6. Функционирование систем сотовой мобильной связи стандарта GSM.

6.1. Установление связи

 
Алгоритмы функционирования систем сотовой мобильной связи различных стандартов в основном схожи и характеризуются следующим.
 
1. Когда мобильная станция MS находится в режиме ожидания, ее приемное устройство постоянно сканирует либо все каналы системы, либо только управляющие каналы.
 
2. Для вызова абонента всеми базовыми станциями BTS сотовой сети по каналам управления передаются сигналы вызова.
 
3. Мобильная станция MS вызываемого абонента при получении сигнала вызова отвечает по одному из свободных каналов управления.

>> Усиление мобильной связи GSM

4. BTS, принявшие ответный сигнал, передают информацию о его параметрах в центр коммутации MSC, который переключает разговор на ту базовую станцию BTS, где зафиксирован максимальный уровень сигнала мобильной станции MS вызываемого объекта.
 
5. Во время набора номера мобильная станция MS вызываемого абонента занимает один из свободных каналов BTS, уровень сигнала которой в данный момент максимален.
 
6. По мере удаления вызываемого абонента от BTS или в связи с ухудшением условий распространения радиоволн уровень сигнала уменьшается, что ведет к ухудшению качества связи.
 
7. Улучшение качества разговора достигается путем автоматического переключения вызываемого абонента на другой канал радиосвязи. Специальная процедура — handover — передача управления вызовом или эстафетная передача позволяет переключить разговор на свободный канал другой базовой станции BTS, в зоне действия которой оказался в это время вызываемый абонент.

Аналогичные действия предпринимаются при снижении качества связи из-за влияния помех или при возникновении неисправностей коммутационного оборудования. Для контроля таких ситуаций BTS снабжены специальными устройствами, периодически измеряющими уровни сигналов мобильных станций, передающих речевые сигналы, и сравнивающими эти уровни с допустимыми пределами.

Если уровень сигнала от MS меньше выбранного допустимого уровня, то информация об этом автоматически передается в центр коммутации MSC по служебному каналу связи. MSC выдает команду об изменении уровня сигнала мобильной станции на ближайшие к нему базовые станции BTS.
 

После получения информации от BTS об уровне этого сигнала центр коммутации MSC переключает мобильную станцию MS на ту из базовых станций BTS, где уровень сигнала оказался наибольшим. В случае, если возникает ситуация, когда поток заявок на обслуживание, поступающий от абонентов сотовой сети, превышает количество каналов, имею-щихся на всех близко расположенных BTS, как временная мера (до освобождения одного из каналов) используется принцип эстафетной передачи внутри соты. При этом происходит поочередное подключение каналов в пределах одной и той же базовой станции BTS для обеспечения связью всех абонентов.
 
Инициация и установление связи
 
Центр коммутации MSC и базовые станции BTS работают круглосуточно и непрерывно, без выключений. При возникновении в них неисправностей работоспособность поддерживается за счет резервирования, с ремонтом (заменой) вышедших из строя блоков в ситуации, когда они переводятся в положение резервных.

В работе мобильных станций перерывы и отключения практически неизбежны, в том числе и для смены источников питания. Рассмотрим работу мобильной станции MS в пределах одной соты без передачи обслуживания. В этом случае можно выделить четыре режима работы MS: включение и инициация; режим ожидания; режим установления связи; режим ведения связи.

 
1. Включение и инициация
 
После включения MS (то есть после включения источника питания) реализуется инициация — начальный запуск. В течение выполнения этого режима происходит настройка MS на работу в составе сотовой сети по сигналам, которые передаются регулярно от BTS по соответствующим каналам управления, после чего MS переходит в режим ожидания.
 
В стандарте GSM мобильная станция сканирует все имеющиеся частотные каналы, настраивается на канал с наиболее высоким уровнем сигнала и по наличию пачки коррекции частоты определяет, передается ли в этом частотном канале информация вещательного канала управления — ВССН (Broad Cast Control CHannels). Если информация в канале ВССН отсутствует, то MS перестраивается на следующий по высокому уровню сигнала канал ВССН.

Далее MS находит пачку синхронизации, синхронизируется с выбранным частотным каналом, расшифровывает дополнительную информацию о базовой станции BTS (в частности 6-битовым кодом идентификации BTS) и принимает окончательное решение о продолжении поиска или о работе в данной соте. На этом завершается процесс инициации.

 
2. Режим ожидания
 
В режиме ожидания MS отслеживает:
 
- изменения информации системы, которые могут быть связаны как с изменением режима работы сотовой системы, так и с перемещением самой мобильной станции MS;
- команды системы, например, команду подтверждения своей работоспособности;
- получение вызова со стороны сотовой сети;
- получение вызова со стороны абонента.
 
В стандарте GSM мобильная станция MS измеряет и периодически передает на BTS следующие параметры:
 
- уровень сигнала BTS «своей» соты и до 16 смежных сот, измеряемый по сигналу канала ВССН;
- код качества принимаемого сигнала в рабочей соте — функцию оценки частоты битовой ошибки BER (Bit Error Rate) по принятому сигналу перед канальным декодированием. Кроме того, мобильная станция MS может периодически, например, один раз в
 
10... 15 минут, подтверждать свою работоспособность, передавая соответствующие сигналы на BTS (подтверждение «регистрации» или уточнение местоположения).
 
В центре коммутации MSC для каждой из включенных MS фиксируется сота, в которой она зарегистрирована, что облегчает организацию процедуры вызова подвижного абонента.

Если MS не подтверждает свою работоспособность в течение определенного промежутка
времени, например, пропускает два или три подтверждения «регистрации» подряд, то центр коммутации MSC считает эту MS выключенной, и поступающие на ее номер вызовы не передаются.
 
3. Режим установления связи
 
Если со стороны сотовой сети поступает вызов номера MS-/ вызываемого абонента, центр коммутации MSC направляет этот вызов на базовую станцию BTS-/ той соты, в которой «зарегистрирована» вызываемая MS-/, или на несколько BTS в окрестности этой соты с учетом взаимного перемещения вызываемого абонента за время, прошедшее с момента последней «регистрации», a BTS передают этот вызов по соответствующим каналам вызова. Мобильная станция MS-/ отвечает на этот вызов через свою BTS-/, передавая одновременно данные, необходимые для проведения процедуры аутентификации.
 
При положительном результате аутентификации назначается канал трафика и мобильной станции MS-/ сообщается номер соответствующего частотного канала. Мобильная станция MS-/ настраивается на выделенный канал и совместно с BTS-/ выполняет необходимые шаги по подготовке сеанса связи. В режиме установления связи MS-/ настраивается на заданный номер слота в кадре, уточняет задержку во времени, подстраивает уровень выходной мощности передатчика и т.п. Выбор временной задержки производится с целью временного согласования слотов в кадре (например, в BTS-/) при организации связи с мобильными станциями MS, находящимися на различных расстояниях от BTS-/.

При этом временная задержка передаваемой мобильной станцией пачки бит регулируется по командам базовой станции. В стандарте GSM при выборе задержки используются пачки доступа. Задержка регулируется в пределах от 0 до 63 бит с дискретом 1 бит (3,69 мкс). В дальнейшем BTS-/ отслеживает изменение расстояния до MS-/ и корректирует величину задержки, выдавая соответствующие команды на MS-/.

При малых геометрических размерах соты, то есть при малых величинах задержки (в пределах защитного бланка или защитного интервала), компенсация временной задержки может не производиться. В стандарте GSM производится также привязка MS-/ к BTS-/ по частоте с использованием пачки коррекции частоты и временная синхронизация MS-/ с BTS-/ с точностью до 1А бита, для чего в пачке синхронизации передаются: а) номер четвертей битов (QN — Quarter bit Number), в пределах от 0 до 624; б) номер бита (BN — Bit Number) в пределах от 0 до 156; в) номер слота (TN — Time slot Number) в пределах от 0 до 7; г) номер кадра (FN — Frame Number) в пределах от 0 до 2715648. Одновременно в пачке синхронизации передается 3-битовый код (<colour code —код цвета) сети сотовой связи и 3-битовый код базовой станции, составляющие в совокупности уникальный 6-битовый идентификатор базовой станции (BSIC — Base Station Identifier Code).
 

Далее BTS-/ выдает сообщение о подаче сигнала вызова (звонка), который подтверждается мобильной станцией MS-/, и вызывающий абонент получает возможность услышать сигнал вызова. Когда вызываемый абонент отвечает на вызов, то есть «снимает трубку», нажимая соответствующую тастатуру на панели управления MS-y, мобильная станция MS-/ выдает запрос на завершение соединения. С завершением соединения начинается соответственно сеанс связи — абоненты ведут разговор.
 
4. Режим ведения разговора
 
В процессе разговора MS производит обработку передаваемых и принимаемых сигналов, а также передаваемых одновременно с речью сигналов управления. По окончанию разговора происходит обмен служебными сообщениями между MS и BTS (запрос или команда), после чего передатчик MS выключается, и станция MS переходит в режим ожидания. В данном случае рассматривался алгоритм установления связи: стационарный ТА (телефонный аппарат) —> PSTN —> сотовая сеть —> MS-/.
 
Если вызов инициируется со стороны мобильной станции MS-к, находящейся в соте с BTS-£, то есть абонент MS-к набирает номер вызываемого абонента, убеждается в правильности набора по отображению на дисплее и нажимает соответствующую вызывную кнопку на панели управления, то мобильная станция MS-к передает через свою BTS-& сообщение с указанием вызываемого номера и данными для аутентификации мобильного абонента.

После аутентификации BTS-& назначает канал трафика и последующие шаги по подготовке сеанса связи производятся таким образом, как и при поступлении вызова со стороны сотовой сети (то есть сеть сотовой связи-» MS-k). Далее MS-k сообщает в центр коммутации MSC о готовности MS-k, затем MSC передает вызов в сеть, а абонент мобильной станции MS-k получает возможность следить за ходом его выполнения (это выражается в том, что абонент MS-к слышит сигналы «вызов» или «занято»). Соединение завершается на стороне сети GSM.

Эта процедура схематически иллюстрируется на рис. 6.1.
 
 
 установление связи между MS и PSTN

Рис. 6.1. Процедура установления связи между MS и PSTN

Цифрами обозначается следующая последовательность операций установления связи.

 
Луч 1: MS-i через канал случайного доступа RACH (Random Access CHannel) — запрашивает выделенный закрепленный канал управления SDCCH (Standalone Dedicated Control CHannel) для установления связи.
 
Луч 2: контроллер базовой станции BSC через канал разрешения доступа AGCH (Access Grant CHannel) назначает канал SDCCH.
 
Луч 3: (двунаправленный) — мобильная станция MS через канал SDCCH проводит аутентификацию и выдает запрос на вызов (с номером вызываемого абонента).
 
Луч 4: центр коммутации MSC выдает команду в контроллер базовой станции BSC на назначение канала трафика TCH (Traffic CHannel).
 
Луч 5: центр коммутации MSC передает вызываемый номер в стационарную телефонную сеть общего пользования PSTN (Public Switched Telephone Network) и после ответа вызываемого абонента завершает соединение.
 
Процесс разговора и завершения сеанса связи не отличается от предыдущего случая. Режим установления связи между мобильными абонентами MS-i и MS-к, а также режим ведения разговора между ними, объединяет вышерассмотренные алгоритмы: MS-/ и MS-к находятся в сотовой системе одного оператора или в сотовой системе нескольких операторов, связь между ними устанавливается через центры коммутации MSC (без выхода в стационарную телефонную сеть).
 


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.

                 6.1. Установление связи.
                 6.2. Аутентификация и индентификация.
                 6.3. Передача обслуживания.
                 6.4. Роуминг.
                 6.5. Управление мощностью передатчика.

       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.

 
   
Стол заказов: (067)194-45-55 | Киев