 |
Логические и физические каналы
|
|
|
|
Организация сотовой связи
Основным отличием сотовой подвижной связи от стационарных сетей телефонной связи является закрепление абонентской линии (дуплексного радиоканала) фактически только за вызовом – либо поступающим к мобильному абоненту, либо исходящего от данного абонента.
Первые системы мобильной связи с автоматической коммутацией и маршрутизацией соединений были разработаны благодаря совершенствованию элементной базы и освоению УКВ-диапазона. На этом этапе функции подключения мобильных абонентов к средствам стационарной сети выполняла одна базовая приемопередающая станция (BTS). Абоненты, перемещаясь, осуществляли соединения посредством имеющихся у них подвижных станций (MS).
В процессе развития сотовых сетей одна мощная BTS была заменена менее мощными, имеющими свои индивидуальные зоны обслуживания.
Расстановка BTS по территории осуществляется так, чтобы маломощная MS имела доступ к каналам сотовой связи с любого места рассматриваемой территории.
При такой концепции построения сотовой сети потребовался узел коммутации подвижных станций (MSC), обеспечивающий переключение установленного разговорного тракта при перемещении мобильного абонента из одной соты в другую, а также подключение абонентов стационарной телефонной сети к конкретной BTS, в зоне действия которой находится требуемый мобильный абонент. Появилась необходимость контроля за перемещением MS, находящейся как в состоянии свободности, так и занятости.
При построении сотовой сети устанавливается защита от несанкционированного доступа к передаваемой информации; принципиально по новому организуется система сигнализации; создается единая централизованная база данных о подвижных абонентах.
|
|
|
Локальное управление
Сигнал вызова к терминалу мобильного абонента направляется исходя из данных о его местоположении в сотовой сети связи.
1. В процессе перемещения MS периодически передает информацию о своем местоположении из каждой новой ячейки сети. В случае вызова мобильного терминала пейджинговое вызывное сообщение передается только в ту ячейку, в которой находится MS.
2. Пейджинговые поисковые сообщения посылаются во все ячейки сети. Эти сообщения прекращаются при получении из какой-либо ячейки информации от искомой MS. Затем в эту ячейку к MS посылается пейджинговое вызывное сообщение.
3. Территория разбивается на географические (локальные) зоны местоположения LA. Каждая LA состоит из группы ячеек и имеет свой идентификационный номер LAI. В регистре MSC и в MS хранится информация о той локальной зоне, где временно находится MS (номер LAI). При перемещении MS в другую ячейку возможны два случая:
а) обе ячейки находятся в одной зоне LA. В этом случае MS не передает MSC информацию о своем перемещении в другую ячейку зоны.
б) ячейки принадлежат двум различным LA. В этом случае MS информирует MSC об изменении LA.
Во время вызова MS вызывные пейджинговые сообщения передаются лишь в ту LA, где в данный момент находится MS.
Хендовер
В процессе совершенствования сотовых сетей связи потребовалось, во-первых, уменьшить размеры ячеек для увеличения емкости сети, во-вторых, обеспечить непрерывность передачи информации при передвижении абонента из одной соты в другую для поддержания качества обслуживания на регламентируемом уровне.
Хендовер определяется, как процесс переключения одного радиотракта (физического канала) на другой при перемещении MS из одной ячейки в другую (фактически из зоны действия одной BTS в зону действия другой).
|
|
|
При этом требуются средства обнаружения активной MS, приближающейся со стороны соседней ячейки и средств переключения радиотрактов при пересечении MS границ новой ячейки.
Технически передача обслуживания осуществляется следующим образом. Необходимость в передаче обслуживания возникает, когда качество канала, оцениваемое по уровню сигнала и/или частоте ошибки, падает ниже допустимого предела. Указанные параметры постоянно измеряются MS для своей и смежных ячеек, а результаты измерений через BTS передаются в центр коммутации MSC. По результатам измерений MSC выбирает ячейку, в которую должно быть передано обслуживание. Приняв решение о передаче обслуживания и выбрав новую ячейку, MSC сообщает об этом BTS новой ячейки, а MS через BTS старой ячейки выдает необходимые команды с указанием нового радиотракта. MS перестраивается на новый радиотракт и совместную работу с новой BTS, после чего связь продолжается через BTS новой ячейки.
MS в процессе своего движения может переходить с территории, обслуживаемой одним MSC, на территорию, обслуживаемую другим MSC.
Роуминг
Это возможность обслуживания подвижного абонента на большой территории средствами многих сотовых сетей одного стандарта, принадлежащих разным компаниям-операторам.
Роуминг возможен при совпадении административных и технологических решений, принимаемых компаниями-операторами.
Под административными решениями понимается совместная ответственность многих компаний операторов за качество предоставляемых услуг перед абонентами. С техническими решениями связано создание MS, обеспечивающих доступ к каналам любых сотовых сетей одного и того же стандарта.
Подсистемы сотовой связи
К сети сотовой связи стандарта GSM имеют доступ различные группы пользователей: подвижные абоненты сети, абоненты стационарных сетей связи, операторы технического обслуживания сети.
Подсистемами сети GSM являются:
· мобильная станция MS;
· подсистема базовых станций BSS;
· сетевая и коммутационная подсистема NSS;
· операционная подсистема OSS.
MS - единственный элемент сети, который непосредственно доступен подвижному абоненту. MS состоит из блока управления, приемопередающего и антенного блоков. В MS предусмотрен универсальный модуль идентификации абонентов – SIM. На SIM-модуле (карте) записаны: персональный идентификационный номер абонента PIN; индивидуальные ключи и алгоритмы аутентификации абонента; международный идентификатор абонента подвижной связи IMSI.
|
|
|
BSS включает в себя один контроллер базовых станций BSC и несколько базовых приемопередающих станций BTS, управляемых этим контроллером.
Оборудование BSS находится в прямом контакте с MS через радиоинтерфейс, существующий между MS и BTS. Вместе с тем оборудование BSS при помощи BSC постоянно соединено с MSC сетевой подсистемы NSS через специализированный интерфейс линии связи.
В состав BTS входят радиопередающие, радиоприемные устройства и разнесенные антенны. BSC представляет собой компьютер, осуществляющий управление работой BTS и радиоинтерфейсами между MS и BTS.
NSS обеспечивает функции коммутации и содержит базы данных, необходимые для управления мобильностью абонентов и их безопасностью.
Функции коммутации вызовов, поступающих от подвижных абонентов и направленных к ним, выполняет MSC.
Базы данных об абонентах формируются в регистре положения мобильных абонентов HLR и в регистре перемещений мобильных абонентов VLR.
Установление соединений от абонентов стационарной сети к мобильным абонентам происходит через шлюз GMSC.
Оборудование OSS состоит из центра технической эксплуатации и обслуживания OMC и центра управления сетью NMS. OMC осуществляет контроль и управление компонентами сотовой сети, входящими в состав NSS и BSS. NMS обеспечивает эксплуатацию оборудования и его техническое обслуживание в пределах всей сети.
Логические и физические каналы
Логические каналы организуются на участке BTS–MS и разделяются на два вида: пользовательские и каналы управления (сигнальные). Дополнительно логические каналы управления можно разбить на три группы каналов: обеспечения радиообмена, общие и индивидуальные.
Пользовательские каналы являются двухсторонними каналами с конфигурацией «точка-точка» и обеспечивают передачу речевой информации со скоростью 13 кбит/с или 6,5 кбит/с, а также используются для передачи данных со скоростью от 2,4 кбит/с до 9,6 кбит/с.
|
|
|
Логические каналы обеспечения радиообмена являются односторонними каналами с направлением передачи от BTS к MS и имеют конфигурацию «точка –многоточие». Данные каналы несут информацию, которая необходима MS для работы в сети.
Общие логические каналы являются однонаправленными каналами от BTS к MS или от MS к BTS с конфигурацией «точка-точка» и используются для поиска MS в зоне местонахождения.
Индивидуальные логические каналы являются двухсторонними каналами с конфигурацией «точка-точка» и применяются как сетью, так и MS для сигнализации.
В сети GSM на участке BTS- MS для обмена информацией организуется доступ с временным делением каналов, когда каждый радиоканал используется для формирования восьми цифровых каналов. Каждый цифровой канал представляет собой отдельный физический канал.
Принципы построения физических каналов в стандарте GSM связаны с методом дифференциального кодирования речи. Результатом кодирования является получение 260 бит, характеризующих фрагмент речевого сигнала длительностью 20 мс. Следовательно, требуемая скорость передачи информации составит 13 кбит/с (260/20). Для обеспечения нормативных характеристик качества передачи по радиоканалу используется блочное линейное кодирование и линейное кодирование с исправлением ошибок, что подразумевает некоторую избыточность блоков передаваемой информации. В результате исходные 260 бит оцифрованной речи преобразуются в 456 бит кодированного сегмента, а скорость передачи потока данных возрастает с 13 кбит/с до 22,8 кбит/с (456/20). Кодированный сегмент дополняется специальной комбинацией, обеспечивающей работу эквалайзера, и служебной информацией. Поэтому скорость передачи по физическому каналу возрастает с 22,8 кбит/с до 33,8 кбит/с. Скорость цифрового потока радиоканала, содержащего восемь физических каналов, должна быть порядка 270 кбит/с.
Таким образом формируется структура кадра доступа и формат стандартной кодовой комбинации.
Два поля по 57 бит используются для передачи информации. При этом биты около каждого из этих полей определяют вид передаваемой информации. Поле в 26 бит занимает специальная комбинация эквалайзера. Три бита в начале и конце кодовой комбинации используются эквалайзером в качестве стартового и стопового флагов. Время, соответствующее передаче 8,25 бит, является защитным интервалом между физическими каналами.
Для защиты передаваемой информации от ошибок сегмент закодированного речевого сигнала в 456 бит разбивают на 8 блоков по 57 бит в каждом. При формировании блоков вначале между блоками распределяются первые 8 бит из 456, затем следующие 8 бит и т.д.
|
|
|
Дополнительно для повышения эффективности линейного кодирования и разбиения на блоки используются «медленные прыжки по частотам» в процессе сеанса связи, при котором каждая последующая кодовая комбинация данного физического канала передается и принимается на новой фиксированной несущей частоте. «Прыжки по частотам» происходят примерно через 1 мс.
Формат стандартной кодовой комбинации используется всеми логическими каналами, кроме каналов подстройки частоты а), синхронизации б) и доступа в).
Разбиение сегмента кодированного речевого сигнала на блоки
Процедура медленных «прыжков по частотам»
Форматы кодовых комбинаций каналов подстройки частоты, синхронизации и доступа
Структура кадров
Мультикадр пользовательских каналов (трафика) содержит 26 кадров доступа, каждый из которых состоит из 8 стандартных кодовых комбинаций (burst). Длительность мультикадра трафика составляет 120 мс.
Мультикадр каналов управления содержит 51 кадр доступа.
Мультикадры каналов трафика и управления объединяются в суперкадр.
Частотный план
Для радиодоступа GSM 900 выделены две полосы частот:
· 890 – 915 МГц для канала связи направления от MS к BTS;
· 935 – 960 МГц для канала связи направления от BST к MS.
Полосы по 25 МГц разделены на 124 пары радиоканалов, работающих в дуплексном режиме с интервалом несущей частоты по 200 кГц. Каждый радиоканал с шириной полосы 200 кГц разделен на 8 временных слотов (канальных интервалов), в которых создаются физические каналы.
Физический канал, переносящий информацию логических каналов (пользовательских и управления), определяется номерами несущей частоты и временного слота.
Таким образом, радиодоступ GSM 900 основан на принципе частотно-временного разделения каналов (FDMA и TDMA).
Образование каналов GSM 900
Внутренние интерфейсы GSM
| . Типы внутренних интерфейсов сети GSM | |
| Тип | Связь между устройствами |
| A | MSC-BSS |
| Abis | BSC-BTS |
| B | MSC-VLR |
| C | MSC-HLR |
| D | HLR-VLR |
| E | MSC-MSC |
| O | BSC-OMC |
| M | BSC-TCE |
| Um | MS-BTS |
| X | OMC-OMC |
|
|
|
