Некоммерческое акционерное общество

"Алматинский институт энергетики и связи"

Факультет радиотехники и связи

Кафедра радиотехники 

 

СЕТИ И СИСТЕМЫ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ 3-ГО ПОКОЛЕНИЯ

 

Конспект лекций

для студентов специальности

050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации

 

Алматы 2008

СОСТАВИТЕЛИ:  Артюхин В.В., Прилепкина Л.П. Сети и системы мобильной связи 3-го поколения. Конспект лекций для студентов специальности 050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации. – Алматы: АИЭС, 2007.- 78 с. 

 Конспект лекций предназначен для самостоятельного изучения курса «Сети и системы мобильной связи третьего поколения». В конспекте описывается ретроспектива мобильной связи, приводятся сравнитель­ные характеристики и анализируются тенденции развития, рас­сматриваются новые услуги для систем 3-го поколения и концептуальные основы IMT-2000. Кроме описаний особенностей реализации и техниче­ских аспектов новых технологий, которые составят основу систем будущей мобильной связи, в конспекте приводятся ссылки на литературу, которая может быть использована для более глубокого изучения тем.

Конспект предназначен для студентов всех форм обучения по специальности 050719 - Радиотехника, электроника и телекоммуникации.

 

Список условных обозначений 

БС – базовая станция

ГСО – геостационарная орбита

ЗС – земная станция

КА – космический аппарат

КИ – канальный интервал

МС – мобильная станция

МСЭ – Международный союз электросвязи

НГСО – негеостационарная орбита

ОК – обратный канал

ПК – прямой канал

ПС – пилот-сигнал

ПСП – псевдослучайная последовательность

РРЛ – радиорелейная линия

РРС – радиорелейная связь

СПСС – система подвижной сотовой связи

ТОФП – телефонная сеть общего пользования

ШПС – шумоподобный сигнал

ЭМС – электромагнитная совместимость

CDMA (Code Division Multiple Access) – многостанционный доступ с кодовым разделением каналов

CDMA – 2000 - многостанционный доступ с кодовым  разделением каналов на основе радиоинтерфейса IMT – MС с шириной спектра радиосигнала 1,25 МГц

DECT (Digital European Cordless Telecommunications)  - технология радиодоступа с малой мощностью излучения (10-25 мВт),  обеспечивающая очень высокую плотность расположения абонентских устройств в диапазоне частот 1880 - 1900 МГц

EDGE (Enhanced Data rates for Global Evolution UWC -136) – метод увеличения пропускной способности в сетях GSM до 384 кбит/с, основан на применении более оптимальных методов модуляции и канального кодирования

FDD (Frequency Division Duplex) – режим частотного разделения дуплексных каналов

GGSN - зональный (шлюзовый) узел, обеспечивает межсетевой переход при  GPRS, его функции подобны GMSC, но  используются для услуг с   коммутацией пакетов (PS)

GMSC – зональный (шлюзовый) центр коммутации осуществляет коммутацию между сетью UMTS и внешними CS сетями

GPRS (General Packed Radio Services) – радиосистемы передачи данных с коммутацией пакетов

GSM (Group Special Mobile)  - общеевропейский стандарт, основан на использовании TDMA/FDMA- временным и частотным разделением каналов

IMT – 2000 (International Mobile Telecommunications – 2000) – программа создания системы сотовой связи, обеспечивающей радиодоступ к глобальной телекоммуникационной инфраструктуре через наземные и спутниковые системы

TDD (Time Division Duplex) – режим временного разделения дуплексных каналов, при котором обмен информацией осуществляется по общей линии связи с уплотнением каналов приема и передачи в разных временных интервалах одного кадра

UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) – европейский проект системы сотовой связи IMT – 2000 с радиоинтерфейсами WCDMA: IMT –  DS (UTRA FDD, скорость передачи данных до 384 кбит/с) и IMT –ТС (UTRA ТDD, скорость передачи данных до 2 Мбит/с)

UTRAN – (Universal Telecommunication Radio Access Network) – наземная сеть  UMTS радиодоступа, состоящая из Node B (базовых станций) и RNC (контроллера радиосети)

WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) – широкополосный многостанционный доступ с кодовым разделением каналов и с шириной спектра радиосигнала  5 МГц 

1 Лекция 1. Условия и стратегии перехода к системам 3-го поколения  

Под 3G «третьим поколением» принято понимать как набор услуг, которые объединяют высокоскоростной мобильный доступ с услугами сети Интернет, так и технологию радиосвязи, которая создает канал передачи данных. Однако это не просто быстрый доступ к Интернету, это кардинально новый подход к общению, доступу к информации и т.д. Другими словами, те возможности и те устройства, которые традиционно рассматривались как исключительно стационарные, станут мобильными. Пользователь сможет не только разговаривать со своим собеседником, но и видеть его с помощью видеотелефона, путешествовать по сети Интернет, вести бизнес, обучаться, развлекаться и все это с помощью небольшого устройства, напоминающего сегодняшний сотовый телефон. Естественно, такие услуги требуют высокоскоростной передачи данных. Для этого предусматривается пошаговая модернизация существующих сетей мобильной связи, которые изначально проектировались в расчете на узкополосную передачу данных, до широкополосных сетей, обеспечивающих необходимую скорость для мобильных услуг мультимедиа и доступа к Интернету.

Основой мобильной связи третьего поколения станет технология IP, которая основана на пакетной передаче данных, что означает постоянное пребывание абонента в режиме on-line; при этом оплачиваться будет только объем переданной информации, а не время соединения, как это происходит сегодня.

Для реализации систем третьего поколения разработаны рекомендации по глобальным унифицированным стандартам мобильной связи: обеспечение качества передачи речи, сравнимого с качеством передачи в проводных сетях связи; обеспечение безопасности, сравнимой с безопасностью в проводных сетях; обеспечение национального и международного роуминга; поддержка нескольких местных и международных операторов; эффективное использование спектра частот; пакетная и канальная коммутация; поддержка многоуровневых сотовых структур; взаимодействие с системами спутниковой связи; поэтапное наращивание скорости передачи данных.

Согласно стандартам IMT-2000 (International Mobile Telecommunications 2000), принятым Международным союзом электросвязи (ITU), под мобильной связью третьего поколения 3G понимается интегрированная сеть, обеспечивающая следующие скорости передачи данных: для абонентов с высокой мобильностью (до 120 км/ч) - не менее 144 кбит/с, для абонентов с низкой мобильностью (до 3 км/ч) - 384 кбит/с, для неподвижных объектов на коротких расстояниях - 2,048 Мбит/с.

Мобильная связь развивается в мире стремительными темпами, непрерывно расширяя объем и качество предоставляемых услуг, делая их массовыми, общедоступными и приспособленными к индивидуальным потребностям пользователей. Реализация новых возможностей обеспечивает­ся как за счет совершенствования существующих сетей, так и реализации новых технических решений, связанных с созданием глобальной сетевой инфраструктуры.

Одним из наиболее грандиозных проектов конца XX века является концепция IМТ-2000. В ее основе лежит идея создания нового поколения семейства систем беспроводного доступа, сотовой и спутниковой связи. Ключевые требования, предъявляемые к стандартам семейства IМТ-2000 – дешевые карманные терминалы, обеспечение глобального роуминга и универсальные решения для сетей разного класса (микросотовых, сотовых и спутниковых).

На современном этапе развития техники изготовление двухрежимных терминалов зна­чительно упростилось и увеличение их стоимости, по сравнению с однорежимными, незна­чительно, Это факт стал переломным моментом в развитии мобильной связи. Появление многорежимных терминалов практически сняло вопрос о едином стандарте, который не­сколько лет назад стоял достаточно остро. Возможность переключения с одного диапазона на другой, перехода со стандарта на стандарт или со спутникового канала на сотовый по­зволяет абоненту выбрать тот вид услуг, который в наибольшей степени ему подходит. По­этому терминалы будущего будут, как правило, многорежимными, работающими в сетях нескольких стандартов.

Определяющей тенденцией будущего явится слияние мо­бильной связи с другими технологиями. Начавшийся процесс конвергенции услуг фиксиро­ванной и мобильной связи продолжится, охватывая все новые области, включая определе­ние местоположения и мобильную коммерцию. Сотовые телефоны с «электронным компа­сом» вскоре станут незаменимыми помощниками у автомобилистов и других категорий лиц, которым потребуются подобного рода услуги.

Однако наибольших успехов следует ожидать в области электронной коммерции. Будет значительно расширен вид банковских услуг, получаемых непосредственно с мобильного телефона. В их число войдут штатные информационно-справочные услуги, различные виды электронных платежей (оплата авиабилетов, парковок), и в перспективе, - совершение всех видов банковских операций с мобильных сотовых телефонов, что фактически превратит их в «карманные банкоматы».

Пе­реход к IМТ-2000 потребует увеличения скорости передачи до 384 кбит/с (связь в пределах соты) и до 2,048 Мбит/с (связь в пределах микросоты). Достижение таких высоких скоростей при ограниченном ресурсе и работе в каналах с замираниями потребует разработки принципиально новых подходов к построению радиоинтерфейса.

Развитие телекоммуникационных систем в последние годы происходит лавинообразно. И этим мы во многом обязаны понятию «мультимедиа», термин «мультимедиа» вобрал в себя все новое и прогрессивное, что связано с передачей высококачественной широкополосной и достаточно разнообразной информации. Говоря о системах 3-по поколения, услуги принято де­лить на две группы; немультимедийные (узкополосная речь, низкоскоростная передача данных, трафик сетей с коммутацией каналов) и мультимедийные (асимметричные и интерактивные ус­луги широкополосной связи, передача видео и мобильный доступ к Internet).

Быстро растущая потребность в мультимедийных услугах для мобильных абонентов при­водит к необходимости искать значительно более широкие полосы частот, чем те, которые используются в системах 2-го поколения. Несмотря на то, что все наиболее «привлекатель­ные» участки спектра лежат ниже 1 ГГц, «частотная планка» постепенно поднимается вверх. В рамках  IМТ-2000 верхняя граница частотного диапазона уже увеличена до 2,2 ГГц и это не предел. В ближайшие годы планируется поднять ее еще выше - до 2,5 ГГц. Существуют проблемы, свя­занные с выделением частотного ресурса для IМТ-2000.

Если по стандартам наземной связи достигнут в процессе гармонизации определенный компромисс как в странах Европы, так и мира в целом, то в отношении спутниковых сетей еще целый ряд вопросов ждет своего решения.

Следует отметить, что представленные в IМТ-2000 проекты не исчерпывают всех возможных путей создания новых технологий. Эволюционные пути разви­тия GSM возможны на базе новых технологий IISCSD, GPRS, EDGE. Технологии GPRS и EDGE представляют собой платформу, удобную для поэтапного внедрения услуг UMTS/IMT-2000. Усовершенствованные сети TDMA (IS-136) предполагается реализовать в стандарте UWC-136. Проведенный анализ показывает, что в настоящее время имеются все предпосылки для развития двух наиболее распространенных технологий GSM и TDMA по единому, сцена­рию, хотя говорить об их глобальном слиянии еще рано.

Перспективы создания систем 3-го поколения сегодня представляются более благоприятными, чем это было десять лет назад перед появлением цифровых систем 2-го поколения. Внедрение систем 2-го поколения проходило на мировом рынке за непродолжительное время и развивалось исключительно путем «вытеснения» старых тех­нологий, с которыми не предполагалось обеспечение преемственности.

С внедрением систем. 3-го поколения начался продолжительный период совместного существования IМТ-2000 и систем 2-го поколения. Благодаря различиям в ассортименте и стоимости предоставляемых услуг новые технологии будут не конкурировать, а гармониче­ски дополнять друг друга.

В рамках концепции IMT-2000 рассматриваются две стратегии перехода к услугам 3-го по­коления: постепенное (эволюционное) и «одномоментное» (революционное). На западе эти подходы получили обозначение N (Narrowband) и W (Wideband) стратегии (см. рисунок 1).

Рисунок 1- Две стратегии перехода к системам 3-го поколения

 

Револю­ция предполагает внедрение всех новейших технологий и новых интерфейсов, однако пре­дусматривает полную замену существующего оборудования и программного обеспечения, что сопряжено с большими капитальными затратами и определенным коммерческим рис­ком.

Эволюционное внедрение требует меньших капитальных затрат и предполагает плав­ную замену оборудования в зависимости от уровня спроса на конкретные виды услуг. Та­кой подход позволяет максимально использовать существующую инфраструктуру сети свя­зи, внедряя новые сетевые элементы в процессе последовательной модернизации. Основной недостаток эволюционного подхода - отсутствие возможности использования всех пре­имуществ новых технологий и организации глобального роуминга.

В мире услуги на коммерческой основе предоставляются в 97 сетях сотовой связи третьего поколения разных стандартов. Более 90 млн. абонентов пользуются услугами этих сетей. В том числе, в Европе запущены в коммерческую эксплуатацию 16 сетей в стандарте WCDMA (UMTS), на услуги которых подписались около 5 млн. абонентов. В России в настоящее время действуют 4 коммерческие сети стандарта Cdma2000 1х в диапазоне частот 450 МГц (IМТ-МС-450): SkyLink (С-Петербуг - оператор «Дельта Телеком», Москва - оператор «Москов­ская Сотовая Связь»); «Сотел-Видео» (Башкортостан - оператор «Сотовая Связь Башкортостана»); SkyNet (Кузбасс - оператор «Куз­басская Сотовая Связь»). Общее количество абонентов этих сетей достигло за короткий срок 60 млн.

На рынке услуг наиболее показателен сегодня опыт таких опера­торов сетей стандарта WСDМА, как:

- DоСоМо (сеть FОМА, Япония) - сеть введена в коммерческую экс­плуатацию в октябре 2001 г., количество абонентов - более 3 млн.; предоставляемые услуги: голосовые услуги, высокоскоростная пере­дача данных (до 384 кбит/с), видеотелефония, SMS, MMS, развлека­тельные услуги, мобильный Интернет, электронные платежи, GPS-позиционирование, роуминг в сетях 2G, организация виртуальных ча­стных сетей. Стоимость некоторых услуг: голосовые услуги - $0,1 (в се­ти 2G - $0,12); услуги передачи данных - $0,18 (в сети 2G - $0,22) [6]; и т.д. 

2 Лекция 2. Структурная схема и состав оборудования системы связи GSM 

Структурная схема системы мобильной связи стандарта GSM пред­ставлена на рисунке 2. Сеть GSM делится на две системы: система коммутации (SSS) и система базовых станций (BSS). В стандарте GSM функциональное сопряжение элементов системы осуществляется посредством интерфейсов, а все сетевые компоненты взаимодействуют в соответствии с системой сигнализации МККТТ SS № 7 (CCITT SS № 7).

 

 

Рисунок 2 - Структурная схема системы мобильной связи стандарта GSM

 Центр коммутации мобильной связи MSC обслуживает группу сот и обеспечивает все виды соединений, в которых нуждается в процессе работы мобильная станция. MSC аналогичен коммутационной станции и представляет собой интерфейс между фиксированными сетями (PSTN, PDN, ISDN и т. д.) и системой мобильной связи. Он обеспечивает мар­шрутизацию вызовов и функции управления вызовами. Кроме выполне­ния функций обычной коммутационной станции, на MSC возлагаются функции коммутации радиоканалов. К ним относятся «эстафетная пере­дача», в процессе которой достигается непрерывность связи при переме­щении мобильной станции из соты в соту и переключение рабочих кана­лов в соте при появлении помех или при неисправностях.

MSC обеспечивает обслуживание мобильных абонентов, располо­женных в пределах определенной географической зоны.

MSC управляет процедурами установления вызова и маршрутизации, накапливает данные о состоявшихся разговорах, необходимые для вы­писки счетов за предоставленные сетью услуги.

MSC поддерживает процедуры безопасности, применяемые для управления доступом к радиоканалам. MSC управляет процедурами ре­гистрации местоположения для обеспечения доставки вызова переме­щающимся мобильным абонентам от абонентов телефонной сети общего пользования и обеспечения ведения разговора при перемещении мобиль­ной станции из одной зоны обслуживания в другую. В стандарте GSM также предусмотрены процедуры передачи вызова между сетями (кон­троллерами), относящимися к разным MCS.

На данной    схеме обозначены: MS- мобильная станция; BTS- приемно-передающие базовые станции; BSC- контроллер базовой станции; TCE- транскодер; BSS- оборудование базовой станции;  MSC- центр коммутации мобильной связи; HLR- регистр положения; VLR-регистр перемещения; AUC- центр аутентификации; EIR-регистр идентификации оборудования; OMC- центр эксплуатации и технического обслуживания; NMC-центр управления сетью.

Центр коммутации осуществляет слежение за мобильными станция­ми, используя регистры положения (HLR) и перемещения (VLR). В HLR хранится та часть информации о местоположении мобильной станции, которая позволяет центру коммутации доставить вызов станции. Регистр HLR содержит международный идентифика­ционный номер мобильного абонента (IMSI), который используется для опознавания мобильной станции в центре аутентификации (AUC).

Регистр положения HLR представляет собой базу данных о посто­янно прописанных в сети абонентах. В ней содержатся опознавательные номера и адреса, параметры подлинности абонентов, состав услуг связи, информация о маршрутизации, регистрируются данные о роуминге або­нента, включая данные о временном идентификационном номере мо­бильного абонента (TMSI) и соответствующем VLR.

К данным, содержащимся в HLR, имеют дистанционный доступ все MSC- и VLR-сети, в том числе относящиеся к другим сетям при обеспе­чении межсетевого роуминга абонентов. Если в сети несколько HLR, ка­ждый HLR представляет собой определенную часть общей базы данных сети об абонентах. Доступ к базе данных об абонентах осуществляется по номеру IMSI или MS ISDN (номеру мобильного абонента в сети ISDN).

Регистр перемещения VLR также предназначен для контроля пере­движения мобильной станции из одной зоны в другую. Он обеспечивает функционирование мобильной станции за пределами зоны, контролируе­мой HLR. При перемещении мобильной станции из зоны действия одного контроллера базовой станции BSC в зону действия другого BSC она ре­гистрируется новым BSC и в VLR заносится информация о номере об­ласти связи, которая обеспечит доставку вызовов мобильной станции. Для обеспечения сохранности данных в регистрах HLR и VLR преду­смотрена защита их устройств памяти.

VLR содержит такие же данные, что и HLR. Эти данные хранятся в VLR, пока абонент находится в контролируемой зоне.

При роуминге мобильной станции VLR присваивает ей номер (MSRN). Когда мобильная станция принимает входящий вызов, VLR вы­бирает его MSRN и передает его на MSC, который осуществляет маршрутизацию этого вызова к базовым станциям, находящимся рядом с мо­бильным абонентом.

VLR управляет процедурами установления подлинности во время обработки вызова. По решению оператора TMSI может периодически изменяться для усложнения процедуры идентификации абонентов, Дос­туп к базе данных VLR может обеспечиваться через IMSI, TMSI или че­рез MSRN. В целом VLR представляет собой локальную базу данных о мобиль­ном абоненте для той зоны, где находится абонент. Это позволяет исклю­чить постоянные запросы в HLR и сократить время на обслуживание вы­зовов.

Центр аутентификации AUC предназначен для удостоверения под­линности абонентов с целью исключения несанкционированного исполь­зования ресурсов системы связи.  AUC принимает решения о параметрах процесса аутентификации и определяет ключи шифрования абонентских станций на основе базы данных, сосредоточенной в регистре идентифи­кации оборудования (Equipment Identification Register - EIR). Каждый мобильный абонент на время пользования системой связи получает стандартный модуль подлинности абонента (SIM), который со­держит: международный идентификационный номер (IMSI), свой инди­видуальный ключ аутентификации Kh  и алгоритм аутентификации А. С помощью записанной в SIM информации в результате взаимного обмена данными между мобильной станцией и сетью осуществляется полный цикл аутентификации и разрешается доступ абонента к сети. Процедура проверки подлинности абонента следующая. Сеть передает случайный номер (RAND) на мобильную станцию. На ней с помощью Ki и алгоритма аутентификации А3 определяется значение отклика (SRES), т. е. SRES = А3× К,-[RAND]. Мобильная станция посылает вычисленное значение SRES в сеть. Сеть сверяет принятое значение SRES со значением SRES, вычисленным сетью. Если значения совпадают, мобильная станция допускается к пере­даче сообщений. В противном случае связь прерывается, и индикатор мобильной станции показывает, что опознавание не состоялось. Для обеспечения секретности вычисление SRES происходит в рамках SIM. Несекретная информация (например,  К) не подвергается обработке в модуле SIM.

Регистр идентификации оборудования EIR содержит базу данных для  подтверждения  подлинности международного идентификационного номера оборудования мобильной станции (IMEI). База данных EIR со­стоит из списков номеров IMEI, организованных следующим образом:

белый список - содержит номера IMEI, о которых есть сведения, что они закреплены за санкционированными мобильными станциями;

черный список - содержит номера IMEI мобильных станций, которые украдены или которым отказано в обслуживании по какой-либо причине;

серый список - содержит номера IMEI мобильных станций, у которых выявлены проблемы, не являющиеся основанием для внесения в «черный список».

К базе данных EIR имеют доступ MSC данной сети, а также могут получать доступ MSC других мобильных сетей.

Центр эксплуатации и технического обслуживания ОМС является центральным элементом сети GSM. Он обеспечивает управление элемен­тами сети и контроль качества ее работы. ОМС соединяется с другими элементами сети по каналам пакетной передачи протокола Х.25. ОМС обеспечивает обработку аварийных сигналов, предназначенных для опо­вещения обслуживающего персонала, и регистрирует сведения об ава­рийных ситуациях в элементах сети. В зависимости от характера неис­правности ОМС обеспечивает ее устранение автоматически или при ак­тивном вмешательстве персонала. ОМС может осуществить проверку состояния оборудования сети и прохождения вызова мобильной станции. ОМС позволяет регулировать нагрузку в сети.

Центр управления сетью NMC позволяет обеспечивать рациональ­ное иерархическое управление сетью GSM. NMC обеспечивает управле­ние трафиком сети и диспетчерское управление сетью в сложных ава­рийных ситуациях. Кроме того, NMC контролирует и отражает на дис­плее состояние устройств автоматического управления сетью. Это позволяет операторам NMC контролировать региональные проблемы и оказывать помощь при их решении. В экстремальных ситуациях операто­ры NMC могут задействовать такие процедуры управления, как «приори­тетный доступ», когда только абоненты с высоким приоритетом (экс­тренные службы) могут получить доступ к системе. NMC контролирует сеть и ее работу на сетевом уровне и, следова­тельно, обеспечивает сеть данными, необходимыми для ее оптимального развития. 

 

3 Лекция 3. Оборудование базовой станции BSS 

Оборудование базовой станции BSS состоит из контроллера базо­вой станции (BSC) и приемопередающих базовых станций (BTS). Кон­троллер базовой станции может управлять несколькими BTS. BSC управ­ляет распределением радиоканалов, контролирует соединения, регулирует их очередность, обеспечивает режим работы со скачками частоты, мо­дуляцию и демодуляцию сигналов, кодирование и декодирование сооб­щений, кодирование речи, адаптацию скорости передачи речи, данных и вызова. BSS совместно с MSC выполняет функции освобождения канала, если из-за радиопомех не проходит вызов, а также осуществляет приори­тетную передачу информации для некоторых категорий мобильных стан­ций.

Транскодер ТСЕ обеспечивает приведение выходных сигналов ка­нала передачи речи и данных MSC (64 кбит/с ИКМ) к виду, соответст­вующему рекомендациям GSM по радиоинтерфейсу (Рек. GSM 04.08), со скоростью передачи речи 13 кбит/с - полноскоростной канал. Стандар­том предусмотрено использование в перспективе полускоростного рече­вого канала 6,5 кбит/с. Снижение скорости передачи обеспечивается применением специ­ального речепреобразующего устройства, применяющего линейное пре­дикативное кодирование (LPC), долговременное предсказание (LTP), ос­таточное импульсное возбуждение (RPE или RELP). Транскодер, как правило, размещается вместе с MSC. При передаче цифровых сообщений к контроллеру базовых станций BSC осуществля­ется стафингование (добавление дополнительных битов) информацион­ного потока 13 кбит/с до скорости передачи 16 кбит/с. Затем осуществля­ется уплотнение полученных каналов с кратностью 4 в стандартный ка­нал 64 кбит/с. Так формируется определенная Рекомендациями GSM 30-канальная ИКМ-линия, обеспечивающая передачу 120 речевых каналов. Дополнительно один канал (64 кбит/с) выделяется для передачи инфор­мации сигнализации, второй канал (64 кбит/с) может использоваться для передачи пакетов данных, согласующихся с протоколом Х.25 МККТТ. Таким образом, результирующая скорость передачи по указанному ин­терфейсу составляет 30x64 + 64 + 64 = 2048 кбит/с.

Идентификаторы – ряд номеров, которые сеть GSМ использует для определения местоположения абонента при установлении соединения. Данные идентификаторы используются для маршрутизации вызовов к МS. Важно, чтобы каждый идентификационный номер был уникальным и был всегда корректно определён. Описание идентификаторов приведено ниже.

  IМSI (International Mobile Subscriber Identity) уникально описывает мобильную станцию в глобальной мировой сети GSМ. Большинство операций внутри сети GSМ производятся именно по этому номеру. IМSI хранится в SIМ, в НLR, в обслуживающем VLR и в АUС. Согласно спецификациям GSM длина IМSI составляет, как правило, 15 цифр. IМSI состоит из трёх основных частей:

   - MCC (Mobile Country Code) – код мобильной связи для страны (3 цифры);

   - MNC (Mobile Network Code) – код оператора мобильной связи (3 цифры);

   - MSIN (Mobile Station Identification Number) – идентификационный №  MS.

MSISDN (Моbile Station ISDN Number) это номер абонента, котрый мы набираем, когда хотим ему позвонить. Данных номеров может быть несколько у одного абонента. План нумерации для MSISDN полностью соответствует плану нумерации ТфОП:

     - СС (Country Code) - код страны;

     - NDC (National Destination Code) - национальный код пункта назначения 

    (города или сети);

     - SN (Subscriber Number) — номер абонента.

  Для каждой сети РLМN существует свой NDC. В сети связи Республики Казахстан NDC + SN называется «национальный значащий номер». NDС для мобильных сетей обозначаются как DEF и называются «негеографическим кодом зоны». В России для каждой РLМN определены несколько NDС. Номер MSISDN может быть переменной длины. Максимальная длина составляет 15 цифр, префиксы не включаются (+7). Входящее соединение с абонентом сети Beeline осуществляется набором +7 777 ХХХ ХХХХ или же с кодом 705.

ТМSI (Теmporary Mobile Subscriber Identity) - временный номер IМSI, который может выдаваться МS при её регистрации. Он используется для сохранения конфиденциальности передвижения мобильной станции. МS всегда будет выходить в радиоэфир с новым номером ТМSI. ТМSI не имеет жесткой структуры как IМSI, длина его как правило составляет 8 цифр. Поскольку TМSI имеет в два раза меньший размер, чем IМSI, пейджинг в одном цикле осуществляется для двух абонентов, что также сокращает нагрузку на процессор. Каждый раз, когда МS делает запрос на системные процедуры (LU, попытка вызова или активация сервиса) МSС/VLR ставит новый ТМSI в соответствие с IМSI, МSС/VLR. передаёт ТМSI на МS, которая хранит его в SIМ-карте. Сигнализация между МSС/VLR и МS используется только на основе ТМSI. Таким образом, реальный номер абонента IМSI не передается через радиоэфир. IМSI используется тогда, когда процедура Location Update выполнена неудачно или не назначен ТМSI.

IМЕI (International Mobile Terminal Identity) используется для уникальной идентификации мобильного терминала в сети. Данный код используется в процедурах обеспечения безопасности связи для идентификации украденного оборудования и предотвращения неавторизованного доступа в сеть. Согласно спецификациям GSМ длина IМЕI составляет 15 цифр:

      - ТАС (Туре Арргоvаl Соdе) - код утвержденного типового образца (6      цифр);

     - FАС (Final Assembly Соdе) - код окончательно собранного изделия,

     присваивает производитель (2 цифры);

    - SNR (Serial Number) - индивидуальный серийный номер (6 цифр).

     Идентифицирует полностью все оборудование с учетом кодов ТАС и FАС.

      - Sраrе - свободная цифра. Зарезервирована для будущего использования.

     Когда код передается в МS, значение данного кода должно бытьвсегда «0».

IМЕISV (International Mobile Terminal Identity и Software Version number) обеспечивает уникальную идентификацию каждого МТ, а также обеспечивает соответствие версии программного обеспечения, инсталлированного в МS, разрешенному оператором. Версия программного обеспечения является важным параметром, так как от этого зависят услуги, доступные для МS, а также способность выполнять речевое кодирование. Так, например, PLMN необходимо знать возможности речевого кодирования MS при установлении соединения (например, half rate/full rate, и т.д.). Данные возможности отображаются с помощью IМЕISV,  первые 14 цифр которого повторяют IМЕI, а 2 последние:

       - SVN (Software Version number) - номер программной версии, позволяют производителю МS идентифицировать различные версии программного обеспечения утверждённого типового образца МS. SVN со значением 99, зарезервирован для будущих целей.

МSRN (Моbile Station Roaming Number) - временный номер, необходимый для маршрутизации входящего соединения в тот МSС, в котором сейчас находится МS. Время использования МSRN очень маленькое - только подключение входящего соединения, после этого номер освобождается и может быть использован для подключения следующего соединения. МSRN состоит из трёх частей, таких же как в MSISDN, но в этом случае SN означает адрес обслуживающего МSC/VLR.

LAI (Location Area Identity) – номер области (LA), описывающий уникально LA в рамках всей мировой сети GSM. LAI состоит из следующих частей:

     - MCC (Mobile Country Code) – код мобильной связи для страны (3 цифры);

     - MNC (Mobile Network Code) – код оператора мобильной связи (3 цифры);

     - LAC (Location Area Code) – код местоположения, максимальная длина LAC составляет 16 бит, что позволяет определить 65536 различных LA внутри одной PLMN.

CGI (Cell Global Identity) используется для идентификации конкретной соты внутри LA. Идентификация соты осуществляется посредством добавления параметра Cell Identity (CI) к компонентам LAI. CI имеет размер 16 бит.

BSIC (Base Station Identity Code) дает возможность MS различать соты с одинаковыми частотами. BSIC состоит из:

               - NCC (Network Color Code) - цветовой код сети. Используется для того, чтобы разграничивать зоны действия операторов в тех местах, где сети операторов перекрывают друг друга.

          - BCC (Base station Color Code) - цветовой код базовой станции. Используется для того, чтобы различать между собой базовые станции, использующие одинаковые частоты.

 Сетевые интерфейсы и радиоинтерфейсы

В цифровых сотовых системах мобильной связи стандарта GSM используются интерфейсы трех видов для обеспечения соединения:

-  с внешними сетями;

- между различным оборудованием сетей GSM;

-  между сетью GSM и внешним оборудованием. Все сущест­вующие внутренние интерфейсы сетей GSM показаны на структурной схеме (см. рисунок 3). Они полностью соответствуют требованиям Рекомен­даций ETSI/GSM.

Интерфейсы с внешними сетями:

- соединение с PSTN. Соединение с телефонной сетью общего пользо­вания осуществляется MSC по линии связи 2 Мбит/с в соответствии с системой сигнализации SS № 7;

- соединение с ISDN. Для соединения с создаваемыми сетями ISDN предусматриваются 4 линии связи 2 Мбит/с, поддерживаемые системой сигнализации SS № 7;

- соединения с международными сетями GSM. Подключение сети GSM к общеевропейским сетям GSM осуществляется на основе протоко­лов систем сигнализации (SCCP) и межсетевой коммутации мобильной связи (GMSC).

Внутренние GSM-интерфейсы:

- интерфейс между MSC и BSS (А-интерфейс) обеспечивает передачу сигналов управления BSS, передачи вызова, управления передвижением. А-интерфейс объединяет каналы связи и линии сигнализации;

- интерфейс между MSC и HLR (В-интерфейс) совмещен с VLR. При необходимости определения местоположения мобильной станции MSC обращается к VLR. Если мобильная станция инициирует процедуру местоопределения, уточненная информация о ее местоположении заносится в регистры VLR. Эта процедура происходит всегда, когда MS переходит из одной области местоопределения в другую. Если абонент запрашивает специальные дополнительные услуги или изменяет некоторые свои дан­ные, MSC также информирует VLR, который регистрирует изменения и при необходимости сообщает о них HLR;

- интерфейс между MSC и HLR (С-интерфейс) используется для обеспечения взаимодействия между MSC и HLR. MSC может послать указание (сообщение) HLR в конце сеанса связи для того, чтобы абонент мог оплатить разговор. Когда сеть фиксированной телефонной связи не способна исполнить процедуру установления вызова мобильного абонен­та, MSC может запросить HLR с целью определения местоположения абонента для того, чтобы послать вызов MS;

- интерфейс между HLR и VLR (D-ннтерфейс) используется для рас­ширения обмена данными о положении мобильной станции и управления процессом связи. Основная услуга, предоставляемая мобильному абонен­ту, заключаются в обеспечении связи независимо от его местоположения. Для этого VLR информирует HLR о положении MS, управляет ею и переприсваивает ей номера в процессе передвижения;

- интерфейс между MSC (Е-интерфейс) обеспечивает взаимодейст­вие между разными MSC при осуществлении процедуры HANDOVER -передачи абонента из зоны в зону при его движении в процессе сеанса связи без ее перерыва;

- интерфейс между BSC и BTS (A-bis-интерфейс) служит для связи BSC с BTS. Интерфейс определен Рекомендациями ETSI/GSM для про­цессов установления соединений и управления оборудованием. Передача осуществляется цифровыми потоками со скоростью 2,048 Мбит/с, воз­можно использование физического интерфейса 64 кбит/с;

- интерфейс между BSC и ОМС (О-интерфейс) предназначен для связи BSC с ОМС, используется в сетях с пакетной коммутацией МККТТ Х.25;

- внутренний BSC-интерфейс контроллера базовой станции обес­печивает связь между различным оборудованием BSC и оборудовани­ем транскодирования (ТСЕ); использует стандарт ИКМ-передачи 2,048 Мбит/с и позволяет организовать из четырех каналов со скоростью 16 кбит/с один канал на скорости 64 кбит/с.;

- интерфейс между MS и BTS (Um-радиоинтерфейс) определен в се­риях 04 и 05 Рекомендаций ETSI/GSM;

- сетевой интерфейс между ОМС и сетью, так называемый управ­ляющий интерфейс между ОМС и элементами сети, определен ETSI/GSM Рекомендациями 12.01 и является аналогом интерфейса Q.3, который оп­ределен в многоуровневой модели открытых сетей ISO OSI. Соединение сети с ОМС может обеспечиваться системой сигнализа­ции МККТТ SS № 7 или сетевым протоколом Х.25. Сеть Х.25 может со­единяться с объединенными сетями или с PSDN в открытом или в замк­нутом режиме.

GSM - протокол управления сетью и обслуживанием также дол­жен удовлетворять требованиям Q.3-интерфейса, который определен в ETSI/GSM Рекомендациях 12.01.

Интерфейсы между сетью GSM и внешним оборудованием:

-  интерфейс между MSC и сервис - центром (SC) необходим для реализации службы ко­ротких сообщений. Он определен в Рекомендациях ETSI/GSM 03.40;

- интерфейс к другим ОМС. Каждый центр управления и обслуживания сети должен соединяться с другими ОМС, управляющими сетями в других регионах или другими сетями.

    4 Лекция 4. Структура TDMA-кадров и формирование сигналов

 В стандарте GSM принят многостанционный доступ с временным разделением каналов (TDMA). Общая структура временных кадров пока­зана на рисунке 3.

Длина периода последовательности (гиперкадра) в этой структуре равна Тг=3ч 28мин 53с 760мс (12533,76с). Гиперкадр де­лится на 2048 суперкадров, каждый из которых имеет длительность Тс = 12533,76/2048 = 6,12 с.

Суперкадр состоит из мультикадров. Для организации различных ка­налов связи и управления в стандарте GSM используются два вида муль­тикадров:

        - 26-позиционные TDMA-кадры мультикадра;

        - 51-позиционные TDMA-кадры мультикадра.

Суперкадр может содержать в себе 51 мультикадр первого типа или 26 мультикадров второго типа. Длительности мультикадров соответст­венно:

- Тм = 6120/51 = 120 мс;

-  Тм = 6120/26 = 235,385 мс .

Рисунок 3 - Структура временных кадров 

Длительность каждого TDMA-кадра Тк= 120/26 = 235,385/51 = 4,615 мс.

В периоде последовательности каждый TDMA-кадр имеет свой по­рядковый номер (NF) от 0 до NFmax, где NPmax = (26 х 51 х 2048) -1 = 2715647.

Таким образом, гиперкадр состоит из 2715647 TDMA-кадров.

Необходимость такого большого периода гиперкадра объясняется требова­ниями применяемого процесса криптографической защиты, в котором номер кадра NF используется как входной параметр.

TDMA-кадр делится на 8 временных позиций с периодом

То = 4,615/8 = 576,9 мкс = 0,577 мс.

Каждая временная позиция обозначается TN с номером от 0 до 7. Физический смысл временных позиций, которые иначе называются ок­нами, - время, в течение которого осуществляется модуляция несущей цифровым информационным потоком, соответствующим речевому со­общению или данным.

Цифровой информационный поток представляет собой последова­тельность пакетов, размещаемых в этих временных интервалах (окнах). Пакеты формируются немного короче, чем интервалы, их длительность составляет 0,546 мс, что необходимо для приема сообщения при наличии временной дисперсии в канале распространения.

Информационное сообщение передается по радиоканалу со скоро­стью 270,833 кбит/с. Это означает, что временной интервал TDMA кадра содержит 156,25 бита. Длительность одного информационного бита 576,9 мкс/156,25 = 3,69 мкс.

Каждый временной интервал, соответствующий длительности бита, обозначается BN с номером от 0 до 155; последнему интервалу, длитель­ностью 1/4 бита, присвоен номер 156.

Для передачи информации по каналам связи и управления, подстрой­ки несущих частот, обеспечения временной синхронизации и доступа к каналу связи в структуре TDMA-кадра используется 5 видов временных интервалов (окон):

- NB (Normal Burst) - нормальный временной интервал;

- FB (Frequency Correction Burst) - интервал подстройки частоты;

- SB (Synchronization Burst) - интервал временной синхронизации;

  - DB (Dummy Burst) - установочный интервал;

- АВ (Access Burst) - интервал доступа.

NB применяется для передачи информации по каналам связи и управления (за исключением канала доступа RACH). Он содержит 114 бит зашифрованного сообщения и включает защитный интервал (GP) длительностью 30,46 мкс (8,25 бита). Информационный блок 114 бит разбит на два самостоятельных блока по 57 бит, разделенных между со­бой обучающей последовательностью в 26 бит. Кроме этого, в состав NB включены два контрольных бита (Steeling Flag), которые служат призна­ком передачи речевой информации или сообщений сигнализации. Обучающая последовательность (26 бит) предназначена для:

         - оценки частоты появления ошибок в двоичных разрядах по результатам сравнения принятой и эталонной последовательно­стей. В процессе сравнения вычисляется параметр RXQUAL, при­нятый для оценки качества связи, который используется при вхож­дении в связь, при выполнении процедуры «эстафетной передачи» и при оценке зоны покрытия радиосвязью;

         - оценки импульсной характеристики радиоканала на интервале пе­редачи NB для последующей коррекции тракта приема сигнала за счет использования адаптивного эквалайзера;

          - определения задержек распространения сигнала между базовой и мобильной станциями для оценки дальности связи. Эта информа­ция необходима для исключения наложения пакетов данных мо­бильных станций, удаленных на различные расстояния, при их приеме базовой станцией. Удаленные на большее расстояние мо­бильные станции должны передавать свои пакеты раньше станций, находящихся в непосредственной близости от базовой станции.

FB предназначен для синхронизации мобильной станции по частоте. Все 142 бита в этом временном интервале нулевые. Это соответствует немодулированному излучению на частоте выше номинального значения несущей на 1625/24 кГц. FB используется для проверки работы приемо­передающего тракта при небольшом частотном разносе каналов (200 кГц). FB содержит защитный интервал 8,25 бита так же, как и NB. Повторяющиеся временные интервалы подстройки частоты (FB) образу­ют канал установки частоты (FCCH).

SB используется для синхронизации по времени базовой и мобиль­ной станций. Он состоит из синхропоследовательности длительностью 64 бита. SB содержит информацию о номере TDMA-кадра и идентификаци­онный код базовой станции. SB передается вместе с FB. Повторяющиеся интервалы синхронизации образуют канал синхронизации (SCH).

DB обеспечивает установление и тестирование канала связи. По сво­ей структуре DB совпадает с NB (см. рисунок 1.4) и содержит установоч­ную последовательность длиной 26 бит. В DB отсутствуют контрольные биты и не передается никакой информации. DB лишь информирует о том, что передатчик функционирует.

АВ обеспечивает доступ мобильной станции к новой базовой стан­ции. АВ передается мобильной станцией при запросе капала сигнализа­ции, когда время прохождения сигнала еще неизвестно. Поэтому пакет имеет специфическую структуру. Сначала передается концевая комбина­ция 8 бит, затем - последовательность синхронизации для базовой станции (41 бит), что позволяет базовой станции обеспечить правильный прием последующих 36 зашифрованных бит. АВ содержит большой за­щитный интервал (68,25 бита, длительностью 252 мкс), что обеспечивает  (независимо от расстояния до базовой станции) достаточное временное разнесение с пакетами других мобильных станций. Защитный интервал определяет максимально допустимые размеры соты с радиусом 35 км (время распространения радиосигнала в прямом и обратном направлении 233,3 мкс).

В GSM строго определены временные характеристики огибающей сигнала и спектральная характеристика сигнала.

Особенностью формирования сигналов в стандарте GSM является использование медленных скачков по частоте (Slow Frequency Hopping -SFH) в процессе сеанса связи для обеспечения частотного разнесения в радиоканалах, функционирующих в условиях многолучевого распро­странения радиоволн. SFH повышает эффективность кодирования и перемежения при медленном движении абонентских станций.

Принцип формирования медленных скачков по частоте состоит в том, что сообщение, передаваемое в выделенном абоненту временном интервале TDMA-кадра (577 мкс), в каждом последующем кадре переда­ется (принимается) на новой фиксированной частоте. Время для пере­стройки частоты (в соответствии со структурой кадров) составляет около 1 мс. В процессе скачков по частоте между каналами приема и передачи сохраняется разнос 45 МГц. Всем активным абонентам, находящимся в одной соте, ставятся в соответствие ортогональные формирующие после­довательности, что исключает взаимные помехи. Параметры последова­тельности переключения частот (частотно-временная матрица и началь­ная частота) назначаются каждой мобильной станции при установлении канала. Ортогональность последовательностей переключения частот в соте обеспечивается начальным частотным сдвигом одной и той же (по алгоритму формирования) последовательности. В смежных сотах приме­няются различные формирующие последовательности.

Рисунок 4 -  TDMA/FDMA-схема организации каналов в стандарте GSM

 

Принятая структура TDMA-кадров и принципы формирования сиг­налов в стандарте GSM в совокупности с методами канального кодиро­вания позволили снизить требуемое для приема отношение сигнал/по­меха до 9 дБ, тогда как в стандартах аналоговых сотовых сетей связи оно составляет 17-18 дБ.

Рисунок 5 -  Принцип использования медленных скачков по частоте

5 Лекция 5. Модуляция радиосигнала и сетевое планирование 

В стандарте GSM применяется спектрально-эффективная гауссова частотная манипуляция с минимальным частотным сдвигом (GMSK), что дает значительное уменьшение полосы частот излучаемого радиосигнала. Формирование GMSK радио­сигнала осуществляется таким образом, что на интервале одного инфор­мационного бита фаза несущей изменяется на 90°. Это наименьшее воз­можное изменение фазы, распознаваемое при данном типе модуляции. Непрерывное изменение фазы синусоидального сигнала дает в результате частотную модуляцию с дискретным изменением частоты. Применение фильтра Гаусса позволяет при дискретном изменении частоты получить «гладкие переходы». В стандарте GSM применяется GMSK-модуляция с величиной нормированной полосы ВТ = 0,3, где В - ширина полосы фильтра по уровню -3 дБ, Т - длительность 1 бита цифрового сообщения.

Рисунок 6 - Функциональная схема модулятора

 

  Основой формирователя GMSK-сигнала является квадратурный (1/Q) модулятор. Схема состоит из двух умножителей и одного сумматора. За­дача этой схемы заключается в том, чтобы обеспечить непрерывную точ­ную фазовую модуляцию. Один умножитель изменяет амплитуду синусоидального, а второй косинусоидального колебания. Входной сигнал до умножителя разбивается на две квадратурные составляющие. Разложение происходит в двух обозначенных «sin» и «cos» блоках.

Модуляцию GMSK отличают следующие свойства, предпочтитель­ные для мобильной связи:

         - постоянную по уровню огибающую, что позволяет использовать эффективные передающие устройства с усилителями мощности в режиме класса С;

         - компактный спектр на выходе усилителя мощности передающего устройства, что обеспечивает низкий уровень внеполосного излу­чения;

        - хорошие характеристики помехоустойчивости канала связи.

 

Рисунок 7 - Формирование GMSK-сигнала

 

Обработка речи

Обработка речи в стандарте GSM осуществляется с целью обеспече­ния высокого качества передаваемых сообщений и реализации дополни­тельных сервисных возможностей. Обработка речи осуществляется в рамках принятой системы преры­вистой передачи речи (Discontinuous Transmission - DTX), которая обес­печивает включение передатчика, когда пользователь начинает разговор, и отключает его в паузах и в конце разговора. DTX управляется детек­тором активности речи (Voice Activity Detector - VAD), который обес­печивает обнаружение и выделение интервалов передачи речи с шумом и шума без речи даже в тех случаях, когда уровень шума соизмерим с уровнем речи. В состав системы прерывистой передачи речи входит так­же устройство формирования комфортного шума, который включается и прослушивается в паузах речи, когда передатчик отключен. Экспери­ментально доказано, что отключение фонового шума на выходе прием­ника в паузах при отключении передатчика раздражает абонента и сни­жает разборчивость речи, поэтому применение комфортного шума в пау­зах считается необходимым. DTX-процесс в приемнике предполагает интерполяцию фрагментов речи, потерянных из-за ошибок в канале.

Принцип выбранного в стандарте GSM метода кодирования речи состоит в извлечении основных характеристик речи в форме коэффици­ентов фильтра, по которым речь может быть восстановлена, используя низкоскоростную квантизацию. Уменьшение скорости передачи речи до 13 кбит/с достигается тремя этапами:

        - LPC - линейным кодированием с предсказанием;

        - LTР - долговременным предсказанием;

        - RPE - регулярным импульсным возбуждением.

Сетевое планирование

Анализ трафика и покрытия территории

Стоимость проектируемой сотовой сети является одним из важнейших факторов. Вложенные в строительство сети средства должны окупаться в заданный период.

Зона радиопокрытия сети городской сотовой связи, должна охватывать всю территорию города, пригородных населенных пунктов и путей сообщений.

В соответствии с требованиями операторских лицензий, величина отказов внутри отечественных сотовых сетей общего пользования принимается на уровне Ротк 5%, а расчетная удельная нагрузка на одного абонента 0.015 Эрланг. Опыт работы сотовых сетей в России и Казахстане показывает, что средняя нагрузка, создаваемая одним абонентом, колеблется на уровне (0.007 - 0.016) Эрл.

При анализе доступных для планирования частот, важнейшим пунктом является оценка электромагнитной совместимости (ЭМС) подсистемы базовых станций BSS. ЭМС рассматривается на двух уровнях:

- межсистемная ЭМС;                           - внутрисистемная ЭМС.

В рамках требований межсистемной ЭМС рассматриваются вопросы, относящиеся к обеспечению совместной работы приемопередающего оборудования подсистем BSS с радиоэлектронными средствами (РЭС) гражданского и специального назначения, работающими в соответствующих частотных диапазонах и в пределах координационных расстояний. Основой для обеспечения межсистемной ЭМС является разделение частотного диапазона, определяемое Регламентом радиосвязи Республики Казахстан.

Анализ межсистемной ЭМС проводится на этапе выдачи Агентством по Информатизации и Связи разрешений на использование операторами связи радиочастот. В рамках рассмотрения межсистемной ЭМС могут быть выделены вопросы обеспечения объектной ЭМС. Объектная ЭМС должна обеспечить совместную работу различных РЭС, устанавливаемых на одном объекте, и предусматривает отсутствие взаимных помех под воздействием излучаемых радиочастот, их гармоник и продуктов интермодуляции.

Основным критерием внутрисистемной ЭМС является допустимая величина уровня интерференции, которая не должна быть выше значения, установленного стандартом GSM.

На основании полученных данных определяется топология сотовой сети. Топология подсистем базовых станций BSS строится на основе сотовых структур. Радиусы сот подбираются в соответствии с плотностью абонентской нагрузки и требованиями по пропускной способности. Различают 3 градации размеров сот:

- макросоты радиусом (3.5 - 35) км;

- микросоты радиусом (0.5 - 3.5) км;

- пикосоты радиусом до 0.5 км.

При этом, пикосоты могут вкладываться в микросоты, а те в макросоты для увеличения пропускной способности в точках локально увеличенного трафика. Таким образом, адаптируется топология подсистемы базовых станций к величине, плотности и территориальному распределению абонентской нагрузки.

Номинальный сотовый план

Номинальный сотовый план - это графическое изображение будущей сотовой сети и выглядит он как набор сот, нанесенный поверх географической карты. Но прежде чем определить расположение BS и сот на карте, необходимо произвести соответствующие расчеты. Общее количество базовых станций, определяется двумя параметрами:

- обеспечение непрерывного радиопокрытия;

- обеспечение необходимой пропускной способности.

 

Т а б л и ц а 1 - Оптимальные размеры сот

	GSM 1800		GSM 900
	Радиус соты, км.	Расстояние между BS, км.	Радиус соты, км	Расстояние между BS, км.
Город	2.7	4.0	3.7	5.6
Пригород	5	7.5	8.1	12.2
Открытая местность	22	33	27	41

 

Оптимальное расстояние между соседними BS и радиусом  сот зависит от типа местности и от частотного диапазона.

В местах, где предполагается большая нагрузка, BS необходимо
располагать несколько ближе друг к другу, чем в местах меньшей
концентрации трафика.        

Затем составляется номинальный сотовый план, который
представляет собой географическую презентацию сети на карте, затем необходимо рассчитать зоны покрытия и  частоты интерференции.

Для наиболее эффективного планирования важно учитывать законы распространения радиоволн в конкретных условиях.

Номинальный сотовый план является упрощенным (идеализированным). Реально на распространение радиоволн влияет множество факторов (рельеф местности, дома, движущиеся объекты и т.д.).    Проблемы,    связанные    с    затенением,     многолучевым распространением радиоволн проявляются на действительном покрытии системы. В реальной ситуации форма покрытия от одной соты не имеет идеального шестигранника, а имеет более сложную форму.

В системе GSM присутствует еще одна - проблема временной дисперсии. Эта проблема вызвана отражением от удаленных объектов. Для оценки данной проблемы используется показатель качества - отношение C/R Carrier-to-Reflection (отношение основного сигнала С к отраженному сигналу R). Для открытых районов распространение радиоволн осуществляется в зоне прямой видимости. В таких случаях прием сигналов возможен на достаточно больших расстояниях из-за малого затухания сигнала. Но, максимальный радиус соты в системе GSM составляет 35 км.

В условиях ограниченного частотного ресурса, повторное использование частот из выделенного частотного диапазона позволяет обеспечить непрерывное радиочастотное покрытие на достаточно больших территориях. Помимо обеспечения непрерывным покрытием больших территорий, повторное использование частот на сетях сотовой связи увеличивает и пропускную способность системы.

Отрицательная сторона повторного использования частот - это возникновение интерференции. В основном, проектировщики сотовых систем оценивают внутрисистемную ЭМС (С/I, С/А).

Основной идеей, на которой базируется принцип сотовой связи, является повторное использование частот в несмежных сотах.

Базовые станции, на которых допускается повторное использование выделенного набора частот, удалены друг от друга на расстояние D, называемое "защитным интервалом". Именно возможность повторного применения одних и тех же частот определяет высокую эффективность использования частотного спектра в сотовых системах связи.

Частоты внутри кластера распределяются так, чтобы минимизировать интерференцию по соседнему каналу.

Для уменьшения интерференции по основному каналу необходимо сохранять максимальную дистанцию между сотами, занимающими общий частотный спектр в соседних кластерах.

При повторном использовании частот необходимо принимать во внимание минимально допустимый пространственный разнос сот с одинаковыми частотами D, который определяется максимально допустимой величиной интерференции по основному каналу С/I. Так же величина С/I влияет на качество передаваемой речи. В рекомендациях ETSI для стандарта GSM рекомендуется, чтобы величина С/I была не ниже 9 дБ, однако компания Ericsson, как один из ведущих производителей оборудования GSM рекомендует, чтоб эта величина была не ниже 12 дБ.

Второе требование гласит, что С/I должен быть не меньше 12 дБ, при наличии в сети 6 сот с одинаковыми частотами.

Для функционирования сети GSM необходимо чтобы BTS была соединена с BSC. Соединение BTS и BSC может осуществляться через:

- радиоканал;

- оптическое волокно;  

- медные провода. 

6 Лекция 6.  Концептуальные основы IMT-2000 

Концепция IMT-2000 базируется на следующих принципах построения систем 3-го поколения:

·        Связь всегда и везде

Термин «связь всегда и везде» (Anywhere, Anytime) играет основополагающую роль в кон­цепции IМТ-2000 и подразумевает, что услуги связи должны быть доступны в любом месте на поверхности Земли и в любое время. Глобализация связи создает предпосылки, при кото­рых пользователь может получить доступ ко всему спектру информационных услуг других сетей, распределенных по всей территории земного шара, т.е. независимо от окружающих ус­ловий. Реализация услуг осуществляется за счет межсистемного глобального роуминга через базовые станции сотовой сети или станции сопряжения сети персональной спутниковой связи (см. рисунок 8).

Рисунок 8 - Интеграция сетей наземной и спутниковой связи в рамках IМТ-2000

 

·        Единое информационное пространство

В основе концепции построения IМТ-2000 лежит принцип мобильного доступа ко всем ре­сурсам единого общемирового информационного пространства. Новое поколение мобиль­ной связи откроет большие возможности для получения различных видов информации за счет увеличения скорости передачи информации до 2,048 Мбит/с.

Задача построения глобальной общемировой телекоммуникационной сети подвижной связи предполагает разработку унифицированных методов доступа к узлам информацион­ных сетей. Важная роль отводится спутниковым системам, которые в сочетании с сетями наземного доступа позволят довести информацию до любого уголка Земли. Для решения такой задачи необходимо создание гибкого радиоинтерфейса, обеспечивающего совмести­мость глобальных спутниковых и наземных сетей.

Универсальный мобильный доступ к общемировым информационным ресурсам реали­зуется путем интеграции радиосетей и Internet. 

·        Единое частотное пространство

В соответствии с концепцией IMT-2000 в системах 3-го поколения предполагается создание единого частотного пространства шириной 230 МГц с разными сценариями использования.

Реализуются также два принципиально различающихся по концепции выделения час­тотного ресурса подхода - это работа в старых, уже освоенных диапазонах, с возможным в перспективе постепенным их расширением, и выделение «индивидуальных» полос частот для новых технологий 3-го поколения. За IMT-2000 уже закреплены «на всемирной основе» два сплошных участка спектра шириной 230 МГц в районе 2 ГГц, которые поделены между системами беспроводного доступа, сотовой и спутниковой связи.

Новый подход, который впервые реализован в IMT-2000, связан с выделением парных полос частот для систем, работающих с частотным дуплексным разносом (FDD) и непарных для систем с временным дуплексным разносом (TDD).

Комбинированное использование двух режимов FDD и TDD делает систему гибкой, по­зволяя изменять пропускную способность и способы организации связи. Так, режим FDD более эффективен при больших размерах сот и высокой скорости передвижения абонентов. Режим TDD, напротив, предназначен для применения в пико- и микросотах, т.е. там, где абонент передвигается с невысокой скоростью.

Преимущество режима TDD заключается в более эффективном использовании радиока­налов при асимметричных потоках информации, передаваемых в прямом и обратном на­правлениях связи.

·        Мобильный терминал

Концепция систем 3-го поколения подразумевает предоставление услуг мультимедиа, включая высокоскоростную передачу информации, видео и речи, факсов и данных любому абоненту с использованием мобильного терминала, имеющего единый номер.

·        Объединение сетей мобильной и фиксированной связи

С проблемой организации роуминга тесно связана задача интеграции и конвергенции услуг фиксированной и мобильной связи (FMC), т.е. реализация принципа «одни человек - одни телефон».

·        Преодоление «технологической пропасти»

В последнее время в мире заметно увеличился дисбаланс между новыми возможностями систем 3-го поколения и реально существующей во многих странах телекоммуникационной инфраструктурой, т.е. образовалась так называемая «технологическая пропасть».

 ЧАСТОТНОЕ ПРОСТРАНСТВО ДЛЯ IMT-2000

Принципы распределения спектра

Исходные предпосылки

Технология распределения спектра прошла в своем развитии несколько этапов, начиная от случайного (неупорядоченного) распределения частот, и современного, связанного с «пере­делом» спектра. Бесследно прошли те времена, когда частоты выбирались оптимальным образом, обеспечивая, с одной стороны, максимальную дальность связи или пропускную способность, а с другой стороны, приемлемые массогабаритные характеристики приемопередающей аппаратуры и антенн.

Сегодня в мире принята упорядоченная процедура распределения спектра, который по­делен между службами телерадиовещания, связи, радионавигации, астрономии и т.п. Внут­ри каждой службы также существует свой иерархический принцип разделения частотного ресурса по видам связи: мобильная наземная радиосвязь, радиорелейная, тропосферная, мо­бильная спутниковая связь и т.п. На мировом уровне такое деление закреплено в Регламен­те радиосвязи, содержащем таблицу распределения полос частот между службами в преде­лах от 9 кГц до 275 ГГц. Частотный ресурс не безграничен, и сегодня он в дефиците. Если в фиксированной связи и сетях беспроводного доступа возможен переход в более высокочастотные диапазоны, то в мобильной связи поднимать верхнюю «частотную планку» выше 3 ГГц нецелесообразно.

На сегодняшний день спектр, выделенный для мобильной коммерческой связи, состав­ляет 40% от общего ресурса (в полосах частот до 2,5 ГГц). Анализ распределения полос по­казывает, что большую часть спектра занимают сотовые системы (25%), а доля спутнико­вых систем (служба MSS) не превышает 9%.

Полосы частот для IMT-2000

Подход к распределению частотного ресурса, реализованный в концепции IMT-2000, основывается на следующих принципах:

- создание единого частотного пространства шириной 230 МГц для систем беспровод­ного доступа, сотовой и спутниковой связи;

- сочетание разных стратегий внедрения услуг 3-го поколения (революционной и эво­люционной);

- гибкость в распределении спектра, предусматривающая возможность реализации раз­ных сценариев использования полос частот в разных географических районах;

- выделение парных полос частот для дуплексной связи с частотным разделением и не­парных полос для дуплексной связи с временным разделением

В условиях острого дефицита частотного ресурса свободных участков с требуемой ши­риной полосы частот 230 МГц в наиболее «привлекательных» для мобильной связи полосах частот (450-960 МГц) просто не существовало.

Были выделены два участка спектра: 1885-2025 и 2110-2200 МГц для систем IMT-2D00, планируемых к развертыванию после 2000 г. Реально это означало передел спектра между службами мобильной и фиксированной связи.

Вскоре после этого была выпущена рекомендация WCR-95 (рез.716), согласно которой члены ITU должны принять меры к постепенному высвобождению полос частот 1885-2200 МГц от работающих в них радиосредств. Хотя такое решение в какой-то мере носило дис­криминационный характер, т.к. в ряде стран, в этих участках спек­тра традиционно работали РРЛ и другие радиосредства, однако передел спектра стал одним из немногих способов высвободить частотный ресурс для IMT-2000.

В решении этой проблемы каждая из стран пошла своим путем, предпринимая усилен­ные попытки освободить эти диапазоны частот.

Гибкость распределения спектра

Гибкость распределения спектра характеризуется возможностью использования разных режимов работы и параметров каналов, устанавливаемых в процессе радиообмена, а также различных вариантов предоставления частотных полос операторам.

В IMT-2000 реализованы два режима работы: в парных (режим FDD) и непарных (TDD) полосах частот. Для реализации FDD требуется минимальная полоса 2x5 МГц в корневых полосах частот 1920-]98015/2110-2170 МГц, а для TDD - 5 МГц в полосах 1900-1920 и 2010-2025 МГц. Режим FDD обладает преимуществом при больших размерах сот и высокой ско­рости передвижения абонентов. Режим TDD, напротив, предназначен для применения в пико- и микросотах, т.е. там, где абонент передвигается с невысокой скоростью.

Гибкое распределение спектра позволяет устранить искусственные барьеры на пути вы­хода операторов на рынок, предоставляя им возможность быстро реагировать на изменения спроса на услуги, т.е. на предоставление новых и разнообразных услуг в том же диапазоне без создания новой сетевой инфраструктуры.

Технологии 3G обеспечат нескольким операторам (имеющим соответствующие лицен­зии) возможность совместного использования одной и той же полосы частот без взаимных помех и снижения качества связи. Никакой частотной координации между операторами в этом случае не потребуется. Благодаря гибкой сетевой архитектуре оператор может создать сети разной конфигурации (макросоты, микросоты и пикосоты) при экономном ис­пользовании радиоресурсов.

Распределение спектра в различных регионах мира

Создание глобальной телекоммуникационной инфраструктуры IMT-2000 немыслимо без выделения единых для всех регионов полос частот. Особенно это важно в спутниковом сегменте S-IMT-2000 (Satellite IMT-2000), где в силу глобального характера предоставляе­мых услуг спутниковой службы MSS (Mobile Satellite Service) распределение спектра про­изводится «на всемирной основе» (см. рисунок 9).

Рисунок 9 - Распределение частотного ресурса в разных регионах мира

 

Что же касается наземных сетей, то там частотный спектр представляет собой нацио­нальный природный ресурс и его распределение между операторами осуществляют нацио­нальные или региональные частотные органы. В результате в наземном сегменте T-IMT-2000 (Terrestrial IMT-2000) допускаются различные стратегии использования полос частот не только в отдельных регионах и государствах, но даже в пределах одной страны, если в ней предоставление услуг осуществляют несколько независимых операторских компаний.

Европейский подход

В 1997 Европейский комитет радиосвязи ERC (European Radiocommunications Committee), входящий в состав СЕРТ, принял решение о резервировании частотных полос для начала коммерческой эксплуатации UMTS с 2002 года в следующих полосах частот;

-  1920-1980 и 2110-2170 МГц - для наземных сетей UMTS, работающих с частотным дуплексным разносом (FDD);

-  1900-1920 и 2010-2025МГц - для наземных сетей UMTS, работающих с временным дуплексным разносом (TDD);

-  1980-2010 и 2170-2200 МГц для спутниковых сетей UMTS, Европейский подход к распределению полос частот практически совпадает с тем, кото­рое предлагает ITU в рамках концепции IMT-2000, кроме 15 МГц, ранее выделенных для DECT. Суммарный частотный ресурс UMTS составляет 155 МГц для наземных сетей и 60 МГц - для спутниковых.

Кроме освоения новых полос частот в Европе рассматривается возможность эволюционно­го пути развития, который, прежде всего, связывают с новыми технологиями GPRS и EDGE, внедряемыми в существующую наземную инфраструктуру сетей GSM-900 и GSM-1800. Суще­ствующий в настоящее время в Европе спектр шириной 240 МГц отведен для систем 2-го поколения GSM-900, GSM-1800 и DECT.

Для мобильной спутниковой службы MSS (Mobile Satellite Service) в UMTS отведены те же диапазоны частот 1980-2010 и 2170-2200 МГц, что и в предложении ITU.

 

 

7 Лекция 7.  UMTS - европейский подход к IMT-2000

Основу концепции создания систем связи третьего поколения IMT-2000 составляет семейство радиоинтерфейсов (см. рисунок 10), определяющих главную отличительную особенность систем 3G от ныне существующих систем сотовой связи.

Рисунок 10 - Семейство радиоинтерфейсов наземного сегмента IMT-2000

 

В данном семействе использованы следующие обозначения радиоинтерфейсов:

- IMT-DS (IMT-2000 Direct Spread) – стандарт на широкополосную систему с прямым расширением спектра (DS-CDMA) и частотным дуплексным разносом (FDD) для применения в парных полосах частот;

- IMT-МС (IMT-2000 Multi Carrier) -  стандарт на многочастотную систему CDMA с одновременной передачей нескольких несущих и частотным дуплексным разносом для применения в парных полосах частот;

- IMT-ТС (IMT-2000  Time Code) – стандарт  на комбинированную систему ТDMA/CDMA  с временным дуплексным разносом (ТDD) для применения в непарных полосах частот;

- IMT-SС (IMT-2000 Single Carrier) – стандарт на одночастотную систему ТDMA для применения в парных полосах частот;

- IMT-FТ (IMT-2000  Frequency Time ) – стандарт на микросотовую систему DECT с комбинированным частотно-временным дуплексным разносом для применения как в парных, так и непарных полосах частот.

В Европе принят проект системы IMT-2000, названный UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), в его состав включены два радиоин­терфейса IMT-DS и IMT-TC с частотным (FDD) и временным (TDD) дуп­лексом соответственно. Радиоинтерфейс IMT-MC использован в амери­канском проекте системы IMT-2000, получившем название cdma2000. За счет прямого расширения спектра радиосигнала в UMTS шири­на его составляет 5 МГц (WCDMA - широкополосный CDMA). В мно­гочастотном cdma2000 x сигналы с шириной спектра 1,25 МГц могут передаваться на нескольких несущих. Число несущих может быть х= 1, 3, 6, 9 и 12.

По своим функциям элементы сети UMTS подразделяются на сеть ра­диодоступа (UTRAN), базовую сеть (CТ), которая обеспечивает ком­мутацию и маршрутизацию вызовов, и каналы передачи речевой ин­формации и данных (внешняя сеть).

UTRAN состоит из двух элементов:

-   Node В (базовая станция) - преобразует поток данных для их пе­редачи и участвует в управлении ресурсами радиосети;

-        RNC (контроллер радиосети) - управляет ресурсами радиосети и
представляет собой точку доступа к базовой сети.

Рисунок 11 - Упрощенная структура сети UMTS

 

Элементы сети CN можно разделить на две группы (домены):

1.  Домен коммутации каналов (CS):

        - MSC (коммутатор) - обеспечивает коммутацию сообщений;

        - GMSC (шлюзовой MSC) - коммутатор в точке, где сеть UMTS соединяется с внешними сетями с коммутацией каналов. Все исходящие и входящие внешние CS через GMSC.

2. Домен коммутации пакетов (PS):

        - SGSN (узел обеспечения услуг GPRS) - по своим функциям по­добен MSC;

        - GGSN (узел обеспечения межсетевого перехода GPRS) - по своим функциям подобен GMSC.

В целях автоматического переключения (хэндовера) мобильной станции с одной базовой станции на другую (или с одного сектора базовой станции на другой) при пространственном перемещении або­нента, а также входа в сеть другого стандарта (к примеру, GSM) в WCDMA используется гибкая процедура, основанная на одновремен­ном приеме терминалом сигналов от разных источников: полумягкий, мягкий и жесткий хэндоверы (см. рисунок 12).

Рисунок 12 - Процедура хэндовера

По своему функциональному предназначению процедура хэндове­ра решает более широкую задачу по повышению качества работы системы, в том числе увеличению зоны покрытия и пропускной спо­собности за счет приема сигналов с пространственным разнесением. Система UMTS позволяет пользователю согласовывать характе­ристики каналов с целью их оптимизации для передачи информации соответственно заявленной услуге. Такое согласование имеет место на этапе установления соединения, когда прикладная программа за­прашивает канал доступа в зависимости от ее потребности, а сеть проверяет наличие ресурсов, правомочен ли абонент пользоваться этой услугой, и дает ответ.

Наиболее выраженные особенности UMTS:

- более высокая скорость передачи данных (более 384 кбит/с), что позволяет предоставлять новые высокоскоростные услуги, обеспечи­вая быстрый доступ к информации и ее фильтрацию в зависимо­сти от места нахождения пользователя;

- возможность согласования характеристик радиоканала: пропуск­ной способности, времени задержки пакетов данных и вероятности появления ошибок в них, что позволяет поддерживать широкий спектр услуг с разным (по требованию абонента) качеством обслу­живания (QoS);

- возможность мультиплексирования (одновременного представления) услуг с различными требованиями к качеству обслуживания для одного соединения (например, передачи речи, видеоинформа­ции и передачи данных);

- высокая достоверность передаваемой информации (вероятность появления ошибок на бит – 10^-6);

- поддержка асимметричного трафика по восходящим и нисходящим каналам передачи (например, просмотр информации Web-сайтов приводит к большей нагрузке в нисходящем канале, чем в восхо­дящем).

 Эволюция системы UMTS определяется различными версиями (выпусками - Release) блоков стандартов (технических спецификаций): первому этапу соответству­ет Release'99, последующим этапам - Release'4, Release'5, Release'6 и т.д. В качестве технологической базы для построения сетей UMTS выбрана система GSM/GPRS. Основное отличие UMTS от GSM/GPRS - новый тип радио­интерфейса (сети радиодоступа), позволяющий увеличить скорость передачи данных до 384 кбит/с. На первом этапе в сетях UMTS тра­фик преимущественно будет речевым с постепенным увеличением доли трафика передачи данных, не все функции обеспечения качест­ва обслуживания (QoS) будут реализованы, в связи с чем критичные к задержке пакетов услуги (передача речи и видеотелефония) будут предоставляться с коммутацией каналов.

На последующих этапах развития системы UMTS предполагается объединение двух доменов базовой сети - с коммутацией каналов (CS) и коммутацией пакетов (PS) - в одну уни­версальную сеть, полностью базирующуюся на IP-технологии.

Весь потенциал 3G-yслyг невозможно использовать без внедрения нового протокола IP. Сегодняшняя версия протокола в сети Интернет (IPv4) имеет ограниченное адресное пространство. Для мобильного Интернета, где каждый мобильный терминал будет иметь свой IP-адрес, потребуется гораздо большее адресное пространство, чем в IPv4. В планируемой новой версии IPv6 устранены недостатки адре­сации, гарантированы качество услуг и безопасность информации.

В качестве одного из перспективных направлений расширения функциональных возможностей сетей UMTS по пропускной способности сети в условиях высокой плотности активных абонентов (аэропорты, вокзалы, отели и т.п.) рассматривается объединение сетей UMTS и сетей беспроводного широкополосного доступа WLAN (Wireless Local Area Networks). Сети WLAN имеют малый радиус зоны обслужива­ния точки доступа (десятки метров) и высокую скорость передачи данных (от десятков до сотни Мбит/с).

 

Рисунок 13 - Схема взаимодействия сетей UMTS и WLAN 

 

8 Лекция 8. Эволюция сетей GSM 

Совершенствование сетей GSM идет в направлении UMTS/IMT-2000 по нескольким взаимосвязанным направлениям:

- интеграция с другими сетями радиосвязи (DECT и узлами доступа к Internet/Intranet);

- создание интегрированных сетей GSM-900/GSM-I800, и в перспективе, GSM-400;

- внедрение новых технических решений, обеспечивающих высокоскоростную передачу данных с коммутацией пакетов и взаимодействие с сетями ТфОП, X25, ATM и ISDN.

В технологию GSM вложены немалые инвестиции, и это предопределило эволюцион­ный путь ее развития. Происходит постепенное наращивание сетевых элементов, усовер­шенствование контроллеров и базовых станций, разработка и создание двухрежимных або­нентских терминалов. Использование GSM в качестве базовой технологии для предостав­ления услуг 3-го поколения имеет и другое важное преимущество - практически с первых дней работы модернизированной сети она будет обладать потенциально большой абонент­ской базой.

К настоящему времени наметились следующие основные пути совершенствования сис­тем на базе GSM (см. рисунок 14):

- высокоскоростная передача данных с коммутацией каналов HSCSD (High Speed Circuit Switched Data);

- обобщенные услуги пакетной радио передачи GPRS (General Packet Radio Service);

- реализация системы радиодоступа EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution);

- внедрение системы GSM-400 для связи в сельских и малонаселенных районах.

Рисунок 14 - Стратегия перехода к системам 3-го поколения на базе ТDМА

 

Пакетная передача данных в GSM

Архитектура сети GPRS

GPRS (General Packet Radio Service) использует общий физический ресурс радиоинтерфейса GSМ совместно с коммутацией каналов. GPRS можно рассматривать как технологию, наложенную на сеть GSМ. Это позволяет использовать одну и ту же физическую среду в сотах как для передачи речи с коммутацией каналов, так и для передачи данных с коммутацией пакетов. Ресурсы GPRS могут выделяться под передачу данных динамически в периоды, когда отсутствует сеанс передачи информации с коммутацией каналов. Для GPRS предназначены те же физические каналы, но эффективность их использования намного больше по сравнению с традиционной GSМ с коммутацией каналов, поскольку несколько пользователей GPRS могут использовать один и тот же таймслот. Это позволяет повысить использование каналов. Кроме того, GPRS использует ресурсы только в период передачи и приема данных.

На рисунке 15 показана структура системы GPRS. Поскольку GPRS является новой технологией сети GSМ, то для нее используется уже существующая инфраструктура GSМ с некоторыми модификациями.

Решение для системы GPRS разрабатывалось таким образом, чтобы можно было быстро и с небольшими затратами внедрять GPRS на сети. Для внедрения GPRS необходимо выполнить модернизацию программного обеспечения элементов существующих сетей GSМ, за исключением BSС, для которого требуется модернизация аппаратных средств.

В сети GSМ появляются два новых узла:

- обслуживающий узел поддержки GPRS – Serving GPRS Support Node (SGSN);

-  шлюзовой узел поддержки GPRS Gateway GPRS Support Node (GGSN).

Эти два узла физически могут быть реализованы на базе одного оборудования.

 

Рисунок 15 - Архитектура сети GPRS

•        BG      (Billing Gateway) - биллинговый шлюз.

•        BSS (Base Station System) - оборудование базовой станции.

•        BTS (Вазе Transceiver Station) - базовая приемо­передающая станция.

•        EIR (Equipment Identification Register) - регистр идентификации оборудования.

•        GGSN (Gateway GPRS Support Node) - шлюзовой узел поддержки услуг GPRS.

•        GMSC (Gateway MSC) - шлюзовый мобильный центр коммутации.

•        HLR (Home Location Register) - основной регистр положения.

•        IWMSC (Interworking MSC) - MSC для обеспе­чение межсетевого обмена.

•        MSC/VLR (Mobile Switching Center/Visitor Loca­tion Register - мобильный центр коммута­ции, территориально совмещенный с визит­ным регистром положения.

•        МТ      (Mobile Terminal) - мобильный терминал.

•        PCU {Packet Controller Unit) - контроллер па­кетов.

•        PDN (Public Data Network) - сеть передачи данных общего пользования.

•        PLMN (Public Land Mobile Network) - сеть сухо­путной подвижной связи общего пользова­ния.

•        PSTN (Public Switched Telephone Network) -коммутируемая телефонная сеть общего пользования.

•        SGSN (Serving GPRS Support Node) - сервисный узел поддержки услуг GPRS.

•        SMS (Short Message Service) - служба корот­ким сообщений

•        SM-SC (Short Message Switching Center) - центр коммутации коротких сообщений.

•        ТЕ (Terminal Equipment) - оконечное оборудование.

Существуют три класса МS, которые могут работать с GPRS:

- Терминалы класса А предоставляют самый полный спектр услуг. Они поддерживают одновременно два режима работы - в сети GSM (коммутация каналов) и в сети GPRS (коммутация пакетов).

- Обладатели терминалов класса В также смогут работать в двух режимах GSM/GPRS, но поочередно, т.е. в каждый момент времени обеспечивается передача одного вида трафика: с коммутацией каналов или пакетов.

- Терминалы класса С могут функционировать только в режиме пакетной передачи.  Исполнение – в виде PCM-CIA-карты, устанавливаемой в портативный компьютер.

Скорость приема и передачи информации зависит от возможностей конкретной модели мобильного терминала, а именно от количества каналов, поддерживающих прием и передачу данных.

Система GPRS по радиоинтерфейсу взаимодействует с МS, передавая и принимая радиосигналы через систему ВSS. ВSS управляет передачей и приемом радиосигналов для всех видов сообщений: речи и данных, передаваемых в режиме коммутации каналов и коммутации пакетов. При внедрении GPRS для базовых станций ВTS требуется дополнительное программное обеспечение. ВSS используется для разделения данных, передаваемых в режиме коммутации каналов и в режиме коммутации пакетов, поскольку только сообщения, передаваемые в режиме коммутации каналов направляются в МSС. Пакеты перенаправляются в новые узлы коммутации пакетов GPRS.

Система коммутации каналов (CSS) представляет собой традиционную систему сети GSМ. При внедрении GPRS необходима модернизация программного обеспечения МSС, которая позволяет выполнять комбинированные процедуры GSM/GPRS, например, комбинированную процедуру подключения МS (Attach): IМSI/ GPRS.

HLR является базой данных, в которой содержатся все абонентские данные, в том числе, относящиеся к услугам GPRS. В HLR хранятся данные, как для службы коммутации каналов, так и для службы коммутации пакетов. Эта информация включает в себя, например, разрешение/запрет на использование услуг GPRS абоненту, текстовое имя точки доступа (Ассеss Point Name - APN) провайдера службы Интернет (Internet Service Provider - ISP), а также указание на то, выделен ли для МS фиксированный IР адрес. Информация о GPRS хранится в HLR в виде подписки на РDР (Packet Data Protocol) контекст. В HLR может храниться до 5 РDР контекстов на одного абонента. Доступ к хранящейся в HLR информации осуществляется из SGSN.  При роуминге обращение за информацией может осуществляться в HLR, не связанный с собственным узлом SGSN. Для работы HLR в сети GPRS так же необходима модернизация его программного обеспечения. AUC не требует какой-либо модернизации при работе с GPRS. Новым свойством с точки зрения АUС в сети GPRS является только то, что шифрацию выполняет сам SGSN.

SMS-IW-MSC позволяет МS с функциями GPRS передавать и принимать SMS через радиоканалы GPRS. SMS-IW-MSC не изменяется при внедрении GPRS.

Биллинговый шлюз (Billing Gateway – BGw) облегчает внедрение GPRS в сети мобильной связи путем реализации функций, упрощающих управление начислением оплаты для GPRS в биллинговой системе. Критерии начисления оплаты при пользовании услугами GPRS фундаментально отличаются от тех критериев, которые применяются для услуг с коммутацией каналов. В частности, они основаны на объеме переданной/полученной информации, а не на времени занятия каналов. Сеанс GPRS может быть активным в течение достаточно длительного периода времени, тогда как реальная передача данных осуществляется в короткие промежутки времени при наличии свободных радиоресурсов. В этом случае время занятия радиоресурсов является несущественным критерием для начисления оплаты в сравнении с объемом данных. Информация о начислении оплаты может быть получена от SGSN и GGSN, использующих интерфейсы, отличающиеся от интерфейсов MSC и для этой информации создаются отчеты CDR нового типа. Некоторыми новыми типами CDR являются:

       - S-CDR, связанные с использованием радиосети и переданные от SGSN;

       - G-CDR, связанные с использованием внешних сетей передачи данных и переданные от GGSN;

       - CDR, связанные с использованием службы коротких сообщений, основанной на GPRS.

Во время одной сессии GPRS может быть сгенерировано несколько S-CDR и G-CDR. BGw позволяет начислять оплату за услуги передачи данных с минимальным влиянием на уже существующие биллинговые системы, может либо трансформировать данные в тот формат, который распознается существующей биллинговой системой, либо может использоваться для создания нового биллингового приложения, специально адаптированного для начисления оплаты за объем. Это позволяет внедрять службы передачи данных очень быстро и осуществлять начисление оплаты за пользование услугами немедленно, в реальном режиме времени.

Система коммутации пакетов (PSS) является новой системой, разработанной специально для GPRS. Эта система основана на Интернет протоколе (IP). Она включает в себя новые узлы пакетной коммутации, в общем известные как GSN (GPRS Support Node). В настоящее время существуют два вида узлов GPRS: Обслуживающий узел поддержки GPRS (SGSN) и Шлюзовой узел поддержки GPRS (GGSN). Интерфейсы SGSN связывают его со стандартными узлами сети GSM, такими, как MSC/BSC, а интерфейсы GGSN связывают этот узел  с внешними сетями пакетной передачи данных, такими, как сеть Интернет или корпоративная сеть Интернет.

Узлами поддержки GPRS являются SGSN и GGSN, каждый из которых выполняет специфические функции в составе сети GPRS.  

 

9 Лекция 9. Обслуживающий узел поддержки GPRS (SGSN)

SGSN взаимодействует с BSC, MSC/VLR, SMS-G и HLR. Этот
узел подключается к внутренней сети передачи данных (Вackbone Network) для организации связи с GGSN и другими SGSN. SGSN обслуживает всех абонентов GPRS, физически расположенных в пределах зоны обслуживания SGSN. SGSN выполняет в GPRS функции, аналогичные тем, которые выполняет MSC в сети GSM. То есть этот узел управляет функциями подключения, отключения MS, обновления информации о местоположении и т.д. Абоненты GPRS могут быть обслужены любым узлом SGSN в сети в зависимости от их местоположения.

В составе сети GPRS узел SGSN выполняет следующие функции:    

- управление передвижением MS (MM – Mobility Management). Процедурами MM, поддерживаемыми по этому интерфейсу, являются подключение IMSI как для вызовов GPRS, так и для вызовов с коммутацией каналов, обновление зоны местоположения, комбинированное обновление зоны местоположения для GSM и GPRS, передача сигналов пейджинга. Процедуры MM позволяют сети контролировать перемещающихся абонентов. MM позволяет MS перемещаться из одной соты в другую, перемещаться из одной зоны маршрутизации SGSN в другую, перемещаться между узлами SGSN в пределах сети GPRS. Понятие Location Area не используется в GPRS. Аналогом этого понятия в GPRS является зона Routing Area – RA. Оба этих термина означают зону местоположения, но LA – для GSM, а RA – для GPRS. RA состоит из нескольких сот и может быть меньше или равна LA. В первой реализации RA была эквивалентна LA.

MM позволяет абонентам передавать и получать данные во время перемещения в пределах своей сети PLMN, а также при перемещении в другую сеть PLMN. SGSN поддерживает стандартный интерфейс Gs в направлении MSC/VLR для MS классов А и В, что позволяет выполнять следующие процедуры:

       - комбинированное подключение/отключение GPRS/IMSI. Процедура регистрации “attach” осуществляется через SGSN, а потом SGSN сам сообщает в MSC/VLR о местоположении и состоянии абонента. Это позволяет объединять действия и таким образом экономить радиоресурсы. Эти действия зависят от класса MS и наличия Gs интерфейса;

       - комбинированный пейджинг. Если MS зарегистрирована одновременно как GSM/GPRS терминал, MSC/VLR выполняет пейджинг через SGSN. Сеть также может координировать предоставление сервисов с коммутацией каналов или с коммутацией пакетов. Координация пейджинга означает, что сеть передает пейджинговые сообщения для служб с коммутацией каналов через пейджинговый канал GPRS или канал трафика GPRS;

       - комбинированное обновление местоположения (зоны местоположения LA или RA) для служб с коммутацией каналов GSM и служб с коммутацией пакетов GPRS. MS выполняет функции обновления местоположения отдельно, передавая информацию о новой LA в MSC и новой RA в SGSN. Существует возможность производить обновление только RA, а SGSN по интерфейсу Gs будет передавать на MSC информацию о новой LA. Это позволяет экономить на функциях сигнализации по радиоинтерфейсу;

Рисунок 16 - Интерфейсы SGSN

 

- управление сеансами  (SM - Session Management). Создание сеанса связи с передачей пакетов в GPRS называется активация PDP контекста. Процедуры SM включают в себя активацию контекста протокола пакетной передачи данных (PDP), деактивацию этого контекста и его модификацию. PDP контекст используется для установления и разъединения виртуального канала передачи данных между терминалом, подключенным к MS и GGSN. SGSN затем сохраняет данные, которые включают в себя:

       - идентификатор PDP контекста – индекс, используемый для указания на конкретный PDP контекст;

       - тип PDP. Это тип PDP контекста. В настоящее время поддерживается протокол  IP v6;

       - адрес PDP. Фиксированный или динамически назначаемый IP адрес для MS;

        - APN (Access Point Name). Имя сервера услуги, разделенное точками, например: wap.beeline.kz;

        - QoS (Quality of Service) – качество обслуживания. В QoS, как правило, входит большое количество параметров, описывающих скорость и качество передачи данных (количество проверок на приеме).

PDP контекст должен быть активным в SGSN до того, как какой-либо PDU (пакет данных) может быть передан в MS или получен от MS. Когда в SGSN поступает сообщение о запросе на активизацию PDP контекста, он запрашивает функцию управления разрешением доступа. Эта функция ограничивает количество зарегистрированных пользователей в пределах одного узла SGSN и контролирует качество в пределах каждой зоны. Затем SGSN проверяет, разрешен ли абоненту доступ к конкретной сети ISP (Internet Service Provider) или корпоративной сети передачи данных (посредством проверки списка разрешенных APN);

- маршрутизация. Функции маршрутизации интегрированы в оба узла: SGSN и GGSN. Это стандартные функции маршрутизатора IP и дополнительные функции для распределения внутренней нагрузки, как для полезной, так и для трафика управления. Маршрутизатор таким образом способен обрабатывать как общий трафик IР, так и специальные протоколы GPRS. Функции маршрутизации, строго говоря, не являются частью стандарта GPRS, но они составляют существенную часть сети GPRS. GPRS поддерживает следующие протоколы маршрутизации: RIP v2, OSPF v2, BGP v7. В настоящее время в узлах рекомендуется использовать комбинацию статической маршрутизации и OSPF v2;

- выбор GGSN. SGSN выбирает GGSN (включая сервер доступа) на основе данных РDР контекста, APN и данных о конфигурации сети. Он использует сервер доменных имен (Domain Name Server – DNS) во внутренней сети для установления GGSN обслуживающего запрашиваемый APN. Затем SGSN устанавливает тоннель с помощью GTP протокола (GPRS Тunneling Рrotocol) для подготовки GGSN к дальнейшей обработке информации.

 

10 Лекция 10. Шлюзовой узел поддержки GPRS (GGSN)

 

GGSN обеспечивает интерфейс в направлении внешней IP сети с пакетной передачей данных. GGSN обеспечивает функции доступа для внешних устройств, таких, как маршрутизаторы ISP и серверы RADIUS, обеспечивающие функции безопасности. С точки зрения внешней сети IP GGSN действует как маршрутизатор для адресов IP всех абонентов, обслуживаемых сетью GPRS. Направление пакетов к нужному SGSN и преобразование протоколов также обеспечивается узлом GGSN. GGSN выполняет следующие функции в составе сети GPRS:

- подключение к сети IP. GGSN поддерживает соединения с внешними сетями IP с помощью сервера доступа. Сервер доступа использует сервер RADIUS для авторизации пользователей и сервер DHCP для динамического назначения IP адресов;

- обеспечение безопасности передачи данных по протоколу IP. Эта функция обеспечивает безопасную передачу на всех интерфейсах с протоколом IP. Эта функция необходима при подключении абонентов GPRS к их собственной корпоративной сети (VPN). Функции безопасности протокола IP позволяют шифровать все передаваемые данные. Это является защитой от нелегального доступа и обеспечивает гарантии конфиденциальности передачи пакетов данных, целостность данных и аутентификацию источника данных. Механизмы обеспечения безопасности основываются на фильтрации, аутентификации и шифровании на уровне IP. Для обеспечения более высокой степени безопасности при передаче по базовой сети IP эта функция интегрируется в маршрутизатор как в SGSN, так и в GGSN (а также в шлюзовые устройства, действующие на границах сетей). для этого решения используется заголовок аутентификации IP v4 IPSEC, использующий алгоритм MD5 и инкапсулированную нагрузку для обеспечения безопасности (ESP), в которой используется режим цепочечного блочного шифрования американского стандарта шифрования данных (DES-CBC). Система также готова к введению новых алгоритмов шифрования (например, асимметричного протокола аутентификации с ключами общего пользования и т.д.);

- маршрутизация. Функции маршрутизации аналогичны функциям SGSN;

- управление сеансами. GGSN поддерживает процедуры управления сеансами (то есть активизацию, деактивизацию и модификацию PDP контекста). Управление сеансами описано в разделе 3.2  - управление сеансами;

- поддержка функции начисления оплаты. GGSN также генерирует CDR для каждой обслуживаемой MS. CDR содержит регистрационный файл с отметкой времени для процедур управления сеансами в случае применения режима начисления оплаты, основанного на учете времени и файл с учетом объема переданной информации.

Каналы в GPRS

Для поддержки GPRS в соте должны быть назначены группы каналов для соединений с коммутацией пакетов (PS).

 Физические каналы, назначенные для GPRS, называются каналами пакетной передачи данных, или PDCH. Если таймслот используется для передачи пакетных данных, то он входит в общий ресурс пакетных каналов (PSD - Packet Switch Domain). Если таймслот используется для коммутации каналов, то он входит в CSD (Circuit Switch Domain). В соте каналы PDCH будут сосуществовать с каналами обслуживания трафика для CS. Ответственным за назначение каналов PDCH является блок управления пакетной передачей PCU (Packet Control Unit). Один и тот же канал PDCH могут совместно использовать несколько пользователей GPRS. Транзакция по передаче/приему пакетов называется TBF - Temporary Block Flow. MS может располагать одновременно двумя TBF, один из их которых используется в направлении uplink, а другой - в направлении downlink. Каждый TBF определяется номером, который называется TFI - Temporary Flow Identity. При назначении TBF для MS резервируется один или несколько PDCH. В GPRS существует возможность объединять несколько PDCH, это объединение называется PSET и может использоваться одной или несколькими MS. В PDCH могут быть объединены несколько таймслотов (пока до 4-х) на одной частоте. До резервирования канала система должна убедиться в том, что в PSD есть один или несколько свободных каналов PDCH.

 Логические каналы GPRS используются для передачи различных типов информации. В системе GSM определено свыше 10 типов логических каналов (см. рисунок 17). Так, например, пейджинговый канал РСН используется для передачи вызывного сообщения, а по широковещательному каналу управления ВССН передается информация о системе. Для GPRS определена новая совокупность логических каналов. Большинство из них имеют наименования, аналогичные и соответствующие наименованиям каналов в GSM. Наличие в сокращенном наименовании логического канала буквы «Р», означающей «Packet» и стоящей перед всеми остальными буквами, указывает на то, что это канал GPRS. Так, например, пейджинговый канал в GPRS обозначается как РРСН - Packet Paging Channel.

Новым логическим каналом системы GPRS является канал РТССН (Packet Timing advance Control Channel). Это канал передачи информации о ТА (Timing Advance) – упреждение во времени начала передачи сигнала, он необходим для регулировки этого параметра. В системе GSM информация, относящаяся к этому параметру, передается по каналу SACCH.

РВССН (Packet Broadcast Control Channel) так же, как и канал ВССН в GSM, является широковещательным каналом управления и используется в информационной системе пакетной передачи данных. Если оператор не назначает в системе каналы РВССН, информация о параметрах сети GPRS передается через ВССН.

РРСН (Packet Paging Channel) - это канал пейджинга, и используется он только в направлении downlink для передачи вызывного сигнала к MS до начала передачи пакетов. РРСН может быть использован как для установления соединения с коммутацией пакетов, так и для соединения с коммутацией каналов. Использование канала РРСН для режима с коммутацией каналов возможно только для терминалов GPRS классов А и В в сети, с режимом работы I (NOM=1).

 

Рисунок 17 - Логические каналы GPRS

 

PRACH (Packet Random Access Channel) используется только в направлении uplink. PRACH используется MS для инициализации передачи в направлении uplink для передачи данных или сигнализации.

PAGCH (Packet Access Granted Channel) используется только в направлении downlink в фазе установления соединения для передачи информации о назначении ресурса. Передается в MS до начала передачи пакетов.

PNCH (Packet Notification Channel) используется только в направлении downlink для передачи информации в широковещательном режиме (РТМ-М - Point-to-Мultipoint -Multicast) к группе MS до передачи пакета РТМ-М. Для мониторинга канала PNCH должен быть назначен режим DRX. Услуги DRX не специфицированы для GPRS фазы 1.

РАССН (Packet Associated Control Channel) переносит информацию сигнализации во время сеанса пакетной передачи для конкретной MS. Информация сигнализации включает в себя указания для управления выходной мощностью терминала. По каналу РАССН передаются также сообщения о назначении или переназначении ресурса. Этот канал использует ресурсы совместно с каналами PDTCH, назначенными MS. Кроме того, по этому каналу может быть передано пейджинговое сообщение в сторону MS, находящейся в состоянии соединения с коммутацией пакетов, о том, что данная MS вызывается для установления соединения, например, с коммутацией каналов.

PTCCH/U (Packet Timing advance Control Channel) используется только в направлении uplink для передачи Access Burst, чтобы оценить временную задержку доставки информации от MS, находящейся в режиме передачи пакетов.

PTCCH/D (Packet Timing advance Control Channel) используется только в направлении downlink для передачи информации об обновлении значения ТА для нескольких MS. Один PTCCH/D используется совместно с несколькими PTCCH/U.

PDTCH (Packet Data Traffic Channel). По этому каналу передаются пакеты данных. Если система работает в режиме РТМ-М, то он временно назначается для одной MS из группы. Если система работает в мультислотовом режиме, одна MS может параллельно использовать несколько каналов PDTCH для одного сеанса передачи пакетов. Все трафиковые каналы передачи пакетов являются двунаправленными, при этом различают PDTCH/U для направления передачи uplink, и PDTCH/D для направления передачи downlink.

 

 Дополнительные возможности GPRS

 

 SGSN поддерживает стандартный интерфейс Gd в направлении к SMS-GMSC и SMS-IW-MSC. Это позволяет передавать SMS с помощью GPRS через SGSN, вместо MSC/VLR. Путем доставки сообщений SMS по радиоканалам GPRS оператор может экономить на выделенных каналах сигнализации, которые используются для передачи сообщений SMS через сеть с коммутацией каналов. MS, зарегистрированные для использования в сети GPRS, могут получать и передавать короткие сообщения по радиоканалам GPRS. Те MS, которые зарегистрированы для работы в сети GPRS, но не зарегистрированы в GSM, будут получать и передавать короткие сообщения только по радиоканалам GPRS. Те MS, которые зарегистрированы как для работы в сети GPRS, так и зарегистрированы в GSM, могут передавать короткие сообщения как по радиоканалам GPRS, так и по радиоканалам сети GSM. Если для передачи SMS используется канал сети GPRS, пейджинговое сообщение для MS о поступлении на него сообщения SMS может передаваться через SGSN. Ниже приведен пример успешной доставки сообщения SMS по радиоканалам GPRS:

        - SMS-C определяет, что необходимо переслать сообщение в MS. SMS-C передает это сообщение в SMS-GMSC;

        - SMS-GMSC проверяет номер адресата и запрашивает из HLR информацию о маршрутизации для доставки SMS (вариант маршрутизации: через SGSN или через MSC и номер SGSN или MSC, соответственно);

        - HLR передает результирующее сообщение, которое может включать в себя информацию о SGSN, в зоне действия которого в данный момент находится искомая MS, информацию о MSC или информацию об обоих узлах. Если результирующее сообщение содержит номер MSC, сообщение SMS будет доставляться традиционным образом через сеть GSM;

        - если результирующее сообщение содержит номер SGSN, SMS-GMSC перенаправит SMS в SGSN;

        - SGSN передаст SMS в MS, и отправит сообщение об успешной доставке сообщения в SMS-C.

        - SGSN передаст SMS в MS, и отправит сообщение об успешной доставке сообщения в SMS-C. 

 

11 Лекция 11. Система радиодоступа EDGE 

Технология высокоскоростного радиодоступа EDGE (Enhanced Data for Global Evolution) -улучшенная передача данных для глобальной эволюции систем связи предложена в ка­честве эволюционной базы для стандарта GSM. Разработка EDGE велась для обеспече­ния максимальной совместимости двух стандартов GSM и TDMA (S-136).

Созданный на основе стандартов GSM новый радиоинтерфейс EDGE (фаза 1) обеспечи­вает плавный переход к 3-му поколению, позволяя увеличить скорость передачи данных до 384 кбит/с на несущую. Что же касается более высоких скоростей передачи 2048 кбит/с и выше, требуемых для новых поколений пико- и микросотовых сетей, то их реализацию предлагается осуществить на втором этапе развития EDGE (фаза 2).

Радиоинтерфейс EDGE надстраивается над существующей схемой радиодоступа GSM и не требует создания новых сетевых элементов. Он совместим с другими службами GSM, в том числе с HSCSD и GPRS. Кроме того, технология EDGE пригодна для использо­вания в сетях GSM, работающих в диапазонах частот 400, 900 и 1800 МГц.

 

Т а б л и ц а 2. Сравнительные характеристики технологий EDGE и WCDMA

Технология	EDGE	WCDMA
Скорость передачи в условиях высокой мобильно­сти в локальных зонах покрытия, кбит/с	128	384
Скорость передачи в условиях низкой мобильно­сти в широких зонах покрытия, кбит/с	384	2048
Используемые диапазоны частот, МГц	GSM (450, 900, 1800)  и PCS (1900)	1920-1980/ 2110-2170
Ширина полосы канала, МГц	0,2	5
Метод доступа/модуляция	TDMA/8PSK.	DS-CDMA/ QPSK.
Мощность передатчика мобильного терминала (при передаче речи), Вт	1 (макс)	0,125

 

К основным преимуществам EDGE следует отнести использование спектрально эффек­тивной модуляции и адаптивной настройки канала в зависимости от требований абонента и реальной помеховой обстановки.

В качестве базового метода модуляции в EDGE используется 8-позиционная фазовая модуляция. Использование модуляции 8PSK приводит к меньшему снижению средней мощности (около 2 дБ) по сравнению с OQPSK.

Эффективность использования спектра EDGE почти в 3 раза выше, чем в GPRS. При развертывании системы в полосе 600 кГц (модель повторного использования частот 1/3) может быть обеспечена спектральная эффективность более 0,45 бит/Гц на соту. [63].

Новые возможности стандарта EDGE - это автоматическое распознавание типа модуля­ции, используемого в радиолинии, с последующим переходом в требуемый режим. Усо­вершенствованный метод модуляции автоматически адаптируется к качеству канала радио­связи, предлагая самые высокие скорости передачи в наиболее благоприятных условиях распространения радиоволн, особенно вблизи расположения базовых станций.

В EDGE организуются две службы: усовершенствованная служба пакетной передачи EGPRS (Enhanced GPRS) и усовершенствованная служба коммутации каналов ECSD (Enhanced Circuit Switched Data). По сравнению с GSM максимальная скорость передачи на один канал будет увеличена до 38,4 кбит/с для ECSD и до 69,2 кбит/с (EGPRS). Пропускная способность на несущую теоретически увеличится до 553,5 кбит/с.

Аналогичным образом, может быть повышена скорость передачи и в режиме коммута­ции каналов, путем объединения нескольких канальных интервалов. Для ECSD станет воз­можной передача в реальном времени потоков ISDN (64 кбит/с) с низкой вероятностью ошибки (BER), при этом будут заняты лишь 2 канальных интервала по 32 кбит/с.

Кодирование в стандарте EDGE

В стандарте EDGE реализуются два метода модуляции GMSK и 8PSK с одинаковой скоро­стью передачи символов. Поскольку каждый символ 8PSK состоит из 3 битов, то в одном канальном  интервале может быть передано 346 информационных битов.  В остальном структура мультикадра совпадает с GSM, т.е. каждый кадр состоит из 8 канальных интерва­лов, а каждый 13 кадр - кадр ожидания.

В EDGE предлагается адаптивная модуляция с коммутацией пакетов. В основе предло­жения также лежит использование 6 уровней кодирования от PCS 1 до PCS 6 с различными характеристиками помехоустойчивости. Смена режима кодирования производится каждый раз, когда декодируемый предыдущий блок принят с низкой достоверностью. В результате следующий блок данных передается с более высокой помехозащищенностью.

Предоставление абонентам услуг EDGE планируется обеспечить с помощью терми­налов двух типов. В первом более простом и дешевом терминале будет обеспечен ре­жим 8PSK в линии «вниз» и GMSK в линии «вверх». Использование высокоскоростной передачи в прямом канале хорошо согласуется со структурой трафика в пакетных сетях, который по своей природе асимметричен. Ко второму классу относятся абонентские терминалы, обеспечивающие симметричную передачу информации (8PSK) в обоих на­правлениях.

Новые возможности предоставит многоскоростной речевой кодек AMR (Adaptive MultiRate codec) с широким диапазоном переключаемых скоростей (до 32 кбит/с). Вве­дение такого речевого кодека в EDGE (фаза 2) позволит предоставлять услуги в микро­сотовых сетях.

Таким образом, стандарт EDGE является прекрасной платформой для создания интег­рированной TDMA технологии, которая обеспечит плавный переход от GSM и IS-136 к новым возможностям систем 3-го поколения.

12 Лекция 12. Доменная архитектура сети UMTS

Система UMTS строится из элементов логической цепи (доменов), каждый из которых выполняет определенную функцию. Построение архитектуры UMTS как многоуровневой иерархической системы пред­полагает объединение физических ее уровней на основе доменных подсистем и объединение функциональных уровней на основе деле­ния на слои вертикального и горизонтального уровней. Деление сис­темы UMTS на домены (структурные подсистемы), показанные на рисунке 4.4, является результатом выполнения требований по обеспечению эволюции существующей сетевой инфраструктуры.

Рисунок 18 - Деление сис­темы UMTS на домены

 

Домен базо­вой сети может стать результатом эволюции существующей инфра­структуры, например, инфраструктуры сети GSM.   Взаимодействие между доменами UMTS обеспечивается путем введения опорных точек, определяющих вход и выход взаимодейст­вующих подсистем и увязывающих их в единую систему по совокуп­ности стандартизованных параметров. Совокупность опорных точек сети UMTS включает:

Сu - опорную точку между доменом модуля идентификации або­нента (USIM) и доменом оборудования подвижной связи (ME);

Iu - опорную точку между доменом сети доступа и доменом сети обслуживания;

Uu - опорную точку между доменом абонентского оборудования и доменом сети радиодоступа (радиоинтерфейсом UMTS);

Yu - опорную точку между доменом сети обслуживания и доменом транзитной сети;

Zu - опорную точку между доменом сети обслуживания и доменом домашней сети.

Укрупненную декомпозицию сети UMTS можно представить, раз­делив ее на абонентское оборудование (терминалы) и сетевую ин­фраструктуру. Результатом данного деления UMTS являются два основных домена: домен абонентского оборудования и домен сетевой инфраструктуры.

Абонентское оборудование - это оборудование, используемое абонентом для доступа к услугам UMTS.

Сетевая инфраструктура состоит из подсистем (доменов), выполняющих различные функции, необходимые для поддержки радио-интерфейса с целью предоставления совокупности услуг связи 3G, опрашиваемых абонентами. Она обеспечивает разделение ресурсов сети UMTS между пользователями, предоставляя услуги связи всем зарегистрированным в сети абонентам внутри зоны покрытия сети.

Домен абонентского оборудования (UE). Данный домен включает в себя различные типы абонентского оборудования с различным уровнем функциональных связей. Это оборудование может быть совместимо с одним или несколькими существующими радиоинтерфейсами доступа в сеть, например абонентское оборудование, работаю­щее в двух стандартах (UMTS/GSM). Абонентское оборудование мо­жет включать съемную смарт-карту, которая может использоваться как в различных типах абонентского оборудования, так и в сетях различных стандартов. Домен абонентского оборудования, в свою очередь, подразделяется на домен оборудования подвижной связи (ME) и домен модуля идентификации пользователя (USIM).

Домен оборудования подвижной связи осуществляет передачу и прием информации по радиоканалу, поддерживает различные приложения и включает отдельные модули:

- модуль, обеспечивающий прием/передачу радиосигналов (Мobile Тermination - МТ);

- модуль, обеспечивающий взаимодействие модулей МТ и ТЕ (Тer­minal Аdapter-ТА);

- модуль оконечного оборудования (Тerminal Еquipment - ТЕ).
        Модуль идентификации абонента (USIM) содержит совокупность дан­ных и алгоритмов распознавания, которые позволяют безошибочно, на базе криптостойких кодов, идентифицировать абонента. Данные функ­ции реализованы в отдельной смарт-карте, которая содержит данные об определенном пользователе и позволяет идентифицировать его незави­симо от того, какое мобильное оборудование он использует. В интересах системы UMTS принято два стандарта (технические спецификации) на идентификационные модули пользователя:

        - USIM - Universal SIM (Universal Subscriber Identity Module) - уни­версальный модуль идентификации пользователя (3GPP);

        - UICC - Universal Integrated Circuit Card (ETSI).

При этом главным требованием является возможность использо­вания модулей как для систем 3G, так и 2G, а также совместимость их независимо от изготовителя. USIM является мультисервисной картой и обеспечивает доступ пользователя к услугам. В общем случае в USIM содержатся:

-      данные пользователя;

-      алгоритмы и ключи идентификации;

-      подписные данные пользователя на услуги;

-      данные для доступа к сети GSM.

Основные функции USIM:

- аутентификация (установление подлинности пользователя) - уста­новление подлинности пользователя к USIM, установление под­линности USIM к сети и сети к USIM;

- обеспечение безопасности (конфиденциальность данных пользо­вателя, шифрование и обеспечение целостности данных, хранение ключей аутентификации и шифрования PKI, определение различ­ных уровней безопасности);

- выбор и обеспечение услуг - список услуг, проверка полномочий доступа к услугам, управление персонализацией услуг, информа­ция о кредитной стоимости услуг, вычисление стоимости услуг в выбранной валюте, информация о местоположении пользователя в виде временного идентификатора мобильного пользователя -TMSI, информация о режиме работы (тип сети, тип оборудования), фиксация времени звонка, список имен точек доступа, настраи­ваемое меню, идентификация изображений (формат, параметры разрешения), поддержание синхронизации с внешними базами данных, список услуг, предоставляемых через сеть GSM;

- телефонная книга (500 телефонных номеров, номера факса, номера телефонов экстренных вызовов адреса электронной почты, опера­ции выбора номеров из телефонной книги, параметры вызовов);

- данные пользователя;

- параметры сети (несущие частоты сот и т.п.);

- взаимодействие с сетью GSM.

UICC - мультисервисная платформа, позволяющая на одной и той же карте запускать различные для смарт-карт приложения. При этом на одной карте могут параллельно работать несколько таких приложений. Такое технологическое решение повышает эффектив­ность предоставления значительного набора новых услуг. Если USIM - это программный интерфейс, то UICC - физический и логический интерфейс.

Домен инфраструктуры (ID). Домен инфраструктуры разделяется на домен сети доступа, который обеспечивает прямое взаимодейст­вие с оборудованием пользователя, и домен базовой сети. Такое разделение упрощает разграничение функций, связанных с радио­доступом, и иных функций и соответствует общему принципу модуль­ности, принятому в UMTS.

Домен сети доступа включает в себя функции, специфичные для технологии радиодоступа, в то время как функции домена базовой сети могут использоваться информационными потоками независимо от технологии доступа. Это разделение позволяет при различных подходах к домену базовой сети для каждого подхода специфициро­вать отдельный тип базовой сети, подключаемый к домену сети доступа, так же, как при различных технологиях доступа специфициро­вать каждый тип сети доступа, подключаемой к домену ядра сети.

Домен сетевого доступа (AN) состоит из физических модулей, которые управляют ресурсами сети радиодоступа (RAN), и предоставляет абоненту доступ к домену базовой сети через эфир посред­ством открытого интерфейса Uu.

Домен базовой сети (CN) состоит из физических модулей, кото­рые обеспечивают поддержку сетевых возможностей, и набора услуг связи 3G. Обеспечиваемая системная поддержка включает реализацию таких функций, как управление информацией о местоположении абонента, управление сетевыми функциями и услугами, коммутация и передача информации, формируемой по запросу пользователем. Домен базовой сети, в свою очередь, подразделяется на домен сети обслуживания, домен домашней сети и домен транзитной сети.

Домен сети обслуживания (SN) представляет собой часть домена базовой сети, к которой подсоединяется домен сети доступа, обеспе­чивающий доступ пользователей. Он представляет функции базовом сети, которые связаны с точкой доступа пользователя к сети и пере­мещаются при перемещении пользователя. Отвечает за маршрутиза­цию вызовов и транспортирование данных пользователя от источника к получателю. Этот домен имеет возможность взаимодействовать с доменом домашней сети, для того чтобы обеспечивать услуги, свя­занные с пользователями, и с доменом транспортной сети, для того чтобы обеспечить услуги, не связанные с пользователями.

Домен домашней сети (HN) предоставляет функции базовой сети, которые выполняются в постоянном (определенном) месте, незави­симо от местоположения точки доступа пользователя. В домене до­машней сети обслуживаются запросы модуля идентификации або­нента USIM, связанные с подпиской на услуги связи 3G. Поэтому до­мен домашней сети постоянно хранит специфические данные пользо­вателя и отвечает за управление информацией о наборе услуг 3G, предоставляемом конкретному абоненту (его подписке). Кроме того, он может выполнять специфические услуги домашней сети, потенци­ально не предлагаемые доменом сети обслуживания.

Домен транзитной сети (TN) - часть базовой сети, расположен­ная между доменом сети обслуживания (SN) и территориально уда­ленной частью сети. Если для конкретного вызова удаленная часть сети расположена в той же сети, что и порождающий вызов домен UE, активизации домена транзитной сети не происходит.

 

13 Лекция 13. Системная архитектура сети UMTS

С функциональной точки зрения, элементы сети объединяются в сеть радиодоступа (RAN - Radio Access Network, наземная UMTS RAN - UTRAN), которая выполняет все необходимые радиофункции и в базовую сеть (Core Network), которая осуществляет переключение и маршрутизацию вызовов, а также подключение данных к внешним сетям. Кроме того, в состав сети входит оборудование пользователя (UE). На рисунке 4.5 представлена системная архитектура сети UMTS с указанием принятых открытых интерфейсов.

С точки зрения спецификации и стандартизации, и UE и UTRAN состоят из полностью новых протоколов, основанных на новой радио­технология WCDMA. И наоборот, определение базовой сети (CN) унаследовано в определенной степени из GSM. Это дает системе, использующей новую радиотехнологию, общую основу в виде хорошо известной и широко используемой технологии CN, которая ускоряет и способствует ее введению, а также дает возможность использовать такое конкурентное преимущество, как роуминг.

 

Рисунок 19 - Системная архитектура сети UMTS

 

Базовые станции Node В осуществляют организацию радиокана­лов по вызовам мобильных абонентов или по своей инициативе при поступлении внешнего вызова. Основной функцией Node В является реализация радиоинтерфейса (обработка радиосигнала, модуля­ция/демодуляция с расширением/сжатием спектра сигнала, кодиро­вание/декодирование и др.), в том числе, выполнение некоторых опе­раций по распределению радиоресурсов сети (управление мощно­стью излучения, осуществление хэндовера).

Контроллер сети радиодоступа RNC осуществляет управление ба­зовыми станциями, с которыми он образует подсистему RNS, и взаи­модействует с центром коммутации сети 3G-MSC/VLR. Основными функциями RNC являются: управление распределением радиокана­лов, контроль соединений, регулирование их очередности, удаленная динамическая коммутация, а также контроль за распределением або­нентской нагрузки. Контроллеры ведущих мировых производителей телекоммуникационного оборудования строятся, как правило, на базе ATM-коммутатора, расширенного блоками управления радиоканалами.

Мобильный центр коммутации сети 3G-MSC/VLR является цен­тральным элементом сети. Он может обслуживать большую группу Node В и обеспечивает все виды соединений, в которых нуждается в процессе работы подвижная абонентская станция. 3G-MSC/VLR осуще­ствляет обмен внутри сети UMTS, соединяя между собой различные се­тевые элементы, в частности, элементы подсистемы RNS. 3G-MSC/VLR обеспечивают соединение с другими MSC, в частности, с зональными GMSC и другими службами. Совмещенная база данных перемещения абонентов (VLR) содержит копию списка подключенных услуг связи для визитных абонентов, а также точную информацию о местоположении абонентской станции в рамках обслуживающей системы.

Зональный центр коммутации (GMSC) осуществляет коммутацию между сетью UMTS и внешними CS-сетями.

База данных местоположения абонентов HLR представляет собой справочную базу данных о постоянно прописанных в сети абонентах. В ней содержатся опознавательные номера и адреса, а также пара­метры подлинности абонентов, состав услуг связи, специальная ин­формация о маршрутизации и данные о роуминге абонента.

Сервисный опорный узел SGSN решает задачи идентификации абонента и управления мобильностью, конвертирования протоколов IP-сети в протоколы, используемые Node В и UE, сбора данных об оплате и трафике абонентов и маршрутизации данных (при подклю­чении к другим внешним сетям).

Шлюзовой опорный узел GGSN является интерфейсом между ба­зовой сетью GPRS и внешними сетями, играя роль маршрутизатора подсистем. В случае, если данные адресованы специальным пользо­вателям, осуществляется их проверка и поиск адресата. GGSN осу­ществляет перераспределение пакетов данных мобильным абонен­там и контролирует правильность подсоединения внешних сетей. Следует отметить, что описанный вариант архитектуры сети UMTS является базовой сетевой архитектурой, определенной в рамках 3GPP в блоке стандартов Release'99 (далее R'99) [7, 22]. Как видно, она является достаточно гибкой и универсальной, что допускает воз­можность конфигурации сети на выбор оператора.

 

14 Лекция 14. ТЕХНОЛОГИЯ cdma2000 

Эволюция от cdmaOne к cdma2000

Одно из важных требований, предъявляемых к системам 2-го поколения - гибкость техно­логии и возможность ее эволюционного развития за счет наращивания пропускной способ­ности при сохранении существующей инфраструктуры. Реализация новых требований в cdmaOne возможна как в существующем диапазоне частот 824-849/869-894 МГц, так и в диапазоне 1900 МГц [20]. Основные технические параметры оборудования сетей cdmaOne определены в стандарте IS-95 и его модификациях.

Передача речи и данных в cdmaOne осуществляется кадрами длительностью 20 мс. Ско­рость передачи в процессе сеанса связи может изменяться от 1,2 до 9,6 кбит/с, однако в течение одного кадра она остается неизменной. В случае, если число ошибок в кадре пре­вышает допустимое, то искаженный кадр стирается.

В cdmaOne обеспечивается высококачественная передача речи с использованием не­скольких модификаций речевых кодеков: 8 и 13 кбит/с (QCELP - Qualcomm CELP) или 8 кбит/с (EVRC, IS-127). Базовый вариант основан на использовании алгоритма линейного предсказания с кодовым возбуждением CELP (code excited linear prediction) и переменой скоростью передачи. В зависимости от текущих параметров речи скорость может изменяться, принимая четыре значения:1,2, 2,4, 4,8 и 9,6 кбит/с. Типовые оценки качества речи по шкале MOS - 3,7 балла (9>6 кбит/с) и 3,0 балла (4,8 кбит/с). Вносимая алгоритмом CELP задержка - не более 30 мс. Качество передачи речи, достигаемое в вокодере QCELP (13 кбит/с), очень близко к качеству проводных линий (4,02 балла).

Система на базе стандарта IS-95 построена по методу прямого расширения спектра (DS-CDMA) на основе кодовых псевдослучайных последовательностей, сформированных на ба­зе ансамбля ортогональных функций Уолша.

Преобразование сигналов на базовой станции осуществляется в несколько этапов. Вначале входной сигнал с переменной информационной скоростью (1,2-9,6 кбит/с) пре­образуется в кодированный поток данных с фиксированной скоростью 19,2 кбит/с. За­тем он расширяется по полосе и передается с чиповой32 скоростью 1,2288 Мчип/с.  И, наконец, на третьем завершающем этапе выходной поток в каждом канале разделяется на синфазную (I) и квадратурную (Q) составляющие. После линейного сложения с ве­сами образуются групповые I и Q составляющие сигналов, которые передаются с ис­пользованием QPSK.

Технология стандарта CDMA непрерывно развивается, при этом основные принципы (вер­сия IS-95А) сохраняются неизменными. 

 

Принципы кодового разделения каналов связи (СDМА - Соdе Division Multiple Access)

Они основаны на использовании широкополосных сигналов (ШПС), полоса которых значительно превышает полосу частот, необходимую для обычной передачи сообщений, например, в узкополосных системах с частотным разделением каналов (FDМА). Основной характеристикой IIIПС является база сигнала, определяемая как произведение ширины его спектра F на его длительность Т [11]

B=F*Т

В цифровых системах связи, передающих информацию в виде двоичных символов, длительность IIIПС Т и скорость передачи сообщений С связаны соотношением Т = 1/С. Поэтому база сигнала В = F/С характеризует расширение спектра IIIПС (Sine) относительно спектра сообщения. Расширение спектра частот передаваемых цифровых сообщений может осуществляться двумя методами или их комбинацией:

1. прямым расширением спектра частот;

2. скачкообразным изменением частоты несущей.

При первом способе узкополосный сигнал (см. рисунок 14.1) умножается на псевдослучайную последовательность (ПСП) с периодом повторения Т, включающую N бит последовательности длительностью  каждый. В этом случае база ШПС численно равна количеству элементов ПСП

В=T/=N

 

Рисунок 14.1

 

Скачкообразное изменение частоты несущей (см. рисунок 14.2), как правило, осуществляется за счет быстрой перестройки выходной частоты синтезатора в соответствии с законом формирования псевдослучайной последовательности.

 

Рисунок 14.2

 

Прием ШПС осуществляется оптимальным приемником, который для сигнала с полностью известными параметрами вычисляет корреляционный интеграл

          где х(t) - входной сигнал, представляющий собой сумму полезною сигнала u(t) и помехи n(t) (в данном случае белый шум). Затем величина Z сравнивается с порогом  Zo. Значение корреляционного интеграла находится с помощью коррелятора (см. рисунок 14.3) или согласованного фильтра. Коррелятор осуществляет "сжатие" спектра широкополосного входного сигнала путем умножения его на эталонную копию u(t) с последующей фильтрацией в полосе 1/Т,  что и приводит к улучшению отношения сигнал/шум на выходе коррелятора в В раз по отношению ко входу. При возникновении задержки между принимаемым и опорным сигналами амплитуда выходного сигнала коррелятора уменьшается и приближается к нулю, когда задержка становится равной длительности элемента ПСП -  . Это изменение амплитуды выходного сигнала коррелятора определяется видом АКФ - автокореляционной функции (при совпадающих входной и опорной ПСП) и ВКФ - взаимнокорреляционной функции (при отличающихся входной и опорной ПСП). На рисунках 14.4 а), б), в) показаны, соответственно, структура М-последовательности с N=15, вид ее периодической АКФ и апериодической АКФ, то есть периодически не продолжающейся во времени.

 

Рисунок - 14.3

 

М-последовательность с N=15 (а), периодическая   АКФ   (б), аперио­дическая АКФ

Рисунок - 14.3

 

Выбирая определенный ансамбль сигналов с "хорошими" взаимными и автокорреляционными свойствами можно обеспечить в процессе корреляционной обработки (свертки ШПС) разделение сигналов. На этом основан принцип кодового разделения каналов связи.

В существующих и разрабатываемых системах сотовой связи преимущественно используются IIIПС, формирование которых осуществляется по методу прямого расширения спектра (DS-СDМА - Diгесt Sequence СDМА). В этом случае адресность абонентов определяется формой псевдослучайной последовательности, используемой для расширения полосы спектра частот. Радиосигнал, сформированный в этом случае (см. рисунок 14.1), называется фазоманипулированным широкополосным сигналом (ФМн ШПС). Спектр частот ФМн ШПС на выходе формирующего устройства и на выходе усилителя мощности передатчика после фильтрации показаны на рисунке 14.4 а, б.

Доминирующее значение в выборе вида ПСП для формирования ШПС в системах подвижной радиосвязи играют прежде всего взаимные и автокорреляционные характеристики ансамбля сигналов, его объем, простота реализации устройств формирования и "сжатия" (свертки) сигналов в приемнике. В этой связи для формирования ФМн ШПС преимущественно используются линейные М-последовательности и их сегменты. Для расширения объема ансамбля сигналов часто используют составные ПСП, сформированные, например, на основе М-последовательностей и последовательностей Уолша.

а)

б)

Рисунок - 14.4

 

Создание систем сотовой подвижной радиосвязи с кодовым разделением абонентов сдерживалось отсутствием технических и технологических возможностей по реализации малогабаритных, малопотребляющих и многофункциональных устройств "сжатия" ШПС. В настоящее время эти проблемы успешно решены американскими фирмами Qualcomm, InterDigital, Motorola.

15 Лекция 15. Принципы формирования сигналов

 

В стандарте IS-95 используются три группы кодов: Уолша, короткие и длинные коды. Все эти коды являются общими для базовых и мобильных станций, однако выполняют разные функции (таблица 3).

 

Т а б л и ц а 3. Кодовые последовательности, используемые в стандарта IS-95

Тип сигнала	Длина кода	Выполняемые функции
		Базовая станция	Мобильная станция
Код Уолша	64	Кодовое уплотнение или разделение 64 CDMA каналов	Обеспечение помехоустойчивого кодирования информации
Короткий код	32768	Разделение сигналов базовых станций по величине цикличе­ского сдвига	Короткий код с фиксированным цик­лическим сдвигом, используемый в ка­честве опорного сигнала в скремблере
Длинный код	242 - 1 (4,4*1012)	Прореженной длинный код, ис­пользуемый в качестве опорной последовательности в скремблере	Длинный код с заданным циклическим сдвигом, используемый в каче­стве адресной последовательности

 

С базовой станции могут одновременно передаваться 64 канала, в том числе канал пилот-сигнала, синхроканал, 7 вызывных каналов (РСН) и 55 каналов трафика (ТСН). Сигна­лы всех каналов ортогональны, что гарантирует отсутствие взаимных помех между ними на одной станции. Внутрисистемные помехи в основном возникают от передатчиков других базовых станций, работающих на той же частоте, но с иным циклическим сдвигом псевдослучайной последовательности (ПСП).

      Для передачи пилот-сигнала используется нулевая функция Уолша (Wо), а для синхронизации - функция W32. В синхроканал данные поступают со скоростью 1,2 кбит/с, а на входе модулятора их скорость увеличивается до 4,8 кбит/с. Так как скорость в синхроканале в 4 раза меньше, чем в вызывном или информационном каналах (19,2 кбит/с), то, соответственно, в нем обеспечивается более высокая помехоустойчивость.

    Синхросообщение содержит данные о точном системном времени, параметрах короткого и длинного кодов, скорости передачи в вызывном канале, т.е. обо всех параметрах, необходимых для установления начальной синхронизации.

      Все базовые станции (БС) используют идентичные по структуре короткие коды, но с разным циклическим сдвигом, кратным 64, т.е. всего в сети могут функционировать не более 511 базовых станций. Правильная работа БС в cdmaOne гарантируется только в том случае, если их сигналы не накладываются друг на друга. Чтобы выполнить это условие, необходима жесткая синхронизация, которая в настоящее время обеспечивается с помощью спутниковой навигационной системы GPS.

В мобильной станции возможен когерентный прием сигналов с захватом несущей и регулировкой мощности. Прием сигналов базовых станций осуществляется с использованием RAKE приемника, имеющего в своем составе несколько каналов параллельной обработки.

После завершения процедуры синхронизации мобильная станция (МС) настраивается на канал персонального вызова и постоянно контролирует его в ожидании поступления сигнала вызова. Скорость передачи адаптивно изменяется от 1,2 до 9,6 кбит/с, что позволяет гибко адаптировать трафик к условиям распространения радиоволн. В МС используются два типа каналов: доступа АСН и графика ТСН.

В мобильной станции ортогональные функции Уолша также используются, но для других целей, т.е. не для уплотнения каналов, а для повышения помехоустойчивости. Каждой группе из 6 битов соответствует при передаче одна из 64 последовательностей Уолша. При передаче каждая МС использует длинный код с индивидуальным циклическим сдвигом, что дает возможность базовой станции ее однозначно идентифицировать.

Все МС в сети используют один и тот же длинный код. По величине его сдвига базовые станции различают сигналы обслуживаемых абонентов. Маски длинных кодов в прямом и обратном каналах совпадают. Стандарт IS-95 предполагает использование одной и той же частоты во всех сотах сети. Все МС используют тот же короткий код, что и в базовой станции. Однако циклический сдвиг фиксирован и одинаков для всех МС. Помехи, создаваемые другими базовыми станциями, работающими в той же полосе частот, в итоге и определяют предел пропускной способности.

В cdmaOne мобильная станция не излучает пилот-сигнал и, поэтому на базовой станции осуществляется некогерентная обработка. Этот недостаток будет устранен в новом стандарте cdma2000, где в прямом канале передается три разных типа пилот-сигнала, а в обратном – один.

Число абонентов в системе CDMA зависит от уровня взаимных помех. Чтобы его сни­зить, вводится управление излучаемой мощностью у мобильных станций. В стандарте IS-95  обеспечивается управление мощностью МС в динамическом диапазоне 84 дБ с шагом 1 дБ. Данные управления мощностью передаются регулярно со скоростью 800 бит/с. При передаче они добавляются к информационным символам,

В стандарте применяется раздельная обработка многолучевых сигналов с последующим их сложением, что обеспечивает отношение сигнал/шум 6-7 дБ. При раздельной обработке лучей используется несколько параллельно работающих каналов, что позволяет осуществить мягкий режим переключения мобильной станции при переходе из одной зоны связи в другую.

 Принципы построения и архитектура

В основе cdma2000 лежит принцип эволюционного перехода от существующего стандарта IS-95 и его последующих модификаций к широкополосной CDMA системе. В проекте сис­темы cdma2000 выполняются все требования, предъявляемые к перспективным системам 3-го поколения, а также обеспечивается обратная совместимость с системой cdmaOne.

Отличительными особенностями cdma2000 являются: широкий диапазон скоростей пе­редачи информации от 1,2 кбит/с до 2,048 Мбит/с с возможностью гибкого изменения ши­рины спектра излучаемых сигналов, использование когерентного приема на мобильных и базовых станциях, введение быстродействующей схемы управления мощностью в прямом и обратном каналах, а также работа с переменной длиной кадра 5 мс и 20 мс.

Архитектура системы cdma2000 предусматривает возможность гибкого изменения конфигурации в зависимости от требований оператора и выделенной полосы частот. По­лоса частот системы может изменяться от 1,25 МГц до 15 МГц в зависимости от региона обслуживания и требований по частотной совместимости с другими сетями подвижной связи.

Отличительными особенностями предлагаемой архитектуры cdma2000 являются:

-универсальность в предоставлении широкого ассортимента услуг (передача речи, па­кетной информации, коммутируемых данных и мультимедиа) с возможностью вы­полнения требований IMT-2000 к качеству обслуживания для различных категорий пользователей;

- эффективность в построении системы сигнализации за счет снижения затрат пропу­скной способности на ее реализацию при передаче различных видов информации (речь, данные или одновременно речь и данные);

-гибкость в обеспечении интерфейса с существующими и перспективными IP-сетями или сетями с коммутацией каналов ISDN;

-расширяемость в части введения новых видов услуг и протоколов без предъявления дополнительных требований к существующим сетям;

-наращиваемость   пропускной   способности   сети   за   счет   введения   новых   сот, секторных антенн и базовых станций;

- плавная деградируемость в случае отказа отдельных элементов сети;

- согласованность с иерархической структурой систем 3-го поколения, описанной в ре­комендации ITU М.1225;

- эволюционный переход от существующих систем cdmaOne к перспективным сетям 3-го поколения.

При выборе концепции построения системы cdma2000 одним из основных условий являлось обеспечение обратной совместимости с существующими сетями 2-го поколения. Это обстоятельство предопределило выбор в качестве чиповой скорости R=l,2288 Мчип/с и ширины спектра по уровню 3 дБ - 1,25 МГц.

Дальнейшее расширение спектра основано на N-кратном увеличении ширины спек­тра. В cdma2000 предложены следующие пять значений ширины спектра: 1X, ЗХ, 6Х, 9Х и12Х, где Х= 1,25 МГц.

Варианты MC-CDMA и DS-CDMA

В проекте cdma2000 предлагаются два варианта построения системы: с многочастотной не­сущей MC-CDMA (Multi Carrier CDMA) и с прямым расширением спектра DS-CDMA (Direct Sequence CDMA).

В варианте многочастотной CDMA модулированные символы уплотняются на несколь­ких несущих с шириной спектра 1,25 МГц на каждой поднесущей. Число поднесущих N может изменяться в зависимости от ширины спектра (N=1, 3, 6, 9 и 12). На каждой подне­сущей информация передается с чиповой скоростью 1,2288 Мчип/с.

Такой принцип построения cdma2000 позволяет эффективно использовать весь рабочий диапазон с шириной полосы 5, 10, 15 или 20 МГц. В качестве примера на рисунке 15.1 приведе­ны три способа использования полосы частот при различных вариантах построения систе­мы cdma2000.

а)   MC-CDMA (N=7)

б)   DS-CDMA (IX + ЗХ + ЗХ), где X - 1,25 МГц

в)    DS CDMA (1X + 6Х)

Рисунок 15.1 - Варианты использования полосы частот 10 МГц при различных вариантах построения системы

Например, в полосе 10 МГц можно разместить 7 каналов по 1,25 МГц (вариант МС-CDMA) или 1 канал с шириной спектра 1,25 МГц и 2 канала с шириной спектра 3,75 МГц (вариант DS-CDMA) или 1 канал с шириной спектра 1,25 МГц и 1 канал с шириной спектра 7,5 МГц (вариант DS-CDMA). Для обеспечения совместимости с другими системами по краям спектра введены защитные интервалы шириной 625 кГц.

Предлагаемый подход к проектированию широкополосной системы обеспечивает не только совместимость с существующими системами, но и позволяет гибко использовать полосы частот в эфире, реализуя различные стратегии развертывания сети.

Система cdma2000 обеспечивает непрерывный режим передачи, что позволяет снизить пиковую мощность излучаемого сигнала, минимизировать уровень помех и обеспечить возможность работать с низкими скоростями передачи.

Длина кадра составляет 5 и 20 мс при передаче управляющей информации и 20 мс при передаче данных и речи. Перемежение и повторение данных осуществляется по всей длине кадра, что обеспечивает улучшение качества обслуживания за счет временного разнесения. Использование более коротких кадров могло бы снизить задержку при передаче речи, но это привело бы к снижению показателей помехоустойчивости вследствие более короткого интервала перемежения.

Во втором варианте сигнал передается с расширением спектра на одной несущей с чи­повой скоростью, кратной 1,2288 Мчип/с, при этом может быть получен следующий ряд скоростей R=N х 1,288 Мчип/с, где N =1, 3, 6, 9, 12. Базовая скорость в проекте cdma2000 принята равной R= 3,6864 Мчип/с (N=3).

16 Лекция 16. Сеть радиодоступа UTRAN

Сеть UTRAN представляет собой домен сетевого доступа с соот­ветствующими сетевыми интерфейсами и протоколами и включает в себя совокупность технических и программных средств. В сети UTRAN можно выделить четыре основных интерфейса (см. рисунок 16.1):

Iu - интерфейс между RNC и базовой сетью;

Uu - интерфейс между абонентским оборудованием и Node В;

Iur — интерфейс между контроллерами RNC;

Iub - интерфейс между Node В и контроллерами RNC.

Рисунок 16.1 - Основные интерфейсы UTRAN

 

Ключевыми функциями, которыми управляют интерфейсы, явля­ются:

       - контроль и измерение ошибок в канале между базовой сетью и абонентским оборудованием;

        - обеспечение функций мобильности (хэндовер, поиск и определение сот, управление поиском, определение местоположения абонента);

        - управление емкостью сети;

- контроль радиоизлучений и физических каналов.

Распределение функций UTRAN. Основные функции, возложенные­ на RNC:

        - сопряжение UTRAN  и CN (обычно один сектор MSC и один узел SGSN);

         - управление радиоресурсами (управление загрузкой и переполнени­ем «своих» сот, а также регулирование доступа);

         - управление радиолинией (распределение кодов для новых соеди­нений, устанавливаемых в сотах и др.);

        - определение множества комбинаций транспортных форматов (функция централизованной базы данных);

         - мультиплексирование (демультиплексирование) протокольных мо­дулей (PDU) более высокого уровня в транспортные блоки (из них), доставленные на физический уровень (с него) совместно исполь­зуемых выделенных транспортных каналов (используемых для мягкого перехода);

          - выбор соответствующего транспортного формата для каждого транспортного канала в зависимости от мгновенной скорости пе­редачи данных источника (совместно с RRC);

- обработка приоритетов информационных потоков от пользователя.
        Если в соединении «одна подвижная станция - сеть UTRAN» ис­пользуются ресурсы более одного RNC, то подключенные контроллеры­
RNC выполняют в отношении данного соединения две логические
функции (см. рисунок 16.2):

         - обслуживающего контроллера (SRNC - Serving RNC), который для одной подвижной станции является контроллером RNC, обеспечивающего как интерфейсные линии Iu для пересылки данных пользователя, так и соответствующие сигнальные присоединения к базовой сети и от нее. В нем выполняется процедура обработки данных, поступающих на радиоинтерфейс. В контроллере выпол­няются операции распределения базовых ресурсов радиосвязи (BRRM), например, отображение параметров широкополосного ка­нала радиодоступа (RAB) в параметрах транспортного канала, ре­шение по эстафетному переходу и регулирование мощности излу­чения по внешней петле;

- дрейфового контроллера (DRNC - Drift RNC), которым является любой контроллер RNC (кроме контроллера SRNC), и пассивно управляет сотами, используемыми подвижной станцией. Контрол­лер DRNC может быть использован для макроразнесений. В контроллере DRNC не выполняется процедура обработки данных пользователя, но он в прозрачном режиме маршрутизирует дан­ные между интерфейсами tub и lur. С одной подвижной станцией может работать один, несколько или ни одного контроллера DRNC.

Основные функции, возложенные на Node В:

- планирование сообщений вещания, пейджинга и уведомления;

- разрешение конфликтных ситуаций в канале доступа - для умень­шения неконструктивного трафика через интерфейс tub и умень­шения задержек в обоих направлениях;

- мультиплексирование (демультиплексирование) протокольных модулей (PDU) более высокого уровня в транспортные блоки (из них), достав­ленные на физический уровень (с него) общих транспортных каналов;

- реализация процедуры регулирования мощности излучений.

Рисунок 16.2 -  Логические функции контроллера  RNC

Управление доступом к сети. Процедура управления доступом содержит две составляющих: контроль допуска в сеть и контроль пе­регрузки сети.

Система контроля допуска (Admission Control) к сети обеспечива­ет допуск новых абонентов в сеть и возможность создания новых со­единений, исходя из загрузки сети. Задача системы контроля допуска - избежать перегрузки сети. Система принимает решения на основе данных измерения уровня помех в сети, излучаемой мощности и наличия свободного ресурса в сети UNRAN. Кроме того, система используется при первичном вхождении абонентов в сеть, измерении и обновлении уровня ошибок в канале RAB и обеспечении хэндовера. Обслуживающий контроллер RNC осуществляет контроль допуска с использованием интерфейса Iu.

Система контроля перегрузки (Congestion Control) отслеживает (определяет) ситуации перегрузки сети и управляет ими. В случаях, когда сеть UTRAN приближается к состоянию перегрузки или нахо­дится в этом состоянии, а пользователи остаются подключенными, система перераспределяет в сети имеющиеся радиоресурсы, ограни­чивая качество обслуживания и восстанавливая утраченные связи.

Управление мощностью излучений. Управление мощностью излучений по замкнутой схеме в линии «вверх» регулирует мощность, передаваемую мобильной станцией для поддержания значения от­ношения сигнал/помеха (SIR) на требуемом уровне. Базовая станция оценивает мощность принимаемых сигналов в соотношении к сово­купным помехам и формирует команды управления (ТРС), которые передаются подвижной станции. Управление мощностью по внешней схеме настраивает требуемое значение SIR для каждого соединения в отдельности. Управление мощностью по замкнутой схеме в линии «вниз» регулирует мощность, передаваемую базовой станцией для поддержания требуемого значения SIR. Внешний цикл регулирует требуемое значение SIR с помощью управления мощностью по замкнутой схеме.

Базовая сеть CN

Элементы базовой сети UMTS были описаны выше. Отметим лишь некоторые ее характерные признаки. Логическая архитектура базовой сети предусматривает четкое разделение между доменами с коммутацией каналов (CS) и коммутацией пакетов (PS), при котором можно выделить следующие функ­циональные зоны:

- функциональные объекты, необходимые для поддержки услуг PS (например, 3G-SGSN, 3G-GGSN);

- функциональные объекты, необходимые для поддержки услуг CS (например, 3G-MSC/VLR);

- функциональные объекты, общие для обоих видов услуг (напри­мер, 3G-HLR).

К базовой сети также можно отнести:

- системы управления сетью (управление сетевыми элементами, биллинг и предоставление кредитов, управление услугами и т.д.);

- элементы интеллектуальных сетей (IN) (SCP, SSP, и т.д.);

- инфраструктуру коммутации/транспорта ATM/SDH/IP.

Внешние сети могут быть разделены на две группы:

- SC-сети (Сircuit Switched) - сети с коммутацией каналов, которые обеспечивают коммутацию каналов как и в существующих телефон­ных сетях общего пользования. Примерами таких сетей являются сети ISDN (цифровая сеть связи с интегрированными услугами) и PSTN (коммутируемая телефонная сеть общего пользования);

- PS-сети, которые обеспечивают услуги пакетной передачи данных (к примеру, сеть Интернет).

Перечисленные ранее элементы CN обеспечивают выполнение следующих функций:

- управление мобильностью - управление приложениями, аутенти­фикацией и обновлениями HLR, перемещением SRNS и межсис­темным переходом;

- управление вызовами - управление сообщениями вызова от UE и обратно;

- дополнительные услуги - управление дополнительными услугами вызова, такими как ожидание вызова;

- информационные услуги CS - адаптация скорости и трансляция сообщений для информационных услуг в канальном режиме;

- подключение ATM/AAL2 к сети UTRAN для транспортировки тра­фика пользователей через интерфейс Iu;

- физическое подключение ATM/AAL5 к сети UTRAN для транспор­тировки трафика плоскости пользователей через интерфейс lu с использованием туннельного протокола GPRS (GTP);

- передача коротких сообщений (SMS);

- регистрация визитных абонентов;

- управление сеансами - управление сообщениями организации се­ансов в направлении UE и GGSN и обратно, а также управляет доступом и механизмами QoS;

- физическое подключение ATM/AAL5 к сети UTRAN для транспор­тировки трафика плоскости пользователей;

- функция абонентской базы данных. Данная база данных (подобная VLR) размещается в 3G-SGSN и служит промежуточным храните­лем абонентской информации для поддержки мобильности або­нентов;

- сбор данных о соединениях, относящихся к использованию радио­сети пользователем;

- поддержка информации о местоположении на уровне SGSN (мак­ромобильность);

- взаимодействие с внешними сетями;

- фильтрация/безопасность пользовательских данных - эта функция может включать фильтрацию абонентской информации, управляе­мую на уровне пользователя или сети;

- распределение адресов на уровне пользователей;

- установление канала связи с сервисным центром;

- информационная защита сетей (аппаратно-программные средства межсетевой защиты - Firewall) от атак из внешних сетей. Безопас­ность магистральной информационной сети может обеспечиваться путем применения механизмов фильтрации пакетов на основе списков управления доступом (ACL) и других методов.

Сетевые интерфейсы

Стандарты системы UMTS построены так, что собственные функ­циональные возможности элементов сети детально не задаются. Вместо этого определены интерфейсы между логическими элемента­ми сети. Как было отмечено ранее, к основным из них относятся:

- Интерфейс Cu - электрический интерфейс между интеллектуаль­ной картой (или смарт-картой) USIM и оборудованием подвижной станции (абонентского терминала). Интерфейс соответствует стандартному формату для интеллектуальных карт;

- Интерфейс Uu - интерфейс, обеспечивающий доступ подвижной станции к фиксированной части сети, является наиболее важным открытым интерфейсом в системе UMTS;

- Интерфейс Iu - открытый логический интерфейс. Посредством данного интерфейса сеть UTRAN подключается к сети CN. Со стороны UTRAN интерфейс lu заканчивается на RNC. Со стороны CN он заканчивается на MSC. Как и в соответствующих интер­фейсах системы GSM (А - коммутация каналов; Gb - пакетная коммутация), открытый интерфейс lu позволяет операторам UMTS приобретать аппаратуру для сетей UTRAN и CN у разных производителей.

Основные функции интерфейса:

- перенос информации общего управления работой радиосети UTRAN;

- перенос информации управления UTRAN в контексте каждой кон­кретной ячейки;

- перенос сигнальных сообщений управления вызовами пользова­телей и обеспечение мобильности (MМ).

Плоскость управления обслуживает два домена обслуживания ба­зовой сети: домен коммутации пакетов (PS) и домен коммутации каналов (CS). Домен CS поддерживает услуги с коммутацией каналов. Примером услуг CS является передача голосовых и факсимильных сообщений. Домен CS может также обеспечивать интеллектуальные услуги, такие как голосовая почта и бесплатный телефон. Домен CS соединяется с PSTN и ISDN. Предполагается, что домен CS будет развиваться из существующей наземной сети мобильной связи общего пользования 2G-GSM.

Интерфейс Iur - открытый интерфейс, обеспечивающий плавный эстафетный переход между контроллерами RNC. Обеспечивает сценарии мягкого перехода, когда различные потоки данных в од­ной линии связи поддерживаются Node В, принадлежащими раз­ным контроллерам RNC. Линия связи между одним котроллером RNC и одним Node В или двумя разными контроллерами RNC реа­лизуется через интерфейс Iur. Для этого определены три разных функции интерфейса:

- управление радиосетью;

- управление транспортной сетью;

- управление данными пользователей.

Интерфейс Iur используется для переноса:

- информации для управления радиоресурсами в контексте запроса конкретной услуги с подвижной станции;

- информации для управления транспортной сетью, используемой в UTRAN;

- голосовых и пакетированных пользовательских данных.

 Интерфейс Iub - обеспечивает соединение Node В и контроллера RNC. UMTS является первой коммерческой системой, в которой интерфейс «контроллер - базовая станция» стандартизован в ви­де полностью открытого интерфейса. Функции интерфейса:

- управление радиосетью;

- управление транспортной сетью;

- управление данными пользователей.

Интерфейс lub используется для переноса:

- информации общего управления Node В для работы радиосети;

- информации управления радиоресурсами в контексте запроса на конкретную услугу с подвижной станции;

- информации  управления  транспортной  сетью,   используемой  в UTRAN;

- пользовательских сигнальных сообщений;

- пользовательской голосовой информации и пакетных данных.

 

Заключение

 

В аббревиатуре IMT-2000 - число две тысячи, символически укачивает на ориентировочный срок принятия стандарта (после 2000 года) и используемый частотный диапазон, расположенный в районе 2000 МГц.

Под IMT-2000 объединены 5 стандартов, а именно:

W-CDMA

CDMA2000

TD-CDMA/TD-SCDMA

DECT

UWC-136 (EDGE)

Из этих пяти только три первых — W-CDMA, CDMA2000 и TD-CDMA/TD-SCDMA обеспечивают полное покрытие в макро-, микро- и пикосотах, и поэтому фактически только они могут рассматриваться в качестве полноценных 3G-решений. В числе остальных стандартов, DECT используется, в частности, в беспроводных телефонах домашнего и офисного назначения. Кроме того, он может применяться для организации 3G хот-спотов с небольшой зоной обслуживания (с этой точки зрения его можно рассматривать в качестве подмножества «большой» 3G-сети). И, наконец, UWC-136 — это просто другое название технологии EDGE, которую обычно относят к 2,5G.

W-CDMA

W-CDMA (другое название — UMTS, Universal Mobile Telecommunication System — универсальная система мобильной связи), — это стандарт, который принят в Европе и Японии. UMTS, по сути дела, — это апгрейд стандарта GSM через GPRS и EDGE. Наземная часть UMTS известна как UTRA (UMTS Terrestrial Radio Access). FDD-компонент UTRA основан на стандарте W-CDMA (UTRA FDD). Теоретически он обеспечивает передачу данных со скоростью до 2 Mбит/c, однако на практике скорости гораздо ниже: системы W-CDMA обладают определенными техническими ограничениями. (TDD-компонент UTRA, называемый TD-CDMA (или UTRA TDD)). Работа по стандартизации UMTS координируется группой Third Generation Partnership Project (3GPP).

CDMA2000

Этот стандарт, продвигаемый американским оператором Qualcomm, является основным конкурентом европейской версии UMTS. Работа по стандартизации CDMA2000 координируется группой Third Generation Partnership Project 2 (3GPP2, группа развития CDMA (CDMA Development Group) обращается за советами к 3GPP2).

 

Несмотря на то, что стандарты «W-CDMA» и «CDMA2000» имеют общую аббревиатуру в своих названиях, это совершенно разные системы, использующие различные технологии. Тем не менее, есть надежда, что мобильные терминалы, работающие в этих несовместимых стандартах, когда-нибудь научатся «общаться» друг с другом.

CDMA2000 имеет 2 фазы развития: первая 1XRTT, также известная как 1X, обеспечивает скорость передачи данных до 144 Кбит/с, и может быть усовершенствована до второй фазы — 3XRTT (или 3Х), где скорость достигает 2 Мбит/с.

Другая эволюционная ступень подразумевает 2 стандарта CDMA2000 1X EV («EV» = «Evolution», «эволюция, развитие»). CDMA2000 1X EV-DO («Data Only» — «только данные») будет использовать различные частоты для передачи голоса и данных. В следующей ступени — стандарт CDMA2000 1X EV-DV («Data and Voice» — «данные и голос») произойдет интеграция голоса и данных в одном частотном диапазоне.

 

TD-CDMA

Технология UMTS также содержит другой стандарт радиопередачи, который упоминается гораздо реже, чем W-CDMA — TD-CDMA (другое название — TDD UTRA). Стандарт TD-CDMA, разработанный немецким концерном Siemens, использует технологию TDD, и, в отличие от W-CDMA, использующей технологию FDD, которая требует так называемого парного спектра1, может использовать непарный спектр. Считается, что технология TDD хорошо приспособлена для передачи данных в интернет.

 

Технология EV-DO

EV-DO - это технология сетей мобильной связи третьего поколения (3G), стандартизированная 3GPP2 в рамках развития CDMA2000 и обеспечивающая высокоскоростную передачу данных со скоростью до 2,4 МБс.

Преимущества технологии EV-DO открывают целый ряд новых возможностей для пользователей. В частности, быстрое подключение к сети Интернет вне зависимости от местоположения и времени суток, организация высокоскоростных корпоративных VPN-сетей, широкий спектр услуг мобильного мультимедиа, мощный инструментарий для создания мобильных "рабочих мест". Корпоративным клиентам использование технологии EV-DO позволяет заметно повысить производительность труда сотрудников за счет повсеместного доступа в любое время к корпоративным данным с помощью защищенных и простых решений, совершенствовать текущие бизнес-процессы и выстраивать свой бизнес, а также ускорить реагирование на проблемы эксплуатации и вопросы клиентов.

 

На сегодняшний день технология EV-DO используется в самых различных сферах: в банках и страховых компаниях, в дистрибуторских организациях и предпринимателями, имеющими торговые сети, органами государственной власти и пользователями домашнего Интернета как альтернатива выделенным линиям или dial-up.

В числе производителей оборудования для сетей EV-DO такие ведущие мировые компании как Lucent Technologies, Huawei Technologies, Nortel Networks, Samsung.

 

Список литературы 

1.   Карташевский В.Г. и др.  Сети подвижной связи - М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 2001.

2.   Андрианов В.И., Соколов А.В. Сотовые, пейджинговые и спутниковые средства связи. – СПб.: БХВ-Петербург Арлит, 2001.

3.   Ратынский М.В.   Основы сотовой связи / Под ред. Д.Е. Зимина. - М.: Радио и связь, 2000.

4.   Громаков Ю.А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи. – М.: Радио и связь, 1999.

5.   Радиосвязь/Под ред.О.В. Головина. – М.: Горячая линия - Телеком, 2001.

6.   В.В.Величко. Передача данных в сетях мобильной связи третьего поколения. – М.: Радио и связь, Горячая линия – Телеком, 2005. – 332с.

7.   Коньшин С.В. Подвижные телекоммуникационные радиосистемы: Учебное пособие. – Алматы: АИЭС, 2003.

8. Коньшин С.В. Технологии беспроводной связи: Учебное пособие. – Алматы: АИЭС, 2006.

9. Тихвинский В.О. Сети подвижной связи третьего поколения. Экономические и технические аспекты развития в России. –М. : Радио и связь, 2001.

10. CDMA: прошлое, настоящее и будущее / Под ред.проф. Л.Е.Варакина и проф. Ю.С. Шинакова. – Москва: МАС, 2003.

11. Варакин Л.Е. Теория систем сигналов.- М.: Сов. Радио, 1978. – 304 с.

 

 

Содержание

                                                                                                                       Стр.

Список условных обозначений	3
1 Лекция 1. Условия и стратегии перехода к системам 3-го поколения	5
2 Лекция 2. Структурная схема и состав оборудования системы связи GSM	9
3 Лекция 3. Оборудование базовой станции BSS	13
4 Лекция 4. Структура TDMA-кадров и формирование сигналов	18
5 Лекция 5. Модуляция радиосигнала и сетевое планирование	23
6 Лекция 6.  Концептуальные основы IMT-2000	28
7 Лекция 7.  UMTS - европейский подход к IMT-2000	33
8 Лекция 8. Эволюция сетей GSM	37
9 Лекция 9. Обслуживающий узел поддержки GPRS (SGSN)	42
10 Лекция 10.  Шлюзовой узел поддержки GPRS (GGSN)	45
11 Лекция 11. Система радиодоступа EDGE	50
12 Лекция 12. Доменная архитектура сети UMTS	53
13 Лекция 13. Системная архитектура сети UMTS	57
14 Лекция 14. ТЕХНОЛОГИЯ cdma2000	59
15 Лекция 15. Принципы формирования сигналов	64
16 Лекция 16. Сеть радиодоступа UTRAN	68
Список литературы	77