🗊Презентация Сети сотовой подвижной связи GSM

Сети сотовой подвижной связи GSM

Поколения сетей сотовой связи

1 G 1. AMPS (Advanced Mobile Phone Service — усовершенствованная подвижная телефонная служба) — аналоговый стандарт мобильной связи в диапазоне частот от 825 до 890 МГц, разработанный в 70-х годах XX века для Северной Америки, затем распространившийся и в других странах. 2. NMT-450 (Nordic Mobile Telephone System) – создается в 1981 г в Швеции, Норвегии, Дании и Финляндии, работает в диапазоне 450 МГц. Великобритания внедряет в 1985 г технологию TACS (Total Access Communications System) в диапазоне 900 МГц (модифицированная версия AMPS)

2G. GSM В 1982 году Конференция европейских почтовых и телекоммуникационных ведомств (Conference of European Posts and Telegraphs – CEPT) в целях изучения и разработки общеевропейской системы сотовой подвижной связи общего пользования создала рабочую группу экспертов мобильной связи, которая получила название GSM (Groupe Special Mobile).

GSM: архитектура системы Разрабатываемая система должна была удовлетворять перечисленным ниже критериям. Высокое качество передачи речи. Низкая стоимость оборудования и предоставляемых услуг. Поддержка новых услуг и оборудования. Совместимость с цифровой сетью с интеграцией служб (ЦСИС). Поддержка международного роуминга. Способность поддерживать портативное оборудование пользователя.

GSM: архитектура системы В 1989 году разработка GSM перешла в Европейский институт стандартов электросвязи (European Telecommunication Standards Institute – ETSI), В 1990 году были опубликованы спецификации первой фазы GSM. К середине 1991 года стали поддерживаться коммерческие услуги GSM, В 1993 году функционировало уже 36 сетей GSM в 22 странах, и еще 25 стран выбрали направление GSM или поставили вопрос о его принятии. Сети GSM внедрены либо планируются к внедрению почти в 60 странах Европы, Ближнего и Дальнего Востока, Африки, Южной Америки и в Австралии. В настоящее время сети GSM работают во всех странах мира. Акроним GSM приобрел новое значение ‑ Global System for Mobile communications.

GSM: архитектура системы Система состоит из трех подсистем: подсистемы мобильной станции (Mobile Station – MS), подсистемы базовых станций (Base Station Subsystem – BSS) и сетевой подсистемы (Network Subsystem – NS). Архитектура сети

GSM: архитектура системы Мобильная станция SIM ‑ модуль идентификации абонента; ME (Mobile Equipment) – мобильное устройство; SIM-карта обеспечивает мобильность, позволяя пользователю получать доступ к услугам независимо от особенностей оконечной аппаратуры. Включенная мобильная станция может находиться в активном режиме (в это время через нее предоставляются телекоммуникационные сервисы), в пассивном режиме (в это время услуги через нее не предоставляются, но идет обмен сигнальной информацией с базовой станцией).

GSM: архитектура системы Мобильное устройство однозначно идентифицируется по международному опознавательному коду оборудования мобильной станции (International Mobile Equipment Identity – IMEI). SIM-карта, содержит в себе международный опознавательный код мобильной станции (International Mobile Station Identity – IMSI), который необходим для распознавания абонента системой, а также секретный код идентификации и другую информацию. Коды IMEI и IMSI являются независимыми, обеспечивая, таким образом, персональную мобильность. SIM-карту можно защитить от несанкционированного использования при помощи PIN-кода (Personal Identification Number).

GSM: архитектура системы Подсистема базовых станций BTS (Base Transceiver Station) – базовая приемопередающая станция; BSC (Base Station Controller) – контроллер базовой станции; Интерфейс Abis позволяет связывать компоненты, созданные различными производителями. На базовой станции размещаются радиопередатчики, которые поддерживают соединение с MS на территории данной соты. Контроллер базовой станции управляет радиоресурсами одной или нескольких базовых станций, контролирует предоставление радиоканала, регулировку частоты, управление перемещаемыми из соты в соту вызовами (хэндовер-вызовами) и является связующим звеном между мобильной станцией и центром коммутации мобильных услуг.

GSM: архитектура системы Сетевая подсистема MSC (Mobile services Switching Center) - центр коммутации подвижной связи. Регистрация, авторизация, корректировка данных о местоположении, хэндовер и маршрутизация вызовов, поступающих абонентам в зоне роуминга HLR (Home Location Register) – домашний регистр местоположения абонентов. База данных, которая содержит всю административную информацию о каждом абоненте, зарегистрированном в данной сети GSM, а также данные о его местоположении в текущий момент. Один домашний регистр местоположения абонентов соответствует одной сети GSM, хотя он может быть реализован как распределенная база данных VLR (Visitor Location Register) - гостевой регистр местоположения абонентов. Содержит выборочную административную информацию из домашнего регистра местоположения абонентов с точностью до соты, необходимую для контроля вызовов и предоставления абонентских услуг для каждого мобильного абонента, находящегося в данный момент в географической зоне, контролируемой гостевым регистром местоположения абонентов.

GSM: архитектура системы Сетевая подсистема EIR (Equipment Identity Register) – регистр идентификации мобильного устройства. База данных, содержащая перечень всех действующих мобильных устройств в сети. Код IMEI в базе EIR помечается как недействительный, если поступило сообщение о краже соответствующего мобильного устройства. AuC (Authentication Center) – центр авторизации. Защищенная база данных, которая хранит копии секретных кодов, записанных на SIM-карте каждого абонента и используемых для авторизации абонента и шифрования при передаче информации по радиоканалу. Um, Abis, A – интерфейсы взаимодействия между функциональными элементами

GSM: роуминг Роуминг – облуживание мобильной станции местной сетью GSM, в случае, когда мобильный абонент находится за пределами собственной сети GSM. Сота – основная географическая единица подвижной сети связи. У каждой соты существует в сети свой уникальный номер, называемый CGI (Cell Global Identity-глобальный идентификатор соты). Зона охвата наземной мобильной связи – множество сот, обслужива- емых одним оператором. В регионе может быть несколько зон охвата, принадлежащих разным операторам, они могут перекрываться друг другом.

GSM-900: радиоинтерфейс Радиочастоты для сигналов: Исходящие от абонента (восходящие от MS к BS) диапазон 890-915 МГц = всего 25 МГц Входящие к абоненту (нисходящие от BS к MS) диапазон 935-960 МГц = 25 МГц Канал дуплексный, т.е. в одну и в другую сторону. Для того, чтобы сигналы не оказывали влияние друг на друга, существует разделение в спектре частот, которое называется дуплексным расстоянием, равным в 45 МГц, например частота 890 МГц в восходящем канале будет соответствовать 935 МГц в нисходящем канале.  Разнос несущих – характеристика, равная частотному расстоянию между ближайшими каналами, которые используются для передачи сигналов в одном направлении. Во всех стандартах GSM это значение составляет 200 КГц.

GSM: множественный доступ Из-за ограниченности радиоресурса разработан метод распределения радиочастот между максимально возможным числом пользователей. В GSM выбрана комбинация ТDMA и FDMA: 1) множественный доступ с временным разделением (Time-Division Multiple Access ‑ TDMA) и 2) множественный доступ с частотным разделением (Frequency-Division Multiple Access ‑ FDMA).

GSM: множественный доступ Часть FDMA отвечает за разделение полосы в 25 МГц на 124 несущих частоты по 200 КГц. Для каждой базовой станции выделена одна или более несущих частот. Для эффективного покрытия рабочие частоты должны многократно повторяться в географически разных точках сети

GSM: повторное использование частот Кластером называется группа сот, имеющих одинаковый частотный план расположения радиоканалов (в соседних сотах не могут быть использованы одинаковые частоты).

GSM: повторное использование частот

GSM: типы хэндоверов каналы принадлежат одной соте базовые станции находятся под управлением одного контроллера базовых станций (BSC) (рис. а) Рис. а. Схема хэндовера с одним BSC.

GSM: типы хэндоверов 3. базовые станции находятся под управлением разных контроллеров базовых станций (BSC), но принадлежат одному центру коммутации подвижной связи (MSC) (рис. б); Рис. б. Схема хэндовера с двумя BSC

GSM: типы хэндоверов 4. базовые станции находятся под управлением разных центров коммутации подвижной связи (рис. в).

GSM: управления мобильностью Дает возможность системе вычислить текущие координаты включенной MS для маршрутизации входящего вызова. MS самостоятельно оповещает систему о своем местоположении. MSC отправляет сообщения системы только в одну соту. Корректирует данные о местоположении абонента (IMSI-подключение [MS доступна, редактируются координаты MS] и IMSI-разъединение [MS не доступна, для нее не выделяются каналы и не рассылаются сообщения]). Обеспечивает безопасность, используя авторизацию пользователя и моб. устройства в сети.

GSM: принципы передачи обслуживания В центре каждой соты находится BS, которая в пределах своей соты обслуживает все мобильные станции При ухудшении сигнала связи ухудшается качество обслуживания абонента. В этом случае необходим хэндовер - смена радиоканала без разрыва соединения Хэндовер может быть межсотовым (при пересечении границы соты) и внутрисотовым (в случае возникновения помех на радиоканале)

GSM: принципы передачи обслуживания Межсотовый хэндовер может быть жестким или мягким. Мягкий хэндовер - текущее соединение мобильного абонента, находящегося в зоне хэндовера, поддерживается двумя базовыми станциями одновременно, что уменьшает вероятность вынужденного разрыва соединения при передаче обслуживания между базовыми станциями смежных сот, однако уменьшает эффективность использования радиоканалов. При жестком хэндовере - вследствие использования в смежных сотах различных частотных диапазонов мобильная станция не может поддерживать связь с обеими базовыми станциями, поэтому связь с базовой станции соты, поддерживающей текущее соединение, обрывается до того, как обслуживание абонента передано базовой станции смежной соты. Жесткий хэндовер подразумевает освобождение старого радиоканала и последующее занятие нового радиоканала.

GSM: процедура жесткого межсотового хэндовера подговка к хэндоверу (поиск соседней соты, которая примет MS на обслуживание и выделит для нее радиоканал) и попытка хэндовера, которая может закончиться занятием нового радиоканала в соседней соте или блокировкой хэндовера в случае освобождения старого канала без занятия нового.

GSM: инициация хэндовера

GSM: методы инициации хэндовера 1) Метод сравнения мощностей . Отсутствует подготовка к хэндоверу. В каждый момент времени выделяется базовая станция с самым сильным уровнем мощности принимаемого сигнала. (мощности равны при пороге T2) 2) Метод порогового значения. (Сравнивается 1 порог + сравнение мощностей) 3) Метод гистерезиса. Хэндовер осуществляется при условии, что уровень мощности сигнала от принимающей базовой станции выше уровня мощности сигнала от передающей базовой станции на некоторую величину гистерезиса (величина h на рис.). 4) Комбинированный метод. Этот метод объединяет метод порогового значения и метод гистерезиса.

GSM: скорость передачи