схему зоны обслуживания сотовой сети подвижной связи и зону обслуживания одной соты.
2. Рассчитайте количество сот, если радиус сотовой сети R, а А-радиус одной соты.
3. Нарисуйте архитектуру сотовой сети.

Дата добавления: 2014-11-08