GSM

Изм. Лист № документа Подпись

Дата

Лист

I ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

GSM-1800 (DCS-1800) – Global System for Mobile communications–

глобальная система подвижной связи. Это цифровой стандарт с диапазоном

частот 1710-1880 MHz. Модификация стандарта GSM-900. К особенностям

этого стандарта можно отнести следующие характеристики:

" Максимальная излучаемая мощность мобильных телефонов стандарта GSM-

1800 –1W (для сравнения у GSM-900 – 2W). Высокая защита от подслушивания

и нелегального использования номера;

" Высокая емкость сети, что важно для крупных городов;

" Максимальное удаление абонента от базовой станции - 5-6 километров.

Система кодирования сигнала и использования SIM-карт аналогична стандарту

GSM-900.

1.1 Подробно о GSM

Стандарт GSM тесно связан со всеми современными стандартами

цифровых сетей, в первую очередь с ISDN (Integrated Services Digital Network) и

IN (Intelligent Network). Основные функциональные элементы GSM входят в

разрабатываемый сейчас международный стандарт глобальной системы

подвижной связи UMTS (Universal Mobile Telecommunications System).

В начале 1980-х годов началось быстрое развитие аналоговых систем сотовой

подвижной связи Европы, особенно в странах Скандинавии, Великобритании,

Франции и Германии. Каждая страна разрабатывала свою собственную

систему, несовместимую с другими как в оборудовании, так и в

предоставляемых услугах. Вследствие этого мобильное оборудование каждого

государства использовалось лишь внутри его национальных границ и имело

весьма ограниченный рынок сбыта. Таким образом возникла необходимость в

создании единого общеевропейского стандарта. В 1982 году CEPT (Conference

of European Posts and Telegraphs) в целях изучения и разработки

4


Дата

Лист

общеевропейской системы сотовой подвижной связи общего пользования

создала рабочую группу, получившую название GSM (Groupe Special Mobile).

Разрабатываемая система должна была удовлетворять следующим критериям:

" высокое качество передачи речевой информации;

" низкая стоимость оборудования и предоставляемых услуг;

" возможность поддержки портативного оборудования пользователя;

" поддержка ряда новых услуг и оборудования;

" спектральная эффективность;

" совместимость с ISDN;

" поддержка международного роуминга, т.е. возможности использования

абонентом своего мобильного телефона при перемещении в другую сеть GSM;

1.2 Немного из истории

В 1989 году дело создания GSM перешло к ETSI (European

Telecommunication Standards Institute), а в 1990 году были опубликованы

спецификации первой фазы GSM. К середине 1991 года стали поддерживаться

коммерческие услуги GSM, а к 1993 году функционировало уже 36 сетей GSM

в 22 странах, и еще 25 стран выбрали направление GSM или поставили вопрос

о его принятии. Несмотря на то, что система GSM была стандартизована в

Европе, на самом деле она не является исключительно европейским

стандартом. Сети GSM внедрены, либо планируются к внедрению почти в 60

странах Европы, Ближнего и Дальнего Востока, Африки, Южной Америки и в

Австралии. В начале 1994 года число абонентов GSM во всем мире достигло

1,3 миллиона человек. К началу 1995 года их насчитывалось уже более 5

миллионов. Акроним GSM приобрел новое значение - Global System for Mobile

communications.

Разработчики GSM выбрали неопробованную в то время цифровую систему,

противопоставив ее стандартизованным аналоговым системам сотовой

Подвижной связи, такимкак AMPS (Advanced Mobile Phone Service) вСША и

5


Дата

Лист

TACS (Total Access Communications System) вВеликобритании. Они верили в

то, что усовершенствование алгоритмов компрессии и цифровых процессоров

позволит удовлетворить первоначальные требования к системе, и она будет

развиваться по пути улучшения соотношения качество/стоимость. С самого

начала разработчики GSM стремились обеспечить совместимость сетей GSM и

ISDN по набору предлагаемых услуг. В соответствии с определениями ITU-T

(International Telecommunication Union - Telecommunications Standardization

Sector), сеть GSM может предоставлять следующие типы услуг:

" услуги по переносу информации (bearer services);

" услуги предоставления связи (teleservices);

" дополнительные услуги (supplementary services);

Самым известным направлением деятельности GSM является телефония. Так

как GSM по существу является цифровой системой передачи данных, речь

кодируется и передается в виде цифрового потока. Еще одним примером

предоставляемого сервиса является оказание экстренной помощи, когда

ближайший поставщик такого рода услуги уведомляется при помощи набора

трех цифр (например, 911). Кроме того, предоставляются разнообразные услуги

передачи данных. Абоненты GSM могут осуществлять обмен информацией с

абонентами ISDN, обычных телефонных сетей, сетей с коммутацией пакетов, и

сетей связи с коммутацией каналов, используя различные методы и протоколы

доступа, например, X.25 или X.32. Возможна передача факсимильных

сообщений, реализуемых при использовании соответствующего адаптера для

факс-аппарата. Уникальной возможностью GSM, которой не было в старых

аналоговых системах, является двунаправленная передача коротких сообщений

SMS (Short Message Service), (до 160 byte), передаваемых в режиме с

промежуточным хранением данных. Адресату, являющемуся абонентом SMS,

может быть послано сообщение, после которого отправителю посылается

подтверждение о получении. Короткие сообщения можно использовать в

режиме широковещания, например, для того, чтобы извещать абонентов об

изменении условий дорожного движения в регионе.

6


Дата

Лист

Текущие спецификации в виде дополнительных возможностей описывают

услуги по переносу информации и предоставлению связи (например,

перенаправление вызова в случае недоступности подвижного абонента), В

последствии ожидается появление новых возможностей, таких как

идентификация вызова, постановка вызова в очередь, переговоры сразу

нескольких абонентов и др. Область, накрываемая сетью GSM, разбита на соты

шестиугольной формы. Диаметр каждой шестиугольной ячейки может быть

разным - от 400m до 50km. Функции и интерфейсы элементов сети GSM

описаны в рекомендациях ETSI.

1.3 Основные компоненты

Помимо терминала MS содержит пластиковую карточку, которую

называют модулем идентификации абонента SIM (Subscriber Identity Module).

При вставке SIM-карты в другой терминал GSM абонент продолжает получать

полный комплекс услуг. Каждый терминал имеет уникальный международный

идентификатор мобильного оборудования, SIM-карта содержит

международный идентификатор мобильного абонента, секретный ключ для

аутентификации, и другую информацию. Эти идентификаторы не зависят друг

от друга, а SIM-карта защищена от несанкционированного использования

паролем либо персональным кодом. BSS тоже складывается из двух частей: из

базовой приемопередающей станции BTS (Base Transceiver Station) и

контроллера базовой станции BSC (Base Station Controller). Интерфейс Abis,

связывающий эти части, позволяет оперировать компонентами, созданными

различными производителями. Радио покрытие BSS делится на территории - их

принято называть - "соты", каждая покрывается одной BTS. BTS управляет

протоколами радиоканалов с MS. На крупной густонаселенной территории

может располагаться много BTS, и поэтому к ним предъявляются очень строгие

требования (четкость границ, надежность, переносимость и малая стоимость).

BSC управляет радио ресурсами одного или нескольких BTS, контролирует

7


Дата

Лист

предоставление радиоканала, регулировку частоты, управление

перемещаемыми из ячейки в ячейку вызовами (handover) и является связующим

звеном между подвижной станцией и MSC.

1.4 центр MSC

Как уже было отмечено, основной компонент сетевой подсистемы -

центр MSC. Он управляет подвижным абонентом: регистрирует,

идентифицирует, обновляет информацию о местонахождении, осуществляет

хендоверы, маршрутизирует вызовы при роуминге абонентов, а также

обеспечивает соединение с фиксированными сетями. Перечисленные услуги

обеспечиваются различными функциональными элементами HLR, VLR и др.,

доступ к которым возможен через сеть системы общеканальной сигнализации

SS7 (Signalling System No. 7). SS7 стандартизована на международном уровне и

предназначена для обмена сигнальной информацией в цифровых сетях связи с

цифровыми программно-управляемыми станциями. Система оптимизирована

для работы по цифровым каналам со скоростью 64 kbit/s и позволяет управлять

процессом соединения, а также передавать информацию техобслуживания и

эксплуатации. Кроме того ее можно применять в качестве надежной

транспортной системы для передачи других видов информации между

станциями и специализированными центрами в сетях телекоммуникаций. SS7

использует метод передачи сигнальной информации по специальному каналу,

общему для одного или нескольких пучков информационных каналов.

Сигнальная информация должна передаваться в правильной

последовательности, без потерь, при этом могут быть задействованы и

наземные, и спутниковые каналы. Сеть SS7 является обязательным условием

создания сети стандарта GSM. Архитектура протоколов SS7 и ее соответствие

эталонной модели взаимодействия открытых систем показаны здесь. Опорный

регистр местонахождения HLR (Home Location Register) и визитный регистр

местонахождения VLR (Visitor Location Register), вместе с MSC, обеспечивают

8


Дата

Лист

возможности маршрутизации и роуминга. HLR содержит все данные

административного характера о каждом зарегистрированном абоненте в

соответствующей данному HLR сети GSM, а также информацию о его текущем

местонахождении. Информация о местонахождении абонента, как правило,

предоставляется в виде сигнального адреса VLR, ассоциированного с

подвижной станцией. VLR содержит выборочную административную

информацию из опорного регистра, необходимую для управления вызовом и

предоставления всего комплекса услуг для каждого подвижного абонента,

который в этот момент находится в географической зоне, управляемой данным

VLR. Другие два регистра используются для обеспечения аутентификации и

безопасности.

Ширина полосы спектра для действующих в Европе сетей сотовой подвижной

связи - 890-915 MHz для восходящего звена (от подвижной станции к базовой) и

935-960 MHz для нисходящего звена (от базовой стации к подвижной).

Поскольку данные диапазоны уже использовались аналоговыми системами в

начале 80х годов, верхние 10 MHz каждой полосы зарезервированы для сети

GSM, которая еще только разрабатывается. В конце концов GSM займет всю

полосу шириной 2x25 MHz.

Поскольку радио спектр имеет ограниченные ресурсы, необходимо оптимально

распределить ширину полосы между всеми возможными пользователями.

Метод, применяемый с этой целью в GSM, - это комбинация методов

множественного доступа TDMA и FDMA (Time- and Frequency-Division

Multiple Access). Сначала полоса частот в 25 MHz делится на полосы в 200 kHz.

Каждой станции соответствует своя полоса (или несколько полос). Абоненты

полосы разделены во времени. Каждому абоненту соответствует один кадр.

Восемь кадров объединяются во фрейм. 26 фреймов, в свою очередь, образуют

мультифрейм, который повторяется циклически. Длина мультифрейма – 120

миллисекунд. На один кадр приходится 1/200 мульти фрейма, т.е. около 0.6

миллисекунды. Каналы определяются числом и позицией соответствующих им

цикличных кадров, и вся палитра повторяется приблизительно каждые 3 часа.

9


Дата

Лист

Они делятся на предписанные каналы (dedicated channels), или каналы трафика,

каждый из которых соответствует одной подвижной станции, и общие каналы

(common channels), или каналы управления, используемые подвижными

станциями в пассивном режиме.

1.5 GSM - цифровая система

GSM - система цифровая, поэтому требует оцифровывания аналоговой

речи. Метод, используемый существующими телефонными системами и сетью

ISDN для мультиплексирования аналоговых линий на высокоскоростных

каналах и оптических линиях, называется импульсно-кодовой модуляцией PCM

(Pulse Coded Modulation). Скорость выходного потока в PCM 64 kbit/sслишком

высока для передачи по радиоканалам системы GSM. Исследовательская

группа GSM изучила несколько алгоритмов кодирования речи, пока, наконец,

не остановила свой выбор на схеме кодирования RPE-LTP (Regular Pulse

Excitation-Long Term Prediction). Схема осуществляет перевод речевого потока,

поступающего со скоростью 64 kbit/s, в поток со скоростью 13 kbit/s, и обратно,

с сохранением качества передаваемого сигнала.

В отличие от фиксированных сетей, где абонентский терминал проводами

подключен к центральному офису, абонент сети GSM может перемещаться в

пределах национальной сети и за ее границами, т.е. осуществлять роуминг.

Чтобы дозвониться до подвижного абонента, необходимо набрать номер,

называемый номером подвижного абонента цифровой сети с интеграцией

служб MSISDN (Mobile Subscriber ISDN). Такой номер содержит код страны и

национальный код назначения, идентифицирующий оператора данного

абонента. Первые несколько цифр номера идентифицируют HLR абонента в его

сети подвижной связи. Входящий вызов подвижного абонента направляется для

обработки шлюзом GMSC (Gateway MSC). GMSC в основном выполняет

функции коммутатора, запрашивающего HLR абонента о получении

необходимых данных и о маршрутизации, и поэтому содержит таблицу

10


Дата

Лист

соединения номеров MSISDN с соответствующими им HLR. Номер роуминга

подвижной станции MSRN (Mobile Station Roaming Number) полностью

определяет маршрутизацию,относится к географическому плану нумерации и

никак не связан с абонентами.

11


Дата

Лист

II ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

Проектирование сотовой сети мобильной связи.

Рассчитать сотовую сеть мобильной связи согласно следующим данным:

i = 2

j = 2

R = 12км

Система – GSM 1800

ΔF1 = 1760-1785MHz

ΔF2 = 1855-1880MHz

Δfc= 0,2MHz

Дуплексный канал, набор канала 5

Проектирование сотовой мобильной связи допускается при соблюдении

условия (1)

(1)

MHz

MHz

[MHz]

12


Дата

Лист

2.1 Расчет общего количества каналов.

(2)

где

ΔF1 – диапазон частот от ME к BS.

ΔF2 – диапазон частот от BS к ME.

Δfс – ширина полосы канала.

Подставив численные значения в формулу (2), получим:

[канала]

В системах GSM 1 канал трафика используется для формирования защитных

полос.

Ntr=N-1=125-1=124(каналов )

Из формулы (2) видно, что будут использоваться 124 целых канала.

Так как в GSM есть защитные полосы, общее количество каналов равно 125, а

количеству каналов 124 канала.

2.2 Расчет количества сот в одном cluster-е.

Количество сот в одном кластере рассчитывается по формуле (3).

13


Дата

Лист

(3)

где

k – количество сот в cluster-e.

i – вектор передвижения.

j – вектор передвижения.


[сот]

Полученный clusterсостоит из 12 сот.

Рассчитываем количество каналов в одной соте по следующей формуле:

(4)

где

M–Количествоканалов в одной соте

N – Общее количество каналов сети

k – Количество сот в одном cluster-e

Подставив численные значения в выражение (4), получим:

[каналов]

14


Дата

Лист

Из формулы (6) видно, что в некоторых сотах clusterа используются поM

наборов каналов = 10, а в остальных по M+1 наборов каналов = 11.

2.2 Расчет расстояния повторного использование частоты по двум

формулам.

Расчет расстояния повторного использование частоты по первой

формуле:

(5)

где

D – Расстояние повторного использование частоты

R – Радиус соты[km]

k – Количество сот в одном cluster-e


[km]

Расчет расстояния повторного использование частоты по второй

формуле:

(6)

где

D – Расстояние повторного использование частоты

R – Радиус соты [km]

x1, x2, y1, y2–координаты точек P1 и P2(P1(4,6), P2(8,4)).

Подставив численные значения в формулу(6), получим:

15


Дата

Лист

[km]

2.3 Формирование набора каналов по алгоритму фиксированного

распределения каналов.

Табличным алгоритмом построим наборы каналов, где количество столбцов

равно количеству сот в clustere.

Таблица 1 Формирования наборов каналов по алгоритму фиксированного

распределения каналов.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 121 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1213 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

294153657789101

109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120121 122 123 124

В состав набора каналов № 5 входят каналы –

5,17,29,41,53,65,77,89,101,113

2.4 Распределение сот в cluster и за его пределами.

При распределении каналов среди сот cluster-a. необходимо учитывать

следующие условия:

1. Между образованными cluster-ами не должны оставаться соты,

которым не были назначены каналы;

16


Дата

Лист

2. На покрываемой территории не должно быть соты, в которой

распределено 2 и более набора каналов.

3. На покрываемой территории в соседних сотах (в одном cluster-e. или

между cluster-ами) не должны использоваться соседние наборы

каналов (например, рядом с набором каналов №4 не должно быть

соты с набором каналов №3 и №5).

На рисунке 3 показано распределение сот в cluster-eи за его пределами.

P1(4,6), P2(8,4)

Рисунок 3 Распределение сот в cluster-е

17

1 2 3 4 124

5 5

5

BS ME


Дата

Лист

[km]

2.5 Формирование частотного плана системы.

2.6 5

Рисунок 4 Частотный план системы GSM-1800

18

Fн5ME-BS= 1761 MHz

F [MHz]

Fн5BS -ME = 1856 MHz

F [MHz]

F [MHz]

Fн2ME-BS= 1760.4 MHz




Fн124ME-BS= 17484.6 MHz

1 2 3 4 124

Fн1BS -ME = 1855.2MHz

ME BS

1760 MHz Fн2BS -ME = 1855.4 MHz

Fн3BS -ME = 1855.6 MHz

Fн4BS -ME = 1855.8 MHz

Fн124BS -ME=1879.6MHz

1785 MHz

1855 MHz1880 MHz


Дата

Лист

Расстояние по частоте между несущими частотами симплексных каналов

одного канала duplexрассчитывается по формуле (16).

(7)

Подставив числовые значения в формулу (7), получим:

2.7 Расчет емкости проектируемой сети.

Для расчета емкости проектируемой сети рассчитаем площадь соты по

формуле (8).

(8)

где R - радиус соты.

Подставив численные значения в формулу (8), получим

Рассчитаем общую площадь clusterа по формуле (9)

(9)

19


Дата

Лист

Подставив числовые значения в формулу (9), получим:

Рассчитаем L количество cluster-ов необходимых для обслуживания

территории Республики Молдова по формуле (10).

(10)

где L – количество clusterов для обслуживания Республики Молдова.

Подставив численные значения в формулу (10), получим

Рассчитаем емкость проектируемой сетиC, по формуле (11)

(11)

Подставив численные значения, получим:

[абонентов]

20


Дата

Лист

ВЫВОДЫ:

В ходе индивидуального здания были рассчитаны параметры сотовой

сети мобильной связи, основанной на системе GSM 1800 в диапазоне частот от

MEк BS,равной ΔF1 = 1760-1785 MHzи от BSк ME, равной ΔF2 =1855-1880 MHz

с шириной полосы канала, равной Δfc= 0,2MHz

1) По формуле было рассчитано количество каналов,

подставив численные значения в формулу, я получила 125 каналов, но так

как во всех системах GSM используются один канал для формирования

защитных полос, общее количество каналов трафика будет равно 124

канала.

2) Затем, я рассчитал количество сот в одном кластере, рассчитывается по

формуле и полученный cluster состоит из 12 сот. Также

в этом пункте рассчитываем количество каналов трафика в одной соте по

следующей формуле: = 10.333каналов. Из формулы видно,

что параметр получился дробным числом, в этом случае в

некоторых сотах cluster-a , будет использоваться количество каналов

трафика равное целой части параметра: = 10 ,а в других сотах

будет использоваться количество каналов трафика равное целой части:

+1= 11

3) Далее я рассчитывал расстояние повторного использования частоты по

двум формулам: ;

и получил что

расстояние повторного использования частоты равно 72 km.

4) Затем я сделал формирование набора каналов по алгоритму

фиксированного распределения каналов. Табличным алгоритмом

построила наборы каналов, где количество столбцов равно количеству

сот в cluster-e. По-скольку в задании указан набор канало № 5, я

получила: в состав набора каналов № 5 входят каналы – 21


Дата

Лист

5,17,29,41,53,65,77,89,101,113.В сотах с 1-4 будут использоваться набор

каналов, состоящий из 11 каналов, а в сотах с 5-12 используется по 10

канала.

5) После этого я построил в программе Microsoft Visio распределение сот в

cluster-e и за его пределами, а также формирование частотного плана

системы.

6) Следующий этап это расчет емкости проектируемой сети. Для расчета

емкости проектируемой сети рассчитаем площадь соты по формуле

, я получил 374,123, затем рассчитал L количество clusters

необходимых для обслуживания территории Республики Молдова по

формуле : =7,5389. И последний этап это расчёт

емкость проектируемой сети C, по формуле C=N*L*8, подставив

численные значения, получила :7478 абонентов.

22


Дата

Лист

ЛИТЕРАТУРА:

http://doc.aceweb.ru/full_1_34_modered.html

23

http://doc.aceweb.ru/full_1_34_modered.html

GSM

Documents

mobile communications

global system

isdn

hlr

mhz

bts

gsm

64 kbit