Сотовая связь стандарта GSM

Впервые акроним GSM был использован в 1982 г. и означал Groupe Speciale Mobile – французское название рабочей группы CEPT (Сonference des administrations Europennes des Postes et Telecommunications – Европейская администрация почты и электросвязи).

Перед рабочей группой CEPT стояла задача разработки спецификаций нового цифрового стандарта мобильной связи в диапазоне 900 МГц. Со временем (1989 г.) эти работы из CEPT перешли в новую организацию ETSI.

Днем рождения GSM считается 01.07.1991 г. – в г. Хельсинки (Финляндия) был сделан первый телефонный вызов в этой системе.

Значение акронима GSM изменилось и стало означать Global System for Mobile Communications.

«GSM Казахстан» - оператор сотовой связи стандарта GSM 900, предоставляющий услуги под брендами «Activ» и «Kcell». Основан 30.09.1998 г. Акционеры «GSM Казахстан» - национальный оператор связи АО «Казахтелеком» и финcко-шведо-турецкая компания «FinTur».

Первым среди операторов Казахстана осуществил коммерческий запуск услуги «Мобильное видео», услуг на основе GPRS (MMS, WAP, Мобильный Интернет).

Сети систем радиосвязи в технической литературе называются сетями подвижной, мобильной и сотовой связи. Все названия используются как синонимы, однако в этом вопросе намечаются некоторые расхождения.

Беспроводные технологии активно осваивают рынок ноутбуков и ПК, пользователям которых необходима высокая скорость передачи при ограниченной мобильности как в скорости передвижения и так и в непрерывности связи.

Исходя из этого, мобильным можно назвать все, что можно перенести и через что можно войти в сеть связи в любом месте.

Подвижной сетью можно назвать традиционную сотовую связь.

Термин сотовая (cellular) означает разделение сети на ячейки – соты (географических участков). Каждой соте назначается частотный диапазон, который можно использовать и в других сотах.

В каждой соте имеется базовая станция, которая содержит радиопередающее и радиопринимающее оборудование и обеспечивает радиосвязь с мобильными телефонами, оказавшимися территориально в этой соте.

Рисунок 18. Соты в системе мобильной (подвижной) связи

Зона охвата соты зависит от ряда факторов:

мощности передатчика базовой станции;

мощности мобильного телефона;

высоты антенны базовой станции;

топологии местности.

Размеры сот варьируются и потому, каждая сота может обслуживать только ограниченное количество сотовых телефонов, которые называются мобильными терминалами, мобильным оборудованием МЕ, мобильными станциями MS.

Количество мобильных терминалов составляет 600 – 800. Соты становятся меньше в зонах с более высокой плотностью населения. Охват соты лежит в пределах от 100 м до десятков километров.

Выбор шестиугольной формы соты объясняется следующим.

Квадратная сота (соответствующая кварталам города) со стороной будет иметь четыре граничащие с ней стороны на расстоянии от ее центра до центров этих четырех ячеек.

Центры каждой из четырех ячеек, граничащих с ячейкой, будут располагаться от центра рассматриваемой ячейки на расстоянии .

Такая конфигурация создает проблемы при переключении на новую антенну абонента при его движении от центра ячейки.

Для эффективного переключения желательно, чтобы центры всех ячеек были на одинаковом расстоянии друг от друга. Это достигается при шестиугольной конфигурации.

При шестиугольной конфигурации ячейки расстояния между центрами ячеек будет равно . Антенны базовой станции BS будут находиться на одинаковом расстоянии друг от друга вне зависимости от направления перемещения мобльного абонента.

Рассматривая архитектуру и функциональные возможности сети GSM, будем иметь в виду, что именно GSM является фундаментом ряда более совершенных технологий поколения 2,5G, GPRS.

Сеть GSM состоит из следующих основных конструктивных блоков:

1. Приемопередающая BS;

2. Контроллер BS;

3. Блок перекодировки и аддаптации скорости передачи TRAU (Transcoding and Rate Adaptation Unit).

4. Центр коммутации MSC.

5. Домашний регистр HLR (Home Location Register) – сетевая база данных, в которой хранятся справочные данные об абонентах, постоянно зарегистрированных в зоне, которую контролирует HLR (адреса, информация об услугах).

6. Гостевой регистр VLR (Visitor Location Register) – сетевая база данных, в которой хранится информация о перемещениях абонентов. Накопленная информация хранится до тех пор, пока абонент находится в зоне, контролируемой MSC.

7. Регистр идентификации оборудования EIR (Equipment Identity Register).

8. Центр аутентификации AuC (Authentication Center).

Рисунок 18. Архитектура системы GSM 2G

С целью изучения удобно рассмотреть технологию GSM-900, так как эта технология после незначительной модификации используется в GSM-1800 и GSM-1900. GSM-1900 в США используется также под названием PSC-1900 (Personal Communication Services). GSM-1800 отличается от GSM-900 меньшей мощностью базовых станций BS, мобильных терминалов MS и меньшим размером сот.

Рассмотрим принцип работы технологии GSM (рисунок 18).

Мобильный терминал MS (mobile station) связывается через радиоинтерфейс с базовой приемоперадающей станцией BTS (Base Transceiver Station).

MS состоит из двух частей: самой трубки, т.е. мобильным оборудованием (терминалом) ME (Mobile Equipment) и SIM-карты (Subscriber Identity Module).

SIM-карта – это микроконтроллер, размещенный в небольшом куске пластика, хранящий программу работы с сетью GSM и информацию об абоненте и операторе связи.

Станция BTS соеденены с контролером базовой станции BSC (Base Station Controller), который обеспечивает ряд функций, связанных:

с управлением радиоресурсом RR (Radio Resource);

с поддержкой мобильности MM (Mobile Management) в зоне охвата станций BTS;

ряд функций эксплуатационного управления всей радиосетью.

Станции BTS и контроллеры базовой станции BSC образуют подсистему базовой станции BSS (Base Station Subsystem). BSS обеспечивает радиодоступ для мобильного терминала ME.

Остальные сетевые элементы отвечают за функции управления и за базы данных, необходимые для установления соединения в сети GSM, например, шифрование, аутентификацию и роуминг.

Контроллер базовых станций BSC – это сетевой элемент, являющийся ядром подсистемы радиосети (BSS) сотовой связи стандарта GSM.

SIM-карта (Subscriber Identity Module) – это модуль идентификации абонента, пластиковая карта, вставляемая в мобильный терминал МЕ и обеспечивающий возможность санкционированного доступа в сеть мобильной (сотовой) связи.

Микрочип SIM-карты имеет размеры 85,5×54×0,76 мм, универсален для разных мобильных устройств. Защищена специальным паролем или персональным идентификационным номером, содержит уникальный международный идентификатор абонента IMSI (International Mobile Subscriber Identity).

Несколько BS присоединены к контроллеру базовой станций BSC (Base Station Controller), который содержит логику управления каждой из этих станций.

Все BSC присоединены к центру коммутации подвижной связи МSC (Mobile Switching Center), который управляет установлением соединений к мобильным абонентам и от них.

Центр МSC представляет функциональные возможности стандартного коммутатора и, дополнительно, ряд специальных функций для мобильной связи.

К этим функциям, в частности, относится, функции хэндовера и роуминга.

Функция хэндовера (handover или handoff) заключается в перепоручении новой соте управления обслуживания вызова во время соединения мобильного абонента при перемещении из одной соты в другую.

Фактически хэндовер означает переключение абонента с одно радиоканала и (или) временного интервала на другой, без уведомления абонента об этом изменении.

Если интенсивность сигнала падает ниже заданного уровня (пользователь перемещается в другую соту или приближается к границе текущей соты), то проверяется, не принимает ли соседняя сота сигнал с более высоким уровнем.

При подтверждении этого обслуживание мобильного абонента переключается на эту соту.

В современных технологиях для этого используется метод MAHO (Mobile Assisted Handover), в котором мобильный терминал сам периодических измеряет уровень сигнала и качество сигналов, принятых как от обслуживающего BS, так и от соседних, и передает в сеть соответствующее сообщение.

От характера этого сообщения зависит принятие решения: нужно ли производить хэндовер или нет.

При технологии подвижной связи абонент перемещается из соты в соту в пределах сети, а так же из одной сети в другую. Перемещение (местонахождение) необходимо отслеживать с определенной точностью, чтобы адресовать ему вызовы (сообщение).

Задача эта решается следующим образом.

1. Абонент первоначально включает свой мобильный терминал.

Устройство самостоятельно посылает регистрационное сообщение к местному центру MSC. В состав сообщения входит уникальный идентификатор абонента.

На основе его центр MSC может определить регистр HLR, которому принадлежит абонент и передать регистрационное сообщение в регистр HLR, чтобы информировать его о том, какой центр MSC в данное время обслуживает абонента.

В состав сообщения входит уникальный идентификатор абонента.

На основе его центр MSC может определить регистр HLR, которому принадлежит абонент и передать регистрационное сообщение в регистр HLR, чтобы информировать его о том, какой центр MSC в данное время обслуживает абонента.

2. Регистр HLR – передает сообщение отмены регистрации в тот центр MSC, который до этого обслуживал этого абонента (если таковой имеется), и посылает подтверждение в новый обслуживающий центр MSC.

В каждой трубке хранятся 15 цифр идентификатора IMEI (International Mobile Equipment Identity) – уникальный международный идентификатор мобильного терминала или 16 цифр IMEISV (International Mobile Equipment Identity and Software Version Number) – уникальный международный идентификатор мобильного терминала и номер версии программного обеспечения (ПО).

Чтобы узнать IMEI своего мобильного телефона, введите комбинацию «*#06#». Полезно записать этот номер на тот случай, если мобильный телефон будет похищен.

В регистре EIR хранятся три списка – черный, серый и белый.

В черном списке может находиться и полный номер IMEI и номер IMEISV. Если полный номер IMEI появляются в черном списке, значит вызовы с этого мобильного терминала запрещены.

Если эти значения появляются в сером списке, то вызовы могут быть разрешены. Но могут быть и запрещены по усмотрению Оператора.

Когда эти значения появляются в белом списке, вызовы разрешены.

В белом списке содержатся все серии идентификационных номеров оборудования для различных стран.

В черном списке содержатся идентификационные номера мобильных аппаратов, запрещенных к использованию в данной сети.

В сером списке содержится информация о дефектном или нелицензированном (несертификацированном) оборудовании.

Аутентификация (англ. authentication) – проверка принадлежности субъекту доступа предъявленного им идентификатора.

Аутентификацию не следует путать с идентификацией и авторизацией.