Arhitectura rețelelor GSM
Rețeaua GSM constă din mai multe obiecte funcționale ale căror funcții și interfețe sunt prezentate în Fig. 1.1.
P
Rețeaua GSM include trei părți principale:
Stații mobile (MS) care se deplasează cu abonatul;
un subsistem de stație de bază (BSS) care controlează o legătură radio cu o stație mobilă;
Subsistemul de rețea (SSS), principala parte a căruia este Centrul de comutare mobilă (MSC), efectuează comutarea între posturile mobile și între utilizatorii de rețele mobile sau de rețea fixă. MSC gestionează, de asemenea, activitatea asociată cu mișcarea abonatului.
Figura 1 nu arată centrul de service, care monitorizează funcționarea fiabilă și modificările din rețea. O stație mobilă (MS) și un subsistem de stație de bază (BSS) comunică printr-o interfață Um, cunoscută și ca o "interfață de aer" sau o conexiune radio. Subsistemul stațiilor de bază comunică cu centrul de comutare mobil prin interfața A.
^
2.1 Stația mobilă
O stație mobilă (MS) constă din echipamente mobile (terminale) și cartele cu circuit integrat, inclusiv un microprocesor, numit Modulul de Identificare a Abonatului (SIM). Cartela SIM oferă acces la serviciile cu plată atunci când utilizatorul se mișcă, indiferent de terminalul utilizat. Prin introducerea cartelei SIM în alt terminal GSM, utilizatorul poate primi apeluri, efectua apeluri de la acest terminal și poate recepționa alte servicii.
Echipamentele mobile sunt identificate în mod unic prin intermediul codului internațional de identificare a echipamentelor mobile (IMEI - International Mobile Equipment Identity). Cartela SIM conține identitatea internațională a abonatului mobil (IMSI) utilizată pentru identificarea abonaților, codul secret de autentificare și alte informații. IMEI și IMSI sunt independente, ceea ce face posibilă recunoașterea cea mai probabilă a identității atunci când un abonat se mișcă. Cartela SIM poate fi protejată împotriva utilizării neautorizate de o parolă sau un număr personal.
^
2.2 Subsistemul stațiilor de bază
Subsistemul stațiilor de bază conține două tipuri de echipamente: stația de emisie-recepție de bază (BTS) și un controlor al stației de bază (BSC). Ei interacționează prin interfața standard Abis (Figura 1).
Stația de emisie-recepție de bază găzduiește un transmițător, care pentru o celulă particulară implementează protocoale de legături radio cu o stație mobilă. Într-un oraș mare, există de obicei un număr mare de BTS. Prin urmare, cerințele de bază pentru BTS - puterea, fiabilitatea, portabilitatea și costul minim.
Controlorul stației de bază gestionează resursele radio pentru unul sau mai multe BTS: selectarea și stabilirea unei conexiuni pe un canal radio, o frecvență hop și un transfer (comutare), după cum se va arăta mai jos. BSC este conectat între stația de emisie-recepție de bază (BTS) și centrul mobil de comutare (MSC).
^
Subsistemul de comutare a rețelei
Centrul de comutare mobil (MSC)
Arii geografice ale rețelei GSM
Rețeaua GSM este alcătuită din zone geografice. Așa cum se arată în figura 2, aceste zone includ celula, zona de localizare (din LA - Locație Zone), MSC / VLR, zona de servicii și o rețea mobilă terestră publică (PLMN - Public Land Mobile Network).
Celula este zona de acoperire radio a unui transmițător de un BTS. Rețeaua GSM definește fiecare celulă utilizând numărul de identificare CGI (Cell Global Identity), numărul care este atribuit fiecărei celule.
Zona locației (LA - zona de amplasare) - grup de celule. Aceasta este zona în care abonatul este cel mai probabil să se miște în acest moment.
Figura 2 - Arii geografice ale sistemului GSM
Reutilizarea de frecvențe este o modalitate de organizare a comunicării, în care aceleași frecvențe sunt utilizate în mod repetat în diferite domenii de servicii. Utilizarea planificării de frecvență-spațiu cu reutilizarea frecvențelor permite creșterea lățimii de bandă cu un număr limitat de canale de frecvență.
Reutilizarea frecvenței este distanța dintre centrele a două celule la distanță, din care este permisă refolosirea. În general, se determină prin formula, unde - numărul de celule din grup, - raza celulă (raza cercului circumscrisă în jurul celulei hexagonale).
Cluster (clustere). Un grup este un grup de celule apropiate, în care refolosirea este inacceptabilă din cauza pericolului de depășire a nivelului de interferență.
^
3.1 Planul de frecvență în standardul GSM
Figura 3 prezintă principiul formării canalelor în sistemul GSM.
890-915 MHz pentru canalul de comunicație de la abonat la stație (direcția SM la BS);
935-960 MHz pentru canalul de ieșire de la stație la abonat (direcția BS la MS).
Benzile de 25 MHz sunt împărțite în 124 de perechi de canale care funcționează în modul duplex cu un interval de frecvență purtătoare de 200 kHz, utilizând accesul multiplu cu divizare în frecvență (FDMA). Fiecare canal radio cu o lățime de bandă de 200 kHz este împărțit în celule de timp care creează 8 canale logice. Se utilizează o tehnică cunoscută sub denumirea de Access Times Multiple Access (TDMA - TIMP DEVISION MULTIPLE ACCESS). Reamintim: accesul multiplu este acela că un grup de utilizatori pot utiliza o singură frecvență purtătoare la momente diferite.
Canalul care transporta informații (canalul de trafic sau canalul logic) este determinat de numărul transportatorului și de numărul uneia dintre cele 8 poziții de timp. Informațiile sunt transferate sub formă de pachete scurte (spargere), combinate în cadre.
Accesul la timp multidimensional (TDMA), care cuprinde 8 sloturi și 248 canale semipodexice fizice, constituie un grup de canale half-duplex din 1984.
Figura 3 - Formarea canalelor în sistemul GSM
^
3.2 Structura fagurelor sectoriale
Celula, în care serviciul de abonat este realizat de o stație de bază cu o antena sectorială, se numește o celulă sectoralizată. În acest caz, zona de acoperire a antenei este împărțită în sectoare. Sectorizarea permite creșterea capacității sistemului de comunicații celulare fără reducerea dimensiunii zonei de acoperire sau reducerea puterii radiate de stația de bază. Lățimea direcției antenei sectorului corespunde dimensiunii unghiulare a sectorului. În sistemele celulare, sunt de obicei utilizate antene cu o lățime a fasciculului de 120 ° (antena cu trei sectoare). De obicei, sunt utilizate clustere de dimensiuni 3/9, 4/12, 7/21, unde prima cifră indică numărul de celule din grup, iar al doilea - numărul de sectoare. Figura 4-a prezintă un exemplu de antenă cu 3 sectoare pentru un cluster 3/9. În acest exemplu, sunt alocate 9 grupuri de frecvențe și sunt utilizate antene cu șase sectoare - cu o lățime a fasciculului de 60 °. Figura 4-b prezintă o rețea celulară dezvoltată de Motorola cu o lățime a unuia dintre cele 60 ° și 12 grupe de frecvențe purtătoare. Acest cluster conține 4 elemente și o antenă cu 6 sectoare (cluster size 4/24).
Figura 4 - reutilizarea frecvenței în: a) o celulă cu 3 sectoare; b) celula de 6 celule
Sarcini ale canalelor în sistemul GSM
Două tipuri de canale de trafic sunt definite în rețeaua GSM: canale de voce cu rată completă care funcționează la rată completă (TCH / F - Trafic Canal / completa) - 22,8 kbit / s, și canale de voce pe jumătate rata de operare la jumătate rata (TCH / H - Trafic Canal / Semnal) - 11,4 Kbps. Jumătate de viteză vă permite să dublezi numărul de canale din același interval de frecvență.
În comunicațiile mobile, canale de trafic sunt disponibile pentru orice abonat. Prin urmare, în timpul procesului de stabilire a conexiunii, poate fi selectat orice canal la care poate fi conectată stația. Deoarece într-o stare liberă linia de abonat nu are comunicare cu canalele de trafic, are nevoie de un canal de control, de exemplu, pentru transmiterea unui semnal de apel, "configurare", numărul apelantului etc.
Prin urmare, pentru a trimite o solicitare de rețea pentru a stabili o conexiune, este utilizat un canal direcționat de la SM la rețea. Acesta este un canal de acces aleatoriu (RACH - Random Control Channel).
Deoarece cererea de conectare este transmisă numai la începutul conexiunii și canalul pentru schimbul de informații de control este ulterior alocat, acest canal este comun tuturor posturilor din zona de localizare.
Un canal comun necesită întotdeauna o procedură de acces pentru evitarea și rezolvarea conflictelor. În acest caz, procedeul de acces multiplu ALOHA (TDMA - Access Times Multiple Access ALOHA) este cel mai des utilizat. Principiul acestui acces se bazează pe faptul că toate stațiile utilizează un canal de comunicare, controlând funcționarea acestuia, iar transmiterea se face la întâmplare, ceea ce reduce probabilitatea conflictelor.
Ca răspuns la semnalul de apel, este selectat un canal de control dedicat (SDCCH), care transmite apoi informațiile de serviciu de la MS în timpul configurării apelului înainte de găsirea canalului de trafic (TCH).
Pentru comunicația de intrare, transmiterea semnalului ocupat către SM este realizată prin canalul de difuzare al mesajelor scurte (PCH - Channel Paging), care sunt comune întregii celule. Acesta este un canal de difuzare a mesajelor scurte care transmite un semnal de "apel" tuturor posturilor din zona de localizare (LA). După primirea unui astfel de semnal, MS determină numărul său și răspunde la semnalul de difuzare în același mod ca și atunci când efectuează un apel de ieșire, un semnal de cerere RACH (canal de acces aleatoriu) (Random Control Channel).
Mai mult, semnalele de stabilire a conexiunii sunt aceleași ca și pentru comunicațiile de ieșire.
Cu conexiunea BTS și MS de intrare a destinației:
Transmite semnalul difuzat tuturor posturilor din zona de serviciu a acestui MSC. Semnalul este transmis printr-un canal de control separat - un canal de difuzare a mesajelor scurte - Canal de paging;
După aceasta, SM pe canalul de control (canal de acces aleatoriu - RACH, Random Access Channel) trimite o cerere pentru alocarea urgentă a unui canal individual de control pentru timpul de schimb de semnal. Cuvintele "acces aleatoriu" înseamnă utilizarea metodelor de acces aleatoriu, dintre care cel mai frecvent este ALOHA. Principiul de funcționare cu această metodă este că toate stațiile lucrează pe un singur canal de comunicare, controlând funcționarea acestuia, transmisia fiind efectuată la un timp aleatoriu. BTS selectează un canal pentru schimbul de semnale de control (SDCCH - Canal dedicat de control dedicat);
BTS solicită date de autentificare. Autentificarea este efectuată utilizând datele obținute mai devreme la implementarea procedurii de autentificare și protecție a utilizatorilor. Ca răspuns la solicitare, MS transmite răspunsul criptat stocat pe cartela SIM (SRES - semnat răspuns), care permite BTS să stabilească autenticitatea MS;
După aceasta, BTS transmite o solicitare a cheii de criptare;
Și primește o cheie de criptare a răspunsului. Dacă cheia este corectă, se face procedura de stabilire a unei conexiuni, aceeași cu procedura de conectare la ieșire.
Articole similare
-
Material pe Sudoku ca o tehnologie de joc, descarcare gratuita, retea sociala de muncitori
-
Tehnologia decorului cu frânghie, portal pentru design și arhitectură
Trimiteți-le prietenilor: