Структура служб

data-ad-format="link">

       2.1. Общие положения.
       2.2. Принципы организации сотовой сети мобильной связи.
       2.3. Полосы частот сотовой мобильной связи.
       2.4. Принцип повторного использования частот.
       2.5. Оценка числа физических радиоканалов в произвольной соте.
       2.6.1 Структура компонентов сети.
       2.6.2 Структура компонентов сети.     
       2.6.3 Структура компонентов сети. 
       2.7. Структура служб.
       2.8. Методы множественного доступа.
       2.9. Структура кадров ТDМА и формирование сигналов.
       2.10. Каналы связи.
       2.11. Сигнализация в сотовых мобильных сетях.

2.7.  Структураслужб

Системы сотовой мобильной связи в стандарте GSM помимо обычной двухсторонней ра­диотелефонной связи (передачи речевых сигналов) с мобильными абонентами сотовой сети и неподвижными абонентами стационарной телефонной сети, включая междугородную и международную телефонную связь, могут предложить абонентам еще целый ряд услуг, в том числе:
-  передачу факсимильных сообщений и компьютерных данных;
-  переадресацию вызова и автодозвон;
-  автоматическую регистрацию продолжительности телефонных разговоров;
-  голосовую почту и многое другое.

 
Стандарт GSM дает четкую классификацию поддерживаемых им служб (servises). Службы сети GSM состоят из основных и дополнительных. Первые из них могут существо­вать сами по себе. Основные службы делятся на два больших класса (рис. 2.29):
-  службы передачи (bearer servises);
-  телеслужбы (teleservises).


Транспортная сеть Классификация поддерживаемых стандартом служб GSM
   Стандартизован также широкий спектр дополнительных услуг:
1) идентификация и отображение вызывающего или подключенного номера и ограниче­ние идентификации и отображения вызывающего или подключенного номера (вызывающей стороне предоставляется право ограничить возможность идентификации ее номера);
2) переадресация вызова на другой номер (безусловная переадресация и переадресация в случаях, когда абонент занят или не отвечает) и передача вызова (переключение установ­ленной линии связи на другого абонента);
3) ожидание вызова (при занятом терминале абонент получает извещение о поступив­шем вызове и может ответить на него, отказаться от приема вызова или проигнорировать его поступление) и сохранение вызова (абонент может прервать проводимый сеанс связи, ответив на другой вызов и сделав другой вызов, а затем вернуться к продолжению прерван­ного разговора);
4) конференцсвязь — одновременный разговор трех и более абонентов;
5) закрытая группа пользователей — эта функция позволяет группе пользователей об­щаться только между собой, при необходимости один или более членов группы могут иметь доступ по выходу/входу к абонентам, не входящим в группу;
6) оперативная информация о стоимости оказываемых услуг (или же оказанных услу­гах);
7) запрет на определенные функции, например, на входящие вызовы, на международ­ные вызовы или исходящие вызовы для роумеров;
8) предоставление открытой линии связи сеть/пользователь для реализации функций, определяемых оператором.
 
Улучшить сотовую мобильную связь в помещении квартиры, офиса, купить репитер GSM

Завершая рассмотрение сервисных режимов передачи и телесервисных режимов, необ­ходимо отметить следующее: оба термина —bearer services и teleservices заимствованы из технологии ISDN, при этом они относятся к разным точкам доступа, как показано на рис. 2.29 [(bearer servises — ориентирована только на транспортировку информации между соответствующими стыками пользователь/сеть и, в отличие от teleservices, забота о совмес­тимости протоколов связи оконечных устройств (терминальной аппаратуры — ТЕ) остается за пользователями этих устройств, teleservices — ориентированы на непосредственную связь пользователь/пользователь и включают функцию связи оконечных устройств].

2.8.  Методы множественного доступа
Понятие «множественный доступ» (multiple access) связано с организацией совместного ис­пользования ограниченного участка частотного спектра многими пользователями. В настоя­щее время известны пять вариантов множественного доступа:
-  FDMA (Frequency Division Multiple Access) — множественный доступ с частотным разделением каналов связи;
-  TDMA (Time Division Multiple Access) — множественный доступ с временным разде­лением каналов связи;
-  CDMA (Code Division Multiple Access) — множественный доступ с кодовым разделе­нием каналов связи;
-  SDMA (Spase Division Multiple Access) — множественный доступ с пространствен­ным разделением каналов связи;
-  PDMA (Polarization Division Multiple Access) — множественный доступ с поляризаци­онным разделением каналов связи.


Практический интерес для сотовой мобильной связи представляют первые три из них.
Четвертый метод фактически используется при реализации принципа повторного ис­пользования частот, в частности при делении сот на секторы с использованием направлен­ных антенн, но об этом не говорится как о методе множественного доступа.
 
Множественный доступ счастотным разделением каналов связиТак как в стандарте GSM используется TDMA, частично в сочетании с FDMA, рассмот­рим первые два метода множественного доступа.

1. Метод FDMA — множественный доступ с разделением каналов связи по частоте, наиболее прост при реализации, так как в этом методе каждому пользователю на время се­анса связи выделяется своя полоса частот А/ (частотный канал), которую он использует все
время (рис. 2.30).Метод FDMA используется во  всех аналоговых системах сотовой связи (первое поколение), при этом выделяемая полоса частот А/ со­ставляет 10...30 кГц. Основной не­достаток FDMA— недостаточно эффективное использование поло­сы частот, выделяемой для связи.


2. Метод TDMA — множест­венный доступ с разделением ка­налов связи по времени, состоит в том, что каждый частотный канал
разделяется  между  пользователя­ми во времени — частотный канал
по   очереди   предоставляется   не­скольким пользователям на опре­деленные промежутки времени, то есть   реализуется,   например,   не­сколько физических каналов в од­ном частотном. В качестве приме­ра на рис. 2.31  представлен слу­чай, когда каждый частотный ка­нал делится между тремя пользо­вателями. 

Практическая реализация метода TDMA требует преобразования аналогового речевого сигнала в цифровую последовательность, которая подвергается кодированию и шифрова­нию, что необходимо для защиты информации от ошибок в процессе передачи и приема.


2.9.  Структура кадров TDMA иформирование сигналов

В общем виде в стандарте GSM временная диаграмма процесса передачи с использованием метода TDMA выглядит следующим образом (рис. 2.32):
-   первоначально осуществляется преобразование аналогового речевого сигнала в циф­ровую последовательность;
-   цифровая последовательность подвергается кодированию, шифрованию, при этом ис­пользуются:
а)  блочное кодирование — для быстрого обнаружения ошибок при приеме сигналов;
б)  сверточное кодирование — для исправления одиночных ошибок;
в)   перемежение — для преобразования пакетов ошибок в одиночные ошибки.
 
 Структура кадров TDMA иформирование сигналов
 Рис. 2.32. Структура кадров и формирование сигналов в стандарте GSM (приTDMA)


В результате этих преобразований каждый отсчет уровня исходного аналогового рече­вого сигнала представляется в виде зашифрованного (закодированного) сообщения, состоя­щего из 114 бит, в свою очередь состоящего из двух самостоятельных информационных па­кетов ED (EncriptedData— закодированные, зашифрованые данные) по 57 бит (рис. 2.32) в нормальном временном интервале (слоте) NB (NormalBurst), разделенных между собой обучающей последовательностью (26 бит) TS (Training Sequence).
При приеме последовательности EDопределяется характер искажений в тракте распро­странения сигнала и характеристики приемника формируются уже применительно к кон­кретным условиям работы в данный момент времени.
Для передачи информации по каналам связи и управления, подстройки несущих частот, обеспечения временной синхронизации и доступа к каналу связи используется пять видов временных интервалов:
-  NB (Normal Burst)— нормальный временной интервал;
-  FB (Frequency correction Burst)— временной интервал подстройки частоты;
-  SB (Synchronization Burst)— интервал временной синхронизации;
-  DB (Dummy Burst)— установочный интервал;
-  АВ (Access Burst)—интервал доступа.
1)При передаче по одному речевому каналу в стандарте GSMиспользуется нормаль­ный временной интервал NBдлительностью 0,577 мс, который включает в себя:
-  114 бит = 57 + 57 — закодированной (зашифрованной) информации ED;
-  две концевых комбинации ТВ (TailBits) по три бита каждая;
-   два контрольных бита S (S— StealingFlag— скрытый флажок), разделяющие EDи служащие признаком того, содержит ли передаваемая группа речевую информацию или информацию сигнализации. В последнем случае информационной канал (TrafficChannel) «украден» для обеспечение сигнализации;
-  TS (TrainingSequence) — обучающую последовательность из 26 бит, которая разделяет информационный блок, состоящий из 114 бит по 57 бит ED, при этом с помощью TS обеспечивается:
а) оценка частоты появления ошибок в двоичных разрядах по результатам сравнения принятой и эталонной последовательностей. В процессе сравнения вычисляется параметр RXQUAL, принятый для оценки качества связи. В данном случае речь идет только об оцен­ке связи, а не о точных измерениях, так как проверяется только часть передаваемой инфор­мации. Параметр RXQUALиспользуется при вхождении в связь, при выполнении процеду­ры HANDOVER— эстафетной передачи и при оценке зоны покрытия связью;
б) оценка импульсной характеристики радиоканала на интервале передачи NBдля по­следующей коррекции тракта приема сигнала за счет использования адаптивного эквалайзе­ра в тракте приема;
в) определение задержек распространения сигнала между базовой и мобильной стан­циями для оценки дальности связи. Эта информация необходима для того, чтобы пакеты дан­ных от разных мобильных станций не накладывались при приеме на базовой станции. Поэто­му удаленные на большое расстояние мобильные станции должны передавать свои пакеты раньше мобильных станций, находящихся в непосредственной близости от базовых станций.
Итак, обучающая последовательность TSиспользуется для установления эквалайзера в приемнике в соответствии с характеристиками канала связи в данный момент времени.
-  защитный интервал G(Guardperiod) длительностью, равной времени передачи 8,25 бита (8,25x3,69 = 30,44 мкс).
Таким образом, временной слот NBсодержит 156,25 бит при длительности одного бита равной 577/156,25 = 3,69 мкс.
2) Временной интервал подстройки частоты FBпредназначен для синхронизации по частоте мобильной станции MSи содержит:
-  142 нулевых бита, что соответствует немодулированной несущей частоте со сдвигом (1625/24) кГц выше номинального значения частоты несущей. Это необходимо для проверки работы своего передатчика и приемника при небольшом частотном разносе каналов (200 кГц), что составляет около 0,022% от номинального значения частоты 900 МГц;
-  две концевых комбинации ТВ по три бита каждая;
-  защитный интервал Gдлительностью 8,25 бит.
Следует отменить, что повторяющиеся временные интервалы подстройки частоты FBобразуют канал установки частоты FCCH(Frequency Correction CHannet).

3) Интервал временной синхронизации SBпредназначен для синхронизации по времени базовой и мобильной станций. SB состоит из:
-  синхропоследовательности длиной 64 бита;
-  двух зашифрованных EDблоков, по 39 бит каждый, несущих информацию о номере кадра TDMAи идентификационном коде базовой станции;
-  двух концевых комбинаций ТВ по 3 бита каждая;
-  защитного интервала Gдлиной 8,25 бит.

Интервал SBпередается вместе с интервалом установки частоты.
Повторяющиеся интервалы временной синхронизации образуют так называемый канал синхронизации SCH (Synchronizing CHannet).
4) Установочный интервал DBобеспечивает установление и тестирование канала связи. По своей структуре DBсовпадает с интервалом NBи содержит:
-  2 блока по 58 бит, в которых не передается никакой информации;
-  установочную последовательность (вместо TSв NB) длиной 26 бит;
-  2 блока ТВ по 3 бита каждый;
-  защитный интервал Gдлиной 8,25 бит.

Отсутствуют два контрольных бита S.Так как в DBне передается никакой информации, то назначение DBсостоит в информировании о том, что передатчик функционирует.
5) Интервал доступа АВ обеспечивает разрешение доступа мобильной станции MSк но­вой базовой станции. Интервал АВ передается мобильной станцией MSпри запросе канала синхронизации. Это первый передаваемый мобильной станцией пакет, при этом время про­хождения сигнала еще не измерено.
Поэтому в интервале доступа АВ последовательно передаются:
-  концевая комбинация ТВ длиной в 8 бит;
-  последовательность синхронизации для базовой станции — 41 бит, что позволяет базовой станции обеспечить правильный прием последующих 36 зашифрованных бит ED;
-  36 зашифрованных бит;
-  3 бита ТВ;
-  большой защитный интервал G, длиной 68,25 бит (длительностью — 68,25x3,69 = = 252 мкс), что обеспечивает (независимо от времени прохождения сигнала) доста­точное временное разнесение от пакетов других мобильных станций.

Защитный интервал в 252 мкс соответствует двойному значению возможной задержки сигнала в пределах одной соты и, тем самым, устанавливает максимально допустимые раз­меры соты. Для стандарта GSMвозможность обеспечения устойчивой связью мобильных станций в сотах составляет по радиусу от BTSк MSдо 35 км, при этом максимальное время распространения радиосигнала в прямом и обратном направлениях составляет -233,3 мкс.

Таким образом, временные интервалы (слоты) NB, FB, SB, DBи АВ реализуют переда­чу различных видов информации (речевые сигналы, сигналы управления и.т.п.), обеспечи­вающие как достаточно качественную передачу речевых сигналов, так и шифрование, под­стройку несущей, синхронизацию, доступ к каналу связи и т.д.
Эти временные интервалы и их структура были рассмотрены в разделе выше, посвя­щенном структуре Air-интерфейса.
По сути:
-  NBTDMA— это слот канала трафика;
-  FBTDMA— это слот пакета коррекции частоты;
-  SBTDMA— это слот пакета синхронизации;
-  DBFDMA— это слот холостого пакета;
-  АВ TDMA— это слот пакета доступа.

Как и в случае с радиоинтерфейсом, передача информации при временном разделении каналов осуществляется в составе кадра TDMA(в Air-IFв кадре канала трафика).
Каждый кадр TDMA состоит из 8 временных интервалов (в Air-IFкадр канала трафика состоит из 8 слотов) с номерами от 0 до 7, то есть в одном кадре TDMAодновременно могут передаваться 8 речевых каналов.
Обычно каждый временной слот обозначается TN с номером от 0 до 7.

Физический смысл позиций TN0...TN7 — означает время, в течение которого осущест­вляется модуляция несущей цифровым информационным потоком, соответствующим рече­вому сообщению или компьютерным данным.

Цифровой информационный поток представляет собой последовательность пакетов, размещаемых в этих временных позициях TN0...TN7, при этом эти пакеты формируются немного короче по времени, чем временные интервалы NB, FB, SB, DB, АВ (длительностью 577 мк). Длительность слотов TN0...TN7 составляет 546 мкс, что необходимо для приема сообщения при наличии временной дисперсии в канале распространения.
Так как по стандарту GSM информационное сообщение передается по радиоканалу со скоростью 270,833 кбит/с, то временной интервал кадра TDMA содержит 270833Х577Х10-6 = = 156,25 бит.
Таким образом, все временные интервалы NB, FB, SB, DBи АВ имеют одинаковый кадр длиной 156,25 бита.
Рассмотрим далее иерархическую структуру кадров TDMA:
-  кадр TDMA, состоящий из 8 слотов, имеет длительность Тк = 577x8 = 4615 мкс = = 4,615 мс;
-  в периоде последовательности каждый кадр TDMAимеет свой порядковый номер NFот 0 до NFMax, где NFMax= 26x51x2048 = 2715647 бит;
-  кадры TDMA объединяются в мультикадры двух видов:
■  мультикадр, состоящий из 26 кадров TDMA(в Air-IF— это мультикадр канала тра­фика): NF0...NF25; длительность мультикадра первого вида: 26x4,615 = 120 мс;
■   мультикадр, состоящий из 51 кадра TDMA(в Air-IF— это мультикадр канала управления): NF0...NF50; длительность второго кадра — 51x4,615 = 235,385 мс;
-  из 51 мультикадра первого вида формируется суперкадр первого вида, имеющий 26x51 = 1326 кадров TDMA, длительностью 120x51 = 6,12 с;
-  из 26 мультикадров второго вида формируется суперкадр второго вида, по числу кад­ров и длительности совпадающий с суперкадром первого вида;
-  длина периода последовательности в иеархической структуре, называемая гиперкадром, делится на 2048 суперкадров, то есть по числу кадров в гиперкадре: 2048x1326 = = 2715648 кадров TDMA, а по длительности Т = 12533,76 с = 3 ч 28 мин 53 с 780 мс.

Временная маска огибающей для сигналов NB, FB, DB, и SB полного кадра TDMA Необходимость такого большого периода гиперкадра объясняется требованиями процесса криптографической защиты, в котором номер кадра NF используется как входной параметр.
Таким образом, рассмотрение структуры кадров TDMAи структуры радиоинтерфейса позволяет сделать вывод об идентичности их структур.
В структуре GSM строго определены временные характеристики огибающей сигнала (излучаемого пакетами на канальном временном интервале кадра TDMA) и спектральная характеристика сигнала.
Временная маска огибающей для сигналов NB, FB, DB, и SB полного кадра TDMA по­казана на рис. 2.33, а временная маска огибающей для сигналов, излучаемых в интервале АВ полного кадра TDMA, — на рис. 2.34.

 

Различные формы огибающих излучаемых сигналов соответствуют разным длительно­стям интервала АВ (88 бит) по отношению к другим указанным интервалам полного кадра TDMA(148 бит).
Нормы на спектральную характеристику излучаемого сигнала показаны на рис. 2.35, при этом до 60 кГц величина S(f) = + 3,5 дБ,
-    при/= 140 кГц S = -12 дБ;
-    при/= 200...250 кГц S= -30 дБ;
-    при/= 300 кГц S= -43 дБ;
-    при/= 600 кГц S = -63 дБ.
Нормы на спектральную характеристику излучаемого сигнала

Скачки по частоте

Одной из особенностей формирования сигналов в стандарте GSMявляется использова­ние медленных скачков по частоте SFH (Slow Frequency Hopping)в процессе сеанса радио­связи. Главное назначение этих скачков по частоте состоит в обеспечении частотного разне­сения в радиоканалах, функционирующих в условиях многолучевого распространения ра­диоволн. SFH используются во всех мобильных сетях, что повышает эффективность коди­рования и перемежения при медленном движении абонентских MS.

Принцип формирова­ния медленных скачков по частоте SFH состоит в том, что сообщение, передаваемое в выде­ленном абоненту MS временном интервале кадра TDMA577 мкс, в каждом последующем кадре передается (или принимается) на новой фиксированной частоте (рис. 2.36), то есть ес­ли MSв начале передавала на частоте /* (TN0), при движении во времени частота меняетсяна fj(TN0), потом на / (TNO) и т.д. В соответствии со структурой кадров TDMA время для перестройки частоты составляет 1мс (при этом время частотного скачка определится —0, 577*8 = 4,616 мс). В процессе скачков по частоте постоянно сохраняется дуплексный раз­нос 45 МГц между радиоканалами приема и передачи (рис. 2.37)
fk012345670 1234567012345670MS /Рис. 2.36. Принцип формирования медленных скачков по частоте SFH
Временные интервалы и рабочие каналы в стандарте GSM
 
 Всем активным абонентам MS, находящимся в одной соте, ставятся в соответствие ор­тогональные формирующие последовательности переключения частот, что исключает вза­имные помехи при приеме сообщений абонентами MS в соте.

Параметры последовательности переключения частот (частотно-временная матрица (рис. 2.36) и начальная частота) назначаются каждой мобильной станции MS в процессе ус­тановления канала связи. Ортогональность последовательностей переключения частот в со­те обеспечивается начальным частотным сдвигом одной и той же (по алгоритму формиро­вании) последовательности.

В смежных сотах используются различные формирующие последовательности. Комби­нированная схема организации каналов TDMA/FDMA в стандарте GSM и принцип исполь­зования SFH при передаче сообщений во временных кадрах были показаны на рис. 2.36 и рис. 2.37.
Таким образом, если учесть, что в кадре каждому физическому каналу соответствует один слот, то для любого из физических каналов такая частота скачков эквивалентна смене частотных каналов с частотой слотов.
Режим работы с SFH назначается центром коммутации MSC
Основы сотовой связи стандарта GSM. 
       1. ВВЕДЕНИЕ В СТАНДАРТ GSМ.
       2. ОРГАНИЗАЦИЯ СОТОВОЙ СЕТИ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ СТАНДАРТА GSМ.
       3. АНТЕННЫ И ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН В СИСТЕМАХ СОТОВОЙ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ.
       4. МОБИЛЬНЫЕ СТАНЦИИ
       5. БАЗОВЫЕ СТАНЦИИ.
       6. ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ СИСТЕМ СОТОВОЙ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ СТАНДАРТА GSM.
       7. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И МОНИТОРИНГА В СИСТЕМАХ СОТОВОЙ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ.
       8. УСЛУГИ, ФРОД И БЕЗОПАСНОСТЬ В СИСТЕМАХ СОТОВОЙ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ.
       9. УПРАВЛЕНИЕ СЕТЯМИ СВЯЗИ В СТАНДАРТЕ GSM.
      10. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СИСТЕМ СОТОВОЙ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ.