РЕФЕРАТ
Расчётно-пояснительная записка: 49с., 21 рисунок.
Цель работы:
В данной работе необходимо рассчитать основные параметры и характеристики проектированных сетей стандарта GSM. Исследовать обработку речевого сигнала в стандарте GSM на примере одиночной фонемы, указанной в техническом задании. Провести качественное сравнение основных характеристик аналоговой системы связи NMT и цифровой системы GSM, и прийти к заключению, какая из сетей является наиболее эффективной. Найти статистические характеристики фонемы «К» при кодировании и декодировании.
Содержание
Введение
1 Стандарт сотовой связи GSM
1.1 История стандарта GSM
1.2 Общие характеристики стандарта GSM
1.3 Основные характеристики стандарта GSM
1.4 Принцип работы
1.5 Технические характеристики стандарта GSM
1.5.1 Компоненты сети
1.5.2 Базы данных, используемые в GSM
1.5.2 Таблица типов сот
1.5.4 Механизмы защиты
1.6 Услуги, предоставляемые GSM
1.7 Обработка речи в стандарте GSM
1.7.1 Общее описание процессов обработки речи
1.7.2 Выбор речевого кодека для стандарта GSM
1.7.3 Детектор активности речи
1.7.4 Формирование комфортного шума
1.7.5 Экстраполяция потерянного речевого кадра
2 Генерирование случайного процесса, нахождение оценок статистических характеристик сгенерированного процесса
3 Статистические характеристики фонемы «К»
3.1 Кодирование фонемы «К»
3.2 Декодирование фонемы «К»
4 Расчет основных характеристик проектированных сетей стандарта GSM и NMT, и их сравнение
4.1 Характеристики проектированной сети
4.2 Расчет основных характеристик сетей стандарта GSM
4.3 Расчет основных характеристик сетей стандарта NMT
Заключение
Список использованных источников
Введение
В ходе курсовой работы необходимо рассчитать основные характеристики проектированных сетей стандарта сотовой связи GSM. Сотовая связь — один из видов мобильной радиосвязи, в основе которого лежит сотовая сеть. Ключевая особенность заключается в том, что общая зона покрытия делится на ячейки (соты), определяющиеся зонами покрытия отдельных базовых станций (БС). Соты частично перекрываются и вместе образуют сеть. На идеальной (ровной и без застройки) поверхности зона покрытия одной БС представляет собой круг, поэтому составленная из них сеть имеет вид сот с шестиугольными ячейками (сотами).
Сеть составляют разнесённые в пространстве приёмопередатчики, работающие в одном и том же частотном диапазоне, и коммутирующее оборудование, позволяющее определять текущее местоположение подвижных абонентов и обеспечивать непрерывность связи при перемещении абонента из зоны действия одного приёмопередатчика в зону действия другого.
Основные составляющие сотовой сети — это сотовые телефоны и базовые станции. Базовые станции обычно располагают на крышах зданий и вышках. Будучи включённым, сотовый телефон прослушивает эфир, находя сигнал базовой станции. После этого телефон посылает станции свой уникальный идентификационный код. Телефон и станция поддерживают постоянный радиоконтакт, периодически обмениваясь пакетами. Связь телефона со станцией может идти по аналоговому протоколу (AMPS, NAMPS, NMT-450) или по цифровому (DAMPS, CDMA, GSM, UMTS). Если телефон выходит из поля действия базовой станции, он налаживает связь с другой (англ. handover).
Сотовые сети могут состоять из базовых станций разного стандарта, что позволяет оптимизировать работу сети и улучшить её покрытие.
Сотовые сети разных операторов соединены друг с другом, а также со стационарной телефонной сетью. Это позволяет абонентам одного оператора делать звонки абонентам другого оператора, с мобильных телефонов на стационарные и со стационарных на мобильные.
Операторы разных стран могут заключать договоры роуминга. Благодаря таким договорам абонент, находясь за границей, может совершать и принимать звонки через сеть другого.
Итак, рассмотрим характеристики стандарта G
1 Стандарт сотовой связи GSM
1.1 История стандарта GSM
Разработка нового общеевропейского стандарта цифровой сотовой связи началась в 1985 году. Специально для этого было создана специальная группа - GroupSpecialMobile. Аббревиатура GSM и дала название новому стандарту. Позднее GSM, благодаря ее широкому распространению, стали расшифровывать как GlobalSystemforMobileCommunications. К настоящему времени система GSM развилась в глобальный стандарт второго поколения, занимающий лидирующие позиции в мире, как по площади покрытия, так и по числу абонентов.
1.2 Общие характеристики стандарта GSM
В стандарте GSM используется узкополосный многостанционный доступ с временным разделением каналов (NB ТDМА). В структуре ТDМА кадра содержится 8 временных позиций на каждой из 124 несущих.
Для защиты от ошибок в радиоканалах при передаче информационных сообщений применяется блочное и сверточное кодирование с перемежением. Повышение эффективности кодирования и перемежения при малой скорости перемещения подвижных станций достигается медленным переключением рабочих частот (SFH) в процессе сеанса связи со скоростью 217 скачков в секунду.
Для борьбы с интерференционными замираниями принимаемых сигналов, вызванными многолучевым распространением радиоволн в условиях города, в аппаратуре связи используются эквалайзеры, обеспечивающие выравнивание импульсных сигналов со среднеквадратическим отклонением времени задержки до 16 мкс.
Система синхронизации рассчитана на компенсацию абсолютного времени задержки сигналов до 233 мкс, что соответствует максимальной дальности связи или максимальному радиусу ячейки (соты) 35 км.
В стандарте GSM выбрана гауссовская частотная манипуляция с минимальным частотным сдвигом (GMSK). Обработка речи осуществляется в рамках принятой системы прерывистой передачи речи (DTX), которая обеспечивает включение передатчика только при наличии речевого сигнала и отключение передатчика в паузах и в конце разговора. В качестве речепреобразующего устройства выбран речевой кодек с регулярным импульсным возбуждением/долговременным предсказанием и линейным предикативным кодированием с предсказанием (RPE/LTR-LTP-кодек). Общая скорость преобразования речевого сигнала - 13 кбит/с. В стандарте GSM достигается высокая степень безопасности передачи сообщений; осуществляется шифрование сообщений по алгоритму шифрования с открытым ключом (RSA).
В целом система связи, действующая в стандарте GSM, рассчитана на ее использование в различных сферах. Она предоставляет пользователям широкий диапазон услуг и возможность применять разнообразное оборудование для передачи речевых сообщений и данных, вызывных и аварийных сигналов; подключаться к телефонным сетям общего пользования (PSTN), сетям передачи данных (PDN) и цифровым сетям с интеграцией служб (ISDN).
1.3 Основные характеристики стандарта GSM
-Частоты передачи подвижной станции приема базовой станции, МГц.890-915;
-Частоты приема подвижной станции и передачи базовой станции, МГц 935-960;
-Дуплексный разнос частот приема и передачи, МГц …………....45;
-Скорость передачи сообщений в радиоканале, кбит/с…………...270, 833;
-Скорость преобразования речевого кодека, кбит/с ………………..13;
-Ширина полосы канала связи, кГц ……………………………..….200;
-Максимальное количество каналов связи …………………….......124;
-Максимальное количество каналов, организуемых в базовой станции
…………………………………………………………………..…...16-20;
-Вид модуляции …………………………………………………....GMSK;
-Индекс модуляции ВТ ……………………….………………..……..0,3;
-Ширина полосы предмодуляционного гауссовского фильтра, кГц
…………………………………………………………………….…….81,2;
-Количество скачков по частоте в секунду ……………………........217;
-Временное разнесение в интервалах ТDМА кадра (передача/прием
для подвижной станции………………………………………….……….2;
-Вид речевого кодека ………………………………………….....RPE/LTP;
-Максимальный радиус соты, км до ………………..……………......35;
-Схема организации каналов комбинированная ……...TDMA/FDMA;
1.4 Принцип работы
Функциональное сопряжение элементов системы осуществляется рядом интерфейсов. Все сетевые функциональные компоненты в стандарте GSM взаимодействуют в соответствии с системой сигнализации МККТТ SSN 7 (CCITTSS. N 7).
Центр коммутации подвижной связи обслуживает группу сот и обеспечивает все виды соединений, в которых нуждается в процессе работы подвижная станция. MSC аналогичен ISDN коммутационной станции и представляет собой интерфейс между фиксированными сетями (PSTN, PDN, ISDN и т.д.) и сетью подвижной связи. Он обеспечивает маршрутизацию вызовов и функции управления вызовами. Кроме выполнения функций обычной ISDN коммутационной станции, на MSC возлагаются функции коммутации радиоканалов. К ним относятся "эстафетная передача", в процессе которой достигается непрерывность связи при перемещении подвижной станции из соты в соту, и переключение рабочих каналов в соте при появлении помех или неисправностях.
Каждый MSC обеспечивает обслуживание подвижных абонентов, расположенных в пределах определенной географической зоны (например, Москва и область). MSC управляет процедурами установления вызова и маршрутизации. Для телефонной сети общего пользования (PSTN) MSC обеспечивает функции сигнализации по протоколу SSN 7, передачи вызова или другие виды интерфейсов в соответствии с требованиями конкретного проекта.
MSC формирует данные, необходимые для выписки счетов за предоставленные сетью услуги связи, накапливает данные по состоявшимся разговорам и передает их в центр расчетов (биллинг-центр). MSC составляет также статистические данные, необходимые для контроля работы и оптимизации сети.
MSC поддерживает также процедуры безопасности, применяемые для управления доступами к радиоканалам.
MSC не только участвует в управлении вызовами, но также управляет процедурами регистрации местоположения и передачи управления, кроме передачи управления в подсистеме базовых станций (BSS). Регистрация местоположения подвижных станций необходима для обеспечения доставки вызова перемещающимся подвижным абонентам от абонентов телефонной сети общего пользования или других подвижных абонентов. Процедура передачи вызова позволяет сохранять соединения и обеспечивать ведение разговора, когда подвижная станция перемещается из одной зоны обслуживания в другую. Передача вызовов в сотах, управляемых одним контроллером базовых станций (BSC), осуществляется этим BSC. Когда передача вызовов осуществляется между двумя сетями, управляемыми разными BSC, то первичное управление осуществляется в MSC. В стандарте GSM также предусмотрены процедуры передачи вызова между сетями (контроллерами), относящимися к разным MSC. Центр коммутации осуществляет постоянное слежение за подвижными станциями, используя регистры положения (HLR) и перемещения (VLR). В HLR хранится та часть информации о местоположении какой-либо подвижной станции, которая позволяет центру коммутации доставить вызов станции. Регистр HLR содержит международный идентификационный номер подвижного абонента (IMSI). Он используется для опознавания подвижной станции в центре аутентификации (AUC).