ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.12.2023
Просмотров: 338
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
GSM 900
Стандарт GSM на цифровую общеевропейскую (глобальную) сотовую систему наземной подвижной связи предусматривает работу передатчиков в двух диапазонах частот. Полоса частот 890-915 МГц используется для передачи сообщений с подвижных станций на базовые станции, а полоса частот 935-960 МГц - для передачи сообщений с базовых станций на подвижные станции (рис.12.1 и табл.12.1). По аналогии со спутниковыми каналами направление передачи от абонентского аппарата к базовой станции называется восходящим (Upload), а направление от базовой станции к абонентскому аппарату - нисходящим (Download). При переключении каналов во время сеанса связи разность между этими частотами постоянна и равна 45 МГц. Разнос частот между соседними каналами связи составляет 200 кГц. Таким образом, в отведенной для приема/передачи полосе частот шириной 25 МГц размещаются 124 канала связи. Этим каналам присваиваются номера (N) от 0 до 123. Значения несущих частот для восходящего (Ful) и для нисходящего (Fdl) направлений каждого из каналов можно вычислить по формулам: Ful(n) = 890,2+0.2*(n-1), МГц и Fdl(N) = Ful(n) + 45, МГц. Для стандарта GSM-1800 эти выражения будут выглядеть так: Ful(n)=1710,2+0,2х(n-512), МГц и Fdl(n)=Ful(n)+95, МГц.
В стандарте GSM используется узкополосный многостанционный доступ с временным разделением каналов (TDMA). Это позволяет на одной несущей частоте разместить одновременно 8 речевых каналов. В качестве речепреобразующего устройства используется речевой кодек PRE-LTP с регулярным импульсным возбуждением и скоростью преобразования речи 13 кбит/с. Для защиты от ошибок в радиоканалах при передаче информационных сообщений применяется блочное и сверточное кодирование с перемежением. Повышение эффективности кодирования и перемежения при малой скорости перемещения подвижных станций достигается медленным переключением рабочих частот в процессе сеанса связи со скоростью 217 скачков в секунду. Для борьбы с интерференционными замираниями принимаемых сигналов, вызванными многолучевым распространением радиоволн в условиях города, используются эквалайзеры, обеспечивающие выравнивание импульсных сигналов со среднеквадратическим отклонением времени задержки до 16 мкс.
Система синхронизации оборудования рассчитана на компенсацию абсолютного времени задержки сигналов до 233 мкс, что соответствует максимальной дальности связи или максимальному радиусу ячейки (соты) 35 км.
В стандартах GSM900 и GSM1800 достигается высокая степень безопасности передачи сообщений, осуществляется шифрование сообщений по алгоритму шифрования с открытым ключом (RSA). Система связи стандарта GSM может быть использована в различных сферах. Она предоставляет пользователям широкий диапазон услуг и возможность применять разнообразное оборудование для передачи речевых сообщений и данных, вызывных и аварийных сигналов; подключаться к телефонным сетям общего пользования PSTN, сетям передачи данных PDN и цифровым сетям с интеграцией служб ISDN.
Восходящий
(25Мгц)
Разделяющий
диапазон
(20Мгц)
Нисходящий
(25Мгц)
Распределение частот в стандарте GSM-900
890МГц 915МГц 935МГц 960МГц
Восходящий
(75Мгц)
Разделяющий
диапазон
(20Мгц)
Нисходящий
(75Мгц)
Распределение частот в стандарте GSM-1800
1710МГц 1785МГц 1805МГц 1880МГц
Рис.12.1. Распределение частот в стандартах GSM900 и GSM1800
Таблица 12.1.
Основные характеристики стандартов GSM900 и GSM1800
13. Структурная схема и состав оборудования сети
стандарта GSM900
Функциональное построение и интерфейсы, принятые в стандарте GSM, иллюстрируются структурной схемой (рис.13.1), на которой показаны: центр коммутации подвижной связи MSC Mobile Switching Center (MSC); оборудование базовой станции Base Station System (BSS); центр управления и обслуживания Operations and Maintenance Center (OMC); подвижные станции пользователей Mobile Stations (MS). Функциональное сопряжение элементов системы осуществляется рядом интерфейсов. Все сетевые функциональные компоненты в стандарте GSM взаимодействуют в соответствии с системой сигнализации ОКС№ 7.
Центр коммутации подвижной связи MSC обслуживает группу сот и обеспечивает все виды соединений, в которых нуждается в процессе работы подвижная станция. Каждый MSC обеспечивает обслуживание подвижных абонентов, расположенных в пределах определенной географической зоны (например, часть территории Москвы или области). Для телефонной сети общего пользования MSC обеспечивает функции сигнализации по ОКС№ 7, передачи вызова или другие виды взаимодействия в соответствии с требованиями конкретного проекта.
В качестве MSC может использоваться цифровая система коммутации каналов типа EWSD или AXE-10. Максимальное число абонентов мобильной связи, включенных в один MSC составляет 80 тысяч абонентов. Таким образом, MSC по своим функциям аналогичен системе коммутации ISDN; обеспечивает сопряжение между фиксированными сетями (PSTN, PDN, ISDN) и сетью подвижной связи. MSC обеспечивает маршрутизацию вызовов и функции управления вызовами Дополнительной и характерной для MSC функцией является функция коммутации радиоканалов во время разговора:
при “эстафетной передаче” (handover), в процессе которой достигается непрерывность связи при перемещении подвижной станции из одной ячейки сети в другую за счет перехода на радиоканал трафика в ячейке перемещения;
при переключении каналов в соте из-за появления помех или неисправностей.
Эстафетная передача вызовов в сотах, управляемых одним контроллером базовых станций (BSC), осуществляется этим контроллером. В стандарте GSM предусмотрены процедуры передачи вызова между сетями, относящимися к разным MSC.
Центр MSC выполняет также следующие задачи: формирует данные для выписки счетов за предоставленные сетью услуги связи; накапливает данные по разговорам и передает их в биллинг - центр; составляет статические данные для контроля работы и оптимизации сети; поддерживает процедуры безопасности для доступа к радиоканалам; управляет процедурами регистрации местоположения и эстафетной передачи.
Рис. 13.1. Состав оборудования сети стандарта GSM 900
Центр коммутации осуществляет постоянное слежение за подвижными станциями, используя регистры положения (HLR) и перемещения (VLR). В HLR храниться та часть информации о местоположении подвижных станций, которая позволяет центру коммутации доставить вызов станции. Регистр HLR содержит международный идентификационный номер подвижного абонента (IMSI), который используется для опознавания подвижной станции в центре аутентификации (AUC), а также данные, перечень которых представлен на рис. 13.2.
Фактически HLR представляет собой справочную базу данных о постоянно зарегистрированных в сети абонентах. В ней содержатся опознавательные номера и адреса, а также параметры подлинности абонентов, состав услуг связи, специальная информация о маршрутизации. Ведется регистрация данных о роуминге абонента, включая данные о временном идентификационном номере подвижного абонента (TMSI) и соответствующем VLR.
Данные HLR дистанционно используют все MSC и VLR сети. 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. Доступ к базе данных об абонентах осуществляется по номеру IMSI и MSISDN (номеру подвижного абонента в сети ISDN). Для обеспечения межсетевого роуминга к базе данных могут получить доступ MSC и VLR других сетей.
Второе основное устройство, обеспечивающее контроль за передвижением подвижной станции из зоны в зону, - это регистр перемещения VLR. С его помощью достигается функционирование подвижной станции за пределами зоны, контролируемой HLR. В целом VLR представляет собой базу данных о подвижном абоненте для той зоны, где находится абонент, что позволяет исключить постоянные запросы в HLR и сократить время на обслуживание вызовов.
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 контроллером BSC, и в VLR заносится информация о номере области связи, которая обеспечит доставку вызовов подвижной станции. Для сохранности данных, находящихся в HLR и VLR, в случае сбоев предусмотрена защита устройств памяти этих регистров. Состав временных данных, хранящихся в регистрах HLR и VLR, приведен на рис. 13.3. Регистр VLR
Стандарт GSM на цифровую общеевропейскую (глобальную) сотовую систему наземной подвижной связи предусматривает работу передатчиков в двух диапазонах частот. Полоса частот 890-915 МГц используется для передачи сообщений с подвижных станций на базовые станции, а полоса частот 935-960 МГц - для передачи сообщений с базовых станций на подвижные станции (рис.12.1 и табл.12.1). По аналогии со спутниковыми каналами направление передачи от абонентского аппарата к базовой станции называется восходящим (Upload), а направление от базовой станции к абонентскому аппарату - нисходящим (Download). При переключении каналов во время сеанса связи разность между этими частотами постоянна и равна 45 МГц. Разнос частот между соседними каналами связи составляет 200 кГц. Таким образом, в отведенной для приема/передачи полосе частот шириной 25 МГц размещаются 124 канала связи. Этим каналам присваиваются номера (N) от 0 до 123. Значения несущих частот для восходящего (Ful) и для нисходящего (Fdl) направлений каждого из каналов можно вычислить по формулам: Ful(n) = 890,2+0.2*(n-1), МГц и Fdl(N) = Ful(n) + 45, МГц. Для стандарта GSM-1800 эти выражения будут выглядеть так: Ful(n)=1710,2+0,2х(n-512), МГц и Fdl(n)=Ful(n)+95, МГц.
В стандарте GSM используется узкополосный многостанционный доступ с временным разделением каналов (TDMA). Это позволяет на одной несущей частоте разместить одновременно 8 речевых каналов. В качестве речепреобразующего устройства используется речевой кодек PRE-LTP с регулярным импульсным возбуждением и скоростью преобразования речи 13 кбит/с. Для защиты от ошибок в радиоканалах при передаче информационных сообщений применяется блочное и сверточное кодирование с перемежением. Повышение эффективности кодирования и перемежения при малой скорости перемещения подвижных станций достигается медленным переключением рабочих частот в процессе сеанса связи со скоростью 217 скачков в секунду. Для борьбы с интерференционными замираниями принимаемых сигналов, вызванными многолучевым распространением радиоволн в условиях города, используются эквалайзеры, обеспечивающие выравнивание импульсных сигналов со среднеквадратическим отклонением времени задержки до 16 мкс.
Система синхронизации оборудования рассчитана на компенсацию абсолютного времени задержки сигналов до 233 мкс, что соответствует максимальной дальности связи или максимальному радиусу ячейки (соты) 35 км.
В стандартах GSM900 и GSM1800 достигается высокая степень безопасности передачи сообщений, осуществляется шифрование сообщений по алгоритму шифрования с открытым ключом (RSA). Система связи стандарта GSM может быть использована в различных сферах. Она предоставляет пользователям широкий диапазон услуг и возможность применять разнообразное оборудование для передачи речевых сообщений и данных, вызывных и аварийных сигналов; подключаться к телефонным сетям общего пользования PSTN, сетям передачи данных PDN и цифровым сетям с интеграцией служб ISDN.
Восходящий
(25Мгц)
Разделяющий
диапазон
(20Мгц)
Нисходящий
(25Мгц)
Распределение частот в стандарте GSM-900
890МГц 915МГц 935МГц 960МГц
Восходящий
(75Мгц)
Разделяющий
диапазон
(20Мгц)
Нисходящий
(75Мгц)
Распределение частот в стандарте GSM-1800
1710МГц 1785МГц 1805МГц 1880МГц
Рис.12.1. Распределение частот в стандартах GSM900 и GSM1800
Таблица 12.1.
Основные характеристики стандартов GSM900 и GSM1800
| Стандарт | GSM 900 | GSM 1800 |
| Частоты передачи подвижной станции и приема базовой станции, Мгц | 890-915 | 1710-1785 |
| Частоты приема подвижной станции и передачи базовой станции, МГц | 935-960 | 1805-1880 |
| Дуплексный разнос частот приема и передачи, МГц | 45 | 95 |
| Скорость передачи сообщений в радиоканале, Кбит/с | 270,833 | 270,833 |
| Скорость преобразования речевого кодека, Кбит/с | 13 | 13 |
| Ширина полосы канала связи, кГц | 200 | 200 |
| Максимальное количество каналов связи | 124 | 374 |
| Максимальное количество каналов, организуемых в базовой станции | 16-20 | |
| Количество временных интервалов на несущую частоту | 8 | 8 |
| Вид модуляции | GMSK | GMSK |
| Количество скачков по частоте в секунду | 217 | 217 |
| Вид речевого кодекса | RPE-LTP | RPE-LTP |
| Обычный радиус соты, км | 0.3 - 35 | 0.1 – 15 |
| Схема организации каналов | TDMA/FDMA | TDMA/FDMA |
| Мощность приемопередатчика подвижной станции, Вт | 0.8 и 8 | 0.25 и 1 |
13. Структурная схема и состав оборудования сети
стандарта GSM900
Функциональное построение и интерфейсы, принятые в стандарте GSM, иллюстрируются структурной схемой (рис.13.1), на которой показаны: центр коммутации подвижной связи MSC Mobile Switching Center (MSC); оборудование базовой станции Base Station System (BSS); центр управления и обслуживания Operations and Maintenance Center (OMC); подвижные станции пользователей Mobile Stations (MS). Функциональное сопряжение элементов системы осуществляется рядом интерфейсов. Все сетевые функциональные компоненты в стандарте GSM взаимодействуют в соответствии с системой сигнализации ОКС№ 7.
Центр коммутации подвижной связи MSC обслуживает группу сот и обеспечивает все виды соединений, в которых нуждается в процессе работы подвижная станция. Каждый MSC обеспечивает обслуживание подвижных абонентов, расположенных в пределах определенной географической зоны (например, часть территории Москвы или области). Для телефонной сети общего пользования MSC обеспечивает функции сигнализации по ОКС№ 7, передачи вызова или другие виды взаимодействия в соответствии с требованиями конкретного проекта.
В качестве MSC может использоваться цифровая система коммутации каналов типа EWSD или AXE-10. Максимальное число абонентов мобильной связи, включенных в один MSC составляет 80 тысяч абонентов. Таким образом, MSC по своим функциям аналогичен системе коммутации ISDN; обеспечивает сопряжение между фиксированными сетями (PSTN, PDN, ISDN) и сетью подвижной связи. MSC обеспечивает маршрутизацию вызовов и функции управления вызовами Дополнительной и характерной для MSC функцией является функция коммутации радиоканалов во время разговора:
при “эстафетной передаче” (handover), в процессе которой достигается непрерывность связи при перемещении подвижной станции из одной ячейки сети в другую за счет перехода на радиоканал трафика в ячейке перемещения;
при переключении каналов в соте из-за появления помех или неисправностей.
Эстафетная передача вызовов в сотах, управляемых одним контроллером базовых станций (BSC), осуществляется этим контроллером. В стандарте GSM предусмотрены процедуры передачи вызова между сетями, относящимися к разным MSC.
Центр MSC выполняет также следующие задачи: формирует данные для выписки счетов за предоставленные сетью услуги связи; накапливает данные по разговорам и передает их в биллинг - центр; составляет статические данные для контроля работы и оптимизации сети; поддерживает процедуры безопасности для доступа к радиоканалам; управляет процедурами регистрации местоположения и эстафетной передачи.
Рис. 13.1. Состав оборудования сети стандарта GSM 900
Центр коммутации осуществляет постоянное слежение за подвижными станциями, используя регистры положения (HLR) и перемещения (VLR). В HLR храниться та часть информации о местоположении подвижных станций, которая позволяет центру коммутации доставить вызов станции. Регистр HLR содержит международный идентификационный номер подвижного абонента (IMSI), который используется для опознавания подвижной станции в центре аутентификации (AUC), а также данные, перечень которых представлен на рис. 13.2.
Фактически HLR представляет собой справочную базу данных о постоянно зарегистрированных в сети абонентах. В ней содержатся опознавательные номера и адреса, а также параметры подлинности абонентов, состав услуг связи, специальная информация о маршрутизации. Ведется регистрация данных о роуминге абонента, включая данные о временном идентификационном номере подвижного абонента (TMSI) и соответствующем VLR.
Данные HLR дистанционно используют все MSC и VLR сети. 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. Доступ к базе данных об абонентах осуществляется по номеру IMSI и MSISDN (номеру подвижного абонента в сети ISDN). Для обеспечения межсетевого роуминга к базе данных могут получить доступ MSC и VLR других сетей.
Второе основное устройство, обеспечивающее контроль за передвижением подвижной станции из зоны в зону, - это регистр перемещения VLR. С его помощью достигается функционирование подвижной станции за пределами зоны, контролируемой HLR. В целом VLR представляет собой базу данных о подвижном абоненте для той зоны, где находится абонент, что позволяет исключить постоянные запросы в HLR и сократить время на обслуживание вызовов.
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 контроллером BSC, и в VLR заносится информация о номере области связи, которая обеспечит доставку вызовов подвижной станции. Для сохранности данных, находящихся в HLR и VLR, в случае сбоев предусмотрена защита устройств памяти этих регистров. Состав временных данных, хранящихся в регистрах HLR и VLR, приведен на рис. 13.3. Регистр VLR