Технології та стандарти зв'язку NMT-450, GSM (стр. 2 из 3)

Мал. 1.2. Принцип формування FFSK-сигналу

Мал.1.3. Структура робочого кудру NMT

Службова інформація в системі NMT передається в 64-розрядному пакеті і розташовується в середині повного робочого кадру. Кожен такий пакет містить п'ять полів (мал. 1.3):

Номер каналу N1N2N3, по якому передається дане повідомлення.

Префікс Р, що характеризує тип кадру.

Номер району обслуговування Y1Y2, де розташована базова станція з номером каналу N1N2N3.

Номер мобільної станції XI — Х7.

Інформаційне поле.

При передачі в напрямку MSC - MS інформаційне поле містить 12 біт; у напрямку MS - MSC номер району обслуговування Y1Y2 не передається, інформаційне поле містить 20 біт. У системі NMT як керуючий може використовуватися кожен з розмовних радіоканалів, що, на думку фахівців, підвищує ефективність керування стільниковою системою зв'язку.

2. Загальна характеристика стандарту GSM

У цілому, система зв'язку стандарту GSM розрахована на використання в комерційній сфері. Вона надає користувачам широкий спектр послуг та можливість застосування різноманітного устаткування для передачі мовних повідомлень і даних, сигналів виклику й аварійних сигналів, а також можливість підключення до телефонних мереж загального користування, мережам передачі даних і цифрових мереж з інтеграцією служб.

У порівнянні з іншими широко розповсюдженими цифровими стандартами GSM забезпечує кращі енергетичні характеристики, більш високу якість зв'язку, його безпеку і конфіденційність. Прийнятна якість прийнятих мовних повідомлень у стандарті GSM забезпечується при відношенні сигнал/шум на вході приймача 9 дБ (для стандарту D-AMPS, наприклад, це співвідношення дорівнює близько 16 дБ), а енергетичні витрати в реальних каналах зв'язку (при завмиранні сигналів) на 6—10 дБ нижче в порівнянні зі стандартом D-AMPS.

Стандарт GSM, крім того, надає своїм користувачам ряд послуг, що не реалізовані (чи реалізовані частково) в інших стандартах стільникового зв'язку. До них відносяться:

Використання інтелектуальних SIM-карт для забезпечення доступу до каналу і послуг зв'язку.

Шифрування переданих повідомлень.

Закритий від прослуховування радіо інтерфейс.

Аутентифікація абонента й ідентифікація абонентського устаткування по криптографічних алгоритмах.

Використання служб коротких повідомлень, що передаються по каналах сигналізації.

Автоматичний роумінг абонентів різних мереж GSM у національному і міжнародному масштабах.

Міжмережевий роумінг абонентів GSM з абонентами мереж стандартів DCS1800, PCS 1900, DECT, а також із супутниковими мережами персонального радіозв'язку (Globalstar, Inmarsat-P).

Відповідно до Рекомендації СЕРТ 1980 р., що стосується використання частот мобільного зв'язку в діапазоні 862 - 960 МГц, стандарт GSM цифрової загальноєвропейської стільникової системи наземного мобільного зв'язку передбачає роботу передавачів у двох діапазонах частот. Смуга частот 890-915 МГц використовується для передачі повідомлень з мобільної станції на базову, а смуга частот 935 - 960 МГц - для передачі повідомлень з базової станції на мобільну (абоненту). Причому при переключенні каналів під час сеансу зв'язку, різниця між цими частотами постійна і дорівнює 45 МГц.

Рознос частот між сусідніми каналами зв'язку складає 200 кгц. Таким чином, у відведеній для прийому/передачі смузі частот шириною 25 МГц розміщається 124 каналу зв'язку.

У стандарті GSM використовується багатостанційний доступ з часовим поділом (ущільненням каналів - TDMA), що дозволяє на одній несучій частоті розмістити 8 мовних каналів одночасно. У якості мовноперетворюючого пристрою використовується мовний кодек RPE — LTP з регулярним імпульсним збудженням і швидкістю перетворення мови 13 Кбіт/с.

Обробка мови в даному стандарті здійснюється в рамках прийнятої системи переривчастої передачі мови DTX (Discontinuous Transmission), що забезпечує включення передавача тільки тоді, коли користувач починає розмову і відключає його в паузах і наприкінці розмови (мал.2.1). Система DTX керує детектором активності мови VAD (Voice Activity Detector), що забезпечує виявлення і виділення інтервалів мови із шумом і шуму без мови навіть у тих випадках, коли рівень шуму може бути одного рівня з рівнем мови.

Для захисту від помилок, що виникають у радіоканалах, застосовується блокове кодування і кодування з використанням функцій згортки з перемеженням. Підвищення ефективності кодування і перемеження при малій швидкості переміщення мобільних станцій досягається повільним переключенням робочих частот у процесі сеансу зв'язку (зі швидкістю 217 стрибків у секунду).

Для боротьби з інтерференційними завмираннями прийнятих сигналів, викликаними багатопроменевим поширенням радіохвиль в умовах міста, в апаратурі зв'язку використовуються еквалайзери, що забезпечують вирівнювання імпульсних сигналів зі средньоквадратичним відхиленням часу затримки до 16 мкс. Система синхронізації устаткування розрахована на компенсацію (до 233 мкс) абсолютного часу затримки сигналів. Це відповідає максимальної дальності зв'язку 35 км (максимальний радіус стільника).

Мал. 2.1. Структурна схема процесів обробки мови у стандарті GSM.

Для модуляції радіосигналу застосовується спектрально-ефективна гаусовська частотна маніпуляція з мінімальним частотним зсувом (GTMSK). Маніпуляція називається так тому, що послідовність інформаційних біт до модулятора проходить через фільтр нижніх частот з гаусовською амплітудно-частотною характеристикою, щоо дає значне зменшення ширини смуги частот випромінюваного сигналу. Формування GMSK-радіо-сигналу відбувається таким чином, що на інтервалі, що відповідає одному біту фаза несущої змінюється на 90°. Це найменша зміна фази, що може бути виявлена при даному типі маніпуляції. Вихідний сигнал з беззупинною зміною фази аналогічний сигналу, отриманому в результаті частотної модуляції з дискретною зміною частоти. Принцип формування GMSK сигналу представлений на мал. 2.2.

У стандарті GSM використовується модуляція з величиною нормованої смуги BT=0,3, де B — ширина смуги фільтра за рівнем -3 дБ; Т- тривалість передачі одного біта. Основою формувача GMSK-сигналу є квадратурний (I/O) модулятор, що складається з двох множувачів і одного суматора.

Мал. 2.2. Принцип формування GMSK-сигналу.

Модуляцію GMSK характеризують наступні властивості:

- Постійна за рівнем що обгинає, що дозволяє використовувати передавальні пристрої з підсилювачами потужності класу С;

- Вузький спектр на виході підсилювача потужності передавального пристрою, що забезпечує низький рівень позасмугового випромінювання;

- Гарна перешкодостійкість каналу зв'язку.

3. Інтеграція елементів інтелектуальної мережі стандарту GSM

Кожен мобільний абонент на час користування системою стільникового зв'язку одержує стандартний модуль дійсності абонента (SIM-карту), що містить: міжнародний ідентифікаційний номер (IMSI), свій індивідуальний ключ аутентифікації (Кi), алгоритм аутентифікації (A3). За допомогою цієї інформації, у результаті взаємного обміну даними між мобільною станцією і мережею, здійснюється повний цикл аутентифікації і дозволяється доступ абонента до мережі, саме до мережі GSM.

Процедура перевірки дійсності абонента реалізується в такий спосіб (рис.3.1). Мережа передає на мобільну станцію деяке випадкове число (RAND). В апаратурі стільникового радіотелефону за допомогою індивідуального ключа Кі й алгоритму аутентифікації A3 відбувається перетворення отриманого числа (шляхом математичних обчислень) і обчислюється результат (SRES), тобто нове число. Це число мобільна станція посилає назад у мережу, що порівнює значення цього відгуку зі значенням, обчисленим безпосередньо мережею. Якщо обидва значення збігаються, то мобільна станція одержує доступ до мережі. У протилежному випадку зв'язок переривається, і індикатор мобільної станції показує, що впізнання не відбулося. Для забезпечення таємності обчислення відгуку відбувається потай (SIM-картою).

Мал. 3.1. Процедура перевірки абонента.

Центр керування й обслуговування (ОМС) забезпечує розподіл функцій і організацію взаємодії між MSC і підсистемою базових станцій (BSS). Його функції збігаються з функціями центра керування й обслуговування в звичайних мережах зв'язку. Розходження полягає лише в тім, що в мережах стандарту GSM центр ОМС забезпечує керування роботою радіо-підсистеми.

При передачі по одному мовному каналі в стандарті GSM використовується нормальний часовий інтервал NB (пакет) тривалістю 0,577 мс, що містить у собі: 114 біт зашифрованого повідомлення; дві кінцевих комбінації ТВ (Tail Bits) по 3 біти кожна; два контрольних біти, що розділяють зашифровані біти повідомлення й еталонну послідовність; захисний інтервал GP (Guard Period) тривалістю, рівною часу передачі 8,25 біта. Це означає, що інтервал NB містить 156,25 біт, а тривалість одного біта складає 3,69 мкс.

Цифровий інформаційний потік являє собою послідовність пакетів, що розташовуються у цих часових інтервалах (вікнах). Пакети формуються трохи коротше, ніж інтервали, їхня тривалість складає 0.546 мс, що необхідно для прийому повідомлення при наявності часової дисперсії в каналі поширення.