Зміст
1. Організація системи стільникового мобільного радіозв’язкустандарту NMT-450 3
2. Загальна характеристика стандарту GSM… 10
3. Інтеграція елементів інтелектуальної мережі стандарту GSM… 14
Список використаної літератури. 18
Варіант 6
1. Організація системистільникового мобільного радіозв’язку
стандарту NMT-450
Стандарт на аналогові стільниковісистеми мобільного радіозв'язку NMT-450 Скандинавських країн (The Nordіc MobіleTelephone System) розроблений спільно Адміністраціями зв'язку Данії, Фінляндії,Норвегії і Швеції для організації спільного радіотелефонного зв'язку загальногокористування в Скандинавських країнах.
У NMT-450 рухливі станції цілкомсумісні з усіма базовими станціями системи незалежно від країни. Усі мобільніабоненти мають можливість працювати в будь-який країн, що входять у систему.
Система призначена в основному дляобслуговування наземних рухливих абонентів, однак, у деяких випадках можеобслужити також і абонентів морських рухливих служб на невеликих відстанях відберега.
Система забезпечує: — входження взв'язок і реєстрацію вартості розмови як з рухливої станції, так і, навпаки, вавтоматичному режимі; — можливість організації зв'язку між рухливою станцією ібудь-яким абонентом стаціонарної телефонної мережі чи з будь-якою іншоюрухливою станцією, включеної в систему, незалежно від країни; — можливістьавтоматичного пошуку рухливого абонента в межах об'єднаних мереж (наприклад,Скандинавських країн).
Принцип роботи рухливої системирадіозв'язку заснований на взаємодії з фіксованою телефонною мережею. До складумереж рухливого зв'язку входять:
MSC — центр комутаціїмобільного зв'язку;
BTS — базові станції;
MS — мобільні станції.
Центр комутації мобільного зв'язку(MSC) забезпечує керування системою рухливого радіозв'язку і є інтерфейсом між мобільноюстанцією і фіксованою телефонною мережею. Кожен MSC обслуговує групу базовихстанцій. Сукупність BTS, що обслуговуються одним MSC, утворить зонуобслуговування (TA — traffіc area).
Система утворена таким чином, що взалежності від значимості абонентів вона може їм надавати деякі переваги, такіяк скорочений набір, пріоритет і т.п.
На кожній базовій станції один каналвикористовується як канал виклику, він маркірується спеціальним сигналомупізнання. Один чи кілька інших каналів, коли вони вільні, маркіруються іншимсигналом, що показує, що канал вільний. Мобільні станції, що знаходяться в зонідії базової станції, постійно працюють на прийом на каналі виклику. Однак, привизначених обставинах, MSC може допускати використання каналу виклику дляведення розмови. Ця можливість може бути використана тільки в тому випадку,коли на базовій станції немає вільних каналів зв'язку.
На додаток до сигналів, що розрізняютьканали виклику і канали зв'язку, маються сигнали, що визначають зонуобслуговування і країну, у якій знаходиться мобільна станція, а також сигнали,що позначають номер каналу. Усі службові сигнали є цифровими і передаються зішвидкістю 1200/1800 біт/с FFSK модуляцією (Fast Frequency Shіft Keyіng нулювідповідає частота 1800 Гц, а одиниці 1200Гц). Сама розмова представляєаналоговий сигнал (модуляція) так, що його можна підслухати«звичайним» приймачем.
Розробка системи стільникового зв'язкустандарту NMT-450 була закінчена в 1978 р., а експлуатація перших системстільникового мобільного радіотелефонного зв'язку загального користування цьогостандарту почався в 1981 р. ДО 1985 р. число абонентів системи досягло 180тис., а ріст їхнього числа складав 5 тис. на місяць.
Споконвічно системи стандарту NMT(Nordic Mobile Telephone) були призначені для 5 північноєвропейських країн. Цебули аналогові системи першого покоління, що працювали в діапазоні 450 — 467МГц і мали 180 каналів зв'язку шириною по 25 КГц кожний. За рахунокбагаторазового використання частот ефективне число каналів складало 5568.Середнє число каналів, що виділялося базовим станціям, було рівним 30.Стільники з радіусом, що знаходиться в діапазоні 5—25 км, покривали територіїцих країн.
Мережі на основі модифікацій даногостандарту знаходять застосування в багатьох країнах світу і в даний час завдякивеликій зоні обслуговування, низькій ціні установки і запуску, масштабуванню іпростоті технічного обслуговування.
Характерною рисою стандарту є те, щовсі мобільні абоненти мають можливість працювати в кожній із країн, що входятьу систему, завдяки тому, що мобільні станції цілком сумісні з усіма базовимистанціями системи будь-якої країни. В даний час більш 40 країн світувикористовують системи стільникового мобільного зв'язку стандартів NMT-450 іNMT-900, що працюють у діапазоні частот 450 і 900 МГц відповідно. Основнерозходження між цими стандартами полягає в тім, що з підвищенням використовуванихчастот стало можливим зменшення габаритів радіотелефону, а також розширенняспектра послуг зв'язку та керування.
До основних достоїнств стандарту NMTварто віднести надійну роботу на відкритих просторах і можливість брати телефоніз собою в поїздку в ті країни, де використовується цей стандарт. Системастільникового зв'язку стандарту забезпечує:
Входження в зв'язок і реєстраціювартості розмови в автоматичному режимі.
Організацію зв'язку між мобільноюстанцією і будь-яким абонентом стаціонарної телефонної мережі чи з будь-якоювключеною в систему мобільною станцією, незалежно від країни.
Автоматичний пошук мобільного абонентав межах об'єднаних мереж стільникового зв'язку.
Системи стільникового зв'язку цьогостандарту, крім передачі мовних повідомлень на місцевому, міжміському іміжнародному рівнях, дозволяють відправляти телефакси і мати доступ до різнихбаз даних (швидкість передачі даних не повинна перевищувати 4,8 Кбіт/с), атакож надають абонентам наступні сервісні послуги: переадресацію виклику наінший номер, обмеження виклику (тривалості розмови), конференц-зв'язок трьохабонентів, організацію користувальницьких груп зі скороченим набором номера іт.п.
Стандарт NMT-450 був удосконалений:збільшилася продуктивність системи зв'язку; підвищилося якість роботи;проведений захист доступу до мережі за допомогою системи ідентифікаціїабонента, що виключила можливість піратського використання каналу зв'язку. Цядороблена версія стандарту одержала позначення NMT-450і. Основною їїособливістю є застосування так званої SS N 7 (Сигналізації Номер 7 поспецифікації МККТТ), що дозволяє швидше переключати абонентські станції наобслуговування іншою базовою станцією при переміщеннях абонента, виконуватифункції їхньої ідентифікації і знижувати споживання енергії радіотелефонами.
Основні характеристики стандартуNMT-450 збережені й у більш новій його версії NMT-900. Основні технічніхарактеристики стандартів представлені в табл. 1.1.
Таблиця 1.1. Основні характеристики стандартів NMT-450 (NMT-450і)Найменування параметра NMT-450(NMT-450i)
Смуга частот:
для передачі мобільною станцією
для прийому мобільною станцією
453,0-457,5
463,0-467,5 Частотний рознос каналів, кгц 25 (20) Кількість каналів 180 (225) Дуплексний рознос каналів прийому і передачі, МГц 10 Потужність передавача базової станції, Ут До 50 Потужність передавача мобільної станції, Ут
15
1,5
0,15 Радіус стільника, км 15-40
Як видно з табл. 1.1, робочі частотистандарту NMT-450 знаходяться в двох смугах: 453,0 — 457,5 і 463,0 — 467,5 Мгц.Отже, рознос каналів прийому і передачі дорівнює 10 Мгц.
Оскільки загальне число каналівобмежене (рознос сусідніх каналів дорівнює 20 — 25 кгц), то для того, щобзбільшити абонентську ємність системи, передбачається організація малих зонзв'язку.
Система стільникового мобільногозв'язку стандарту NMT-450 призначена для обслуговування наземних мобільнихабонентів, але може бути використана і морськими мобільними службами поблизуберега.
Принцип роботи системи мобільногозв'язку заснований на взаємодії з телефонною мережею загального користування.Структурна схема подібної типової мережі представлена на мал. 1.1.
До складу мереж стільниковогомобільного зв'язку входять:
Центр комутації мобільного зв'язку(MSC).
Базові станції (BTS).
Рухливі станції (MS).
Різні контролери.
Центр комутації мобільного зв'язкузабезпечує керування системою мобільного радіозв'язку і є сполучною ланкою міжмобільними станціями і телефонною мережею загального користування. Кожен MSCобслуговує групу базових станцій, сукупність яких утворить його зонуобслуговування (на мал. 3.7 зони обслуговування виділені сірим кольором).
Система спроектована таким чином, що, узалежності від типу абонентів, вона може надавати їм деякі переваги вобслуговуванні, наприклад, пріоритет виклику, скорочений набір і т.п.
Канали зв'язку кожної базової станціїпідрозділяються на розмовні канали і канали керування (виклику). По каналукерування передається спеціальний сигнал упізнання. По вільних розмовнихканалах транслюється інший сигнал упізнання, що підтверджує, що канал вільний іможе бути використаний для ведення переговорів. Усі мобільні станції, щознаходяться в зоні дії базових станцій, постійно працюють на прийом на частотіканалу керування. У випадку, коли всі розмовні канали зайняті, допускаєтьсявикористання каналу керування для ведення розмови.
/>
Мал. 1.1. Структурна схема мережістільникового мобільного зв'язку стандарту NMT-450
У системі NMT для обміну службовою інформацієюміж MSC, BTS і MS, крім службових сигналів, що визначають канали керування ірозмовні канали, використовуються сигнали, що визначають зону обслуговування,країну, у якій знаходиться мобільний абонент, а також сигнали, що позначаютьномер каналу. Усі ці службові сигнали є цифровими і формуються за допомогоюшвидкої частотної маніпуляції FFSK (Fast Frequency Shift Keying). Принципформування FFSK сигналу представлений на мал. 1.2. З цього малюнка видно, щоцифровий сигнал, визначений як логічна одиниця, являє собою один періодколивання частотою 1200 Гц, а сигнал логічного нуля — 1,5 періоду коливаннячастотою 1800 Гц. Таким чином, можна сказати, що цифровий сигнал передається поканалу зв'язку зі швидкістю 1200 біт/с.
/>
Мал. 1.2. Принцип формуванняFFSK-сигналу
/>
Мал.1.3. Структура робочого кудру NMT
Службова інформація в системі NMTпередається в 64-розрядному пакеті і розташовується в середині повного робочогокадру. Кожен такий пакет містить п'ять полів (мал. 1.3):
Номер каналу N1N2N3, по якомупередається дане повідомлення.
Префікс Р, що характеризує тип кадру.
Номер району обслуговування Y1Y2, дерозташована базова станція з номером каналу N1N2N3.
Номер мобільної станції XI — Х7.
Інформаційне поле.
При передачі в напрямку MSC — MSінформаційне поле містить 12 біт; у напрямку MS — MSC номер районуобслуговування Y1Y2 не передається, інформаційне поле містить 20 біт. У системіNMT як керуючий може використовуватися кожен з розмовних радіоканалів, що, надумку фахівців, підвищує ефективність керування стільниковою системою зв'язку.
2. Загальна характеристикастандарту GSM
У цілому, система зв'язку стандарту GSMрозрахована на використання в комерційній сфері. Вона надає користувачамширокий спектр послуг та можливість застосування різноманітного устаткуваннядля передачі мовних повідомлень і даних, сигналів виклику й аварійних сигналів,а також можливість підключення до телефонних мереж загального користування,мережам передачі даних і цифрових мереж з інтеграцією служб.
У порівнянні з іншими широкорозповсюдженими цифровими стандартами GSM забезпечує кращі енергетичніхарактеристики, більш високу якість зв'язку, його безпеку і конфіденційність.Прийнятна якість прийнятих мовних повідомлень у стандарті GSM забезпечуєтьсяпри відношенні сигнал/шум на вході приймача 9 дБ (для стандарту D-AMPS,наприклад, це співвідношення дорівнює близько 16 дБ), а енергетичні витрати вреальних каналах зв'язку (при завмиранні сигналів) на 6—10 дБ нижче впорівнянні зі стандартом D-AMPS.
Стандарт GSM, крім того, надає своїмкористувачам ряд послуг, що не реалізовані (чи реалізовані частково) в іншихстандартах стільникового зв'язку. До них відносяться:
Використання інтелектуальних SIM-карт длязабезпечення доступу до каналу і послуг зв'язку.
Шифрування переданих повідомлень.
Закритий від прослуховування радіоінтерфейс.
Аутентифікація абонента й ідентифікаціяабонентського устаткування по криптографічних алгоритмах.
Використання служб короткихповідомлень, що передаються по каналах сигналізації.
Автоматичний роумінг абонентів різнихмереж GSM у національному і міжнародному масштабах.
Міжмережевий роумінг абонентів GSM забонентами мереж стандартів DCS1800, PCS 1900, DECT, а також із супутниковимимережами персонального радіозв'язку (Globalstar, Inmarsat-P).
Відповідно до Рекомендації СЕРТ 1980р., що стосується використання частот мобільного зв'язку в діапазоні 862 — 960МГц, стандарт GSM цифрової загальноєвропейської стільникової системи наземногомобільного зв'язку передбачає роботу передавачів у двох діапазонах частот.Смуга частот 890-915 МГц використовується для передачі повідомлень з мобільноїстанції на базову, а смуга частот 935 — 960 МГц — для передачі повідомлень збазової станції на мобільну (абоненту). Причому при переключенні каналів підчас сеансу зв'язку, різниця між цими частотами постійна і дорівнює 45 МГц.
Рознос частот між сусідніми каналамизв'язку складає 200 кгц. Таким чином, у відведеній для прийому/передачі смузічастот шириною 25 МГц розміщається 124 каналу зв'язку.
У стандарті GSM використовуєтьсябагатостанційний доступ з часовим поділом (ущільненням каналів — TDMA), щодозволяє на одній несучій частоті розмістити 8 мовних каналів одночасно. Уякості мовноперетворюючого пристрою використовується мовний кодек RPE — LTP зрегулярним імпульсним збудженням і швидкістю перетворення мови 13 Кбіт/с.
Обробка мови в даному стандартіздійснюється в рамках прийнятої системи переривчастої передачі мови DTX(Discontinuous Transmission), що забезпечує включення передавача тільки тоді,коли користувач починає розмову і відключає його в паузах і наприкінці розмови(мал.2.1). Система DTX керує детектором активності мови VAD (Voice ActivityDetector), що забезпечує виявлення і виділення інтервалів мови із шумом і шумубез мови навіть у тих випадках, коли рівень шуму може бути одного рівня зрівнем мови.
Для захисту від помилок, що виникають урадіоканалах, застосовується блокове кодування і кодування з використанням функцій згортки зперемеженням. Підвищення ефективності кодування і перемеження при малійшвидкості переміщення мобільних станцій досягається повільним переключеннямробочих частот у процесі сеансу зв'язку (зі швидкістю 217 стрибків у секунду).
Для боротьби з інтерференційними завмираннямиприйнятих сигналів, викликаними багатопроменевим поширенням радіохвиль в умовахміста, в апаратурі зв'язку використовуються еквалайзери, що забезпечуютьвирівнювання імпульсних сигналів зі средньоквадратичним відхиленням часузатримки до 16 мкс. Система синхронізації устаткування розрахована накомпенсацію (до 233 мкс) абсолютного часу затримки сигналів. Це відповідаємаксимальної дальності зв'язку 35 км (максимальний радіус стільника).
/>
Мал. 2.1. Структурна схема процесівобробки мови у стандарті GSM.
Для модуляції радіосигналузастосовується спектрально-ефективна гаусовська частотна маніпуляція змінімальним частотним зсувом (GTMSK). Маніпуляція називається так тому, щопослідовність інформаційних біт до модулятора проходить через фільтр нижніхчастот з гаусовською амплітудно-частотною характеристикою, щоо дає значнезменшення ширини смуги частот випромінюваного сигналу. ФормуванняGMSK-радіо-сигналу відбувається таким чином, що на інтервалі, що відповідаєодному біту фаза несущої змінюється на 90°. Це найменша зміна фази, що можебути виявлена при даному типі маніпуляції. Вихідний сигнал з беззупинною зміноюфази аналогічний сигналу, отриманому в результаті частотної модуляції здискретною зміною частоти. Принцип формування GMSK сигналу представлений намал. 2.2.
У стандарті GSM використовуєтьсямодуляція з величиною нормованої смуги BT=0,3, де B — ширина смуги фільтра зарівнем -3 дБ; Т- тривалість передачі одного біта. Основою формувачаGMSK-сигналу є квадратурний (I/O) модулятор, що складається з двох множувачів іодного суматора.
/>
Мал. 2.2. Принцип формуванняGMSK-сигналу.
Модуляцію GMSK характеризують наступнівластивості:
— Постійна за рівнем що обгинає, щодозволяє використовувати передавальні пристрої з підсилювачами потужності класуС;
— Вузький спектр на виході підсилювачапотужності передавального пристрою, що забезпечує низький рівень позасмуговоговипромінювання;
— Гарна перешкодостійкість каналузв'язку.
3. Інтеграція елементівінтелектуальної мережі стандарту GSM
Кожен мобільний абонент на часкористування системою стільникового зв'язку одержує стандартний модульдійсності абонента (SIM-карту), що містить: міжнародний ідентифікаційний номер(IMSI), свій індивідуальний ключ аутентифікації (Кi), алгоритм аутентифікації(A3). За допомогою цієї інформації, у результаті взаємного обміну даними міжмобільною станцією і мережею, здійснюється повний цикл аутентифікації ідозволяється доступ абонента до мережі, саме до мережі GSM.
Процедура перевірки дійсності абонентареалізується в такий спосіб (рис.3.1). Мережа передає на мобільну станцію деякевипадкове число (RAND). В апаратурі стільникового радіотелефону за допомогоюіндивідуального ключа Кі й алгоритму аутентифікації A3 відбуваєтьсяперетворення отриманого числа (шляхом математичних обчислень) і обчислюєтьсярезультат (SRES), тобто нове число. Це число мобільна станція посилає назад умережу, що порівнює значення цього відгуку зі значенням, обчисленимбезпосередньо мережею. Якщо обидва значення збігаються, то мобільна станціяодержує доступ до мережі. У протилежному випадку зв'язок переривається, ііндикатор мобільної станції показує, що впізнання не відбулося. Длязабезпечення таємності обчислення відгуку відбувається потай (SIM-картою).
/>
Мал. 3.1. Процедура перевірки абонента.
Центр керування й обслуговування (ОМС)забезпечує розподіл функцій і організацію взаємодії між MSC і підсистемоюбазових станцій (BSS). Його функції збігаються з функціями центра керування йобслуговування в звичайних мережах зв'язку. Розходження полягає лише в тім, щов мережах стандарту GSM центр ОМС забезпечує керування роботоюрадіо-підсистеми.
При передачі по одному мовному каналі встандарті GSM використовується нормальний часовий інтервал NB (пакет)тривалістю 0,577 мс, що містить у собі: 114 біт зашифрованого повідомлення; двікінцевих комбінації ТВ (Tail Bits) по 3 біти кожна; два контрольних біти, щорозділяють зашифровані біти повідомлення й еталонну послідовність; захиснийінтервал GP (Guard Period) тривалістю, рівною часу передачі 8,25 біта. Цеозначає, що інтервал NB містить 156,25 біт, а тривалість одного біта складає3,69 мкс.
Цифровий інформаційний потік являєсобою послідовність пакетів, що розташовуються у цих часових інтервалах(вікнах). Пакети формуються трохи коротше, ніж інтервали, їхня тривалістьскладає 0.546 мс, що необхідно для прийому повідомлення при наявності часовоїдисперсії в каналі поширення.
Однією з особливостей формуваннясигналів у стандарті GSM є використання повільних стрибків по частоті в процесісеансу зв'язку — SFH (Slow Frequency Hopping). Головне призначення такихстрибків — забезпечення частотного рознесення в радіоканалах, що функціонують вумовах багатопроменевого поширення радіохвиль. Повільні стрибки частотивикористовуються у всіх мобільних мережах, що підвищує ефективність кодування іперемеження при повільному русі абонентських станцій.
Принцип формування повільних стрибківпо частоті полягає в тому, що повідомлення, передане у виділеному абонентутимчасовому інтервалі TDMA- кадру 0,577 мс, у кожнім наступному кадріпередається (приймається) на новій фіксованій частоті (мал. 3.2). Увідповідності зі структурою кадрів час для перебудови частоти складає близько 1мс.
/>
Мал. 3.2. Комбінована TDMA/FDMA схемаорганізації каналів зв'язку у стандарті GSM і принцип формування повільнихстрибків по частоті.
У процесі стрибків по частоті постійнозберігається рознос 45 МГц між каналами прийому і передачі (див. мал. 3.2).Всім активним абонентам, що знаходяться в одному стільнику, ставляться увідповідність непересічні послідовності переключення частот, що виключаєвзаємні перешкоди при прийомі повідомлень абонентами. Параметри послідовностіпереключень частот (частотно-тимчасова матриця і початкова частота)призначаються для кожної мобільної станції в процесі встановлення каналузв'язку.
Списоквикористаної літератури
1. «Global radionavigation –the next 50 years and beyond». Benkers John M. J., Navigation. 2000. 53,№2, стор. 207-214, 1іл, Бібл. 6.
2. M.Mouly, M.B.Pautet. The GSM System for MobileCommunications. 1992.
3. Ю.А. Громаков. Сотовые системы подвижной радиосвязи.Технологии электронных коммуникаций. Том 48. «Эко-Трендз». Москва.1994.
4. A. Mehrotra. Cellular Radio: Analog and DigitalSystems. Artech House, Boston-London. 1994.
5. Ю.А. Громаков. Структура TDMA кадров и формированиесигналов в стандарте GSM. «Электросвязь». N 10. 1993.
6. W. Heger. GSM vs. CDMA. GSM Global System for MobileCommunications. Proceedings of the GSM Promotion Seminar 1994 GSM MoU Group inCooperation with ETSI GSM Members. 15 December 1994.
7. Мир связи CONNECT № 7/2004
8. ISO/Draft International Standard: GDF – Geographic DataFiles. – Version 4.0 – ISO/TC 204/WG3:CD. – 2001. – Р. 02–14.