ется разговорный тракт и на БС включается тональный сигнал для контроля качества передачи.

Для организации всех соединений в системе связи стандар­ та NMT используется схема адресации, которая позволяет вызы­ вающему абоненту информировать телефонную сеть о номере вызываемой ПС, передать информацию в телефонную сеть, отве­ чать ПС на вызов центра коммутации, опознать в центре коммута­ ции вызывающую ПС.

Во всех странах, где используется система сотовой связи стандарта NMT, подвижные абоненты идентифицируются номером Z Х1 Х2 ХЗ Х4 Х5 Х6 Х7, который присутствует во всех передачах между центрами коммутации, центром коммутации и БС, центром коммутации и ПС. Цифра Z используется только внутри самой сис­ темы связи и не набирается вызывающим абонентом [7 10]. При вызове ПС цифра Z добавляется к номеру абонента радиотеле­ фонным коммутатором, находящимся в зоне его обслуживания. При передаче от абонента цифра Z автоматически добавляется к его ПС.

Помимо цифры Z формируется и код доступа, включающий префикс Рп (0 или 9) и две цифры М1 М2, а при международном вызове вместо кода доступа - код страны. После этого служебная информация посылается в эфир.

Для вызова абонента, перемещающегося из одной зоны в другую, в центре коммутации предусмотрен регистр положения абонентов для контроля пути их передвижения. При перемещении ПС из одной зоны в другую она автоматически посылает на центр коммутации, под контролем которого находится новая зона связи, сигнал об изменении своего местоположения. Эта информация новым центром коммутации передаётся по телефонной сети или по сети передачи данных тому центру коммутации, где была ранее зарегистрирована ПС. При этом в регистре прежнего центра ком­ мутации делается поправка, и все вызовы этой ПС переадресовы­ ваются в зону действия нового центра коммутации.

6.7. Сотовая система связи стандарта GSM

Характеристики стандарта GSM-900. В стандарте GSM-900 используется кодек преобразования речи с регулярным импульс­ ным возбуждением (долговременным предсказанием и линейным предикативным кодированием с предсказанием). При этом общая скорость преобразования речевого сигнала составляет 13 кбит/с, скорость передачи сообщения в радиоканале - 270,833 кбит/с. Ме­ тод разнесения каналов - перемежение и скачки по частоте, о чём

подробнее будет сказано ниже. Эквивалентная полоса частот, вы­ деляемая на речевой канал, 25 кГц. Требуемое отношение несущая/интерференция 9 дБ. Максимальное число каналов, органи­ зуемых в базовой станции, 16-20. Ширина полосы предмодуляционного гауссовского фильтра 81,2 кГц. Число скачков по частоте в секунду 217 Временное разнесение в интервалах кадра (передача/приём) для подвижной станции - 2. Радиус соты 0,5...35 км.

Стандарт GSM использует полосу частот 890...915 МГц - для передатчиков подвижных и приёмников базовых станций, а 935...960 МГц - для передатчиков базовых и приёмников подвижных станций. Ширина полосы канала связи составляет 200 кГц, что позволяет ор­ ганизовать в сетях GSM 124 частотных канала. Частоты, выделенные для передачи сообщений подвижной станции на базовую и в обрат­ ном направлении, группируются парами, образуя дуплексный канал с разносом 45 МГц. Эти пары частот сохраняются и при перескоках частоты. Каждая сота характеризуется фиксированным присвоением определённого количества пар частот.

Каждая из 124-х несущих содержит восемь временных пози­ ций многостанционного доступа с временным разделением кана­ лов (Time Division Multiply Access - TDMA), размещённых в восьми временных окнах в пределах кадра и в последовательности кад­ ров. Каждый физический канал использует одно и то же временное окно в каждом временном кадре.

До формирования физического канала сообщение и данные, представленные в цифровой форме, группируются и объединяются в логические каналы двух типов: каналы связи - для передачи коди­ рованной речи или данных (КС); каналы управления - для передачи сигналов управления и сигнализации (КУ). Более чем один тип логи­ ческого канала может быть размещён на одном и том же физиче­ ском канале, но только при их соответствующей комбинации.

В стандарту GSM применяется гауссовская частотная мани­ пуляция с минимальным частотным сдвигом (GMSK), при которой последовательность информационных бит до модулятора прохо­ дит через фильтр нижних частот с гауссовской характеристикой, что приводит к существенному уменьшению полосы частот излу­ чаемого радиосигнала. В радиосигнале с GMSK-модуляцией на интервале одного информационного бита фаза несущей изменя­ ется на 90° ИндСКс манипуляции составляет 0,3.

Квадратурный GMSK-модулятор состоит из двух умножите­ лей и одного сумматора. Один умножитель изменяет амплитуду синусоидального, а второй косинусоидального колебания. Входной сигнал до умножителя разбивается на две квадратурные состав­ ляющие. Для моАУляции GMSK характерны: постоянная по уровню

огибающая, которая позволяет использовать эффективные пере­ дающие устройства с усилителями мощности в режиме класса С, компактный спектр с низким уровнем внеполосного излучения на выходе усилителя мощности передатчика, высокая помехоустой­ чивость канала связи.

Структура сети GSM. Структурная схема сети (рис.6.7) со­ стоит из системы управления и системы обеспечения радиосвязи, включающей оборудование базовых станций и подсистему комму­ тации [6.5].

При передаче информации начальным (и конечным) пунктом системы связи GSM, как и любой другой сотовой системы, являет­ ся абонентский терминал - подвижная станция (ПС) (либо абонент в телефонной сети общего пользования). В ней речевой сигнал обрабатывается по определённому алгоритму и после модуляции передаётся на оборудование базовой станции (БС). В БС входят ряд приёмо-передающих станций (ППС), где принятый сигнал демодулируется и попадает на контроллер базовой станции (КБС), управляющий работой приёмо-передающих станций, обрабаты­ вающий сигналы и распределяющий каналы. После КБС сигнал поступает на транскодирующее устройство (ТКУ), которое осуще­ ствляет кодирование и декодирование информации при обмене между ППС и центром коммутации подвижной связи (ЦКС), пере­ дачу управляющей информации и согласование различных скоро­ стей в сети GSM. Устройства ППС, КБС и ТКУ образуют оборудо­ вание базовой станции, которая, в свою очередь, вместе с ПС об­ разует радиосистему.

Центр коммутации подвижной связи ЦКС совместно с реги­ стром положения РПл, регистром перемещения РПр, центром ау­ тентификации ЦА и регистром идентификации оборудования РИО образуют подсистему коммутации СК. Сигнал, поступая в ЦКС, коммутируется на проводные, оптоволоконные или спутниковые системы передачи (проводную телефонную сеть общего пользова­ ния (ТСОП), сеть пакетной передачи данных (СПД), цифровую сеть с интеграцией служб (ЦСИС) и т.д.).

Центр ЦКС работает с группой сот. Он аналогичен ЦСИСкоммутационной станции и служит интерфейсом, связывающим сеть подвижной связи с остальными сетями. Центр маршрутизиру­ ет вызовы, осуществляет «эстафетную передачу» и переключение рабочих каналов в соте при неисправной связи. В качестве ЦКС могут использоваться цифровые системы коммутации типа АХЕ или EWSD [6.11]. Максимальная ёмкость ЦКС ограничивается воз­ можностями системы коммутации и обычно составляет 60 тыс. абонентов. Каждый абонент прикрепляется к одному ЦКС.

173

Рис. 6.7

Регистр РПл, установленный на ЦКС, является основной ба­ зой данных для абонентов. В нём хранится информация о место­ положении подвижных станций, используемая для доставки вызо­ ва станции, и международный идентификационный номер, который используется для опознавания абонентов в центре аутентифика­ ции ЦА. Регистр РПл обеспечивает безопасность связи путём взаимодействия с ЦА, регистрацию местоположения совместно

сРПр, фиксацию окончания разговора совместно с ЦКС и РПр,

атакже хранение информации по абонентам совместно с ЦА.

Центр аутентификации ЦА формирует ключи и алгоритмы аутентификации, а также обеспечивает проверку полномочий або­ нента (т.е. удостоверяет подлинность абонента). В РПр хранится информация о номере области связи, в которой находится под­ вижная станция. Регистр РИО проверяет, авторизовано (соответ­ ствует стандартам связи данного региона и является зарегистри­ рованным в данной сети) или нет оборудование, с которого осуще­ ствляется вызов.

Таким образом, абонент, подключившийся к центру коммута­ ции, может быть соединён только при условии того, что у него авто­ ризовано оборудование и он идентифицирован как клиент данной сети. Управление оборудованием сети происходит из центра обслу­ живания (ЦО), который обеспечивает контроль и управление други­ ми компонентами сети и контроль качества её работы. Центр управ­ ления связью (ЦУ) обеспечивает рациональное управление сетью: контролирует трафик всей сети и обеспечивает диспетчерское управление сетью при сложных аварийных ситуациях.

Интерфейсы. Взаимодействие элементов сети связи GSM происходит посредством интерфейсов. В стандарте GSM исполь­ зуются интерфейсы трёх видов: для соединения с внешними сетя­ ми, между оборудованием сетей GiSM (внутренние) и между сетью GSM и внешним оборудованием [6.3].

Интерфейсы с внешними сетями обеспечивают соединение: с проводной телефонной сетью общего пользования (ТСОП) через ЦКС по линии связи 2 Мбит/с, с сетями* ЦСИС с помощью четырёх линий связи 2 Мбит/с, с международными сетями GSM на основе протоколов систем сигнализации (SCCP) и межсетевой коммута­ ции подвижной связи (GMSC).

К внутренним относятся ряд интерфейсов сети GSM. Так, для взаимодействия подвижной и базовой станций служит так на­ зываемый эфирный интерфейс (А1г(ит)-интерфейс), который включает в себя набор физических каналов, доступных в режимах частотного и временного разделения. Каждый физический канал поддерживает ряд логических каналов, зарезервированных для

абонентской нагрузки и сигнализации. По этому интерфейсу пере­ даётся информация, относящаяся к процессу установления соеди­ нения и управлению оборудованием. A-bis интерфейс обеспечива­ ет процессы установления соединений и управления оборудова­ нием между КБС и ППС.

Управление базовой станцией с центра коммутации подвиж­ ной связи, передача вызова и управление передвижением под­ вижной станции происходит посредством A-интерфейса, который объединяет каналы связи и линии сигнализации.

При определении местоположения подвижной станции ЦКС посылает запрос к РПр. Если станция проявляет инициативу по определению местоположения с ЦКС, он информирует свой РПр, который заносит при каждом переходе ПС из одной области ме­ стоположения в другую всю изменяющуюся информацию в свои регистры. Если абонент изменяет некоторые свои данные или за­ прашивает специальные дополнительные услуги, ЦКС также ин­ формирует об этом РПр, который регистрирует все изменения и передаёт их на РПл. При всех этих действиях обмен информацией между ЦКС и РПр происходит посредством В-интерфейса. Кроме регистрации местоположения, В-интерфейс используется при ус­ тановлении исходящих и входящих соединений, а также при пере­ даче информации по аутентификации абонента.

В конце сеанса связи ЦКС может послать сообщение регист­ ру положения для тарификации и оплаты абонентом разговора. Если фиксированная телефонная сеть не способна осуществить процедуру маршрутизации для подвижного абонента, ЦКС может послать запрос о местоположении абонента РПл. В этих случаях задействуется С-интерфейс.

Все данные о местоположении подвижной станции для по­ полнения регистра положения из регистра перемещения при пере­ движении ПС, а также некоторые команды управления связью пе­ редаются посредством D-интерфейса. При переходе абонента из одной зоны связи чёткое взаимодействие ЦКС обеспечивается

спомощью Е-интерфейса. Для связи КБС с центром управления и обслуживания предназначен О-интерфейс. Сетевой управляю­ щий интерфейс между ЦО и элементами сети является аналогом интерфейса Q.3 [6.1]. Стандартные интерфейсы обеспечивают взаимодействие элементов сети связи через сети передачи дан­ ных (СПД) или локальные сети связи.

Структура TDMA кадров и формирование радиосигнала

встандарте GSM поясняются с помощью рис.6.8 [6.1, 6.2]. Для ор­ ганизации каналов связи и управления в стандарте GSM исполь­ зуются два вида мультикадров: 26- и 51-позиционные кадры с вре-

менным разделением каналов. Суперкадр может содержать 51 мультикадр I первого типа (для реализации каналов связи) или 26 мультикадров II второго типа (для реализации каналов управле­ ния). Каналы связи делятся на каналы передачи речи и каналы передачи данных. Каналы управления могут быть четырех видов и обеспечивают передачу сигналов управления и синхронизации.

Гиперкадр Тг=12533,76с

	◄----------— —		----------				►
НП	ХБ(3)	КИ (57)	Ф(1)	ОП(26)	Ф(1) КИ (57)	ХБ(3)	ЗИ(8,25)
ПКЧ	ХБ(3)			НБ( 142)		ХБ(3)	ЗИ(8,25)
ПС	ХБ(3)	КИ(39)		РОП(64)	КИ (39)	ХБ(3)	ЗИ(8,25)
пд	ХБ(3)	О П (4 1)	КИ(36)	ХБ(3)	ЗИ(68,25)

Рис. 6.8

Однако, как для каналов связи, так и для каналов управле­ ния TDMA кадр состоит из восьми слотов (пачек), имеющих разную структуру и информационное содержание в зависимости от их на­ значения. Пачки бывают пяти видов: нормальные, коррекции час­ тоты, синхронизации, доступа и установки.

Нормальная пачка (НП) допускает передачу 114 бит кодиро­ ванной информации (КИ). Информационный блок состоит из двух блоков по 57 бит в каждом, разделённых между собой 26-битовой обучающей последовательностью (ОП), использующейся для под­ стройки приёмника в соответствии с характеристиками канала свя­ зи в момент передачи по нему информации. Двухбитовая флаго­ вая комбинация (Ф) определяет начало и конец передачи инфор­ мации. Перед первым и в конце второго блоков идут хвостовые биты (ХБ) или концевая комбинация. Завершает пачку защитный интервал (ЗИ) в 8,25 бит.

Пачка коррекции частоты (ПКЧ) используется для синхрони­ зации по частоте мобильной станции с базовой; 142 бита, обра­ зующие установочный блок, являются нулевыми (НБ), что соответ­ ствует передаче немодулированной несущей. Повторяющиеся ПКЧ образуют канал установки частоты.

Пачка временной синхронизации (ПС) несёт в себе расши­ ренную обучающую синхропоследовательность (РОП) в 64 бита, характеризующую номер TDMA кадра и идентификационный код базовой станции. Повторяющиеся ПС образуют канал синхрониза­ ции.

Пачка доступа (ПД) используется для установления связи между мобильной станцией и новой базовой станцией. Такая пачка содержит большой защитный интервал. Пачка установки (ПУ) ус­ танавливает связь и тестирует канал связи.

Для обеспечения частотного разнесения в радиоканалах с многолучевым распространением радиоволн в процессе сеанса связи в сети GSM используются медленные скачки по частоте [6.11]. При этом сообщение, передаваемое абоненту в выделен­ ном временном интервале информационного кадра, в каждом по­ следующем кадре передаётся на новой несущей частоте (рис.6.9).

Применение медленных скачков по частоте позволяет уменьшить вероятность групповых ошибок в передаваемом сигна­ ле за счёт уменьшения замираний. Так как рэлеевские замирания являются частотно селективными, то при переходе с одной часто­ ты, на которой имело место замирание, на другую частоту, не обя­ зательно слишком удалённую от первой, замирания с большой вероятностью не будет. Таким образом, снижается вероятность замираний, а значит и групповых ошибок.

Рис. 6.9

В процессе скачков по частоте постоянно сохраняется дуп­ лексный разнос частот 45 МГц между каналами приёма и переда­ чи. Каждому активному абоненту ставится в соответствие опреде­ лённая ортогональная формирующая последовательность, что исключает взаимные помехи между абонентами в соте. Параметры последовательности передаются мобильной станции от базовой в процессе установления канала. В смежных сотах используются разные последовательности.

Структура логических каналов управления. Каналы управ­ ления обеспечивают передачу сигналов управления и синхронизации [6.11]. Различают четыре вида каналов управления: передачи сигна­ лов управления, общие, индивидуальные и совмещённые.

Каналы передачи сигналов управления используются от базо­ вой на все подвижные станции. Они несут информацию, необходи­ мую подвижным станциям для работы в системе связи. Различают три вида таких каналов: канал подстройки частоты для передачи немодулированной несущей с фиксированным частотным сдвигом относительно номинального значения частоты канала связи, канал временной синхронизации и канал управления передачей.

Общие каналы управления включают: канал вызова от базо­ вой станции к подвижной для её вызова, канал параллельного дос­ тупа от подвижной станции к базовой для запроса о назначении индивидуального канала управления и канал разрешённого досту­ па для передачи с базовой станции на подвижную.

178

Индивидуальные каналы управления, используемые в двух направлениях для связи между базовой и подвижной станциями, состоят либо из четырёх, либо из восьми подканалов. По этим ка­ налам обеспечивается запрос подвижной станции о требуемом виде обслуживания, контроль правильного ответа базовой станции и выделение, если это возможно, свободного канала связи.

Совмещённые каналы управления также используются между базовой и подвижной станциями. Они передают команду управления от БС к ПС и информацию от ПС к БС о статусе подвижной станции. Быстрый совмещённый канал управления обеспечивает передачу команд при передвижении ПС из одной соты в другую, а медленный - установку выходной мощности передатчика ПС. Совмещённые кана­ лы управления всегда объединяются либо с каналами связи, либо с индивидуальными каналами управления [6.10]. При этом различают шесть видов объединённых каналов управления.

Организация физических каналов. Для передачи инфор­ мации каналов связи, а также быстрых либо медленных совме­ щённых каналов управления используется 26-кадровый мульти­ кадр [6.10]. В полноскоростном канале связи в каждом 13-м вре­ менном кадре мультикадра передаётся пакет информации медленного совмещённого канала управления. При этом каждый 26-й временной кадр мультикадра свободен. В полускоростном канале связи пакет информации быстрого совмещённого канала управления передаётся в каждом 13-м и 26-м временных кадрах мультикадра.

Для одного физического канала в каждом TDMA кадре ис­ пользуется 114 бит. Поскольку в мультикадре для передачи ин­ формации канала связи используется 24 временных кадра из 26-ти, а длительность мультикадра составляет 120 мс, общая ско­ рость передачи информационных сообщений по каналу связи со­ ставляет 22,8 кбит/с. Медленный совмещённый канал управления занимает в полноскоростном канале связи только один кадр (114 бит). Тогда скорость передачи по этому каналу составит 950 бит/с. Полная скорость передачи в двух этих объединённых каналах с учётом пустого 26-го временного кадра составит 24,7 кбит/с.

За время 26-ти кадрового мультикадра (в одном физическом канале) может передаваться информация двух полускоростных каналов связи, каждый по 12 TDMA кадров. Пустой 26-й кадр в полноскоростном канале связи отводится для медленного совме­ щённого канала управления во втором полускоростном канале связи. Для каждого полускоростного канала связи скорость пере­ дачи составляет 11,4 кбит/с; полная скорость передачи в объеди­ нённом полускоростном канале связи и медленном совмещённом