Курилов Е.И. 29 вариант_3. Курсовая работа по дисциплине Сети связи с подвижными объектами

• Название: Курсовая работа по дисциплине Сети связи с подвижными объектами
• Дата: 15.02.2022
• Размер: 1.82 Mb.
• Имя файла: Курилов Е.И. 29 вариант_3.docx
• Тип: Курсовая; #362350
• страница: 2 из 6

Краткая характеристика стандарта GSM 900

GSM (Global System for Mobile Сommunications) — глобальная система подвижной связи.

    Это цифровой стандарт с диапазоном частот 890 — 915 МГц (от телефона к базовой станции) и 935-960 МГц (от базовой стации к телефону).

     Область, накрываемая сетью GSM, разбита на соты шестиугольной формы. Диаметр каждой шестиугольной ячейки может быть разным - от 400 м до 35 км. Направленные антенны установлены на крышах зданий, вышек и т.д.

В стандарте GSM используется TDMA, что позволяет на одной несущей частоте разместить одновременно 8 речевых каналов. В качестве речепреобразующего устройства используется речевой кодек RPE-LTP с регулярным импульсным возбуждением и скоростью преобразования речи 13 кбит/с.

Для защиты от ошибок, возникающих в радиоканалах, применяется блочное и сверточное кодирование с перемежением. Повышение эффективности кодирования и перемежения при малой скорости перемещения MS достигается медленным переключением рабочих частот в процессе сеанса связи со скоростью 217 скачков в секунду.

Для модуляции радиосигнала применяется спектрально-эффективная Гауссовская частотная манипуляция с минимальным частотным сдвигом (GMSK). Обработка речи в данном стандарте осуществляется в рамках системы прерывистой передачи речи DTX (DiscontinuousTransmission).

В стандарте GSM достигается высокая степень безопасности передачи сообщений; осуществляется шифрование сообщений по алгоритму шифрования с открытым ключом (RSA).

Основным элементом в работе пользователя с этим стандартом является SIM-карта. С помощью нее выполняются все функции идентификации пользователя в сети (одновременно проводится проверка на наличие "двойников"), проверка подлинности абонента, связь с базовой станцией. SIM-карта также несет в себе все установки необходимые для работы аппарата в сети.

2.1 Технические характеристики стандарта GSM 900

Рабочий диапазон частот:

- Частоты передачи мобильных станций (MS) и приема базовых (BTS) станций (от мо­бильной станции к базовой — Uplink): GSM 900 —(890...915) МГц

- Частоты приема мобильных станций и передачи базовых станций (от базовой к мо­бильной станции — Downlink): GSM 900 —(935...960) МГц

- Дуплексный разнос частот приема и передачи: GSM 900 — 45 МГц;

- Эквивалентная полоса частот на один речевой канал: GSM 900 — 25 кГц

- Ширина полосы канала связи — 200 кГц.

- Максимальное количество каналов связи — 124.

- Количество речевых каналов на несущую: GSM 900 — 8

- Методдоступа— TDMA.

- Видречевогокодека— RPE/LTP.

- Ширинаполосыпредмодуляционногогауссовскогофильтра— 81,2 кГц.

- Скоростьпреобразованияречевогокодека— 13 (6,5) кбит/с.

- Скоростьпередачиинформацииврадиоканале— 270,833 кбит/с.

- Вид модуляции — GMSK.

- Индекс модуляции ВТЬ— 0,3.

- Количество скачков по частоте в секунду — 277 с-1.

- Радиус соты — (0,5...35) км.

2.2 Структура сотовой сети связи

Сеть GSM состоит из нескольких функциональных объектов, функции и интерфейсы которых показаны на рис. 1.1

Сеть GSM включает четыре основные части:

- мобильные станции (MS), которые перемещаются с абонентом;

- подсистему базовых станций (BSS), которая управляет радиолинией связи с мобильной станцией,

- Сетевая и коммутационная подсистема (NSS), главная часть которой - центр коммутации мобильной связи (MSC) — выполняет коммутацию между мобильными станциями и между мобильными или стационарными сетевыми пользователями. MSC также управляет работой, связанной с передвижением абонента.

- Подсистема эксплуатации (OSS) -централизованный метод технического обслуживания, осуществляет контроль и управление подсистемами BSS, NSS

Рис. 1.1. Архитектура сети и интерфейсы GSM.

Топология сети GSM

2.3 Принцип функционирования сетей сотовой связи

Когда радиотелефон находится в режиме ожидания, его приемное устройство постоянно сканирует либо все каналы системы, либо только управляющие. Для вызова соответствующего абонента всеми базовыми станциями сотовой системы связи по управляющим каналам передается сигнал вызова. Сотовый телефон вызываемого абонента при получении этого сигнала отвечает по одному из свободных каналов управления. Базовые станции, принявшие ответный сигнал, передают информацию о его параметрах в центр коммутации, который, в свою очередь, переключает разговор на ту базовую станцию, где зафиксирован максимальный уровень сигнала сотового радиотелефона вызываемого абонента.

Как уже известно, сети сотовой связи получили свое название в соответствии с территориальным принципом распределения малых рабочих зон (сот). В центре каждой рабочей зоны расположена базовая станция (БС или BTS), осуществляющая связь по радиоканалам с многими абонентскими станциями, установленными на подвижных объектах и находящихся в ее рабочей зоне. Для каждой соты в рамках всей сети при проектировании проводится комплекс специальных мероприятий, в том числе и частотное планирование, которое учитывает условия распространения радиоволн и общую частотную обстановку (средний уровень промышленных помех, сигналы от смежных базовых станций, и.т.п).

Базовые станции сети через контроллеры (BSC) соединены проводными телефонными (или радиорелейными) линиями связи с центральной станцией данного региона (города, области) - MSC (Центр коммутации подвижной связи), которая обеспечивает соединение мобильных абонентов с абонентами телефонной сети общего пользования (ТФОП, или PSTN) с помощью коммутационных устройств. Таким образом каждый MSC обслуживает группу сот, осуществляя при этом переключение каналов в соте, эстафетную передачу абонентов между сотами, 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 не только участвует в управлении вызовами, но также управляет процедурами регистрации местоположения и передачи управления. 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. Таким образом, иерархию управления в пределах одного MSC можно представить как взаимодействие подсистемы базовых станций, включающей в себя BSC c несколькими BTS, и MSC .

Кроме основных линий связи, соединяющих базовые станции с MSC, обязательно присутствуют резервные, принимающие абонентскую нагрузку в случае аварии на себя. Также резервированию подлежит и все основное оборудование сети (коммутаторы, каналообразующие системы, сигнализация).

Эстафетная передача (handover)

Во время набора номера радиотелефон занимает один из свободных каналов, уровень сигнала базовой станции в котором в данный момент максимален. По мере удаления абонента от базовой станции или в связи с ухудшением условий распространения радиоволн уровень сигнала уменьшается, что ведет к ухудшению качества связи. Улучшение качества разговора достигается путем автоматического переключения абонента на другой канал связи. Это происходит следующим образом. Специальная процедура, называемая передачей управления вызовом или эстафетной передачей (в иностранной технической литературе - handover, или handoff), позволяет переключить разговор на свободный канал другой базовой станции, в зоне действия которой оказался в это время абонент. Аналогичные действия предпринимаются при снижении качества связи из-за влияния помех или при возникновении неисправностей коммутационного оборудования. Для контроля таких ситуаций базовая станция снабжена специальным приемником, периодически измеряющим уровень сигнала сотового телефона разговаривающего абонента и сравнивающим его с допустимым пределом. Если уровень сигнала меньше этого предела, то информация об этом автоматически передается в центр коммутации по служебному каналу связи. Центр коммутации выдает команду об измерении уровня сигнала сотового радиотелефона абонента на ближайшие к нему базовые станции. После получения информации от базовых станций об уровне этого сигнала центр коммутации переключает радиотелефон на ту из них, где уровень сигнала оказался наибольшим. Это происходит так быстро, что абонент почти не замечает переключения (от 250 до 1250 мс).

Роуминг

Одна из важных услуг сети сотовой связи - предоставление возможности использования одного и того же радиотелефона при поездке в другой город, область или даже страну, причем сотовая сеть позволяет не только самому абоненту звонить из другого города или страны, но и получать звонки от тех, кто не успел застать его дома. В сотовой радиосвязи такая возможность называется роуминг (от англ. roam - скитаться, блуждать). Для организации роуминга сотовые сети должны быть одного стандарта (телефон стандарта GSM не будет работать в сети стандарта CDMA и т. п.), а центры коммутации подвижной связи этого стандарта должны быть соединены специальными каналами связи для обмена данными о местонахождении абонента. Иными словами, применительно к сотовым системам для обеспечения роуминга необходимо выполнение трех условий:

Наличие в требуемых регионах сотовых систем стандарта, совместимого со стандартом компании, у которой был приобретен радиотелефон.

Наличие соответствующих организационных и экономических соглашений о роуминговом обслуживании абонентов

Наличие каналов связи между системами, обеспечивающих передачу звуковой и другой информации для роуминговых абонентов

При перемещении абонента в другую сеть ее центр коммутации запрашивает информацию в первоначальной сети и при наличии подтверждения полномочий абонента регистрирует его. Данные о местоположении абонента постоянно обновляются в центре коммутации первоначальной сети, и все поступающие туда вызовы автоматически переадресовываются в ту сеть, где в данный момент находится абонент.

При организации роуминга недостаточно провести только технические мероприятия по соединению различных сетей сотовой связи. Очень важно еще решить проблему взаиморасчетов между операторами этих сетей.

Различают три вида роуминга:

Автоматический (именно с этой формой за рубежом обычно и связывают понятие роуминга), т. е. предоставление абоненту возможности выйти на связь в любое время в любом месте;

Полуавтоматический, когда абоненту для пользования данной услугой в каком-либо регионе необходимо предварительно поставить об этом в известность своего оператора.

Ручной, по сути, простой обмен одного радиотелефона на другой, подключенный к сотовой системе другого оператора.