Принципы построения систем сотовой связи, страница 2

В частности, оператором вводятся данные об абонентахи условиях их обслуживания, исходные данные по режимам работы системы, внеобходимых случаях оператор выдает требующиеся по ходу работы команды.Важными элементами системы являются базы данных — домашний регистр, гостевойрегистр, центр аутентификации, регистр аппаратуры (последний имеется не во всехсистемах).

Домашний регистр содержит сведения обо всех абонентах, зарегистрированныхв данной системе, и о видах услуг, которые могут быть им оказаны. Здесь же фиксируетсяместоположение абонента для организации его вызова и регистрируются фактическиоказанные услуги. Гостевой регистр содержит примерно такие же сведения об абонентахгостях (роумерах), т.е.

об абонентах, зарегистрированных в другой системе, нопользующихся в настоящее время услугами сотовой связи в данной системе. Центраутентификации обеспечивает процедуры аутентификации абонентов и шифрованиясообщений. Регистр аппаратуры, если он существует, содержит сведения обэксплуатируемых подвижных станциях на предмет их исправности и санкционированногоиспользования.

В частности, в нем могут отмечаться украденные абонентские аппараты, атакже аппараты, имеющие технические дефекты, например, являющиеся источникамипомех недопустимо высокого уровня. Как и в базовой станции, в центре коммутациипредусматривается резервирование основных элементов аппаратуры, включая источникпитания, процессоры и базы данных.1.5 Эфирные интерфейсы.В каждом стандарте сотовой связи используется несколько интерфейсов, в общемслучае различных в разных стандартах.Так, предусмотрены свои интерфейсы для связи подвижной станции с базовой,6базовой станции - с центром коммутации (а в стандарте GSM - еще и отдельный интерфейсдля связи приемопередатчика базовой станции с контроллером базовой станции), центракоммутации - с домашним регистром, с гостевым регистром, с регистром аппаратуры, состационарной телефонной сетью и другие.

Все интерфейсы подлежат стандартизации дляобеспечения совместимости аппаратуры разных фирм-изготовителей, что не исключает,однако, возможности использования различных интерфейсов, определяемых разнымистандартами, для одного и того же информационного стыка. В некоторых случаях используются уже существующие стандартные интерфейсы, например, соответствующиепротоколам обмена в цифровых информационных сетях.Из всех интерфейсов, используемых в сотовой связи, один занимает особое место —это интерфейс обмена между подвижной и базовой станциями. Он носит наименованиеэфирного интерфейса и для обоих основных стандартов сотовой связи — D-AMPS и GSM —иногда обозначается одинаково — Um, хотя организован совершенно по-разному.Эфирный интерфейс обязательно используется в любой системе сотовой связи, прилюбой ее конфигурации и в единственном возможном для своего стандарта сотовой связиварианте.

Последнее обстоятельство позволяет подвижной станции любой фирмыизготовителя одинаково успешно работать совместно с базовой станцией той же илилюбой другой фирмы, что удобно для компаний-операторов и практически необходимодля организации роуминга, в том числе международного. Стандарты эфирного интерфейсаотрабатываются весьма тщательно, чтобы обеспечить возможно более эффективноеиспользование полосы частот, выделенной для канала радиосвязи.В эфирных интерфейсах различных стандартов информация в канале трафикаорганизуется следующими один за другим кадрами различной длительности. Каждый кадрсостоит из нескольких временных интервалов – слотов, в которых передаетсяуправляющая, вспомогательная, синхронизирующая информация и собственно речевоесообщение.2.

Организация работы систем сотовой связи.2.1 Частотные, физические и логические каналы.Частотный канал - это полоса частот, отводимая для передачи информации одногоканала связи. Правда, при использовании метода TDMA (множественный доступ сразделением по времени) в одном частотном канале передается информация несколькихканалов связи, т.е. в одном частотном канале размещается несколько физических каналов,но это не противоречит приведенному определению частотного канала, а подробнее мырассмотрим это ниже - при определении понятия физического канала. Поясним понятиечастотного канала конкретными примерами.В стандарте D-AMPS в США для передачи информации прямого канала (от базовыхстанций к подвижным) отводится полоса частот 869...894 МГц, а для передачи информацииобратного канала - полоса 824...849 МГц, т.е.

прямой и обратный каналы разнесены почастоте на 45 МГц (дуплексный разнос по частоте). Один частотный канал занимает полосуΔf = 30 кГц, так что в пределах выделенного диапазона, с учетом защитных полос по краям,размещается 832 частотных канала. Частотным каналам присвоены номера от 1 до 799(включительно) и от 991 до 1023; Иногда фигурирует и канал с номером 990, но фактически7он не используется и не входит в указанное выше число 832 каналов.

Центральная частотаканала (в МГц) связана с его номером N соотношениями:обратный канал:f0 = 825,000 + 0,030 N,1 < N < 799,f0 = 825,000 + 0,030 (N - 1023),991 < N < 1023;прямой канал:fп = 870,000 + 0,030 N,1 < N < 799,fп = 870,000 + 0,030 (N - 1023),991 < N < 1023.В стандарте GSM 900 для передачи информации прямого канала отводится полоса935...960 МГц, а обратного — 890...915 МГц, т.е.

дуплексный разнос по частоте такжесоставляет 45 МГц. Один частотный канал занимает полосу Δf = 200 кГц, так что всего в полном диапазоне, с учетом защитных полос, размещается 124 частотных канала.Центральная частота канала (в МГц) связана с его номером N соотношениями:обратный канал:f0 = 890,200 + 0,200 N,1 < N < 124;прямой канал:fп = 935,200 + 0,200 N,1 < N < 124.Заметим, что один частотный канал, строго говоря, занимает две полосы Δf (по 30 или200 кГц — для стандартов D-AMPS и GSM соответственно) — одну под прямой, а другую подобратный канал связи.Физический канал в системе с множественным доступом на основе временногоразделения (TDMA) — это временной слот с определенным номером (или пара слотов сномерами, отличающимися на 3 при полноскоростном кодировании в стандарте D-AMPS) впоследовательности кадров эфирного интерфейса.

Таким образом, в одном частотномканале в стандарте D-AMPS при полноскоростном кодировании передается информациятрех физических каналов, при полускоростном кодировании - информация шестифизических каналов, а в стандарте GSM всегда передается информация восьми физическихканалов, но при полускоростном кодировании один физический канал содержит дваканала трафика, информация которых передается по очереди, через кадр. Иными словами,при этом реализуется временное уплотнение каналов в 3 или 8 раз соответственно приполноскоростном кодировании и в 6 или 16 раз – при полускоростном.

В этом изаключается одно из основных преимуществ цифрового поколения сотовой связи посравнению с аналоговым.Логические каналы различаются по виду (составу) информации, передаваемой вфизическом канале. В принципе в физическом канале может быть реализован один из двухвидов логических каналов — канал трафика или канал управления; каждый из них, в своюочередь, может в общем случае существовать в одном из нескольких вариантов (типов).Логический канал трафика — это канал передачи речи или данных (компьютерныхданных, факсимильных сообщений), т.е.

той информации, ради которой, собственно, исоздается сотовая связь. Термин трафик происходит от английского traffic(информационный поток, поток транспорта) и в применении к связи определяется каксовокупность сообщений, передаваемых по линии связи, или как совокупность требованийабонентов, обслуживаемых сетью связи.В стандарте D-AMPS версии IS-54, с его относительно простым эфирным интерфейсом,8понятие «логические каналы» обычно не используется.2.2 Инициализация и установление связи.Перейдем к рассмотрению организации основных режимов работы системы сотовойсвязи.Рассмотрим сначала наиболее простой случай - работу подвижной станции в пределаходной ячейки своей («домашней») системы, без передачи обслуживания.

В этом случае вработе подвижной станции можно выделить четыре этапа, которым соответствуют четырережима работы:- включение и инициализация;- режим ожидания;- режим установления связи (вызова);- режим ведения связи (телефонного разговора).После включения подвижной станции, т.е. после замыкания цепи питания,производится инициализация – начальный запуск. В течение этого этапа происходитнастройка подвижной станции на работу в составе системы - по сигналам, регулярнопередаваемым базовыми станциями по соответствующим каналам управления, после чегоподвижная станция переходит в режим ожидания. Конкретное содержание этапаинициализации зависит от используемого стандарта сотовой связи.В стандарте D-AMPS версии IS-54 подвижная станция начинает со сканированиявыделенных каналов управления и выбора канала с наиболее сильным сигналом; затем попередаваемой в этом канале информации подвижная станция определяет номера каналоввызова, находит среди них канал с наиболее сильным сигналом, настраивается на егочастоту и остается в режиме ожидания.

В версии IS-136 алгоритм настройки подвижнойстанции на цифровой канал управления более сложен и гибок, прежде всего в интересахскорейшего завершения процесса настройки. При этом рекомендуется в максимальнойстепени использовать всю имеющуюся информацию о положении канала управления (гденаходился канал управления в прошлом сеансе работы, указатель положения каналауправления, если он имеется, и др.), а при прямом поиске со сканированием всехчастотных каналов стандартом рекомендуется определенная последовательностьсканирования групп каналов, в соответствии с вероятностью размещения в них цифровыхканалов управления.В стандарте GSM подвижная станция сканирует все имеющиеся частотные каналы,настраивается на канал с наиболее сильным сигналом и по наличию пачки коррекциичастоты определяет, передается ли в этом частотном канале информация вещательногоканала управления ВССН.

Если нет, то станция перестраивается на следующий по уровнюсигнала частотный канал, и так до тех пор, пока не будет найден канал ВССН. Затемподвижная станция находит пачку синхронизации, синхронизируется с выбраннымчастотным каналом, расшифровывает дополнительную информацию о базовой станции (вчастности, 6-битовый код идентификации базовой станции) и принимает окончательноерешение о продолжении поиска или о работе в данной ячейке.Находясь в режиме ожидания, подвижная станция отслеживает:— изменения информации системы — эти изменения могут быть связаны как с9изменениями режима работы системы, так и с перемещениями самой подвижной станции,например с переходом ее в другую ячейку;— команды системы — например, команду подтвердить свою работоспособность(«регистрация» в конкретной ячейке);— получение вызова со стороны системы;— инициализацию вызова со стороны собственного абонента.Кроме того, подвижная станция может периодически, например раз в 10...