Навигация
Загальна характеристика стандарту GSM
21325
знаков
1
таблица
6
изображений
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.
Однією з особливостей формування сигналів у стандарті GSM є використання повільних стрибків по частоті в процесі сеансу зв'язку - SFH (Slow Frequency Hopping). Головне призначення таких стрибків - забезпечення частотного рознесення в радіоканалах, що функціонують в умовах багатопроменевого поширення радіохвиль. Повільні стрибки частоти використовуються у всіх мобільних мережах, що підвищує ефективність кодування і перемеження при повільному русі абонентських станцій.
Принцип формування повільних стрибків по частоті полягає в тому, що повідомлення, передане у виділеному абоненту тимчасовому інтервалі TDMA- кадру 0,577 мс, у кожнім наступному кадрі передається (приймається) на новій фіксованій частоті (мал. 3.2). У відповідності зі структурою кадрів час для перебудови частоти складає близько 1 мс.
Мал. 3.2. Комбінована TDMA/FDMA схема організації каналів зв'язку у стандарті GSM і принцип формування повільних стрибків по частоті.
У процесі стрибків по частоті постійно зберігається рознос 45 МГц між каналами прийому і передачі (див. мал. 3.2). Всім активним абонентам, що знаходяться в одному стільнику, ставляться у відповідність непересічні послідовності переключення частот, що виключає взаємні перешкоди при прийомі повідомлень абонентами. Параметри послідовності переключень частот (частотно-тимчасова матриця і початкова частота) призначаються для кожної мобільної станції в процесі встановлення каналу зв'язку.
Список використаної літератури
1. "Global radionavigation – the next 50 years and beyond". Benkers John M. J., Navigation. 2000. 53, №2, стор. 207-214, 1іл, Бібл. 6.
2. M.Mouly, M.B.Pautet. The GSM System for Mobile Communications. 1992.
3. Ю.А. Громаков. Сотовые системы подвижной радиосвязи. Технологии электронных коммуникаций. Том 48. "Эко-Трендз". Москва. 1994.
4. A. Mehrotra. Cellular Radio: Analog and Digital Systems. Artech House, Boston-London. 1994.
5. Ю.А. Громаков. Структура TDMA кадров и формирование сигналов в стандарте GSM. "Электросвязь". N 10. 1993.
6. W. Heger. GSM vs. CDMA. GSM Global System for Mobile Communications. Proceedings of the GSM Promotion Seminar 1994 GSM MoU Group in Cooperation with ETSI GSM Members. 15 December 1994.
7. Мир связи CONNECT № 7/2004
8. ISO/Draft International Standard: GDF – Geographic Data Files. – Version 4.0 – ISO/TC 204/WG3: CD. – 2001. – Р. 02–14.
Похожие работы
... частот різної ширини, з'єднуючи кілька каналів в одну несучу. Для цілей передачі даних досягаються захищені від помилок чисті швидкості в n x 24 кбіт/с максимально до 552 кбіт/с, при цьому, як обговорено стандартом DECT, забезпечується повна безпека. 3.1.2 Використання радіоспектру При використанні принципу MC/TDMA/TDD для базового DECT (частотні і тимчасові виміри), пристроєві DECT у будь- ...
... , клавіатури, тримача документів. Принтер треба розташувати так, щоб доступ до нього користувача та його колег був зручним. Висновки Результатом даного дипломного проекту є спроектований та впроводжений апаратно-програмний комплекс GSM↔MTM. Реалізована можливість двостороннього зв’язку між мережами GSM та MTM, комплекс реалізує персональну тарифікацію для кожного абонента та напрямки ...
... 4. Як графічно позначаються польові транзистори? Інструкційна картка №9 для самостійного опрацювання навчального матеріалу з дисципліни «Основи електроніки та мікропроцесорної техніки» І. Тема: 2 Електронні прилади 2.4 Електровакуумні та іонні прилади Мета: Формування потреби безперервного, самостійного поповнення знань; розвиток творчих здібностей та активізації розумово ...
... цим хвилям (гора, будинок, опуклість Землі та ін.). Тому, УКХ використовують в основному для радіорелейного зв’язку, телебачення, супутникового зв’язку, а також в радіолокації. Радіорелейний зв’я́зок — радіозв’язок по лінії, утвореною ланцюжком приймально-передавальних (ретрансляційних) радіостанцій. Наземний радіорелейний зв'язок здійснюється звичайно на деци- і сантиметрових хвилях.Антени ...
0 комментариев