Файл: Тематический план Темы лекций Классификация тс. Телевещание. Системы персонального вызова, стандарты pocsag, ermes, flex. Транкинговые (зоновые) системы связи.doc

В процессе скачков по частоте постоянно сохраняется разнос 45 МГц между каналами приема и передачи. Всем активным абонентам, находящимся в одной соте, ставятся в соответствие непересекающиеся последовательности переключения частот, что исключает взаимные помехи при приеме сообщений абонентами. Параметры последовательности переключений частот (частотно-временная матрица и начальная частота) назначаются для каждой подвижной станции в процессе установления канала связи.

Рисунок 3.16 - Принципы формирования медленных скачков по частоте

Шифрование

Далее сигнал подвергается шифрованию сообщения по алгоритму шифрования с открытым ключом (RSA) для обеспечения безопасности передачи сообщений.

Алгоритм шифрования с открытым ключом RSA заключается в том, что каждое сообщение М разбивается на блоки фиксированной длины, и каждый блок кодируется как совокупность фиксированного числа цифр. Такой алгоритм обеспечивает высокую степень безопасности при передаче речи и исключает возможность извлечения информации из канала связи кому-либо, кроме санкционированного пользователя. На приеме сообщение расшифровывается в дешифраторе.

Алгоритм ключа шифрования хранится в модуле SIM.

Гауссовская частотная манипуляция (GMSK)

В стандарте GSM выбрана гауссовская частотная манипуляция с минимальным частотным сдвигом – GMSK. Индекс модуляции 0,3. GMSK представляет собой двоичную ЧМ с двумя соответствующими сигналу частотами, выбранными таким образом, чтобы на одном тактовом интервале между двумя частотами имелся фазовый сдвиг на 90°. Этот процесс показан на рисунках 3.17, 3.18.

Рисунок 3.17 - Принцип формирования GMSK-сигнала

Рисунок 3.18 – Формирование GMSK-сигнала
Модуляцию GMSK характеризуют следующие свойства:

постоянная по уровню огибающая, позволяющая использовать передающие устройства с усилителями мощность класса С;
узкий спектр на выходе усилителя мощности передающего устройства обеспечивающий низкий уровень внеполосного излучения;
хорошая помехоустойчивость канала связи.

Структурная схема сети стандарта GSM

Оборудование сетей GSM (рисунок 3.19) включает в себя: подвижные радиотелефоны, базовые станции, цифровые коммутаторы, центр управления и обслуживания, дополнительные подсистемы и устройства. Функциональное сопряжение элементов системы осуществляется с помощью ряда интерфейсов.

В рамках стандарта GSM приняты пять классов мобильных станций: от модели 1-го класса с выходной мощностью до 20 Вт, устанавливаемой на транспортных средствах, до модели 5-ro класса с максимальной выходной мощностью до 0,8 Вт (таблице 3.3). При передаче сообщений предусматривается адаптивная регулировка мощности передатчика, обеспечивающая требуемое качество связи. Подвижная и базовые станции независимы друг от друга.
Таблица 3.3 - Классификация подвижных станций

Класс модели	Максимальная мощность передатчика, Вт	Допустимые отклонения, дБ
1	20	1,5
2	8	1,5
3	5	1,5
4	2	1,5
5	0,8	1,5

Каждая подвижная станция имеет свой международный идентификационный номер (IMSI), записанный в ее памяти. Такой подход позволяет устанавливать радиотелефоны, например, в автомобилях, сдаваемых напрокат.

Каждой подвижной станции присваивается еще один международный идентификационный номер IMEI, который используется для исключения доступа к сетям GSM с помощью похищенной станции или станции, не обладающей такими полномочиями.

Оборудование подсистемы базовых станций состоит из контроллера базовых станций BSC и собственно базовых станций BTS. Один контроллер может управлять несколькими станциями. Он выполняет следующие функции: управляет распределением радиоканалов; контролирует соединения и регулирует их очередность; обеспечивает режим работы с «прыгающей» частотой, модуляцию и демодуляцию сигналов, кодирование и декодирование сообщений, кодирование речи, адаптацию скорости передачи речи, данных и сигналов вызова; определяет очередность передачи сообщений персонального вызова.

Оборудование подсистемы коммутации состоит из центра коммутации подвижной связи MSC, регистра положения HLR, регистра перемещения VLR, центра аутентификации AUC и регистра идентификации оборудования EIR. Центр коммутации подвижной связи обслуживает группу сот и обеспечивает все виды соединений, в которых нуждается подвижная станция в процессе своей работы. Он представляет собой интерфейс между сетью подвижной связи и фиксированными сетями, такими как телефонная сеть общего пользования PSTN, сети пакетной передачи PDN, цифровые сети с интеграцией служб ISDN, и обеспечивает маршрутизацию вызовов и функцию управления вызовами. Кроме этого, на MSC возлагаются функции коммутации радиоканалов, к которым относятся эстафетная передача, обеспечивающая непрерывность связи при перемещении подвижной станции из соты в соту, и переключение рабочих каналов в соте при появлении помех или неисправностей. Центр коммутации осуществляет постоянное слежение за подвижными станциями, используя регистры положения и перемещения. В регистре положения хранится та часть информации о местоположении какой-либо подвижной станции, которая позволяет центру коммутации доставить вызов. Этот регистр содержит международный идентификационный номер подвижного абонента (IMSI), который используется для опознавания подвижной станции в центре аутентификации (AUC), а также еще некоторые данные, необходимые для нормальной работы сети GSM.

Регистр перемещения - это второе основное устройство, обеспечивающее контроль за передвижением подвижной станции из соты в соту. С его помощью достигается функционирование подвижной станции за пределами контролируемой регистром положения зоны. Когда в процессе перемещения подвижная станция переходит из зоны действия одного контроллера базовых станций в зону действия другого, то она регистрируется последним, т.е. в регистр перемещения заносится новая информация. Для сохранности данных, находящихся в регистрах положения и перемещения, в случае сбоев предусмотрена защита запоминающих устройств этих регистров.

Система сотовой подвижной связи стандарта D-AMPS

Принципы построения и общие характеристики

Стандарт сотовой подвижной связи D-AMPS был разработан и принят к использованию в США в 1990 г. Необходимость его создания была обусловлена тем, что существовавшая национальная аналоговая сотовая система связи стандарта уже перестала отвечать требованиям, предъявляемым к системам подвижной связи: из-за малой пропускной способности, недостаточного качества связи, ограниченного набора услуг, отсутствия засекречивания передаваемых сообщений и т.п. В отличие от Европы, где для вновь разрабатываемой цифровой системы стандарта GSM был выделен отдельный частотный диапазон, в США не удалось обеспечить новую разработку собственной полосой частот, поэтому было принято решение о совместном использовании в одной полосе частот систем двух стандартов: аналогового AMPS и нового цифрового D-AMPS, сохранив при этом существовавший в аналоговой системе разнос частот между каналами, равный 30 кГц.

Ассоциациями TIA и CTIA были приняты три внутренних стандарта: IS-54 — на систему сотовой связи D-AMPS (ADC); IS-55 — на двухмодовую подвижную станцию, обеспечивающую связь по двум стандартам (аналоговому и цифровому); IS-56 — на базовые станции. Внедрение этих стандартов было временным шагом на пути продвижения цифровой технологии на рынок сотовой связи США. И хотя стандарт IS-54 и не совсем цифровое решение, но он оказался более прогрессивным, чем его предшественник AMPS. В 1994 г. был принят новый национальный стандарт США IS-136 на полностью цифровую систему сотовой подвижной связи, который представляет собой усовершенствованный стандарт IS-54. По своим функциональным возможностям и предоставляемым услугам этот стандарт приближается к стандарту GSM.

Стандарт D-AMPS (ADC) не принят в европейских странах, за исключением России, где он ориентирован на региональное использование.

Состав оборудования и принципы функционирования

Состав оборудования и его функциональное назначение почти полностью повторяют соответствующие положения стандарта GSM. Структурная схема сотовой системы связи стандарта D-AMPS (ADC) представлена на рисунке 6.10. В этом стандарте для преобразования аналогового речевого сигнала в цифровую форму используется кодер VSELP. Аналоговый сигнал речевого диапазона разбивается на сегменты длительностью по 20 мс, которые преобразуются в 159 кодированных бит, передаваемых со скоростью 7,95 Кбит/с.

Рисунок 6.10. Структурная схема сотовой системы связи стандарта D-AMPS (ADC)
Далее эти данные подвергаются канальному кодированию, для чего используется сверточный код со скоростью r= 1/2. При этом пакет, поступающий от речевого кодера, состоящий из 159 бит, делится на две группы: 1 — 77 бит, 2 — 82 бита. В группе 1 осуществляется указанное выше сверточное кодирование, причем 7 бит используются для обнаружения ошибок. Биты 2-й группы передаются без кодирования, В результате преобразований в канальном кодере речевой фрагмент длительностью 20 мс представляется 260 битами, что соответствует скорости передачи 13 Кбит/с. Структурная схема канального кодирования представлена на рис. 9.2. Результирующая скорость (по результатам формирования TDMA-кадра) составляет 16,2 Кбит/с в расчете на одного абонента.

Рис. 9.2. Структурная схема канального кодирования стандарта D-AMPS (ADC)
Пакет из 260 кодированных бит в дальнейшем подвергается перемещению, принцип которого поясняется рис. 9.3. Любой речевой фрагмент разбивается на две равных части. Одна из этих частей передается в исходном окне фрагмента, а другая — в окне, сдвинутом на три окна (например, в окнах 1 и 4).

Рис. 9.3. Организация перемещения пакета кодированных 6ит в стандарте D-AMPS
Для передачи сообщений по радиоканалу используется спектрально-эффективная /4 DQPSK-модуляция, реализуемая квадратурной схемой с прямым переносом на несущую частоту,

Структура TDMA-кадров в прямом и обратном каналах для стандарта с полускоростным речевым каналом представлена на рис. 9.4.

Рис. 9.4. Структура кадров для стандарта с полускоростным речевым каналом

В качестве базовой станции этого стандарта для систем сотовой связи может использоваться, например, компактная станция RBS 884 Indoor. Она обеспечивает максимальную гибкость при конфигурировании системы и значительную абонентскую емкость сети.