WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |

Контроллер базовой станции управляет радиоресурсами одной или нескольких базовых станций, контролирует предоставление радиоканала, регулировку частоты, управление перемещаемыми из соты в соту вызовами (хэндовер-вызовами) и является связующим звеном между мобильной станцией и центром коммутации мобильных услуг.

1.1.3. Сетевая подсистема Сетевая подсистема, главной частью которой является центр коммутации мобильных услуг, осуществляет коммутацию соединений между мобильными и другими (мобильными или стационарными) пользователями сети, а также управление мобильностью. Центр коммутации мобильных услуг работает как стандартный узел коммутации телефонной сети общего пользования (ТфОП) или ЦСИС и дополнительно предусматривает все функциональные возможности, необходимые для управления мобильным абонентом, такие как регистрация, авторизация, корректировка данных о местоположении, хэндовер и маршрутизация вызовов, поступающих абонентам в зоне роуминга.

Под роумингом будем понимать обслуживание мобильной станции местной сетью GSM, в случае, когда мобильный абонент находится за пределами собственной сети GSM. Все эти услуги предоставляются несколькими функциональными элементами, которые вместе с центром коммутации мобильных услуг образуют сетевую часть системы. Центр коммутации мобильных услуг обеспечивает соединение с наземными сетями. Сигнализация между функциональными элементами в сетевой части системы осуществляется посредством системы сигнализации по общему каналу №7 - ОКС 7 (Signalling System #7 – SS7), используемой в ЦСИС и ТфОП.

Домашний регистр местоположения абонентов (HLR) и гостевой регистр местоположения абонентов (VLR), также входящие в сетевую подсистему, совместно с центром коммутации мобильных © Гайдамака Ю.В., Зарипова Э.Р., Самуйлов К.Е., услуг обеспечивают маршрутизацию вызовов для абонентов, находящихся в роуминге в сети GSM. Домашний регистр местоположения абонентов – это база данных, которая содержит всю административную информацию о каждом абоненте, зарегистрированном в данной сети GSM, а также данные о его местоположении в текущий момент. Один домашний регистр местоположения абонентов соответствует одной сети GSM, хотя он может быть реализован как распределенная база данных. Гостевой регистр местоположения абонентов содержит выборочную административную информацию из домашнего регистра местоположения абонентов, необходимую для контроля вызовов и предоставления абонентских услуг для каждого мобильного абонента, находящегося в данный момент в географической зоне, контролируемой гостевым регистром местоположения абонентов.

Как правило, эта географическая зона соответствует зоне, контролируемой центром коммутации мобильных услуг, т.к. на сегодняшний день все производители коммутационного оборудования реализуют гостевой регистр местоположения абонентов совместно с центром коммутации мобильных услуг.

Однако эти функциональные элементы могут быть реализованы как независимые объекты. Нужно заметить, что центр коммутации мобильных услуг не содержит информацию о конкретных мобильных станциях – эта информация хранится в регистрах местоположения.

Два других регистра используются для авторизации и для целей безопасности. Регистр идентификации мобильного устройства (EIR) – это база данных, содержащая перечень всех действующих мобильных устройств в сети. Каждая мобильная станция имеет собственный код IMEI. Код IMEI в базе EIR помечается как недействительный, если поступило сообщение о краже соответствующего мобильного устройства или если соответствующее мобильное устройство не предназначено для работы в данной сети. Центр авторизации (AuC) – это защищенная база данных, которая хранит копии секретных кодов, записанных на SIM-карте каждого абонента и используемых для авторизации © Гайдамака Ю.В., Зарипова Э.Р., Самуйлов К.Е., абонента и шифрования при передаче информации по радиоканалу.

1.2. Радиоинтерфейс сети Международный союз электросвязи, который помимо множества других функций координирует международное распределение спектра радиочастот, выделил полосу 890-915 MHz для исходящих сигналов (от мобильной станции к базовой), и полосу 935-960 MHz для входящих сигналов (от базовой станции к мобильной) для мобильных сетей в Европе. Так как этот диапазон уже использовался в начале 80-х годов XX века аналоговыми системами, конференция CEPT предусмотрительно зарезервировала верхние 10 МГц каждого канала для сети GSM, которая в то время была ещё в процессе разработки.

1.2.1. Множественный доступ и структура каналов Так как спектр радиочастот является ограниченным ресурсом, совместно используемым всеми пользователями, необходимо было разработать метод распределения радиоресурсов между максимально возможным числом пользователей. Метод, который выбрали создатели GSM, представляет собой комбинацию множественного доступа с временным разделением (Time-Division Multiple Access - TDMA) и множественного доступа с частотным разделением (Frequency-Division Multiple Access - FDMA). Часть FDMA отвечает за разделение полосы в 25 МГц на 124 несущих частоты по 200 КГц. Одна или более несущих частот задана для каждой базовой станции. Каждая из этих несущих частот в свою очередь делится во времени по схеме TDMA. Цикл повторяется каждые 3 часа 28 минут 53 секунды 760 мс. Основная единица времени в этой TDMA схеме называется слотом и длится 15/26 мс (примерно 0,577 мс). Восемь слотов группируются в TDMA кадр (120/26 - примерно 4,615 мс). В GSM существует понятие физического и логического канала. Физический канал – это слот с определенным номером от 0 до 7 в последовательности © Гайдамака Ю.В., Зарипова Э.Р., Самуйлов К.Е., TDMA-кадров. Логические каналы различаются по составу информации, передаваемой в физическом канале. Они делятся на две основные группы: каналы трафика, предназначенные для передачи речи и данных, и каналы управления, предназначенные для передачи сигналов управления и синхронизации.



При организации каналов трафика используются суперкадры или группы из 26 TDMA кадров (рис. 1.2).

Длительность суперкадра – 120 мс (для совместимости с ЦСИС).

Для передачи данных используются 24 кадра, 1 кадр остается неиспользованным в настоящее время. Заметим, что в 26 кадрах суперкадра передаются совмещенные логические каналы управления, а именно:

• Высокоскоростной совмещенный канал управления (Fast Associated Control Channel – FACCH);

• Низкоскоростной совмещенный канал управления (Slow Associated Control Channel – SACCH).

Совмещенные каналы управления используются в обоих направлениях между базовой и мобильной станцией. Канал SACCH размещен в кадре 12 суперкадра TDMA, а для логического канала FACCH используются два контрольных бита каждого слота кадра TDMA. Канал SACCH служит для передачи команд при хэндовере, а канал FACCH по направлению "вниз" (от базовой к мобильной станции) передает команды для установки выходного уровня мощности передатчика мобильной станции, а по направлению "вверх" мобильная станция посылает базовой станции данные, касающиеся уровня установленной выходной мощности измеренного приемником радиосигнала и его качества.

Длина пакета, используемого для передачи данных и, в большинстве случаев, обмена сигналами, составляет 156,25 бит: два поля информации по 57 битов (data bits), 26-битовая контрольная последовательность (training sequence), один контрольный бит (stealing bit), используемый для FACCH, по три заключительных бита (tail bits) с каждого конца и 8,25 служебных битов (guard bits).

156,25 битов передаются за 0,577 мс, определяя скорость передачи в 270,833 кбит/с.

© Гайдамака Ю.В., Зарипова Э.Р., Самуйлов К.Е., Рис. 1.2. Структура суперкадра TDMA Каналы управления доступны мобильной станции как в активном, так и в пассивном режиме. В пассивном режиме каналы управления используются мобильными станциями для обмена сигнальной информацией, необходимой для перехода в активный режим. Мобильные станции, находящиеся в активном режиме, обмениваются с базовыми станциями соседних сот информацией, относящейся к организации хэндовера. Мобильное устройство в режиме разговора контролирует каналы управления окружающих базовых станций (в особенности широковещательный канал управления) на предмет совершения хэндовера.

При организации других каналов управления используются суперкадры, состоящие из 51 кадра, каждый такой кадр имеет длину 120/51 мс. Такие каналы управления перечислены ниже.

• Широковещательный канал управления (Broadcast Control Channel – BCCH). Непрерывно пересылает от базовой © Гайдамака Ю.В., Зарипова Э.Р., Самуйлов К.Е., станции к мобильной станции информацию, включающую опознавательную информацию базовой станции, информацию, связанную с выделением частот и переходам по частотам.

• Канал подстройки частоты (Frequency Correction Channel – FCCH) и канал синхронизации (Synchronization Channel – SCH). Используются для синхронизации мобильной станции по временной структуре соты путем определения границ кадра и нумерации слотов. Каждая сота в сети GSM транслирует ровно один FCCH и один SCH, которые по умолчанию находятся в слоте 0 (внутри TDMA кадра).

• Канал с произвольным доступом (Random Access Channel – RACH) - слоттированный канал Aloha, используемый мобильной станцией для запроса выделенного канала.

• Пейджинговый канал (Paging Channel – PCH) используется для предупреждения мобильной станции о поступающем вызове.

• Автономный выделенный канал управления (Stand-alone Dedicated Control Channels – SDCCH) используется для сигнализации.

• Канал предоставления доступа (Access Grant Channel – AGCH) используется для того, чтобы получить выделенный канал SDCCH и продолжить запрос RACH.

В стандарте GSM предусмотрено временное уплотнение каналов. По одному физическому каналу может поочередно через кадр передаваться информация двух логических каналов, т.е. эти логические каналы делят между собой выделенный им слот.

1.2.2. Кодирование канала и модуляция По причине естественной и искусственной электромагнитной интерференции шифрованная речь или данные, передаваемые через радиоинтерфейс, должны быть защищены от ошибок. GSM использует для этих целей сверточное кодирование (convolutional encoding) и чередование блоков (block interleaving). Алгоритмы кодирования речи и разных типов данных различаются по скорости.

© Гайдамака Ю.В., Зарипова Э.Р., Самуйлов К.Е., Речевой кодек (блок аппаратуры цифровой передачи речевых сигналов по телефонным каналам) порождает 260 битовый блок для каждого 20-ти миллисекундного речевого фрагмента. При экспертной оценке выяснилось, что некоторые биты этого блока более важны для воспринимаемого качества речи, чем другие.

Таким образом, биты делятся на три класса:

• Класс 1а - 50 бит - более чувствительные к ошибкам биты;

• Класс 1б - 132 бита - умеренно чувствительные к ошибкам биты;

• Класс 2 - 78 бит - наименее чувствительные к ошибкам биты.

Биты класса 1а имеют 3-х битовый цикличный избыточный код (Cyclic Redundancy Code), добавляемый для обнаружения ошибок. В случае обнаружения ошибки кадр рассматривается как поврежденный и отбрасывается. Он заменяется слегка ослабленной версией соответствующего слота из предыдущего корректно полученного кадра. Эти 53 бита, вместе с 132 битами класса 1б и четырьмя заключительными битами (tail sequence) - всего 189 бит - составляют входные данные в полускоростное сверточное кодирующее устройство. Каждый входной бит шифруется как два выходных бита, основываясь на комбинации предыдущих четырех входных битов. Сверточное кодирующее устройство, таким образом, выдает 378 бит, к которым добавляются 78 незащищенных битов класса 2. Таким образом, каждый 20-ти миллисекундный фрагмент речи шифруется в 456 бит, т.е. обеспечивается скорость передачи 22,8 кбит/с.





Для дальнейшей защиты от пакетных ошибок, распространенных в радиоинтерфейсе, используется чередование блоков. 456 бит, выпускаемых сверточным кодирующим устройством, разделяются на 8 блоков по 57 бит, и эти блоки передаются в восьми последовательных временных пакетах. Так как пакет является носителем двух 57-ми битных блоков, то каждый пакет содержит информацию от двух различных фрагментов речи.

Как было упомянуто выше, каждый временной пакет передается на суммарной скорости в 270,833 кбит/с. Цифровой сигнал © Гайдамака Ю.В., Зарипова Э.Р., Самуйлов К.Е., модулируется на аналоговую несущую частоту, которая имеет ширину в 200 КГц, при этом используется гауссова манипуляция с минимальным фазовым сдвигом.

Мобильная станция должна иметь возможность переключаться между передачей и получением и контролировать слоты внутри одного TDMA кадра, которые обычно расположены на различных частотах. В GSM мобильная станция и базовая приемопередающая станция передают каждый кадр TDMA на своей несущей частоте.

1.3. Сетевые аспекты Наряду с обеспечением высокого качества передачи голоса и данных по радиоканалу система GSM должна поддерживать мобильность абонента, т. е. учитывать как возможность перемещения мобильного абонента из соты в соту в процессе обслуживания вызова (хэндовер), так и возможность перемещения мобильного абонента в масштабе всей страны и за ее пределами (роуминг). Этот факт требует существования в сети GSM таких функций, как регистрация, авторизация, маршрутизация вызова, функции обновления данных о местоположении и т.д. Выполнение этих функций обеспечивается посредством сигнальных протоколов между различными объектами GSM. Как уже отмечалось выше, для сигнализации между элементами сетевой подсистемы и для обеспечения взаимодействия с другими сетями в GSM используется ОКС 7.

Архитектура протокола сигнализации в GSM соответствует многоуровневой модели взаимодействия открытых систем (ВОС) и включает три уровня, как показано на рис. 1.3.

© Гайдамака Ю.В., Зарипова Э.Р., Самуйлов К.Е., Рис. 1.3. Архитектура протокола сигнализации в GSM Уровень 1 – это физический уровень, который использует описанные выше структуры канала передачи по радиолинии.

Уровень 2 – это канальный уровень. При рассмотрении Um– интерфейса, канальный уровень – это модифицированная версия протокола LAPD, использующегося в ЦСИС, так называемая LAPDm. В случае A–интерфейса используется подсистема передачи сообщений (Message Transfer Part -MTP) уровня 2 ОКС 7. Уровень (сетевой уровень) сигнального протокола GSM делится еще на подуровня.

• Подуровень управления радио ресурсами (Radio Resources Management) контролирует установку и поддержку оконечных схем радио- и фиксированных каналов, включая хэндовер.

• Подуровень управления мобильностью (Mobility Management) отвечает за координацию процедур обновления данных местоположения и регистрацию, а также за организацию безопасности и авторизацию.

• Подуровень управления соединением (Connection Management) осуществляет общий контроль над вызовами, организует дополнительные услуги и службы SMS.

Обмен сигналами между различными функциональными элементами в фиксированной части сети (как, например, между домашним и гостевым регистрами местоположения абонентов) описывается в части рекомендаций, посвященной прикладной © Гайдамака Ю.В., Зарипова Э.Р., Самуйлов К.Е., подсистеме системы мобильной связи (Mobile Application Part – MAP).

MAP «надстраивается» над подсистемой управления возможностью транзакций прикладного уровня (Transaction Capabilities Application Part – TCAP). Заметим, что спецификация MAP - это одна из самых объемных частей в рекомендациях GSM.

1.3.1. Подуровень управления радиоресурсами Подуровень управления радиоресурсами осуществляет контроль за установлением соединения, как радио-, так и фиксированного, между мобильной станцией и центром коммутации мобильных услуг. Главными функциональными объектами, задействованными в этом подуровне, являются мобильная станция, подсистема базовых станций, а также центр коммутации мобильных услуг. Подуровень управления радиоресурсами связан с управлением радиосессией (radio resources session), которая длится на протяжении всего времени, в течение которого мобильный аппарат находится в активном режиме, включая распределение выделенных каналов.

Радиосессия всегда инициируется мобильной станцией посредством процедуры доступа (и для исходящих вызовов, и в ответ на пейджинговое сообщение о входящем вызове). Управление процедурами доступа и процедурами, связанными с пейджингом (такими как назначение для мобильной станции выделенного канала, определение структуры подканалов пейджингового канала) происходит на подуровне управления радиоресурсами.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.