Э. Таненбаум, Д. Уэзеролл - Компьютерные сети (1114668), страница 56
Текст из файла (страница 56)
Когда телефон физически покидает ячейку, его базовая станция замечает ослабление сигнала и опрашивает все окружающие станции, насколько хорошо они слышат сигнал этого телефона.Затем базовая станция передает управление данным телефоном ячейке, получающейот него наиболее сильный сигнал, таким образом определяя ячейку, в которую переместился мобильный телефон.
После этого телефон информируется о переходе в ведение новой БС, и если в этот момент ведется разговор, телефону будет предложенопереключиться на новый канал (поскольку в соседних сотах одинаковые частотныеканалы не используются). Подобный процесс называется передачей (handoff) и занимает около 300 мс. Назначение канала осуществляет коммутатор мобильных телефонов, являющийся центральным нервом системы.
Базовые станции представляютсобой всего лишь радиоретрансляторы.КаналыСистема AMPS использует для разделения каналов частотное уплотнение (FDM). Онаиспользует 832 дуплексных канала, каждый из которых состоит из пары симплексныхканалов. Такую структуру называют FDD (Frequency Division Duplex — дуплексный2.7. Мобильная телефонная система 191режим с разделением частоты). 832 симплексных канала передачи располагаютсяв диапазоне от 824 до 849 МГц, и еще 832 симплексных канала приема — от 869 до894 МГц. Ширина каждого канала составляет 30 кГц.Все 832 канала можно разделить на четыре категории.1. Управляющие каналы (от базовой станции к мобильному телефону) для управления системой.2. Пейджинговые каналы (от базовой станции к мобильному телефону) для передачисообщений мобильным пользователям.3.
Каналы доступа (двунаправленные) для установления соединения и назначенияканалов.4. Каналы данных (двунаправленные) для передачи голоса, факса или данных.Для управления резервируется 21 канал. Поскольку одни и те же частоты не могутиспользоваться в соседних сотах, то число голосовых каналов, доступных в пределаходной ячейки, значительно меньше 832 — обычно около 45.Управление вызовомКаждый мобильный телефон в системе AMPS снабжается 32-разрядным порядковым номером и 10-значным телефонным номером, которые записываются в ППЗУтелефона.
Телефонный номер состоит из 3-значного кода области, занимающего10 бит, и 7-значного номера абонента, занимающего 24 бит. При включении телефонсканирует запрограммированный список из 21 управляющего канала, в котором онищет наиболее сильный сигнал. Затем телефон передает в эфир свой 32-разрядныйпорядковый номер и 34-разрядный телефонный номер.
Как и вся управляющаяинформация в системе AMPS, этот пакет посылается в цифровой форме, несколькораз, с применением помехоустойчивого кодирования, хотя сами голосовые каналыявляются аналоговыми.Когда базовая станция слышит этот сигнал, она передает сообщение коммутаторумобильного центра, который фиксирует появление нового пользователя, а также информирует «домашний» коммутатор абонента о его новом местоположении. Обычномобильный телефон регистрируется примерно каждые 15 минут.Чтобы позвонить с мобильного телефона, его владелец включает телефон, вводитномер и нажимает клавишу SEND. При этом телефон посылает набранный телефонный номер вместе со своими идентификаторами по каналу доступа. Если при этомпроисходит коллизия, то телефон повторяет попытку позже.
Когда базовая станцияполучает запрос, она информирует об этом коммутатор. Если звонящий являетсяклиентом оператора связи, которому принадлежит данный коммутатор (или одногоиз ее партнеров), тогда коммутатор ищет для него свободный канал. Если такой каналнаходится, то номер этого канала посылается обратно по управляющему каналу. Затеммобильный телефон автоматически переключается на выбранный голосовой канали ждет, пока тот, кому звонят, ответит.Входящие звонки обрабатываются иначе. Находящиеся в режиме ожидания телефоны постоянно прослушивают пейджинговый канал, ожидая адресованных им сообщений. Когда поступает звонок на мобильный телефон (с обычного или другого192 Глава 2. Физический уровеньмобильного телефона), то пакет посылается на «домашний» коммутатор вызываемого,которому должно быть известно текущее местонахождение абонента.
Этот пакет пересылается на базовую станцию в его текущей ячейке, которая посылает по пейджинговому каналу сообщение типа: «Элемент 14, вы здесь?» При этом телефон, которомузвонят, по управляющему каналу отвечает: «Да». Тогда базовая станция ему сообщает:«Элемент 14, вам звонок по каналу 3».
После этого сотовый телефон переключается наканал 3 и начинает издавать звуковые сигналы (или проигрывать мелодию, которуювладельцу подарили на день рождения).2.7.2. Второе поколение мобильных телефонов:цифровая передача голоса (G2)Первое поколение сотовых телефонных систем было аналоговым. Второе поколениеявляется цифровым. Оно обеспечивало увеличение пропускной способности, позволяяголосовым сигналам быть оцифрованными и сжатыми.
Сжатие и шифровка голосаи управляющих сигналов улучшает безопасность. Это, в свою очередь, защищает отмошенничества и подслушивания, как от намеренного поиска, так и эха других звонков из-за распространения радиоволн. Наконец, это позволяет предоставлять новыесервисы, такие как обмен текстовыми сообщениями.Как не было никаких четких стандартов в первом поколении мобильных телефонов, так они и не появились ко второму поколению. Было разработано несколькоразличных систем, три из которых были широко распространены.D-AMPS (Digital Advanced Mobile Phone System — цифровая усовершенствованная система мобильного телефона) является цифровой версией AMPS, котораясосуществует с AMPS и использует уплотнение с разделением времени, чтобы поместить несколько вызовов в один и тот же частотный канал.
Она описана в Международном стандарте IS-54 и следующем за ним IS-136. GSM (Global System for Mobilecommunications — глобальная система для мобильной связи,) стала доминирующейсистемой, и хотя она медленно завоевывает популярность в США, она теперь используется фактически всюду в мире. Как и D-AMPS, GSM основан на соединениичастотного и временного уплотнения. CDMA (Code Division Multiple Access —множественный доступ с кодовым разделением каналов), описанный в международном стандарте IS-95, является абсолютно другим видом системы и не основан нина частотном, ни на временно´м уплотнении. Хотя CDMA не является доминирующейсистемой второго поколения, эта технология стала основанием для систем третьегопоколения.Название PCS (Personal Communications Services — Персональная службасвязи) иногда используется в литературе по маркетингу и означает систему второгопоколения (цифровую, разумеется).
Изначально так назывался телефон, работающийв диапазоне 1900 МГц, впрочем, сейчас различия почти стерлись.Далее мы опишем GSM, так как это наиболее распространенная система 2G. В следующем разделе мы более подробно рассмотрим CDMA, когда будем говорить о 3G.2.7. Мобильная телефонная система 193GSM — Глобальная система мобильной связиGSM появилась в 1980-х годах как попытка создать единственный европейскийстандарт второго поколения. Задача была возложена на телекоммуникационнуюкомпанию, название которой на французском языке Groupe Specialé Mobile.
Первыесистемы GSM были развернуты начиная с 1991 года и имели быстрый успех. Скоростало ясно, что GSM будет пользоваться огромным успехом, простираясь даже доАвстралии, поэтому он был переименован, чтобы иметь больше мирового обращения.GSM и другие системы мобильной связи, которые мы изучим, сохраняют от системпервого поколения конструкцию, основанную на сотах, повторном использованиичастоты в сотах и мобильности передач при перемещении пользователей. Отличаются только детали.
Ниже мы рассмотрим лишь основные свойства GSM. Печатныйвариант стандарта GSM занимает свыше 5000 (sic!) страниц. Основная часть текстаотносится к описанию инженерных аспектов системы, в частности устройства приемников, обрабатывающих многолучевое распространение сигналов, синхронизации приемников и передатчиков.
Ни о том, ни о другом мы не сможем рассказать в этой книге.Рисунок 2.40 показывает, что архитектура GSM подобна архитектуре AMPS, хотяу компонентов другие названия. Мобильный телефон теперь разделен на телефоннуютрубку и сменный чип с информацией об учетной записи и абоненте, названной Симкартой (SIM card, что является сокращением для Subscriber Identity Module — модуль идентичности абонента). Сим-карта активирует телефонную трубку и содержитсекретную информацию, которая позволяют мобильному телефону и сети идентифицировать друг друга и шифровать переговоры. Сим-карта может быть удаленаи включена в другой телефонной трубке, чтобы превратить эту телефонную трубку,с точки зрения сети, в ваш мобильный телефон.Рис.
2.40. Архитектура мобильной сети GSMМобильные телефоны связываются с сотовыми базовыми станциям по радиоинтерфейсу, который мы опишем далее. Каждая базовая станция соты соединена с BSC(Base Station Controller — Контроллер базовой станции), который управляет радиоресурсами сот и обрабатывает передачу. Контроллер базовой станции, в свою очередь,соединен с мобильным коммутационным центром (как в AMPS), который направляетзвонки и соединяется с PSTN (Public Switched Telephone Network — коммутируемаятелефонная сеть общего пользования).194 Глава 2. Физический уровеньЧтобы направлять звонки, мобильный коммутационный центр должен знать, гдемобильные телефоны в настоящее время находятся.
Он поддерживает базу данныхнаходящихся вблизи него мобильных телефонов, связанных с сотами, которымиуправляет центр. Эту базу данных называют VLR (Visitor Location Register — гостевой реестр местоположения). Есть также база данных в мобильной сети, котораядает последнее известное местоположение каждого мобильного телефона. Она называется HLR (Home Location Register — домашний реестр местоположения). Этабаза данных используется, чтобы направить входящие вызовы к правильным местоположениям. Обе базы данных должны постоянно обновляться, поскольку мобильныетелефоны перемещаются из соты в соту.Теперь мы опишем радиоинтерфейс подробнее.
GSM работает в одном диапазонечастот во всем мире, включая 900, 1800 и 1900 МГц. Больший чем в AMPS диапазончастот выделен для того, чтобы поддержать огромное количество пользователей. GSM,как и AMPS, — сотовая система с дуплексом путем разделения частот. Таким образом,каждый мобильный телефон передает на одной частоте и получает на другой, болеевысокой частоте (на 55 МГц выше для GSM, на 80 МГц выше для AMPS).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
