История беспроводной связи

Обзор системы GSM

Корпоративный тренинг

Вымпелком – 2004

Содержание

Содержание. 2

Глава 1 – Введение в стандарт GSM... 5

1.1. Мобильная связь. 5

1.2. История беспроводной связи. 5

1.3. Стандарты мобильной связи. 6

1.4. Глобальная система для мобильной связи (GSM) 7

1.4.1 История GSM. Основные этапы развития стандарта GSM. 7

1.4.2 Рекомендации ETSI GSM... 8

1.5 Фазы развития стандарта GSM... 9

1.6. Сокращения, применяемые в системах сотовой связи. 10

1.7 Описание компонентов сети GSM... 14

AUC.. 15

1.8 Состав системы коммутации SS. 16

1.8.1 Центр коммутации мобильной связи (MSC) 16

1.8.2 Опорный регистр местоположения (HLR) 16

1.8.3 Визитный регистр (VLR) 16

1.8.4 Центр аутентификации (AUC) 17

1.9 Состав системы базовых станций BSS. 17

1.9.1 Контроллер базовых станций (BSC) 17

1.9.2 Базовая станция (BTS) 17

1.9.3 Центры наблюдения за работой сети. 17

1.9.4 Мобильная станция (MS) 17

1.10 Географическая структура сети GSM... 18

1.10.1 Сота. 18

1.10.2 Зона местоположения (LA) 19

1.10.3 Зона обслуживания MSC (SA) 19

1.10.4 Зона обслуживания PLMN.. 19

1.10.5 Зона обслуживания GSM... 19

1.11. Частотный диапазон GSM... 21

1.12 Состояния мобильной станции. 22

Глава 2 - Концепция беспроводной связи. 24

2.1 Частотная концепция. 24

2.1.1 Частота. 24

2.1.2. Длина волны.. 24

2.1.3. Полоса пропускания. 25

2.1.4. Каналы.. 25

2.1.5. Дуплексный разнос. 26

2.1.6. Канальное разделение. 26

2.1.7. Ёмкость системы и повторное использование частот. 27

2.1.8 Скорость передачи. 27

2.1.9 Модуляция. 27

2.1.10. Метод доступа: временное разделение каналов (TDMA) 28

2.2 Аналоговая и цифровая передача. 28

2.2.1. Информация аналогового вида. 28

2.2.2. Аналоговые сигналы.. 28

Аналоговый сигнал – это непрерывная форма сигнала, которая изменяется в соответствии со свойствами передаваемой информации. 28

2.2.3. Цифровая информация. 29

2.2.4. Цифровые сигналы.. 29

2.2.5. Преимущества использования цифрового сигнала. 29

2.3. Проблемы, возникающие при передачи радиосигналов. 29

2.3.1. Потери на пути распространения радиосигналов (Path loss) 29

2.3.2. Затенения (Shadowing) 29

2.3.3. Многолучёвые замирания (Multipath fading) 30

2.3.4. Релеевские замирания сигналов (Rayleigh fading) 30

2.3.5. Временная дисперсия (Time Dispersion) 30

2.3.6. Временное наложение (Time Alignment) 31

2.3.7. Комбинированные потери сигнала (Combined Signal Loss) 31

2.4 Решение проблем, возникающих при передаче сигнала. 32

2.4.1. Перемежение (Interleaving) 33

2.4.2. Разнесённый приём (Antenna Diversity) 33

2.4.3. Адаптивная коррекция (Adaptive Equalization) 35

2.4.4. Перескоки по частоте (Frequency Hopping) 35

2.4.5. Временная задержка (Timing Advance) 36

2.5 Процесс передачи в системе GSM... 38

2.5.1. Аналого-цифровое преобразование. (Analog To Digital (A/D) Conversion) 38

2.5.2. Сегментация (Segmentation) 40

2.5.3. Речевое кодирование (Speech Coding) 40

2.5.4. Канальное кодирование (Channel Coding) 41

2.5.5. Перемежение (Interleaving) 42

2.5.6. Шифрование (Ciphering/Encryption) 43

2.5.7. Форматирование пакета (Burst Formatting) 43

2.5.8. Модуляция и передача. 44

Глава 3 – Концепция построения каналов в системе GSM... 45

3.1. Физические и логические каналы.. 45

3.1.1. Логические каналы.. 45

3.1.2. Пакеты (Bursts) 48

3.2. Размещение логических каналов на физических каналах. 51

3.2.1. Несущая «0», временной интервал «0». 52

3.2.2. Несущая «0», временной интервал «1». 52

3.2.3. Несущая «0», временные интервалы со второго по седьмой и все остальные временные интервалы других несущих той же самой соты.. 52

3.3. Пример обслуживания входящего вызова к MS. 53

Глава 4 - GPRS Служба пакетной передачи данных по радиоканалам общего пользования. 54

4.1 Архитектура сети GPRS. 54

4.2 Система базовых станций (BSS) 55

Система коммутации каналов (CSS) 55

4.3.1 Центр аутентификации (AUC) 55

4.3.2Система коммутации пакетов (PSS) 55

4.3.3 Терминалы GGSN.. 55

4.3.4 Другие объекты.. 56

Выбор GGSN.. 58

Функции GPRS. 59

4.5.1 Маршрутизация. 59

4.5.2 Передача SMS с помощью GPRS.. 59

4.6 Шлюзовой узел поддержки GPRS (GGSN) 60

4.7 Функции GGSN.. 60

4.8 Логические каналы.. 60

4.9 Назначение каналов в системе GPRS. 61

Глава 5 - Система коммутации. 63

Введение. 63

Основные узлы.. 63

AUC.. 63

5.2. Центр коммутации подвижной связи/визитный регистр (MSC/VLR) 63

5.2.1 Функции MSC.. 63

5.2.2 Визитный регистр (VLR) 64

5.2.3 Шлюзовой центр коммутации (GMSC) 65

5.2.4 Опорный регистр местоположения (HLR) 65

5.2.5 Межсетевой регистр ILR.. 66

5.2.6 Центр аутентификации AUC и регистр идентификации оборудования EIR.. 66

5.2.7 Интерфейс передачи данных. 70

5.2.8 Центр обработки сообщений (MC) 71

Глава 6 - Описание системы базовых станций. 72

6.1 Введение. 72

6.1.1 Контроллер базовых станций и транскодер.. 72

6.1.2 Базовые станции. 73

6.1.3 Другое оборудование сетевого доступа. 73

6.2 Транскодер. 73

6.2.1 Функции транскодера TRC.. 73

6.3 Контроллер базовых станций (BSC) 74

6.3.1 Основные функции BSC.. 74

6.4 Базовые станции. 76

6.4.1 Введение в BТS.. 76

6.4.2 Функции BTS.. 76

Глава 7 - Мобильные станции. 79

Введение. 79

7.2 Функции мобильной станции. 79

7.2.1 Передача и приём.. 79

7.2.2 Измерения и процессы, осуществляемые мобильной станцией. 80

7.2.3 Активный режим (Active mode) 86

7.2.4 Функции сохранения энергии. 86

7.2.5 Классы мобильных станций. 87

7.3 Идентификационный модуль абонента (SIM) 87

7.3.1 Типы SIM-карт. 87

7.3.2 Функции обеспечения безопасности. 88

7.3.3 Требования к информации, хранящейся в SIM... 88

7.3.4 Абонентские данные MS.. 90

Глава 8 - Идентификаторы сети GSM... 91

8.1 Введение. 91

8.2 Идентификаторы абонентов. 91

8.2.1 Номер мобильной станции (MSISDN) 91

8.2.2 Интернациональный идентификатор мобильного абонента (IMSI) 91

8.2.3 Временный идентификатор мобильного абонента (TMSI) 91

8.2.3 Идентификационный номер оборудования MS (IMEI) 92

8.2.4 Интернациональный идентификатор оборудования MS и номер программного обеспечения (IMEISV) 92

8.3 Идентификаторы местоположения. 92

8.3.1 Номер MS в роуминге (MSRN) 92

8.3.2 Идентификатор местоположения (LAI) 93

8.3.3 Глобальный идентификатор соты CGI 93

8.3.4 Идентификационный код БС (BSIC) 93

8.3.5 Номер местоположения LN.. 94

8.3.6 Идентификатор локальной зоны абонирования (RSZI) 94

8.3.7 Конфиденциальная процедура идентификации абонента. 94

Глава 9 - Варианты сценариев обслуживания вызовов. 95

9.1 Варианты сценариев обслуживания вызовов: MS в состоянии IDLE.. 95

9.1.1 Включение MS в сеть. 95

9.1.2 Сетевой роуминг. 96

9.1.3 Отключение от сети. 97

9.2 Варианты сценариев обслуживания вызовов: MS в активном режиме. 98

9.2.1 Исходящий вызов ( MS – PSTN) 99

9.2.2 Входящий вызов (PSTN - MS) 99

9.2.3 Хэндовер (Handover) 101

9.3 Международный вызов. 104

9.3.1 Включение IMSI (IMSI Attach) 105

9.3.2 Вызов на MS.. 105

9.3.3 Процедура Dropback. 105

9.3.4 Передача коротких сообщений. 106

9.3.5 Передача SMS с MS.. 106

9.3.6 Мобильный прием SMS.. 106

Глава 10 - Сотовое планирование. 108

10.1 Планирование. 109

10.1.1 Старт: анализ трафика и покрытия. 109

10.1.2 Номинальный сотовый план. 112

10.1.3 Выбор объектов размещения базовых станций. 119

10.1.4 Составление проекта. 121

10.1.5 Строительство системы.. 121

10.2 Оптимизация. 122

10.2.1 Проведение натурных измерений. 122

10.2.2 Анализ статистики и распределения трафика. 125

10.3 Развитие. 125

Глава 1 – Введение в стандарт GSM

Мобильная связь

Влияние технологий мобильной связи на нашу жизнь переоценить невозможно. Мобильная связь рассматривается в настоящее время как необходимость, а технологии мобильной связи являются наиболее востребованными и быстро растущими. Системы мобильной связи эволюционировали в очень короткое время. Рассматривая вопросы эволюции систем мобильной связи, мы приходим к понятию «поколений».

Системы первого поколения (1G) были аналоговыми, реализованными на достаточно надежных сетях, но с ограниченной возможностью предложения услуг абонентам. Кроме того, они не позволяли осуществлять роуминг между сетями.

Системы мобильной связи второго поколения (2G) являются цифровыми. Они привнесли существенные преимущества с точки зрения предложения абонентам усовершенствованных услуг, повышения емкости и качества. Система GSM относится к технологии 2G. Возросшая потребность в беспроводном доступе в Интернет привела к дальнейшему развитию системы 2G. Так появилась система, называемая 2.5 G. Примером технологии 2.5 G является GPRS (General Packet Radio Services) – стандартизованная технология пакетной передачи данных, позволяющая использовать оконечное устройство мобильной связи для доступа в Интернет. Другими появившимися со временем стандартными и опциональными свойствами цифровых сетей мобильной связи являются свойства Интеллектуальной сети (IN), свойства системы позиционирования (определения местоположения) подвижных объектов, SMS (услуги службы коротких сообщений) и разработки в программном обеспечении системы сигнализации и сетевого управления.

Поскольку в настоящее время существует несколько систем 2G, использующих несовместимые технологии и работающих в различных частотных спектрах, они не могут завоевать массовый рынок на долгосрочный период. Эти факторы привели к концепции систем третьего поколения (3G), которые позволят осуществлять связь, обмен информацией и предоставлять различные развлекательные услуги, ориентированные на беспроводное оконечное устройство (терминал). Развитие подобных услуг началось уже для систем 2G, но для поддержки этих услуг система должна располагать высокой емкостью и пропускной способностью радиоканалов, а также совместимостью между системами, для того, чтобы предоставлять прозрачный доступ по всему миру. Примером системы 3G является Универсальная система мобильной связи (UMTS).

Таким образом, GSM является основополагающей технологией, на которой росли технологии предыдущих и существующих систем мобильной связи и на которой будут отрабатываться будущие направления развития в области связи.

История беспроводной связи

Дата	События
	Reginald Fesseden успешно передал по радио речевое сообщение. До этого момента все сообщения с помощью радиосвязи передавались с помощью азбуки Морзе.
	J.A. Fleming изобрел вакуумную электронную лампу, что позволило усовершенствовать систему радиосвязи.
	Департамент полиции Детройта использовал частоту 2 Мгц в своей автомобильной системе радиосвязи. Система была односторонней и полицейскому для ответа на поступившее по радио сообщение надо было найти проводный телефонный аппарат.
1930-е	Был разработан принцип амплитудной модуляции (АМ) и двусторонние системы мобильной связи.
	Изобретение принципа частотной модуляции (ЧМ) усовершенствовало качество передачи речи. Применение ЧМ привело к отказу от больших передатчиков с АМ, что в свою очередь привело к появлению более миниатюрного оборудования радиосвязи с меньшим потреблением электроэнергии. Это сделало использование передатчиков в автомобилях более практичным.
1940-е	Федеральная комиссия связи (FCC) признала услугу связи, которую она классифицировала как Местную наземную сеть мобильной радиосвязи общего пользования (DPLM). Первая система DPLM была установлена в 1946 году в г. Сент-Луис (St. Louis). Она использовала полосу 150 Мгц. В 1947 году вдоль автомагистрали Нью-Йорк – Бостон была развернута система, использовавшая полосу 35-40 Мгц.
	D.H. Ring из Bell Laboratories доложил о разработке концепции сотовой связи.
	Shockley, Bardeen и Brittain из Bell Laboratories изобрели транзистор, который позволил сделать все электронное оборудование, включая оборудование радиосвязи, миниатюрным .
	Компания Bell Systems сделала предложение для широкопроводной связи.
	Компания AT&T представила Усовершенствованную телефонную систему мобильной связи (IMTS).

Дата	События
	FCC начала разработку новых требований к спектру радиочастот США.
	Скандинавские страны (Дания, Финляндия, Исландия, Норвегия и Швеция) пришли к соглашению о формировании группы для изучения областей совместного действия в телекоммуникации и разработки рекомендаций. Это привело к стандартизации телекоммуникаций всех членов группы Скандинавской мобильной телефонной связи (Nordic Mobile Telephone - NMT), первой международной группы стандартизации в области мобильной связи.
	Группа NMT специфицирует свойства, позволяющие осуществлять подвижную телефонную связь как в пределах сети мобильной связи, так и между сетями при перемещении абонента из одной сети в другую. Это свойство легло в основу роуминга.
	FCC утвердила установку и тестирование первой сотовой системы в США (Illinois Bell telephone Company).
	Шведская компания Эрикссон в Саудовской Аравии ввела в эксплуатацию первую в мире систему сотовой связи на основе аналогового стандарта NMT 450.
	Представлен первый стандарт цифровой сотовой связи (GSM).
	Число абонентов мобильной связи по всему миру достигло 200 миллионов.
	Выпущен стандарт пакетной передачи данных GPRS.
	В Монако, на острове Мен и в Швеции построены первые тестовые сети 3G, в Великобритании выпущены первые лицензии 3G.
	С сетях 3G были сделаны первые успешные тестовые вызовы.
	Сети TDMA в Америке переводятся на стандарт GSM.

Стандарты мобильной связи

Стандарты играют важную роль в телекоммуникации, поскольку они:

позволяют обеспечивать взаимосвязь продукции разных производителей;

облегчают внедрение новых технологий путем создания больших рынков для общей продукции.

Процесс разработки стандартов является процессом кооперации на многих уровнях, как на национальном, так и на международном и включает в себя взаимодействие между:

- производственными организациями внутри страны;

- этими производственными организациями и их правительствами;

- национальными правительствами на международном уровне.

Первостепенной целью разработки стандартов для мобильной связи является специфицирование того, как сеть мобильной связи должна обрабатывать вызовы с телефонных аппаратов мобильной связи. Например, они включают в себя спецификацию следующих элементов:

- процедуры приема и передачи сигналов телефонными аппаратами мобильной связи;

- формат этих сигналов;

- взаимодействие сетевых узлов;

- основные сетевые услуги, которые должны быть доступны абонентам мобильной связи;

- базовая структура сети (например, соты и т.д.).

На начало 2002 года сети мобильной связи стандарта GSM занимали 71% мирового рынка услуг цифровой связи и 68% мирового рынка услуг беспроводной связи.

С тех пор, как в 1981 году был разработан первый стандарт мобильной связи NMT 450, в мире было разработано много стандартов мобильной связи. Каждый стандарт мобильной связи был разработан с целью удовлетворить конкретные требования тех стран, из которых были собраны исследовательские группы, вовлеченные в спецификацию стандартов. По этой причине несмотря на то, что стандарт мог устаивать одну страну, он мог не подходить для другой страны. Основные стандарты и основные рынки, в которых используются эти стандарты, приведены в следующей таблице:

Таблица 1-2. Основные стандарты сотовой связи

Год	Стандарт	Система мобильной связи	Технология	Первичный рынок
	NMT 450	Скандинавская мобильная телефонная связь	Аналоговая	Европа, Средний Восток
	AMPS	Усовершенствованная система мобильной связи	Аналоговая	Северная и Южная Америка
	TACS	Система связи со всеобщим доступом	Аналоговая	Европа и Китай
	NMT 900	Скандинавская мобильная телефонная связь	Аналоговая	Европа, Средний Восток
	GSM	Глобальная система для мобильной связи	Цифровая	По всему миру
	TDMA (D-AMPS) (IS136)	Множественный доступ с разделением по времени (Цифровая AMPS)	Цифровая	Северная и Южная Америка
	CDMA One (IS 95)	Множественный доступ с кодовым разделением	Цифровая	Северная Америка Корея, Китай

Год	Стандарт	Система мобильной связи	Технология	Первичный рынок
	GSM 1800	Глобальная система для мобильной связи	Цифровая	Европа
	PDC	Персональная цифровая сотовая (связь)	Цифровая	Япония
	PCS 1900	Персональные услуги связи	Цифровая	Северная Америка
	UMTS	Универсальная система мобильной связи	Цифровая	Европа
	GSM 800	Глобальная система для мобильной связи	Цифровая	Северная Америка