Архитектура сети gsm
Разберем пример идеальной модели сети. На рисунке изображенном ниже представлена модель, у каждой БС есть по 6 соседей. К примеру, эти станции расположены на гладкой поверхности, без холмов, деревьев, зданий и неровностей.
Базовая станция (БС) — это приемо-передающая станция, которая взаимодействует с вашим мобильным телефоном по радиоканалу. Зона охвата БС при таких условиях представляет окружность, которые будут пересекаться между собой. Если соединим точки пересечения окружностей, то получим шестиугольники – пчелиные соты.
Сеть подразделяется на 2-е основные системы BSS (Base Station System) – подсистема базовой станции и SSS – система коммутации. Эта система включает:
BSC – контроллер базовой станции.
К его обязанностям относится:
- Распределение радиоканалов между базовой станцией и мобильной станцией;
- Контролирует соединение с мобильной станцией (МС);
- Уведомление МС о поступившем вызове;
- Контроль уровня выходной излучаемой мощности между мобильной и базовой станцией в течение разговоров абонентов.
Промежуточное звено между БС и системой коммутации является транскодер (TCE) — это оборудование, которое преобразует входные сигналы канала передачи голоса и данных из коммутационного центра в форму, соответствующую рекомендации GSM по радиоинтерфейсу.
Проще говоря, по проводным линиям, голос в цифровом виде отправляется со V=64 Кбит/с. Сигнал с одинаковой скоростью передаётся с выхода коммутационного центра. А уже между мобильной станции и БС речь передается со V=13 Кбит/с. Транскодер превращает 64 Кбит/с в 13.
Mobile Switching Center (MSC) переводится с английского как мобильный коммутационный центр. Коммутатор обслуживает ограниченную по территории группу сот, например в конкретном городе, и выполняет все виды соединений, нужных для работы МС.
Функции коммутатора:
Home Location Register (HLR) – «домашний» регистр местоположения. Это устройство содержит информацию о местонахождении любой из мобильных станций, что позволяет коммутационному центру отправлять вызов на эту станцию.
HLR это справочная база данных (БД) о регулярно регистрируемых абонентов в сети:
- Параметры достоверности пользователей;
- Определенные номера;
- Перечень оказываемых клиенту услуг связи;
- Спец. информация о маршрутизации;
- Оформление данных о роуминге.
Visitor Location Register (VLR) – Регистр местоположения посетителя.
Это временная база данных абонентов, которые находятся в зоне действия конкретного коммутационного центра. Основная роль VLR заключается в минимизации количества запросов, которые MSC должны выполнять к регистру домашнего местоположения (HLR), который содержит постоянные данные, относящиеся к абонентам сотовой сети.
В идеале, должен быть только один регистр местоположения посетителя на MSC, но также возможно, чтобы один VLR обслуживал несколько MSC.
Преимущество системы — она уменьшает нагрузку на основную базу данных в «домашнем» регистре местоположений. В ней хранятся такая же информация, что и в домашнем регистре, пока абонент находится в зоне покрытия конкретного коммутационного центра.
Authentication Center (AUC) – центр аутентификации. Это функция в сети GSM, используемая для аутентификации мобильного абонента, который хочет подключиться к сети. Аутентификация осуществляется путем идентификации и проверки действительности SIM-карты.
Как только подписчик аутентифицирован, AUC отвечает за генерацию параметров, используемых для конфиденциальности, и шифрование радиолинии. Чтобы обеспечить конфиденциальность мобильного абонента, временная идентификация мобильного абонента (TMSI) назначается на время, в течение которого абонент контролируется конкретным центром коммутации мобильной связи (MSC), связанным с AUC.
Equipment Identity Register (EIR) – регистр идентификации оборудования.
В регистре имеются специальные номера IMEI (международный идентификационный номер оборудования мобильной станции) практически на всех мобильных станциях, которые имеют доступ к конкретной сети связи.
База данных разделяется:
- Белый список – для авторизованной МС;
- Чёрный список попадают номера, которые были украдены, или лишенные доступа по любой другой причине;
- Серый для МС с проблемами данных программного обеспечения.
Управляющее звено сети, которая не включена в систему коммутации, является Operation and Maintenance Center (центром эксплуатации и технического обслуживания), сокращенно ЦЭиТО.
Operation and Maintenance Center проверяет и распоряжается остальными компонентами сети. В появления чрезвычайной ситуации ЦЭиТО уведомит персонал, и зарегистрирует сведения об аварийной ситуации. В зависимости от степени повреждения ОМС позволяет устранить ситуацию автоматически или с вмешательством персонала.
Для создания разумного иерархического управления сетью GSM, подходит Network Management Center (NMC) – сетевой операционный центр, который:
Ответственный за использование и тех. обслуживание на всём уровне сети, при поддержке региональных центров |
При ЧС, к примеру, поломка механизма или перегрузка узлов, NMC обеспечит управление трафиком в сети и диспетчерское управление сетью |
Контролирует техническое состояние узлов управления, применяемых в оборудовании сети, и отображает состояние сети на мониторах для операторов центра управления сетью. Что позволяет работникам отслеживать процесс и помогать центрам эксплуатации |
Персонал отвечает за мониторинг одной или нескольких сетей на предмет определенных условий, которые могут потребовать особого внимания во избежание ухудшения качества обслуживания |
Организации могут управлять более чем одним NMC, либо для управления различными сетями, либо для обеспечения географической избыточности в случае недоступности одного сайта |
История стандарта
Некоторые идеи, высказанные ниже, являются чистой воды спекуляцией на тему истории технологии. При написании данной статьи использовались различные источники, часть из которых указана в разделе «Ссылки». Автор с удовольствием примет указания на неточности и ошибки.
Введение
В начале 80-х годов в Европе существовало несколько конкурирующих стандартов аналоговой сотовой связи. Я неоднократно встречал утверждения, что к 1982 году (год создания Groupe Speciale Mobile, см. ниже) стали очевидны недостатки аналоговой связи, в том числе недостаточная ёмкость, высокая стоимость, незащищённость информации (собственно звонков) и возможность клонирования аппаратов, т.е. создания их нелегальных двойников.
Некоторые авторы пишут также, что важную роль сыграл тот факт, что государственные и частные компании понимали, как сложно окупить исследования и разработку без международного распространения созданного стандарта. Частично такая точка зрения подтверждается распространенностью аналоговых систем мобильной связи первого поколения.
Аналоговые стандартны (системы первого поколения) | ||
Название Системы | Дата | Страна |
AMPS | 1983 | США, другие страны |
C-Netz | 1981, 1988 | Германия, Австрия, Португалия |
Comvik | 1981 | Швеция |
ETACS | 1987 | Великобритания, другие страны |
NMT450 (Nordic Mobile Telephone) | 1981 | Швеция, Норвегия, Дания, Финляндия |
NMT900 | 1986 | Швеция, Норвегия, Дания, Финляндия |
RadioCom | 1985 | Франция |
RTMS (Radio Telephone Mobile System) | 1985 | Италия |
TACS (Total Acess Communications System) | 1985 | Великобритания, Италия, Испания, Австрия, Ирландия |
Как можно было увидеть эти недостатки столь рано, до введения в эксплуатацию доброй половины сетей первого поколения и до приобретения хоть какого-то опыта, я не совсем понимаю. Вероятно, сведения о прозорливости тогдашних правительств и лидеров промышленности несколько преувеличены, а вот году эдак к 1986 эти недостатки стали проявляться. Именно в это время и была создана Ассоциация MoU GSM, да и вообще 1986-1987 гг. очень богаты на события, породившие современный стандарт GSM.
Трудно себе представить, что созданная в 1982 году группа была изначально направлена на создание некоего специфического стандарта сотовой мобильной связи. Вероятно, некая идея общеевропейского цифрового стандарта витала в воздухе, и Groupe Speciale Mobile была призвана исследовать эту проблему.
Зачастую среди изначальных спецификаций GSM называют совместимость с ISDN, хотя первые рекомендации по ISDN появились в 1984 году (CCITT Recommendation I.120). Понятно, что к 1982 году дебаты по поводу ISDN уже шли, и мне представляется, что второй отправной точкой могла быть идея создания беспроводного аналога ISDN. Может быть, свою роль сыграла и идея объединённой Европы. Не будучи очевидцем, трудно представить, какие политические интриги и страсти кипели вокруг новой системы сотовой связи. Современные дебаты о третьем поколении – это даже не тень, а тень тени разгоревшейся в середине восьмидесятых битвы.
Хронология
Вернёмся ещё раз в 1982-ой год. Не будем забывать, что ни о каком GSM в современном понимании речь пока не идёт, существует просто идея всеевропейской системы сотовой связи, и проталкивают её государственные монополии при полной поддержке соответствующих правительств.
В Европе к тому времени уже двадцать лет как существовал вполне подходящий инструмент для решения подобных вопросов – CEPT. Конференция CEPT (Conference Europeenne des Administration des postes et des telecommunications, The European Conference of Postal and Telecommunications Administrations) была основана в 1959. Её деятельность в основном сводилась к урегулированию международных коммерческих и операционных вопросов и стандартизации в области связи.
В 1982 этом году CEPT создала Groupe Speciale Mobile для изучения будущей европейской системы сотовой связи. Встречаются упоминания о том, что эта группа была создана по предложению Nordic Telecom и Netherlands PTT.
В 1985 году Франция и Германия подписывают в Ницце соглашение о поддержке GSM, т.е. общеевропейского цифрового стандарта.
В 1986 году к ним присоединяются Великобритания и Италия, в Париже создаётся постоянная группа экспертов, ответственная за разработку стандарта – GSM Permanent Nucleus. На совещании глав государств в декабре 1986 был поднят вопрос о стандартизации и обязательствах со стороны операторов мобильной связи. Совет министров Европы издал директиву с указанием странам-участникам отвести полосу частот в диапазоне 900 МГц под новую систему связи.
Система должна была отвечать следующим критериям:
- Хорошее субъективное качество речи
- Низкая стоимость оборудования и абонентной подписки
- Поддержка международного роуминга
- Возможность создания портативных терминалов
- Поддержка ряда новых возможностей и услуг
- Спектральная эффективность
- Совместимость с ISDN
Я отнёс чёткую формулировку этих критериев к 1986 году исключительно потому, что мне это кажется более логичным, чем общепринятая датировка 1982 годом.
В 1987 году были проведены полевые испытания нескольких систем на соответствие некоторым из этих условий, так, они включили в себя проверки спектральной эффективности, качества речи и радиоинтерфейса (т.е. модуляции радиосигнала и системы множественного доступа). В том же году на совещании в Мадейре было подписано соглашение о том, что новая система будет узкополосной цифровой с временным разделением каналов. На встрече министров в мае, все страны-участницы согласились со стандартом и датой введения новых сетей в эксплуатацию – июль 1991 года. Операторам связи было указано на необходимость подписания протокола о намерениях (Memorandum of Understanding, MoU). Этот протокол был разработан чиновником британского департамента торговли и промышленности. Седьмого сентября в Копенгагене этот документ был подписан.
Аббревиатура GSM стала читаться как Global System for Mobile Communications. Здесь можно заподозрить происки англосаксов и тевтонов, так как произнести Groupe Speciale Mobile с правильным французским прононсом может не каждый, а конфузиться никому не хотелось. Таким образом, организация, объединяющая операторов и производителей оборудования, называется GSM MoU Association, но обычно её называют просто Ассоциация GSM.
К 1988 году было доказано, что система будет работать, и в 1989 году работало несколько тестовых сетей.
В 1989 году обязанности по развитию стандарта перешли от GSM Permanent Nucleus к недавно созданному ETSI (European Telecommunications Standards Institute), который и оформил GSM в качестве международного стандарта. В 1990 году спецификации GSM Phase 1 были закреплены, то есть стали неизменяемыми, что позволило начать разработку и производство сетевого, пользовательского и тестового оборудования.
Конечно же, к июлю 1991 запустить сервис не успели по причине отсутствия собственно мобильных телефонов. Огромной проблемой было отсутствие процесса подтверждения соответствия стандарту или сертификации (validation – type approval). Так как стандарт достаточно сложен, то процесс сертификации телефона, т.е. проверки на соответствие стандарту занимает довольно много времени, положительных результатов очень редко удаётся достичь с первого раза. Сейчас (в 2002 году) это уже хорошо отлаженный процесс, но в начале девяностых пришлось вводить временную меру – Interim Type Approval , т.е. ограниченной сертификации.
После закрепления стандарта Фазы 1 прошло около двух лет до запуска в Финляндии первой сети GSM. И если в январе 1992-го года она была одна, то к концу 1992 существовало уже около четырнадцати сетей. Надо сказать, что международные бюрократы от технологии не теряли времени даром, и между 1990 и 1992 годами были созданы системы сертификации, а многозначительные взгляды сфокусировались на диапазоне 1800 МГц.
Не обошлось без съездов – Pan European Digital Cellular Conference состоялась в 1987 году в Лондоне. В 1995 в Мадриде это событие стало называться Всемирный Конгресс GSM. До 1996 года конференции и конгрессы проводились в европейских столицах, пока здравый смысл не победил, и постоянным местом для конференций стали Канны.
Из примечательных событий стоит отметить появление роуминга и присоединение первой неевропейской компании к Ассоциации в 1993 году, закрепление спецификации GSM Фазы 2, включающей диапазон 1900 МГц в 1995, удачную попытку взлома SIM-карты в 1998 и появления GPRS в 1999 году. 26 октября 1999 года Ассоциация GSM и ETSI заново подписали соглашение о сотрудничестве. С июня 2002-го года ответственность за поддержку стандарта взяла на себя 3GPP (3rd Generation Partnership Project).
Торговые марки
GSM – торговая марка Ассоциации GSM
3GPP – торговая марка зарегистрированная ETSI для Партнёров 3GPP
Ссылки:
[1] J. Scourias, «Overview of the Global System for Mobile Communications»
[2] Самуйлов К.Е. и Никитина М.В., «Сети сотовой подвижной связи в стандарте GSM». Примечание: данный труд является неплохим переводом работы Джона Скуриаса [1] почему-то опубликованным под другими именами.
[3] Громаков Ю.А., «Стандарты и системы подвижной связи»
[4] N.Gandal, D.Salant, L.Waverman, Standardization versus Coverage in Wireless Telephone Networks
[5]A.Selian, 3G Mobile Licensing Policy: From GSM to IMT-2000 – A Comparative Analysis
[6] GSM MoU Association, GSM – Historical Background
[7] P. L. Reilly, GSM Network Architecture Issues: Synergy With IMT2000
[8] TelecomWriting.com: Digital Wireless Basics: Mobile Phone History Page Nine
[9] C.Gibbons, C.Kelly, C.Field, S.O’Conchuir, History of the G.S.M. System
[10] GSM MoU Assosiation, History and Timeline of GSM
Сергей Сенин (sergei.senin@ubinetics.com)
специально для vse-simki.ru
Опубликовано — 16 января 2003 г.
Есть, что добавить?! Пишите… eldar@vse-simki.ru
Роуминг
Роуминг — это возможность пользования телефоном
вне зоны обслуживания Оператора, но в зоне обслуживания другого Оператора,
с которыми есть роуминговое соглашение. На сегодняшний день пока самый
обширный роуминг по России у NMT-Операторов, но GSM-роуминг стремительно
развивается.
В GSM роуминг автоматический. Если в данном месте есть
несколько роуминг-Операторов, то в зависимости от модели телефона
и его настроек выбирается или Оператор с наиболее сильным уровнем
сигнала, или по списку предпочтения, или вручную.
Роуминг — очень удобная и полезная услуга, но без
крайней необходимости ею пользоваться не стоит, во всяком случае —
пока. На сегодняшний день роуминговое обслуживание — источник постоянных
претензий абонентов к Операторам.
У Билайн-GSM это ещё усугубляется
тем, что по кредитным ТП невозможно контролировать свои расходы, счёт-сюрприз
придёт после того, как вы воспользуетесь роумингом, да и у МТС данные
из роуминга приходят с некоторой задержкой, т. е. в МТС возможна ситуация,
когда на вашем счету уже минус, а телефон ещё не отключили.
У Операторов и роуминг-партнёров зачастую разная информация о тарифах
и услугах. Иногда Операторы не удосуживаются известить об изменениях
своих роуминг-партнёров. Часто в справочниках Операторов устаревшая
информация, иногда даже неправильные справочные телефоны роуминг-партнёра,
не говоря уже о тарифах, БП, округлениях и других условиях обслуживания.
Вот, например, фрагмент реального ответа на претензию о неправильных
удержаниях при роуминге:
««Вымпелком» не
может гарантировать точность информации, предоставленной компанией-оператором,
оказывающим услуги роуминга. Данная информация постоянно изменяется
и зависит от услуг, предоставляемых оператором «гостевой сети»».
У некоторых региональных Операторов значение условных единиц занижено
(якобы дёшево 🙂 ), например, у Кубань-GSM
сейчас почему-то «уе» равен 21 рублю, что вносит дополнительную
путаницу в пересчёте тарифов.
При входящем звонке в роуминге стоимость
минуты разговора складывается из двух составляющих: платы за междугороднюю
связь в сети МТС и платы за входящий звонок, которую устанавливает
местный Оператор (иногда она не берётся).
Изучать всю эту информацию у абонента не всегда есть возможность,
особенно тем, кто постоянно перемещается. Не у всех абонентов есть
возможность постоянно следить за условиями Операторов и выбирать оптимального
для роуминга.
Сложность «разборов полётов» в том, что Операторы
для прояснения информации отсылают по месту получения услуг связи,
т. е. к роуминг-партнёру. Получается — концы в воду, так как мало кто
из абонентов этим будет заниматься.
Например, у кого-то из Операторов
почему-то нет БП, кто-то (например, самостийный Киевстар-GSM) берёт деньги за несостоявшийся разговор — за сообщение автоответчика
о том, что абонент (т. е. — вы) недоступен.
Вот это «отличный»
сервис — пока вы недоступны (например, находитесь в метро), то ваши
деньги списываются, причём, по роуминговым тарифам (!), если вам пытаются
дозвониться. Кто-то из Операторов (российских!) установил запредельные
тарифы.
Например, звонки в Москву у многих Операторов достигают 2-2,5$
за минуту (причём не обязательно из дальних регионов), да и местные
звонки у некоторых роуминг-Операторов примерно такие же, а, например,
в Хабаровске и Новосибирске местные звонки (если пользоваться услугами
Северо-Западного GSM) для абонентов МТС стоят около 3,60$ за минуту!
Лучше, по возможности, воспользоваться услугами других роуминг-партнёров
МТС, соответственно ДСС (Дальневосточные Сотовые Системы)
и ССС
(Сибирские Сотовые Системы), в этом случае звонок обойдётся в несколько
раз дешевле, но в конкретном месте может лучше работать другой Оператор.
В данном случае, нужного вам Оператора лучше установить вручную.
Неудачных примеров пользования роумингом много, об этом свидетельствуют
многочисленные жалобы абонентов на неправильное (или непонятное) списание
денег при пользовании роумингом. Хорошо, если находится дотошный абонент,
который обращает внимание на это несоответствие, а сколько ещё таких «неточностей» не в пользу, естественно, абонента, которые
пока никем не замечены?
Так что лучше не пользоваться роумингом без
крайней необходимости, а если уж без этого нельзя, то постарайтесь
получить максимальную информацию о тарифах и условиях роуминга в тех
регионах, куда вы собираетесь, но и это, правда, не является гарантией
отсутствия недоразумений при пользовании роумингом.
Тарифные планы
Тарифный план (ТП) — система тарифов и набора услуг. Тарифные планы
бывают авансовыми и кредитными. Например, основные ТП МТС и МСС —
авансовые: деньги есть на счету — говоришь, в минус вышел — будь здоров,
так же на БИ .
Другие ТП Билайна — кредитные, т. е. оплата происходит
ежемесячно после разговоров. Билайн допускает разговоры в долг, т. е.
когда уже выговорен гарантийный взнос и на счету — «минус»,
иногда сотни долларов.
- Иногда нечистоплотные дилеры подключают абонентов по чужим паспортным
данным. Абоненты выговаривают все деньги на счету, залезают «в
минус» до отключения, а потом владельцам этим паспортов приходят
счета, приходится разбираться. Это, так называемое, «подключение
на убой». - Ребёнок «поиграл» с телефоном, абонент не рассчитал
с роумингом на отдыхе :-), да и просто новичок не разобрался с тарифами
и наговорил на большую сумму. Конечно, надо быть внимательным, изучать
договора и тарифы, следить за детьми и т. д., но всё же… - Получение счёта по адресу абонента (или в офисе Билайна) доставляет
некоторое неудобство для тех абонентов, которые часто переезжают. - Текущий контроль над расходом средств невозможен, абоненты Билайна
на кредитных ТП разговаривают «вслепую», вся информация
о расходах будет только когда придёт счёт. Нет даже информации о
расходе «бесплатных» минут. Хотя это и не является особенностью
кредитной системы. Ведь можно было бы и на кредитных ТП сделать
автоматизированную систему, аналогичную АССА в МТС, которая бы извещала
абонента о его текущих расходах. - Кредитная система накладна для Оператора, так как надо тратиться
на собирание долгов, а также нести убытки от невыплаченных долгов
и «убоя». Эти расходы, кстати, ложатся на плечи остальных
абонентов. Кредитная система не оправдала себя у МСС — она раньше
тоже допускала большой долг у абонентов (причём даже на авансовых
ТП!), но, видимо, собирать долги стало тяжело, и теперь МСС долга
у абонентов не допускает, и даже стала подключать «долговые»
телефоны. - При кредитной системе надо вносить гарантийный взнос (залог),
который, должен возвращаться при разрыве контракта, что тоже хлопотно
— надо ехать в офис Билайна, возможно — стоять в очереди, расторгать
договор, ждать несколько дней, опять ехать… Кстати, почему-то гарантийный
взнос (залог) в Билайне облагается НДС, хотя по Закону «О НДС»
— не должен.
Есть и поклонники кредитной системы из-за того, что абонента не отключат,
как при авансовой системе, при недостатке денег на счету (как правило,
в самый неподходящий момент 🙂 ), но у МТС на эту ситуацию есть полезная
услуга «Обещанный платёж» — абонент по телефону может как
бы взять кредит до 10 долларов с последующей оплатой в течение 7 дней
— очень удобно, если деньги не счету кончатся, а оплатить пока нет
возможности.
Так называемые карточные (препейдные) ТП — БИ , МСС-Секунда, МТС-ТАКСАфон
— это разновидность авансовых ТП. Преимущество — оплата по картам,
чёткая система контроля счёта, недостаток — ограниченный набор услуг.
На всех ТП московских Операторов (за исключением МСС-Разговорный)
есть абонентская плата или другие обязательные платежи, например,
минимальная плата за трафик, явная, как на МТС-Локальном или скрытая,
как на БИ .
Трафик (traffic) — это эфирное время,
т. е. время использования телефона, за определённый отрезок времени
(как правило, за месяц). Иногда трафиком называют сумму,
потраченную на связь за этот период.
У многих Операторов есть корпоративные ТП, предназначенные для группы
абонентов, оплата идёт по одному счёту. Такие ТП удобны и выгодны
для абонентов одной организации или группы родственников. Недавние
изменения в корпоративных ТП Билайна сделали их наиболее привлекательными
— минимальное количество трубок на корпоративных ТП снижено с 25 до
10, действительно нет абонентской платы на кривом номере, низкие тарифы,
а у Билайна-800 (DAMPS) все входящие звонки бесплатны.
Формирование tdma-кадра
В результате этих преобразований каждый отсчет уровня исходного аналогового сигнала представляется в виде зашифрованного сообщения, состоящего из 114 бит – двух самостоятельных блоков по 57 бит, рисунок 3.14, разделенных между собой эталонной (обучающей) последовательностью 26 бит.
По обучающей последовательности производят настройку эквалайзера. Временной интервал пакета имеет длительность 0,577 мс. В его состав кроме двух блоков по 57 бит и обучающей последовательности включается:
- 2 концевых комбинации TB (Tail Bits) по 3 бита каждая;
- 2 контрольных бита, разделяющих зашифрованные биты сообщения;
- защитный интервал GP (Guard Period) длительностью, равной времени передачи 8,25 бита.
Это означает, что интервал NB содержит 156,25 бит, а длительность одного бита составляет 3,69 мкс.
Рисунок 3.14. Структура формирования сигнала.
Каждый интервал кадра обозначается от 0 до 7, т.е. в одном кадре одновременно могут передаваться 8 речевых каналов. Физический смысл временных интервалов, которые иначе называются окнами, – это 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. Общая длительность одного TDMA-кадра составляет 4,615 мс.
В общем виде временная диаграмма процесса передачи выглядит следующим образом, рисунок 3.15.
Для передачи информации по каналам управления и связи, подстройки несущих частот, обеспечения временной синхронизации и доступа к каналу связи используются пять видов временных интервалов (окон):
- NB (Normal Burst) — нормальный временной интервал;
- FB (Frequency correction Burst) — временной интервал подстройки частоты;
- SB (Synchronisation Burst) — интервал временной синхронизации;
- DB (Dummy Burst) — установочный интервал;
–
АВ (Access Burst) — интервал доступа.
Рисунок 3.15. Структура кадров сигнала в стандарте GSM.
При передаче по одному разговорному каналу в стандарте GSM используется нормальный временной интервал NB (пакет) длительностью 0,577 мс, который включает в себя:
- 114 бит зашифрованного сообщения;
- две концевых комбинации ТВ (Tail Bits) по 3 бита каждая;
- два контрольных бита, разделяющих зашифрованные биты сообщения и эталонную последовательность;
- защитный интервал GP (Guard Period) длительностью, равной времени передачи 8,25 бита.
Это означает, что интервал NB содержит 156,25 бит, а длительность одного бита составляет 3,69 мкс.
Временной интервал подстройки частоты содержит 142 нулевых бита, две концевых комбинации ТВ и защитный интервал. Повторяющиеся временные интервалы подстройки частоты образуют канал установки частоты (FCCH). Интервал временной синхронизации SB используется в подвижной станции для синхронизации работы аппаратуры.
Он состоит из синхропоследовательности длиной 64 бита и двух зашифрованных блоков (по 39 бит каждый), несущих информацию о номере TDMA-кадра и идентификационном коде базовой станции. Этот интервал передается вместе с интервалом установки частоты. Повторяющиеся интервалы синхронизации образуют так называемый канал синхронизации (SCH).
Установочный интервал DB обеспечивает установление и тестирование канала связи. По своей структуре установочный интервал совпадает с нормальным временным интервалом NB. Различие их состоит в том, что интервал DB содержит установочную последовательность длиной 26 бит и в нем отсутствуют контрольные биты.
Интервал доступа АВ обеспечивает разрешение доступа подвижной станции к новой базовой станции, Он содержит большой защитный интервал GP длительностью 252 мкс (68,25 бита), две концевых комбинации ТВ (по 3 бита каждая), синхропоследовательность длиной 41 бит и 36 зашифрованных бит.
Большой защитный интервал (252 мкс) обеспечивает возможность связи с подвижными абонентами в сотах радиусом до 35 км, поскольку он перекрывает время распространения радиосигнала в прямом и обратном направлениях, которое может составлять при этом до 233,3 мкс.
Передача информации при временном разделении каналов осуществляется в составе TDMA- кадра. Каждый временной интервал этого кадра обозначается номером от 0 до 7, т. е. в одном кадре одновременно могут передаваться 8 речевых каналов. Физический смысл временных интервалов, которые иначе называются окнами, — это 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.
- состоящие из 26 TDMA-кадров;
- состоящие из 51 ТDМА-кадра.
Длительность одного мультикадра первого вида равна 120 мс, второго – 235,385 мс. Из 51 мультикадра первого вида (по 26 кадров) или из 26 мультикадров второго вида (по 51 кадру) составляется суперкадр длительностью 6, 12 с (1326 ТОМА- кадров). 2048 суперкадров составляют 1 гиперкадр, содержащий 2715648 TDMA- кадров, Длительность 1 гиперкадра составляет 3 ч 28 мин 53 с 760 мс.
Необходимость такой большой длительности гиперкадра обусловлена требованиями применяемого процесса криптографической защиты, в котором номер кадра используется как входной параметр шифрования. Однако даже без дополнительного шифрования прослушивать разговоры практически невозможно.
Одной из особенностей формирования сигналов в стандарте GSM является использование медленных скачков по частоте в процессе сеанса связи – SFH (Slow Frequency Hopping). Главное назначение таких скачков – обеспечение частотного разнесения в радиоканалах, функционирующих в условиях многолучевого распространения радиоволн.
Принцип формирования медленных скачков по частоте состоит в том, что сообщение, передаваемое в выделенном абоненту временном интервале TDMA-кадра 0,577 мс, в каждом последующем кадре передается (принимается) на новой фиксированной частоте, рисунок 3.16. В соответствии со структурой кадров, время для перестройки частоты составляет около 1 мс.
В процессе скачков по частоте постоянно сохраняется разнос 45 МГц между каналами приема и передачи. Всем активным абонентам, находящимся в одной соте, ставятся в соответствие непересекающиеся последовательности переключения частот, что исключает взаимные помехи при приеме сообщений абонентами.
Рисунок 3.16. Принципы формирования медленных скачков по частоте