Сеть между несколькими офисами.

 

Беспроводная связь может использоваться для объединения подсетей отдельных зданий, например - центрального офиса и филиалов, там, где прокладка кабеля между зданиями нежелательна или невозможна (рис. 20).

 

Рис. 20 Сеть между несколькими офисами

 

Для организации связи между зданиями могут использоваться внешние беспроводные точки, работающие в режиме моста. Через uplink-порт внешняя точка подключается к обычному коммутатору, и через него обеспечивает связь со всеми компьютерами подсети.

Внешние беспроводные точки имеют водонепроницаемый термостатированный корпус, систему грозовой защиты, систему питания Power-over-Ethernet. Благодаря сменной антенне, можно обеспечивать устойчивую радиосвязь на расстоянии до нескольких километров на специализированные узконаправленные антенны.

При организации внешней беспроводной связи особое внимание следует обратить обеспечению безопасности передачи данных, в связи с ее большей уязвимостью как к прослушиванию, так и к прямому физическому воздействию. Поэтому рекомендуется использовать точки доступа, специально предназначенные для наружного применения, и позволяющие использовать аутентификацию, контроль доступа и шифрование передаваемых данных.

Необходимо также обратить внимание, что для внешних точек предусмотрена более сложная процедура получения разрешений на использование частот. Правила использования радиочастотного спектра в России приведены в Приложении Б.

Самостоятельная работа 4

Системы подвижной связи GSM, CDMA, UMTS

1. Цель работы:

1.1. Углубить знания по основным множественным методам доступа к беспроводным средам.

 

2. Литература:

2.1 Энциклопедия мобильной связи: В 2 т. / Под. ред. С.Л. Корякина-Черняка. – СПб.: Наука и техника, 2001. Т. 1: Системы связи подвижной службы общего пользования. – 240 с.

2.2 Радиосистемы передачи информации: Учебное пособие для вузов / В.А. Васин, В.В. Калмыков, Ю.Н. Себекин, А.И. Сенин, И.Б. Федоров; под ред. И.Б.Федорова и В.В.Калмыкова. – М.: Горячая линия – Телеком, 2005. – 472 с.: ил.

 

2.3 В.И. Попов. Основы сотовой связи стандарта GSM. – М.:Эко-трендз,2005. – 296с.:ил.

 

2.4 Телекоммуникационные технологии: введение в технологии GSM: учеб.пособие для студ.высш.учеб.заведений / [С.Б. Макаров, Н.В. Певцов, Е.А. Попов, М.А. Сиверс]. – 2-е изд., испр. – М.: Издательский центр «Академия», 2008. – 256с.

2.5 Всеселовский Кшиштоф. Системы подвижной радиосвязи / Пер. с польск. И.Д. Рудинского; под ред. А.И. Ледовского. – М.:Горячая линия – Телеком, 2006. – 536с.

 

2.6 Принципы построения и помехоустойчивость систем передачи непрерывных и дискретных сообщений: учебное пособие по курсу «Системы передачи информации» / В.А. Борисов, Л.В. Когновицкий, Е.Е. Лазарева, П.И. Пенин; под ред. П.И. Пенина. –М.: Типография МЭИ, 1982. – 84с.

 

2.7 Гепко И.А., Олейник В.Ф., Чайка Ю.Д., Бондаренко А.В. Соверменные беспроводные сети: состояние и перспективы развития. – К.: «ЕКМО», 2009. – 672с.

2.8 Теория электрической связи: учебник / В.Н. Васюков. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2005. – 392 с.

 

2.9 А.Н.Берлин. Цифровые сотовые системы связи. – М.: Эко-Трендз, 2007. – 296с.:ил.

3. Задание:

3.1. Изучить методический материал по теме: «Системы подвижной связи GSM, CDMA, UMTS».

3.2 Ответить на контрольные вопросы:

3.2.1 Что такое транкинговые системы подвижной связи, в чем их особенность?

3.2.2 Особенности сетей сотовой подвижной связи. Организация сотовой связи, принцип повторного использования частот.

3.2.3 Схема сотовой подвижной сети как составной двухуровневой телекоммуникационной сети.

3.2.4 Особенности системы сотовой подвижной связи GSM. Частотные характеристики систем стандарта GSM/DCS. Схема СИЧ в стандарте GSM. Характеристика стандарта GSM-900. Дать определение слотов, и описать их формирование в стандарте GSM. Структура формирования логических каналов. Процедура установления связи при входящем звонке.

3.2.5 Система сотовой подвижной связи CDMA, ее особенности, назначение, характеристики. Формирование сигнала в прямом и обратном канале. Достоинства CDMA.

3.2.6 Системы сотовой подвижной связи UMTS, причины появления, особенности, характеристики. В чем заключается метод EDGE? Что такое WCDMA? Сравнительные характеристики EDGE и WCDMA? Кадр системы WCDMA. Полосы сигнала выделяемые под стандарт UMTS. Архитектура сети UMTS. Архитектура протоколов сети UTRAN, какие физические уровни она включает? Опишите этапы синхронизации АС и сети, при включении питания мобильного устройства.

 

4. Методические указания:

 

Более двух последних десятилетий во всем мире наблюдается интенсивное развитие систем подвижной связи, которые не только весьма удобны, но во многих случаях стали просто незаменимым видом услуг. В большинстве своем эти системы строятся по принципу многостанционного доступа, т.е. когда групповой сигнал формируется непосредственно в канале. Примерами систем подвижной радиосвязи могут служить транкинговые (в настоящее время практически вышедшие из использования) и сотовые системы.

 

4.1 Транкинговые системы подвижной радиосвязи

 

Транкинговые системы – это системы с общедоступным пучком каналов. Транкинговые системы пришли на смену подвижным системам радиосвязи, в которых передатчик и приемник проектировались для работы на определенной фиксированной частоте. Каждый радиоканал был закреплен за сравнительно не­большой группой абонентов, которые использовали его как общедоступную линию связи. Если число абонентов превышало возможности одного канала, образовыва­ли другую группу, за которой закрепляли другой радиоканал.

В системе с общедоступным пучком каналов всем абонентам сети доступна целая группа ка­налов (рис.1). При поступлении вызова за парой абонентов закрепляется один из свободных в этот момент каналов. После отбоя канал освобождается и может быть предоставлен любой другой паре абонентов. Технически это выполняется либо последовательным поиском радиостанцией свободного канала (например, по специ­альному маркерному сигналу незанятости), либо специально вы деленным общим каналом сигнализации, на который настроены все радиостанции сети в режиме дежурного приема.

 

Рис. 1. Система транкинговой системы подвижной связи

 

У системы с общедоступным пучком каналов пропускная способность существенно выше, чем у системы с закрепленными каналами. Например, единственный канал при вероятности бло­кировки (т.е. непредоставления канала из-за его занятости) 10% и средней продолжительности разговора 2,5 мин на одного абонен­та в час наибольшей нагрузки позволит обслужить не более двух-трех абонентов. Двадцать таких каналов, используемых порознь, позволят обслужить около 50 абонентов. При тех же условиях система с общедоступным пучком каналов, использую­щая те же 20 каналов, сможет обслужить уже 420 абонентов, т.е. ее пропускная способность возрастает более чем в восемь раз.

Транкинговый принцип был положен в основу построения радиальных сетей подвижной связи – достаточно мощный передатчик работает через высоко подвешенную антенну, охватывая терри­торию в пределах прямой видимости радиусом до 40...50 км. При этом на площади обслуживания в 5000...8000 км² абонентам может быть доступно несколько десятков радиоканалов.

Эффективность транкинговых систем с радиальной струк­турой сети оказалось недостаточной для удовлетворе­ния массового спроса на услуги подвижной связи в густонаселен­ных районах.

 

4.2 Системы сотовой связи

Задачу организации подвижной связи для густонаселенных районов удалось решить путем построения сетей подвижной свя­зи по сотовому принципу, который определяет иной, по сравне­нию с вещательной моделью, подход к проблеме радиопокрытия зоны обслуживания.

Основные принципы построения сотовой архитектуры включают:

- использование маломощных передатчиков с радиопокрытием небольших по размеру ячеек;

- повторное использование частот в пределах одной зоны обслуживания;

- поэтапное увеличение пропускной способности за счет расщепления ячеек;

- обеспечение непрерывности связи в процессе перемеще­ния абонента от ячейки к ячейке.

Раскроем каждый их них. Сотовая система использует большое число маломощных приемопередатчиков (базовых станций), которые предназначены для обслу­живания только сравнительно небольшой зоны радиусом R (рис.2 и 3).

Рис. 2. Организация сотовой связи

 

Повторное использование частот применяется только в несмежных сотах. Базовые станции, на которых допускается повторное использование частот, должны быть удалены на определенное расстояние D, называемое защитным интервалом. Именно возможность применения одних и тех же частот определяет высокую эффективность использования частотного спектра в сотовых системах связи (рис.3).

 

 

Рис. 3. Принцип повторного использования частот (f₁,f₂…f₆ – несущие частоты базовых станций)

 

Поэтапное увеличение пропускной способности определяется, прежде всего, высокой стоимостью полномасштабного развертывания сотовой сети. Обычно развертывание начинается с небольшого числа крупных ячеек, которые потом трансформируются в большее число более мелких ячеек.

Непрерывность связи обеспечивается спо­собностью системы автоматически передавать связь с автомоби­лем тем базовым станциям, в зоне действия которых он оказыва­ется в данный момент. Благодаря непрерывным измерениям уровней сигналов, поступающих в центр коммутации подвижной связи от базовых станций, ближайших к движущемуся автомоби­лю, система может определить момент пересечения автомоби­лем границы двух ячеек и переключить разговорный канал из первой ячейки во вторую в течение достаточно малого промежут­ка времени, не приводящего к нарушению непрерывности разго­вора. Такая процедура, получившая название эстафетной пере­дачи (хэндовер), требует весьма сложного алгоритма определе­ния именно той ячейки из нескольких соседних, куда въезжает автомобиль, а также быстродействующих алгоритмов и схемо­технических решений, обеспечивающих освобождение канала в первой ячейке и поиск свободного канала с восстановлением по нему связи во второй ячейке.

 

4.2.1 Общая характеристика систем наземной подвижной радиосвязи

 

Системы сотовой подвижной связи (ССПС) являются двухуровневой составной телекоммуникационной сетью, включающей систему мобильной радиосвязи (первый уровень) и телефонную сеть общего пользования – ТФОП (второй уровень). Двухуровневая телекоммуникационная сеть [3] обеспечивает функции коммутации и распределения информации в каждой из составных частей, и ее основными составными частями являются (рис.4):

- центр коммутации подвижной службы (ЦКПС);

- сеть базовых станций (БС) – ретрансляторов;

- мобильные абонентские станции – АС.

Рис. 4. Составная двухуровневая телекоммуникационная сеть

При обслуживании абонентов ССПС ЦКПС выполняет такие основные функции, как:

- установление соединений между абонентами;

- поиск подвижного абонента на территории обслуживания;

- переключение абонента во время сеанса связи при его перемещении из зоны обслуживания одной БС в другую;

- тарификация связей, диагностика состояния системы и др.

Множество БС, размещаемых по всей зоне обслуживания системы, позволяет обеспечивать устойчивую радиосвязь любой АС, в какой бы точке зоны обслуживания она не находилась, с другим мобильным абонентом или с абонентом фиксированной сети (ТФОП) через ЦКПС. Таким образом, ЦКПС выполняет роль автоматического радиопереключателя, обеспечивающего коммутацию различных типов АС между собой в зоне обслуживания, коммутацию АС с абонентскими телефонными аппаратами сети ТФОП, а также выход на ЦКПС других зон обслуживания.

АС состоят из оборудования, которое предназначено для организации доступа абонентов к существующим сетям связи. Абонентский терминал состоит из трех основных подсистем:

1) радиоподсистемы, фильтрующей и усиливающей радиосигналы, в режиме приема (в режиме передачи данная подсистема генерирует, модулирует и усиливает сигнал);

2) подсистемы основной обработки, включающей в себя акустический интерфейс, цифровую обработку сигнала и его демодуляцию;

3) подсистемы управления.

Участки составной сети между АС и БС являются радиолиниями – симплексными, полудуплексными или дуплексными каналами связи. Многоканальные соединительные линии связи (СЛС) на участке сети между БС и ЦКПС могут строиться на основе радиорелейных линий связи (РРЛС), волоконно-оптических и кабельных линий связи (ВОЛС и КЛС, соответственно). Участки сети между ЦКПС и ТФОП представляют собой магистральные соединительные линии (МСЛ) между радиоуровнем и фиксированной телефонной сетью и формируются на основе выделенных каналов ТФОП.

В целом структура ССПС всех существующих цифровых стандартов определяется схемой на рис.4.

В ходе планомерного совершенствования цифровой радиосвязи были выработаны основные подходы к развитию современных систем подвижной связи, а именно [3]:

1) Глобальная мобильность, которая подразумевает возможность абонентов перемещаться без каких-либо ограничений и при этом иметь доступ к привычному набору услуг, находясь за пределами своей «домашней» сети. Это может быть достигнуто через систему стандартов, гармонизированных на глобальной основе.

2) Качество передачи речи должно соответствовать качеству передачи речевых сообщений стационарных телефонных сетей, что может быть обеспечено применением высокоэффективных вокодеров с адаптивной скоростью.

3) Постоянный рост емкости сетей, т.к. быстро растущая потребность в услугах подвижной связи и ограниченность частотного ресурса опреде­ляют повышенные требования к возможности перспективных ССПС обслуживать большое число абонентов на ограниченной территории.

4) Высокоскоростная передача данных, которая вытекает из стремительного роста трафика вычислительных сетей разного уровня, в частности сети «Интер­нет».

Именно эти базовые подходы определяют перспективы развития систем подвижной связи в мире на ближайшие годы.

4.2.2 Система сотовой подвижной связи GSM

Первым шагом в совершенствовании подвижной связи стал переход с аналоговых (аналогово-цифровых) стандартов на цифровой стандарт GSM, который позволил использовать ряд новых решений (в т.ч. более эффективные модели повторного использования частот, эффективные методы борьбы с замираниями и искажениями сигналов, эффективные низкоскоростные речевые кодеки с шифрованием передаваемых сообщений для ведения кодированной передачи, более эффективные методы модуляции и интеграцию услуг телефонной связи с передачей данных).

Стандарт GSM впервые в истории развития средств подвижной радиосвязи на этапе внедрения удовлетворял практически все современным требованиям, предъявляемым к связным системам, а заложенный в него потенциал позволил стать прочным фундаментом для последующих систем.

В ССПС стандарта GSM/DCS реализован многостанционный доступ на основе частотно-временного разделения каналов (рис.5), что позволяет на одной частоте разместить 8 (16 для DCS) речевых каналов одновременно. Частотные характеристики систем стандарта GSM/DCS приведены в сводной таблице 1.

Таблица 1.

Характеристика	GSM	DCS-1800
Диапазон частот, МГц АС БС	890-915 935-960	1710-1785 1805-1880
Дуплексный разнос частот, МГц
Шаг сетки частот, кГц
Число дуплексных каналов
Количество временных слотов на несущей частоте
Скорость СИЧ, 1/с	216.6(6)
Скорость передачи в радиоканале, кБит/c	270,8(3)
Мощность передатчика АС, Вт	0,8

 

На рис.5а отображен весь частотный диапазон при работе подвижных станций GSM-900 в дуплексном режиме. Рис.5б демонстрирует спектральную характеристику одного частотного канала. Расположение частотных каналов при обратном режиме передачи (АС→БС) изображено на рис.5в.

В качестве речепреобразующего устройства используется ре­чевой кодек со скоростью преобразования речи 13 кбит/с. Для защиты от ошибок, возникающих в радиоканалах, при­меняется блочное и сверточное кодирование с перемежением. Повышение эффективности кодирования и перемежения при ма­лой скорости перемещения подвижных станций достигается скачкообразным изменением частоты (СИЧ) - мед­ленным переключением рабочих частот в процессе сеанса связи со скоростью 217 скачков в секунду. Поэтому каждый последующий временной кадр передается другой частоте. При этом первый временной слот 8-слотового кадра каждого частотного канала является управляющим (рис.6).

 

Рис. 5. Характеристика частот стандарта GSM-900 [4]

Рис. 6. Схема СИЧ в стандарте GSM

В целях борьбы с интерференционными замираниями при­нимаемых сигналов, вызванными многолучевым распростране­нием радиоволн в условиях города, в аппаратуре связи исполь­зуются эквалайзеры, обеспечивающие выравнивание импульсных сигналов со среднеквадратическим отклонением времени за­держки до 16 мкс.

При модуляции радиосигнала применяется спектрально-эффективная гауссовская частотная манипуляция с минималь­ным частотным сдвигом (ГЧММС). Манипуляция называется гауссовой потому, что последовательность информационных бит до моду­лятора проходит через фильтр нижних частот с гауссовской ам­плитудно-частотной характеристикой, что дает значительное уменьшение ширины полосы частот излучаемого сигнала. Фор­мирование ГЧММС радиосигнала происходит таким образом, что на интервале, соответствующем одному биту, фаза несущей из­меняется на 90°. Это наименьшее изменение фазы, которое мо­жет быть обнаружено при данном типе манипуляции. Выходной сигнал с непрерывным изменением фазы аналогичен сигналу, полученному в результате частотной модуляции с дискретным изменением частоты.

Оборудование подсистемы базовых станций состоит из кон­троллера базовых станций КБС (BSC) и собственно базовых станций БС (BS). Один контроллер может управлять несколькими станциями. Он выполняет следующие функции: управляет распределением радиоканалов; контролирует соединения и регулирует их очеред­ность; обеспечивает режим работы с «прыгающей» частотой, мо­дуляцию и демодуляцию сигналов, кодирование и декодирование сообщений, кодирование речи, адаптацию скорости передачи ре­чи, данных и сигналов вызова; определяет очередность передачи сообщений персонального вызова.

На каждой базовой станции системы может быть организовано до 12-ти дуплексных каналов связи, в каждом из которых организуется восемь временных слотов (интервалов). В случае, если БС работает в режиме скачкообразного изменения частоты, то максимальное количество дуплексных каналов обычно не более шести.

Оборудование подсистемы коммутации состоит из центра коммутации подвижной связи MSC, домашнего регистра HLR, гостевого регистра VLR, центра аутентификации AUC и реги­стра идентификации оборудования EIR.

Центр коммутации подвижной связи обслуживает группу сот и обеспечивает все виды соединений, в которых нуждается подвижная станция в процессе своей работы. Центр коммутации осуществляет постоянное слежение за подвижными станциями, используя домашний и гостевой регистры. В домашнем регистре хранится та часть информации о местоположении какой-либо подвижной станции, которая позво­ляет центру коммутации доставить вызов. Этот регистр содержит международный идентификационный номер подвижного абонен­та (IMSI), который используется для опознавания подвижной станции в центре аутентификации, а также еще некоторые данные, необхо­димые для нормальной работы сети GSM.

Второе основное устройство, обеспечивающее контроль за передвижением подвижной станции из соты в соту, - это гостевой регистр. С его помощью достигается функционирование подвижной станции за пределами контролируемой домашним регистром зоны. Когда в процессе перемещения подвижная стан­ция переходит из зоны действия одного контроллера базовых станций в зону действия другого, то она регистрируется послед­ним, т.е. в гостевой регистр заносится новая информация. Для сохранности данных, находящихся в домашнем и гостевом регистрах, в случае сбоев предусмотрена защита запоми­нающих устройств этих регистров.

Для исключения несанкционированного использования ре­сурсов системы сотовой связи в нее введены механизмы аутен­тификации – удостоверения подлинности абонента. Центр аутен­тификации состоит из нескольких блоков и формирует ключи и алгоритмы аутентификации. С помощью центра аутен­тификации проверяются полно­мочия абонента и осуществляется его доступ к сети связи. AUC принимает решения о параметрах процесса аутентификации и определяет ключи шифрования.

Регистр идентификации оборудования содержит информацию о мобильных устройствах. С его помощью могут быть заблокированы вызовы с украденных, дефектных или запрещенных аппаратов.

Также в ССПС стандарта GSM входит центр управления (NMC) и центр обслуживания (OMC), которые обеспечивают распределение функций и организацию взаимодействия между КБС и ЦКПС. Их функции – сбор и обработка информации о работе всех узлов, организация профилактических и ремонтных работ, решение задач развития, планирования и управления.

Передача информации по радиоканалу организуется TDMA-кадрами, которые имеют длительность 4,615 мс. Каждый кадр состоит из восьми слотов (интервалов) по 577 мкс, при этом каждый слот соответствует своему каналу. Физический смысл временных интервалов, которые иначе называются окнами – это время, в течение которого осуществля­ется модуляция несущей цифровым информационным потоком, соответствующим речевому сообщению или данным.

Для передачи информации по каналам управления и связи, подстройки несущих частот, обеспечения временной синхрониза­ции и доступа к каналу связи используются пять видов временных слотов, показанных на рис. 6 [3]:

- 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.

При передаче по одному разговорному каналу в стандарте GSM используется нормальный временной интервал (NB) длительностью 0,577 мс. Он включает в себя: 114 бит зашифро­ванного сообщения; две концевых комбинации ТВ (Tail Bits) по 3 бита каждая; два контрольных бита, разделяющих зашифрован­ные биты сообщения и обучающую последовательность; защитный интервал GP (Guard Period) длительностью, равной времени передачи 8,25 бита. Это означает, что интервал NB содержит 156,25 бит, а длительность одного бита составляет 3,69 мкс. Обучающая последовательность необходима для оценки качества связи, для настройки эквалайзера в соответствии с характеристиками канала связи, а также для определения задержек распространения сигнала между БС и АС для оценки дальности связи.

Рис.6. Формирование слотов в стандарте GSM [3]

Временной интервал подстройки частоты (FB) содержит 142 ну­левых бита, две концевые комбинации ТВ и защитный интервал. Повторяющиеся временные интервалы подстройки частоты обра­зуют канал установки частоты (FCCH).

Интервал временной синхронизации (SB) используется в подвижной станции для синхронизации работы аппаратуры. Он состоит из синхропоследовательности длиной 64 бита и двух за­шифрованных блоков (по 39 бит каждый), несущих информацию о номере TDMA-кадра и идентификационном коде базовой стан­ции. Этот интервал передается вместе с интервалом установки частоты. Повторяющиеся интервалы синхронизации образуют так называемый канал синхронизации (SCH).

Установочный интервал (DB) обеспечивает установление и тестирование канала связи. По своей структуре установочный интервал совпадает с нормальным временным интервалом NB. Различие их состоит в том, что интервал DB содержит установоч­ную последовательность длиной 26 бит и в нем отсутствуют кон­трольные биты. Он не несет никакой полезной информации, однако обладает хорошими статистическими свойствами, поэтому размещается в свободных (от абонентов) временных слотах вещательной несущей для поддержания высокой средней мощности.

Интервал доступа (АВ) обеспечивает разрешение доступа подвижной станции к новой базовой станции. Он содержит боль­шой защитный интервал GP длительностью 252 мкс (68,25 бита), две концевых комбинации ТВ (по 3 бита каждая), синхропоследовательность длиной 41 бит и 36 зашифрованных бит. Большой защитный интервал (252 мкс) обеспечивает возможность связи с подвижными абонентами в сотах радиусом до 35 км, поскольку он перекрывает время распространения радиосигнала в прямом и обратном направлениях, которое может составлять при этом до 233,3 мкс.

Каждый временной TDMA-кадр формирует логические каналы, которые делятся на каналы трафика (TCH) и каналы управления (CCH).

По каналу трафика TCH (Traffic Channels) передаются цифровые последовательности, характеризующие речевой сигнал или пользовательские данные.

Каналы управления ССН (Control Channels) делятся на 4 типа:

- вещательные каналы ВСН (Broadcast Channels);

- общие каналы управления СССН (Common Control Channels);

- выделенные закрепленные каналы управления SDCCH (Standalone Dedicated Control Channels);

- совмещенные каналы управления АССН (Associated Control Channels).

Вещательные каналы BCH предназначены для передачи информации от БС к АС в вещательном режиме, т.е. без адресации к какой-либо конкретной станции. В число вещательных каналов управления входят:

- канал коррекции частоты FCCH (Frequency Correction Channel) - для подстройки частоты подвижной станции под частоту базовой (БС передает несущую частоту);

- канал синхронизации SCH (Synchronization Channel) - для кадровой синхронизации подвижных станций (БС передает информацию о номере и структуре кадра, а также свой идентификационный код);

- вещательный канал управления BCCH (БС передает идентификатор соты и идентификатор зоны местоположения, используемую в данной соте максимальную мощность, а также идентификаторы несущих частот в соседних сотах).

Общие каналы управления СССН включают:

- канал вызова РСН (Paging Channel), используемый БС для организации вызова конкретного абонента (БС передает сообщение, содержащее номер абонента, с которым сеть вступает в контакт);

- канал случайного доступа RACH (Random Access Channel) – вызов абонентской станцией базовой с запросом о назначении SDCCH.

- канал разрешения доступа AGCH (Access Grant Channel) – назначение SDCCH, которое также передается от БС на АС.

Выделенные закрепленные каналы управления SDCCH могут использоваться в качестве автономных каналов управления для передачи информации в прямом и обратном направлениях. БС передает несущую частоту и номер слота, тем самым назначая канал трафика TCH, а также использует SDCCH для передачи коротких сообщений.

Совмещенные каналы управления АССН, также используемые для передачи информации в обоих направлениях, включают:

- «медленный» совмещенный канал управления SACCH (Slow Associated Control Channel) – объединяется с каналом трафика (кадр 12 мультикадра TCH) или с каналом SDCCH;

- «быстрый» совмещенный канал управления FACCH (Fast Associated Control Channel) – совмещается с каналом трафика, заменяя в соответствующем слоте информацию речи, причем эта замена помечается скрытым флажком; включается в работу при необходимости обеспечения хэндовера.

Структура формирования логических каналов отображена в таблице 2 [5].

Таблица 2

Тип временного интервала	Назначение	Логические каналы
Нормальный временной интервал (NB)	Передача трафика и информации для каналов управления	BCCH, PCH, AGCH, SDCCH, SACCH, FACCH, TCH
Временной интервал подстройки частоты (FB)	Синхронизация АС по частоте	FCCH
Интервал временной синхронизации (SB)	Кадровая синхронизация АС	SCH
Интервал доступа (AB)	Доступ к передаче	RACH, FACCH
Установочный интервал (DB)	Установление и тестирование канала	-

 

Для организации трафика и совмещенных каналов управления из временных кадров формируется 26-кадровый мультикадр. Пара пользователей имеют доступ к выделенному им временному слоту в каждом кадре мультикадра.

Из рис.7а видно, что полноскоростной канал трафика занимает выделенный временной слот в 12 последовательных кадрах (от 0 до 11). В 12-м передается информация канала SACCH, 25-й кадр остается пустым, остальные – занимаются полноскоростным трафиком. При половинной скорости (рис.7б) благодаря двукратной эффективности кодирования речи в последовательных кадрах размещается 2 канала трафика. При этом в 12-м кадре размещается канал SACCH, ассоциированный с первым каналом передачи, а в 25-м кадре – со вторым. Такая структура кадра применима как в прямом, так и в обратном канале.

Рис. 7. Структура мультикадра в канале трафика [7] (TF – TCH/F, TH – TCH/H, S0 – SACCH для первого трафик-канала, S1 – SACCH для второго трафик-канала)

а) – полноскоростные каналы TCH/F; б) – полускоростные TCH/H.

В случае каналов вещания и управления формируется 51-кадровый мультикадр. Организация мультикадра может быть различной в зависимости от прогнозируемой емкости соты. Если применяется одна несущая, то все каналы управления передаются в нулевом слоте.

В этом случае в прямом канале мультикадр состоит из пяти 10-кадровых блоков и кадра, в нулевом слоте которого ничего не передается (рис.8а). Каждый блок начинается с канала коррекции частоты (FCCH), после которого идет канал синхронизации. В первом блоке последовательно передаются четыре вещательных канала управления (BCCH) и четыре общих канала управления (CCCH).

Рис. 8. Структура мультикадра канала управления при низкой интенсивности трафика [7] (F – FCCH, S – SCH, B – BCCH, C – CCCH, R – RACH, I – пустой, A_i – i-й SACCH, D_i – i-й SDCCH)

а) в прямом канале; б) в обратном канале

В кадрах типа «С» (рис.8а) передается информация канала вызова (PCH) или канала разрешения доступа (AGCH). Во втором блоке канал BCCH не передается. В следующих двух блоках за каналами FCCH и SCH следует 4 выделенных закрепленных канала SDCCH. Последний блок содержит низкоскоростные каналы SACCH, связанный с каналом SDCCH.

В обратном канале мультикадр каналов управления состоит в основном из каналов случайного доступа (RACH). В нулевом слоте передаются также каналы SDCCH и связанные с ним SACCH (рис.8б).

В сотах с высокой интенсивностью трафика временных ресурсов, предоставляемых нулевым слотом, становится недостаточно для передачи сигналов всех обслуживаемых в соте АС. В этом случае на той же несущей в нулевом временном слоте реализуются только каналы вещания BCH и управления CCCH (рис.9), а первый временной слот отдается под передачу каналов SDCCH и SACCH (рис.10).

Рис. 9. Структура мультикадра каналов BCH и CCCH при высокой интенсивности трафика [7] (F – FCCH, S – SCH, B – BCCH, C – CCCH, R –RACH, I – пустой)

а) в прямом канале; б) в обратном канале

Рис. 10. Структура мультикадра каналов SDCCH и SACCH при высокой интенсивности трафика [7] (A_i – i-й SACCH, D_i – i-й SDCCH, I – пустой)

а) в прямом канале; б) в обратном канале

Мультикадры, в свою очередь, объединяются в суперкадры: один суперкадр состоит из 51 мультикадра канала трафика или 26 кадров канала управления. Длительность мультикадра в обоих случаях составляет 1326 кадров. Наконец, 2048 суперкадров образуют один гиперкадр (т. н. криптографический гиперкадр), имеющий длительность 3 ч 28 мин 53с 760мс или 2715648 кадров. Номер кадра в пределах гиперкадра используется в процессе шифрования передаваемой информации (рис.11).

Рис. 11. Структура кадров в GSM [4]

Рассмотрим работу АС в пределах одной БС «домашней» ССПС, без передачи обслуживания в другую систему. В этом случае в работе подвижной станции можно выделить четыре этапа, которым соответствуют четыре режима работы:

- включение и инициализация;

- режим ожидания;

- режим установления связи (вызова);

- режим ведения связи (телефонного разговора).

После включения питания подвижной станции производится инициализация последней - начальный запуск. В течение этого этапа подвижная станция сканирует все имеющиеся частотные каналы, настраивается на частотный канал с наилучшим отношением сигнал/шум и по наличию слота подстройки частоты определяет, передается ли в этом частотном канале информация логического канала ВССН. Если нет, то станция перестраивается на следующий по уровню сигнала частотный канал, и так до тех пор, пока не будет найден канал ВССН. Если не найдено ни одной допустимой несущей частоты BCCH, на экране АС отображается: «Сеть не найдена».

Затем АС в нулевом слоте следующего кадра находит слот временной синхронизации, синхронизируется с выбранным частотным каналом, расшифровывает дополнительную информацию (в частности, BSIC – 6-разрядный идентификатор базовой станции и RFN – приведенный номер кадра) и принимает окончательное решение о продолжении поиска или о работе в данной соте.

Находясь в режиме ожидания, подвижная станция отслеживает:

- изменения информации о системе – эти изменения могут быть связаны как с изменениями режима работы системы, так и с перемещениями самой подвижной станции, например с переходом АС в другую соту;

- команды системы – например, команду на «регистрацию» в конкретном контроллере групп базовых станций;

- получение вызова со стороны системы;

- инициализацию вызова со стороны собственного абонента.

Кроме того, подвижная станция может периодически, например раз в 10...15 минут, подтверждать свою работоспособность, передавая соответствующие сигналы на базовую станцию (подтверждение «регистрации» или уточнение местоположения). В ЦКПС для каждой из включенных АС в гостевом регистре фиксируется ячейка, в которой она «зарегистрирована», что облегчает организацию процедуры вызова подвижного абонента. Если подвижная станция не подтверждает свою работоспособность в течение определенного промежутка времени, например пропускает два или три подтверждения «регистрации» подряд, центр коммутации считает ее выключенной и поступающий на ее номер вызов не передается.

В стандарте GSM АС измеряет и периодически передает на БС по каналу SACCH следующие параметры:

- уровень сигнала, принимаемого от текущей базовой станции, а также уровни сигналов смежных БС общим количеством до 16‑ти, измеряемые по сигналу канала ВССН;

- код качества принимаемого сигнала в рабочей ячейке – функцию оценки вероятности битовой ошибки (BER – Bit Error Rate) по принятому сигналу перед канальным декодированием.

В случае если со стороны системы поступает вызов АС (входящий вызов), центр коммутации направляет этот вызов на КБС, управляющий базовой станцией той соты, в зоне которой «зарегистрирована» АС. БС передают вызов по каналу вызова PCH (рис.12).

Рис. 12. Процедура установления связи при входящем звонке