Текст
Громаков Ю.А.
Стандарты
и системы
подвижной
радиосвязи
ЭКО-ТРЕНДЗ
Москва, 1998
ИНЖГЛЕРНА'Я ЭЯЦ! ‘кЛОГЕДИЯ
Lew
УДК 621.396.2
621.39693
В предлагаемой читателям книге рассмотрены состояние и тенденции развития со-
временных систем подвижной радиосвязи, использующих стандарты и рекомендации
Европейского института стандартов связи (ETSI), Международного союза электросвязи
(ITU), Европейской конференции администраций почт и связи (СЕРТ), а также ряда на-
циональных стандартов США и Японии.
Приводятся частотные планы, протоколы связи, функциональные схемы и техниче-
ские характеристики основных существующих и перспективных систем профессиональ-
ной радиосвязи, включая системы транкинговой связи с протоколами МРТ1327 и
TETRA; системы персонального радиовызова с протоколами POCSAG, ERMES, FLEX;
системы цифровой сотовой радиосвязи стандартов GSM; DCS 1800; D-AMPS (IS-54) и
JDC, сотовые системы связи с кодовым разделением каналов - CDMA (IS-95), системы
и стандарты беспроводных телефонов CTI, СТ2, СТЗ, DECT, PACS и PHS. В
приложениях приведены справочные данные по структуре рекомендаций стандарта
GSM, а также аббревиатуры и обозначения, принятые в стандартах и технических
материалах по подвижной связи.
ISBN 6-88405-009-7
© Громаков Ю.А.
СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
ВВЕДЕНИЕ...................................................................................7
Глава 1 ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ.....................................10
1.1 Общие вопросы развития профессиональных систем подвижной радиосвязи.........10
1.2 Стандарты МРТ на системы транкинговой радиосвязи............................16
1.3 Стандарт МРТ 1327 на сигнализацию в системах транкинговой радиосвязи........18
1.4 Стандарты МРТ 1347 и МРТ 1343 на радиоинтерфейсы систем транкинговой связи..18
1 5 Протокол доступа к подвижной сети радиосвязи МАР 27 .....................20
1.6 Многосетевая система транкинговой подвижной радиосвязи фирмы E.F.Johnson Со.20
1.7 Системы транкинговой подвижной радиосвязи фирмы Motorola....................25
1.8 Система транкинговой связи EDACS фирмы Ericsson.............................31
1.9 Общеевропейская транкинговая система подвижной радиосвязи стандарта TETRA...34
Литература к Главе 1............................................................38
Глава 2 СИСТЕМЫ ПЕРСОНАЛЬНОГО РАДИОВЫЗОВА....................................39
2.1 Современный рынок систем персонального радиовызова..........................39
2.2 Действующие и перспективные системы персонального радиовызова...............40
2.3 Код POCSAG для систем персонального радиовызова.............................41
2.4 Код ERMES для нового поколения СПРВ.........................................44
2.5 Сравнение систем персонального радиовызова POCSAG и ERMES...................46
2.6 Код FLEX фирмы Motorola для систем персонального радиовызова................49
Литература к Главе 2............................................................52
Глава 3 СИСТЕМЫ СОТОВОЙ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ.............................................53
3.1 Стандарты сотовых систем подвижной радиосвязи...............................53
3.2 Особенности построения цифровых ССПС с макросотовой структурой..............59
3.3 Микросотовая структура систем подвижной связи...................... 61
3.4 Перспективные ССПС..........................................................63
Литература к Главе 3............................................................65
Глава 4 АНАЛОГОВАЯ СОТОВАЯ СИСТЕМА ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
СТАНДАРТА NMT-450........................................................................67
4.1 Принципы организации ССПС стандарта NMT-450.................................67
4.2 Диапазон рабочих частот.....................................................69
4 3 Осуществление соединения.................................................69
4.4 Нумерация и соединение......................................................70
4.5 Сравнение характеристик стандартов NMT-450 и NMT-900........................72
Литература к Главе 4...........................................................75
Глава 5 АНАЛОГОВАЯ СОТОВАЯ СИСТЕМА ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ ЕМХ-2500
ФИРМЫ MOTOROLA ДЛЯ СТАНДАРТОВ AMPS, TACS, E-TACS, J-TACS................................76
5.1 Структурная схема ССПС ЕМХ-2500.............................................76
5.2 Частотные планы ССПС стандартов AMPS, TACS, E-TACS, J-TACS..................76
Литература к Главе 5............................................................66
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
3
Глава 6 ЦИФРОВАЯ СОТОВАЯ СИСТЕМА ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ СТАНДАРТА GSM.......................87
6.1 Общие характеристики стандарта GSM.........................................87
6 2 Структурная схема и состав оборудования сетей связи....................88
6.3 Сетевые и радиоинтерфейсы..................................................95
6.4 Структура служб и передача данных в стандарте GSM..........................96
6.5 Терминальное оборудование и адаптеры подвижной станции.....................98
6.6 Структура TDMA-кадров и формирование сигналов в стандарте GSM..............99
Литература к Главе 6...........................................................106
Глава 7 ОРГАНИЗАЦИЯ ФИЗИЧЕСКИХ И ЛОГИЧЕСКИХ КАНАЛОВ В СТАНДАРТЕ GSM.................... 107
7.1 Частотный план стандарта GSM..............................................107
7.2 Структура логических каналов связи........................................107
7.3 Структура логических каналов управления...................................110
7.4 Организация физических каналов........................................... 111
7.5 Модуляция радиосигнала....................................................115
Литература к Главе 7...........................................................118
Глава 8 КОДИРОВАНИЕ И ПЕРЕМЕЖЕНИЕ В КАНАЛАХ СВЯЗИ И УПРАВЛЕНИЯ
СТАНДАРТА GSM.......................................................................... 119
8.1 Общая структурная схема кодирования и перемежения в стандарте GSM.........119
8.2 Сверточное кодирование и перемежение в полноскоростном речевом канале ....120
8.3 Кодирование и перемежение в полноскоростном канале передачи данных........125
8.4 Кодирование и перемежение в каналах управления............................125
Литература к Главе 8...........................................................132
Глава 9 ОБРАБОТКА РЕЧИ В СТАНДАРТЕ GSM................................................. 133
9.1 Общее описание процессов обработки речи...................................133
9 2 Выбор речевого кодека для стандарта GSM...............................133
9.3 Алгоритм работы и структурная схема речевого RPE/LTP-LPC кодека...........136
9.4 Детектор активности речи..................................................137
9.5 Формирование комфортного шума.............................................138
9.6 Экстраполяция потерянного речевого кадра..................................138
Литература к Главе 9...........................................................139
Глава 10 АСПЕКТЫ БЕЗОПАСНОСТИ В СТАНДАРТЕ GSM.......................................... 140
10.1 Общее описание характеристик безопасности.................................140
10.2 Механизмы аутентификации..................................................142
10.3 Секретность передачи данных.............................................. 142
10.4 Обеспечение секретности абонента..........................................144
10.5 Обеспечение секретности в процедуре корректировки местоположения..........144
10.6 Общий состав секретной информации
и ее распределение в аппаратных средствах GSM..................................146
10.7 Обеспечение секретности при обмене сообщениями между HLR, VLR и MSC.......146
10 8 Модуль подлинности абонента ............................................147
Литература к Главе 10..........................................................147
Глава 11 УПРАВЛЕНИЕ СЕТЯМИ СВЯЗИ В СТАНДАРТЕ GSM....................................... 148
11.1 Задачи системы сетевого управления........................................148
11.2 Принципы построения системы сетевого управления...........................148
11.3 Распределение функций сетевого управления в GSM ..........................150
11.4 Стандартные интерфейсы в системе сетевого управления GSM..................151
Литрпатуоа к Главе 11 .. .... 154
4
Глава 12 ЦИФРОВАЯ СОТОВАЯ СИСТЕМА ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ США
СТАНДАРТА D-AMPS.................................................................. 155
12.1 Общий подход к развитию цифровых сотовых систем в США...................155
12.2 Структурная схема, характеристики и радиоинтерфейс D-AMPS...............156
Литература к Главе 12........................................................161
Глава 13 ЦИФРОВАЯ СОТОВАЯ СИСТЕМА ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ ЯПОНИИ JDC................... 162
13.1 Структурная схема, характеристики и радиоинтерфейс JDC.................162
13.2 Общие принципы организации ССПС JDC....................................162
Литература к Главе 13........................................................166
Глава 14 ЦИФРОВЫЕ СОТОВЫЕ СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
С КОДОВЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ....................................................... 167
14 1 Принципы кодового разделения каналов...................................167
14.2 Сотовая система подвижной радиосвязи с кодовым разделением каналов
стандарта IS-95..........................................................<^171
14.3 Аспекты безопасности в стандарте IS-95.................................185
14.4 Подвижная станция стандарта IS-95......................................186
14.5 Базовая станция стандарта IS-95........................................186
14.6 Оборудование Motorola SC 9600, SC 2400 с “суперсотовой" архитектурой
для сетей связи CDMA.......................................................189
14.7 Применение CDMA в системах беспроводной связи типа WiLL................190
14.8 CODIT - перспективная система с кодовым разделением каналов............191
Литература к Главе 14.......................................................195
Глава 15 СИСТЕМЫ БЕСПРОВОДНЫХ ТЕЛЕФОНОВ............................................. 197
15.1 Стандарты систем беспроводных телефонов общего пользования..............197
15.2 Стандарт CT2/CAI на системы беспроводных телефонов общего пользования...200
15.3 Система цифрового беспроводного телефона DCT-900 Ericsson..............205
15.4 Системы беспроводной связи европейского стандарта DECT
и их взаимодействие с GSM...................................................207
15.5 PACS - система беспроводной связи общего доступа в США.................212
15.6 PHS - система беспроводной персональной связи в Японии.................219
Литература к Главе 15.......................................................221
ЗАКЛЮЧЕНИЕ...........................................................................222
Приложение 1 СТРУКТУРА РЕКОМЕНДАЦИЙ СТАНДАРТА GSM ...................................226
Приложение 2 АББРЕВИАТУРЫ И ОБОЗНАЧЕНИЯ .............................................230
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
5
ЭК^ТРЕНДЗ В 1998 году
Информационно-технический центр U3()UCAl H()(ihlC KHUc.ll
Новые книги
по телекоммуникациям
для профессионалов
ТЭК - «Технологии электронных коммуникаций»
1. О.М. Денисьева, Д.Г. Мирошников.
СРЕДСТВА СВЯЗИ ДЛЯ «ПОСЛЕДНЕЙ МИЛИ»
2. К.М. Великанов и др.
СЕТИ СВЯЗИ С БЕСПРОВОДНЫМ ДОСТУПОМ
3. 1О.А. Громаков
СОТОВЫЕ СИСТЕМЫ СТАНДАРТА GSM
4. А.А. Смирнов и др.
РАЗВИТИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМ СВЯЗИ
5. К.Г. Князев, А.А. Рождественский
УПРАВЛЕНИЕ СЕТЯМИ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ
6. В.А. Гордеев, М.В. Рыбаченков
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ ПОСТРОЕНИЯ
TPAI1КИI1ГОВЫХ СИСТЕМ
7. И.И Резникова
МЕТОДЫ МАРКЕТИНГА ДЛЯ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ
8. И.Г. Смирнов
СТРУКТУРИРОВАННЫЕ КАБЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ
9. С.В. Клименко, И.В. Крохин, 10.Л. Лагутин
ЭЛЕКТР0Н11ЫЙ ДОКУМЕ11ТООБОРОТ В КОМ!1ЫОТЕР11ЫХ СЕТЯХ
10. Б.А Феденко, И.В. Макаров
БЕЗОПАСНОСТЬ КОМПЬЮ ТЕРНЫХ СЕТЕЙ
1 1. Ю.С. I Ыколаенко и др.
БЕ3011АСНОСТБ СИС ТЕМ СВЯЗИ
12. С.Г. Синев и др.
НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СЕТЯХ
13. В.М. Хаббибулин
ЭЛЕКТРОНИКА И СВЯЗЬ НА СОВРЕМЕННОМ ПРЕДПРИЯТИИ
14. К).И. Емельянов, А.Е. Крупнов, И.А. Мамзелев
СЕРТИФИКАЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ И УСЛУГ СВЯЗИ
15. А.И. Назаров и др.
ТИПОВЫЕ РЕШЕНИЯ В КОРПОРАТИВНЫХ СЕТЯХ
16. И.Г. Бакланов
ЭНЦИКЛОПЕДИЯ ИЗМЕРЕНИЙ В СИСТЕМАХ СВЯЗИ
По вопросам приобретения обращайтесь в ИТЦ «Эко-Трендз»
103473. Москва. 2-й Щемиловский пер., д. 4 5, Издательство «Радио и Связь».
И ТЦ «Эко-Трендз». Tea Факс: (095)978-48-36
ВВЕДЕНИЕ
Рынок подвижной радиосвязи переживает во всем мире стремительное развитие. До 1995
года только в Европе рынок подвижной радиосвязи охватывал около 15 млн. абонентов с ежегод-
ным оборотом более 8 млрд, долларов. Глобальной стратегией развития подвижной радиосвязи
является разработка и внедрение единых международных стандартов и создание на их основе ме-
ждународных и глобальных сетей общего пользования.
В настоящее время доминирующее положение на рынке подвижной радиосвязи занимают:
- профессиональные (частные) системы подвижной радиосвязи (PMR, PAMR);
- системы персонального радиовызова (Paging Systems);
- системы сотовой подвижной радиосвязи (Cellular Radio Systems);
- системы беспроводных телефонов (Cordless Telephony).
Профессиональные системы подвижной радиосвязи создавались и развивались в России в
интересах обеспечения служебной деятельности государственных структур, правоохранительных
органов, промышленных групп и других организаций. В течение ряда лет в России были разрабо-
таны и использовались комплексы оборудования радиосвязи “Лен”, “Колос”, “Гранит”, “Вилия “ и
другие. В последние годы развитие профессиональных систем подвижной радиосвязи было на-
правлено на расширение их функциональных возможностей, видов услуг, улучшение качественных
характеристик и конфиденциальности связи. Были разработаны комплексы оборудования аналого-
вой симплексной и дуплексной радиосвязи “Маяк", "Сапфир”, “Сигнал”, “Заря”, “Роса”. Были соз-
даны первые цифровые и цифро-аналоговые радиостанции с автоматическим поиском свободного
канала связи, цифровой маскировкой или шифрованием передаваемых сообщений “Альфа”, “Риф”
и другие. Общие тенденции развития отечественных профессиональных систем подвижной радио-
связи отвечали современному мировому уровню развития подвижной связи, однако они разраба-
тывались в соответствии со стандартами России и не были ориентированы на западные стандар-
ты, где уже наметилась тенденция международной стандартизации и унификации оборудования
профессиональной подвижной радиосвязи (PMR и PAMR). В результате большинство производите-
лей подвижной радиосвязи PMR и PAMR обеспечивают совместимость оборудования при работе в
составе систем связи, построенных на единых стандартах. Общий рынок систем и оборудования
PMR и PAMR позволил разработать унифицированную элементную базу, массовый выпуск которой
обеспечил ее высокую надежность и значительное снижение цен на эту продукцию. В результате
ежегодный рост количества абонентов PMR и PAMR в западных странах составляет около 25%.
Начало внедрения систем персонального радиовызова (СПРВ) в нашей стране относится к
1980 г., когда в Москве в период летних Олимпийских игр была открыта СПРВ на основе оборудо-
вания фирмы Multi-Tone (Великобритания). Система работала на частотах около 43 МГц.
Второй этап развития СПРВ в России относится к осени 1993 года, когда практически одно-
временно начали работу компании “Вессо-Линк”, “Радио-Пейдж" и “Информ-Эском”. С 1994 года
компания “Вессо-Линк”, а чуть позже и другие, стали работать на русифицированных пейджерах. В
настоящее время в Москве услугами СПРВ пользуются более 60 тыс абонентов. Большинство опе-
раторов СПРВ в России эксплуатируют свои системы в диапазонах 138-174 МГц, за исключением
компании Mobile Express, которая использует частоту 473 МГц.
Для передачи сообщений подавляющее большинство СПРВ использует международный код
POCSAG. Отдельное направление развития СПРВ связано с использованием уплотнения сигналов
УКВ-ЧМ радиовещательной станции, где используется код RDS. СПРВ этого типа не получили дос-
таточно широкого распространения. В настоящее время в России рассматривается возможность
построения СПРВ на основе общеевропейского стандарта ERMES диапазона частот 169 МГц. Вне-
дрение этого стандарта в Европе осуществляется весьма интенсивно. В октябре 1995 года подпи-
сано первое международное соглашение о роуминге абонентов СПРВ ERMES между операторами
Telecom РТТ (Швейцария) и TDR (Франция).
Отечественные стандарты и оборудование для организации СПРВ с большой зоной обслужи-
вания отсутствуют. Однако, известен ряд разработок СПРВ в России, ориентированных на локаль-
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
7
ное или функционально ограниченное применение, например, "Луч-1 С”, ‘Малютка-ПРВ”, “Фортуна1
(УКВ-ЧМ) и другие.
Системы сотовой подвижной связи (ССПС) впервые были запущены в эксплуатацию в конце
70-х - начале 80-х годов в Скандинавских странах (NMT-450) и США (AMPS). Сотовый принцип то-
пологии сети с повторным использованием частот во многом решил проблему дефицита частотно-
го ресурса и в настоящее время является основным в создаваемых системах подвижной связи об-
щего пользования. Стандартизация в области ССПС привела к тому, что на смену девяти отдель-
ным аналоговым стандартам сотовой связи первого поколения пришли три цифровых стандарта
второго поколения (GSM, D-AMPS, JDC), один из них - GSM признан “глобальным”.
В настоящее время в России развиваются ССПС трех стандартов сотовой связи - NMT-450,
GSM и AMPS, два из которых - NMT-450 и GSM, приняты в качестве федеральных. Стандарт AMPS
и его цифровой вариант D-AMPS ориентированы на региональное использование.
Первая ССПС была открыта в Москве в 1991 году компанией "Московская сотовая связь”
(*МСС”) и использует оборудование аналогового стандарта NMT-450. Постоянно развивая состав
услуг связи, “МСС” успешно функционирует на территории Москвы и Московской области и обес-
печивает взаимодействие с операторами сетей NMT-450 в других регионах. С апреля 1995 года
“МСС” ввела на своей сети сотовой связи код идентификации пользователя (SIS), что избавило ее
от двойников и повысило популярность. В настоящее время абоненты “МСС” имеют возможность
по заявке организовать роуминг с сетями NMT-450 в Санкт-Петербурге, а также Литве и Латвии.
“МСС” ведет активную работу по созданию федеральной сети NMT-450. Количество абонентов се-
ти МСС” превышает 20 тысяч.
В июне 1994 года в Москве началась коммерческая эксплуатация ССПС компании “Би-Лайн",
использующей аналоговый стандарт США AMPS (800 МГц). В настоящее время "Би-Лайн” также
предоставляет услуги цифровой сотовой связи в стандарте “D-AMPS”. ССПС “Би-Лайн” обслужива-
ет более 20 тысяч абонентов на территории Москвы и области, а также обеспечивает администра-
тивный роуминг абонентов с другими сетями этого стандарта.
С января 1996 года в Москве и области началась коммерческая эксплуатация сети цифровой
сотовой связи стандарта GSM (900 МГц). Оператором сети GSM в Москве является компания “Мо-
бильные ТелеСистемы” (МТС). В первые дни коммерческой эксплуатации “МТС" впервые в России
открыла автоматический роуминг абонентов своей сети с абонентами ССПС стандарта GSM в Гер-
мании, Швейцарии, Финляндии и Англии. Совместно с операторами сетей GSM в других регионах
"МТС” организована работа по созданию федеральной сети GSM России и ее интеграции с гло-
бальной сетью сотовой связи, охватывающей Европу, Азию, Австралию и африканские страны.
Системы беспроводных телефонов (СТ) составляют определенную конкуренцию развитию
сотовых систем подвижной связи. Первоначально создаваемые СТ были ориентированы на рези-
дентное использование, то есть - в условиях квартир и офисов. Позже они стали развиваться как
системы общего пользования, обеспечивающие поддержку услуг общего доступа. Среди стандар-
тов систем СТ общего пользования наиболее перспективным является общеевропейский стандарт
DECT, близким аналогом этого стандарта в США является стандарт PACS и стандарт PHS - в Япо-
нии, ориентированные на использование диапазонов частот, отличных от европейских. Отечествен-
ное оборудование систем беспроводных телефонов общего пользования указанных стандартов не
производится. Однако для организации беспроводной связи с фиксированными абонентами в Рос-
сии разработаны и выпускаются комплексы оборудования “радиоудлинителей”, некоторые из них
поддерживают связь и с подвижными абонентами (“Карт", “Тулица”, “Сигнал-101”, “Гроздь”, “Лес-
4С” и другие).
Общие тенденции развития подвижной связи, направленные на международную интеграцию,
активно поддерживаются Минсвязи, ГКЭС, ГКРЧ и Главгоссвязьнадзором России
В соответствии с “Основными положениями развития взаимоувязанной сети связи (ВСС)
Российской Федерации” сети подвижной связи являются важнейшим компонентом инфраструктуры
отрасли связи. ГКЭС России рассмотрены и одобрены “Концепция развития в России до 2010 года
сетей сухопутной подвижной радиосвязи общего пользования” и “Концепция развития в России се-
тей радиовызова общего пользования”. Разработана “Концепция использования в России транкин-
говых систем при организации коммерческих сетей связи”.
8
В соответствии с технической политикой Минсвязи России перспективные сети подвижной
связи будут создаваться на основе систем и средств соответствующих международных стандар-
тов, прежде всего, принятых большинством стран европейского континента. При этом будут ре-
шаться вопросы по конверсии радиочастотного спектра и электромагнитной совместимости новых
средств с действующими в России радиосистемами.
В этой связи представленный в данной книге материал по современным стандартам и систе-
мам подвижной радиосвязи будет полезен широкому кругу специалистов, операторов и потреби-
телей услуг связи, интересующихся практическими вопросами создания систем подвижной радио-
связи и современными тенденциями развития этого важного и весьма перспективного вида теле-
коммуникаций.
СТАНДАРТЫ и СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
9
Глава Г. ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ
ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
1.1. Общие вопросы развития профессиональных систем
подвижной радиосвязи
Первые системы подвижной радиосвязи создавались и развивались в интересах государст-
венных организаций, коммерческих структур, скорой помощи, пожарных бригад, полиции и служб
безопасности. В принятой за рубежом классификации эти системы относятся к так называемым
профессиональным системам подвижной радиосвязи - PMR (Professional Mobile Radio), иногда
обозначение PMR понимают как частные системы подвижной радиосвязи - Private Mobile Radio. В
отличие от сотовых систем существующие PMR не обеспечивают непрерывности связи при пере-
сечении абонентами границ зон радиопокрытия, не имеют автоматического роуминга, не гаранти-
руют абонентам других сетей одинаковый набор имеющихся услуг связи, включая вопросы оплаты
[1.1-1.3].
Как правило, PMR имеют радиальную или радиально-зоновую структуру сети. PMR, обеспе-
чивающие соединение подвижных абонентов с абонентами телефонных сетей общего пользова-
ния, называют PAMR (Public Access Mobile Radio). По данным CEPT - Европейской организации
администраций почты и связи, количество абонентов PAMR в Европе составляет около 18% от об-
щего количества абонентов PMR. Общее количество абонентов PMR в Европе увеличивается еже-
годно на 5-8%. Большинство пользователей PMR имеют свои сети, которые им принадлежат и
ими эксплуатируются [1.1].
PMR и P/\MR могут использовать как симплексные, так и дуплексные каналы радиосвязи.
Типовые структурные схемы рассматриваемых систем радиосвязи приведены на рис. 1.1-1.4.
Основными требованиями, предъявляемыми пользователями и операторами связи к PMR,
являются:
- обеспечение связи в заданной зоне обслуживания;
- высокий уровень вероятности установления связи при условии отсутствия данных о место-
нахождении подвижных абонентов;
- возможность взаимодействия отдельных групп абонентов;
- безопасность в отношении подслушивания;
- защита от воздействия аддитивных и мультипликативных помех;
- высокий уровень разборчивости при приеме речевых сигналов;
- минимальная ширина полосы частот канала связи;
- низкие энергетические затраты подвижной станции;
- оперативность управления связью, в том числе - обеспечение управления на различных
уровнях, возможность циркулярной связи, обеспечение связи через центры управления,
возможность приоритетного установления каналов связи.
Высокий уровень вероятности установления связи, не зависящей от местоположения под-
вижного абонента, обеспечивается в настоящее время путем совершенствования способов вхож-
дения в связь и создания необходимых условий для высокой обеспеченности связью во всем ре-
гионе действия сети за счет использования вынесенных приемо-передающих станций и различных
радиоретрансляторов.
В современных сетях PMR взаимодействие групп абонентов с возможностью прослушивания ,
радиопереговоров по принципу "каждый с каждым", осуществляется за счет варьирования зоны
действия использования общего частотного диапазона, общих ключей шифрования или маскиров-
ки, а также выбором соответствующей мощности передатчиков.
Безопасность в отношении подслушивания обеспечивается в настоящее время путем шиф-
рования или ключевой маскировки передаваемых сообщении. Рассматриваются вопросы включе-
ния в протоколы установления связи режимов аутентификации абонентов и идентификации або-
нентских станций, без прохождения этих процедур доступ в систему исключается.
10
Симплексная PMR (одна подвижная сеть)
Симплексная PMR (две подвижные сети)
г* ' }J? 1 1 J многоканальный приемопередатчик базовой станции
Рис. 1.2
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
11
Дуплексная PMR (одна подвижная сеть).
Дуплексная PMR (две подвижные сети).
многоканальный дуплексный
приемопередатчик
базовой станции
Рис. 1.4
12
Помехоустойчивость эксплуатируемых в настоящее время аналоговых PMR весьма низкая.
Цифровые PMR используют методы помехоустойчивого кодирования и перемежения, пространст-
венное и частотное разнесение, адаптацию радиотрактов к возникающим изменениям в канале
связи.
Достаточно хорошая разборчивость передаваемых сигналов обеспечивается в действующих
аналоговых сетях PMR за счет рационального выбора вида модуляции, способов построения моду-
ляторов и демодуляторов, применения высококачественных акустических преобразователей, а так-
же реализацией ряда других технических мер.
В цифровых PMR высокое качество передачи речевых сообщений, достаточное для профес-
сиональной связи, обеспечивается при использовании адаптивных дельта-модуляторов при скоро-
сти аналого-цифрового преобразования 9.6 кбиг/с. Современная элементная база позволяет реа-
лизовать в абонентских радиостанциях высококачественные по разборчивости алгоритмы речепре-
образования CELP и VSELP при скорости преобразования речи до 4,8 кбит/с.
Требование минимизации используемой полосы частот и длительности передач в расчете на
один канал связи в настоящее время выполняется только частично.
Важнейшей характеристикой системы подвижной радиосвязи является ее емкость, то есть
максимальное количество обслуживаемых абонентов. Принципы организации системы связи и тре-
буемые характеристики существенным образом определяют емкость сети. Принципиальным мо-
ментом является выбор способа использования выделенного частотного ресурса системы связи.
По способам использования частотного ресурса системы связи разделяются на следующие
классы
- системы связи с закрепленными за абонентами каналами связи;
- системы связи со свободным доступом абонентов к общему частотному ресурсу;
- системы связи с пространственно-разнесенным повторным использованием частот (сото-
вые системы связи).
PMR и PAMR относятся к первым двум классам систем подвижной связи.
В PMR довольно часто используется принцип фиксированного закрепления каналов связи за
определенными абонентами. В этом случае максимальное количество обслуживаемых абонентов
на одной частоте (канале) зависит от интенсивности связи (количества сеансов связи в единицу
времени), продолжительности сеанса связи и допустимой вероятности блокировки канала связи.
Общая нагрузка на канал связи в Эрлангах определяется выражением:
А =
п.Т
3600’
Эрл
где п - количество сеансов связи в час;
Т - среднее время сеанса связи в секундах.
Если п = 100; Т = 10 с, то А = 0,28 Эрл.
На рис. 1.5 показана зависимость вероятности блокировки каналов связи (В) от нагрузки (А)
и количества каналов в системе связи (С) [1.2]. Часто для расчета допустимой нагрузки в Эрлангах
для системы связи с С каналами при заданной вероятности блокировки канала связи пользуются
таблицей 1.1.
Из графиков рис. 1 5 и таблицы 1.1 следуют значительные преимущества систем со свобод-
ным доступом абонентов к каналам связи
Однако при фиксированном закреплении каналов реализуется высокая оперативность уста-
новления связи. Современные PMR этого класса обеспечивают установление канала связи за вре-
мя 100-250 мс.
Принцип свободного доступа абонентов к общему частотному ресурсу позволяет абонент-
ской станции работать на любом канале связи в выделенной полосе частот. Этот принцип аналоги-
чен принципу "общая шина”, используемому в электронных вычислительных машинах.
Принцип свободного доступа абонентов к общему частотному ресурсу получил название
"транкинг" (Trunking). В соответствии с "Концепцией использования в России транкинговых систем
при организации коммерческих сетей связи" [1.9] под термином "транкинг" понимается метод
равного доступа абонентов к общему выделенному пучку каналов, при котором конкретный канал
закрепляется для каждого сеанса связи индивидуально в зависимости от распределения нагрузки
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
13
в системе. Используются несколько способов реализации принципа транкинговой связи, основан-
ные на различном подходе к поиску свободного канала связи. В одном случае функция поиска сво-
бодного канала и вызывного сигнала возлагается на абонентскую станцию, которая осуществляет
последовательный (сканирующий) поиск незанятого канала во всем выделенном диапазоне частот,
за счет использования устройств автоматического поиска вызывного канала связи (АПВК). В дру-
гом случае анализ занятости каналов связи возлагается на подсистему управления PMR. При этом
назначение свободного (вызывного) канала связи абонентской станции осуществляется по каналу
управления.
В первом случае, когда абонентская станция осуществляет последовательный поиск свобод-
ного (вызывного) канала связи с использованием АПВК, на каждом канале осуществляется вся
процедура вхождения в связь, включая попытку тактовой и цикловой синхронизации. Таким обра-
зом, время установления канала связи для этого случая многократно увеличивается относительно
времени установления канала связи при фиксированном закреплении каналов за отдельными груп-
пами абонентов. По этой причине использование АПВК эффективно при небольшом (5-8) количе-
стве каналов связи.
В целях обеспечения оперативности управления в современных PMR и PAMR анализ занято-
сти каналов связи осуществляется системой управления связью на основе использования специ-
ального канала, через который обеспечивается полное управление функционированием сети,
включая процедуры установления и прекращения связи. Важно, чтобы в сети связи имелась воз-
можность оперативного переключения организационного канала на другую частоту при появлении
помех.
Рис. 1.5
14
Таблица 1.1
Таблица Эрлангов
Количество каналов Вероятность блокировки в процентах
1% 2% 3% 5% 10% 20%
1 0.01010 0.02041 0.03093 0.05263 0.11111 0.25000
2 0.15259 0.22347 0.28155 0.38132 0.59543 1.00000
3 0.45549 0.60221 0.71513 0.89940 Т.27080 1.92990
4 0.86942 1.09230 1.25890 1.52460 2.04540 2.94590
5 1.36080 1.65710 1.87520 2.21850 2.88110 4.01040
6 1.90900 2.27590 2.54310 2.96030 3.75840 5.10860
7 2.50090 2.93540 3.24970 3.73780 4.66620 6.23020
8 3.12760 3.62710 3.98650 4.54300 5.59710 7.36920
9 3.78250 4.34470 4.74790 5.37020 6.54640 8.52170
10 4.46120 5.08400 5.52940 6.21570 7.51060 9.68500
11 5.15990 5.84150 6.32800 7.07640 8.48710 10.85700
12 5.87600 6.61470 7.14100 7.95010 9.47400 12.03600
13 6.60720 7.40150 7.96670 8 83490 10.47000 13.22200
14 7.35170 8.20030 8.80350 9.72950 11.47300 14.41300
15 8.10800 9.00960 9.65000 10.63300 12.48400 15.60800
16 8.87500 9.82840 10.50500 11.54400 13.50000 16.80700
17 9.65160 10.65600 11.36800 12.46100 14.52200 18.01000
18 10.43700 11 49100 12.23800 13 38500 15.54800 19.21600
19 11.23000 12.33300 13.11500 14.31500 16.57900 20.42400
20 12.03100 13.18200 13.99700 15.24900 17.61300 21.63500
21 12.83800 14.03600 14.88500 16.18900 18.65100 22.84800
22 13.65100 14.89600 15.77800 17.13200 19.69200 24.06400
23 14.47000 15 76100 16.67500 18.08000 20.73700 25.28100
24 15.29500 16.63100 17.57700 19.03100 21.78400 26.49900
25 16.12500 17.50500 18.48300 19.98500 22.83300 27.72000
26 16.95900 18.38300 19.39200 20.94300 23.88500 28.94100
27 17.79700 19.26500 20.30500 21.90400 24.93900 30.16400
28 18 64000 20.15000 21.22100 22.86700 25.99500 31.38800
29 19.48700 21.03900 22.14000 23.83300 27.05300 32.61400
30 20.33700 21.93200 23.06200 24.80200 28.11300 33.84000
31 21.19100 22.82700 23.98700 25.77300 29.17400 35.06700
32 22.04800 23.72500 24.91400 26.74600 30.23700 36.29500
33 22.90900 24.62600 25.84400 27.72100 31.30100 37.52400
34 23.77200 25.52900 26.77600 28 69800 32.36700 38.75400
35 24.63800 26.43500 27.69100 29.71500 33.46500 40.00000
36 25.50700 27.34800 28.64700 30.65700 34.50300 41.21600
37 26.37800 28.25400 29.58500 31.64000 35.57200 42.44800
38 27.25200 29.16600 30.52600 32.62400 36.64300 43.68000
39 28.12900 30.08100 31.46800 33.60900 37.71500 44.91300
40 29.00700 30.99700 32.41200 34.59600 38.78700 46.14700
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
15
Использование принципа централизованной организации связи с использованием отдельно-
го канала управления определяет необходимость обмена сообщениями абонентов через вынесен-
ные приемопередающие (базовые) станции. В этом случае проектирование PMR должно осущест-
вляться с учетом обеспеченности связью для двух направлений "вверх” и "вниз". Прямая связь
между двумя абонентами без участия базовой станции не использовалась. Этот недостаток устра-
нен в перспективном общеевропейском стандарте транкинговой связи "TETRA", где предусматри-
вается режим прямой связи абонентов без участия центра [1.3, 1.4].
Основной тенденцией развития PMR и PAMR является использование и совершенствование
цифровых методов передачи, что позволит обеспечить:
- одновременную передачу речевых сообщений и данных в формате стандартных цифровых
сигналов;
- совместную передачу информационных сообщений и сигналов управления без взаимного
мешающего влияния;
- интеграцию (при достаточно низком уровне затрат) существующих сетей радиосвязи с
вновь разрабатываемыми;
- стабильно высокий уровень разборчивости передаваемых речевых сообщений в условиях
всего диапазона дальности связи;
- надежную и технически несложную защиту передаваемых сообщении от подслушивания;
- непрерывный контроль качества функционирования каналов связи.
Перспективным направлением является переход от частотного разделения каналов связи
(FDMA) к временному (TDMA) с повышенной скоростью передачи сообщений. Модель функциони-
рования перспективной PMR включает в себя следующие процедуры.
При первой попытке установления канала связи подвижной радиостанцией через организа-
ционный канал осуществляется поиск в выделенной полосе частот канала с лучшими качественны-
ми показателями, на который возлагаются функции организационной линии связи. Через этот ка-
нал и определенный узел подвижной связи абонентская радиостанция может принимать периоди-
чески транслируемую информацию об основных каналах связи различных групп абонентов данной
зоны.
При штатном режиме работы подвижная радиостанция автоматически переключается на
свои оперативный канал связи
При необходимости установления приоритетной связи соответствующий сигнал передается
по организационному каналу. Связь устанавливается за счет использования непрерывно трансли-
руемой переключающей команды, в соответствии с которой канал связи выделяется абоненту с
приоритетом.
Для выполнения рассмотренных выше требований наиболее рациональным в настоящее
время признается применение в PMR и PAMR метода временного разделения каналов связи
(TDMA), при котором обеспечивается более высокое быстродействие при смене канала связи и
возможность количественной оценки показателей каналов связи. При этом основное внимание
уделяется повышению помехоустойчивости каналов связи.
Ключевым вопросов для пользователей и операторов сетей PMR и PAMR является выбор
стандарта связи. Принятие единого стандарта позволит значительно расширить объем выпуска
оборудования, развить конкуренцию среди производителей и, как следствие, снизить затраты на
внедрение и стоимость сетевого и абонентского оборудования.
1.2 Стандарты МРТ на системы транкинговой радиосвязи
Для обеспечения совместимости сетей операторы и абоненты PMR стремились применять
единый стандарт. Так как при этом не ориентировались на какой-то фирменный стандарт, то в ка-
честве альтернативы оставался только выбор так называемого открытого стандарта. В качестве
такого большинство операторов и производителей «выбрали разработанный в Великобритании
стандарт министерства почт и телекоммуникаций МРТ 1327 (МРТ - Ministry of Post and
Telecommunication), используемый в английских транкинговых наземных системах подвижной ра-
диосвязи. Этот стандарт определяет в основном протоколы сигнализации и может быть применен
в сетях PMR и PAMR различной конфигурации и для различных частотных диапазонов [1.5]. Ра-
16
диоинтерфейс подвижной станции определяется протоколом МРТ 1343 [1.6], радиоинтерфейс ба-
зовой станции соответствует протоколу МРТ 1347 [1 7]. Основной формат кода синхронизации,
предшествующего передаче цифровой и (формации в наземных системах подвижной радиосвязи
(PMR и PAMR), определяется протоколом МРТ 1317. Его структура, включающая протокол МРТ
1327, показана на рис. 1.6.
код синхронизации
код обнаружения
(МРТ 1343
радиоинтерфейс
подвижной
станции
/ МРТ 1347)
радиоинтерфейс
базовой
станции
Рис. 1.6
Указанные протоколы сигнализации с аналоговой системой передачи речи для PMR и PAMR
были согласованы между Великобританией, Францией, Италией и Германией, тем самым они при-
обрели статус международного стандарта и в настоящее время используются для построения
транкинговых систем наземной подвижной связи в различных диапазонах радиочастот.
Основными производителями оборудования, соответствующего протоколам МРТ, являются
компании Motorola, Ericsson, Philips, Bosch, Nokia, GEC Marconi, Ascom и другие.
Состав протоколов МРТ, определяющих принципы построения наземных систем подвижной
радиосвязи со свободным доступом к радиоканалам, показан в таблице 1.2.
Таблица 1.2
Протоколы МРТ
Обозначение Год принятия Содержание
МРТ 1317 1981 Основной формат кода синхронизации для передачи цифровой ин- формации в наземных системах подвижной радиосвязи
МРТ 1318 1986 Технический меморандум: Транкинговые системы на наземных сетях подвижной связи
МРТ 1323 1987 Радиооборудование с угловой модуляцией для базовых и мобиль- ных частных сетей подвижной радиосвязи, работающих в диапазо- не 174-225 МГц
МРТ 1327 1987 Стандарт сигнализации для транкинговых частных наземных систем псдвижной радиосвязи
МРТ 1331 1987 Проектирование радиоретрансляторов
МРТ 1343 1988 Спецификации системного интерфейса для радиооборудования, предназначенного для использования в коммерческих транкинговых системах, работающих в поддиапазоне 2 диапазона III
МРТ 1347 1988 Спецификация радиоинтерфейса для коммерческой транкинговой сети, работающей в поддиапазонах 1 и 2 диапазона <Н
МРТ 1352 1988 График испытаний для приемки радиооборудования, предназначен- ного для использования в коммерческих транкинговых системах, работающих в поддиапазоне 2 диапазона III
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
17
1.3 Стандарт MPT 1327 на сигнализацию в системах
транкинговой радиосвязи
Стандарт МРТ 1327 определяет формат сигнализации для транкинговых систем наземной
подвижной радиосвязи, в которых информационные сообщения передаются по аналоговому ра-
диоканалу [1.5]. Формат сигнализации представляет собой определенную цифровую бинарную
последовательность, передаваемую со скоростью 1200 бит/с быстрой частотной манипуляцией
маленького FFSK (Fast Frequency Shift Keying). Базовая структура формата сигнализации показана
на рис. 1.7.а. Она включает:
1. Интервал установления (готовности) канала связи (LET), в течение которого передатчик
после включения должен обеспечить на выходе уровень не менее 90% максимальной мощности и
должен быть готов к осуществлению модуляции. Интервал LET равен 5 мс и соответствует 5 би-
там.
2. Преамбулу (Preamble), представляющую собой меандровую последовательность "1” и "О’*
минимальным количеством 16 бит и оканчивающуюся "0". Преамбула обеспечивает тактовую син-
хронизацию канала связи.
3. Сообщение (Message), представляющее собой совокупность синхропоследовательностей,
кода адреса, одного или более кодовых слов данных.
4. Бит согласования (Н) формата сигнализации представляет собой "1” или "0" в зависимо-
сти от последнего знака, содержащегося в сообщении кодового слова.
Формат интервала "Message " (рис. 1.7 б) состоит из кодового синхрослова (синхропосле-
довательности), кода адреса и одного или более кодовых слов.
Синхропоследовательность обеспечивает цикловую синхронизацию, состоит из 16 бит и
различается по форме в канале управления и канале связи. В канале управления используется
синхропоследовательность, показанная на рис. 1.7 в. Синхропоследовательность канала связи яв-
ляется инверсной относительно синхропоследовательности канала управления (рис. 1.7 г).
Структура интервала "Message ” включает в себя кодовые слова, общей длительностью 64
бита. Каждое кодовое слово состоит из 48 информационных бит, за которыми следуют 16 прове-
рочных бит (рис. 1.7 в).
Применяются два типа кодовых слов: адресные и данные, которые различаются первым би-
том (Код А). Адресному кодовому слову соответствует "1”. Биты со 2 по 48 представляют собой
информационное поле данных.
Проверочные биты используются для контроля ошибок.
Первые 15 проверочных бит получаются из циклического кода (63, 48). Для кодирования в
кодовой комбинации биты с 1 по 48 представляют коэффициенты многочлена, имеющего члены с
х62 до х15. Этот многочлен делится по модулю 2 образующим многочленом:
х15 + х14+ х13 + х11 + х4 + х2 + 1.
Проверочные 15 бит соответствуют коэффициентам членов с х14 по х° в многочлене, полу-
ченном после деления Последний проверочный бит циклического кода (63, 48) (бит 63 кодовой
комбинации) затем инвертируется. Наконец, один бит добавляется к блоку из 63 бит (включающе-
му инвертированный бит-номер 63), чтобы обеспечить проверку на четность всей комбинации из
64 бит.
1.4 Стандарты МРТ 1347 и МРТ 1343 на радиоинтерфейсы
систем транкинговой связи
Параметры радиоинтерфейса определяются стандартами МРТ 1347 и МРТ 1343. Стандарт
МРТ 1347 содержит требования к радиоинтерфейсу и контроллерам транкинговой связи, относя-
щиеся к базовым станциям коммерческих транкинговых систем. Требования к абонентскому ра-
диооборудованию сформулированы в стандарте МРТ 1343.
18
Формат сигнализации.
LET Preamble
Message
1010....10 н
5 бит 16 битх-'' 64 бит ьи 1 бит
Ч х’ -F X X а
б)
Кодовое синхрослово (синхропоследовательность) Кода Кодовые слова
синхропоследовательность канала управления 1 16 1 2 48 49 64
1100010011010111 Код А информационное поле проверочные биты
синхропоследовательность канала связи 1 16 1 бит <—> 47 бит < > 16 бит < >
001110110001000
16 бит < >
бит А -"Г обозначает код адреса
-’’О" обозначает код данных
Н -"Г или "О", добавляемые
к последнему биту сообщения
Рис. 1.7
Требования к передатчику базовой станции (МРТ 1347)
Передающее устройство базовой станции должно обеспечивать формирование радиокана-
лов с разносом частот 12,5 кГц. Нумерация каналов соответствует таблице 1.3.
Таблица 1.3
Номер канала Частота передачи базовой станции
1 200,5000 МГц
58 201,2125 МГц
560 207,4875 МГц
Оборудование обеспечивает возможность
работы на одном из каналов от 58 до 560 в
диапазоне частот 201,2125 МГц - 207,4875 МГц.
Передача на частотах вне этого диапазона не
разрешается.
Допустимое отклонение частоты относи-
тельно номинального значения не должно пре-
вышать ±1 кГц. Максимальная девиация часто-
ты не должна превышать ±2,5 кГц. Для переда-
чи речевых сообщений используется фазовая
модуляция. Для передачи цифровых сообще-
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
19
ний используются тональные поднесущие и FFSK модуляция. При передаче цифровой информации
все аудио сигналы в полосе прозрачности модуляционного фильгра не должны превышать минус
35 дБ относительно уровня поднесущих. Стандартом определяются следующие параметры модуля-
ции при передаче цифровых сообщений:
1. Скорость передачи 1200 бит/с
2. Частоты поднесущих:
- при передаче "О” 1800 Гц
- при передаче "1" 1200 Гц
3 Неравномерность амплитудно-частотной характеристики модулятора < 1,5 дБ
4. Максимальная девиация частоты:
- нормальные условия 1,5 кГц ±250 Гц
- предельные значения 1,5 кГц ±500 Гц.
Требования к приемнику базовой станции (МРТ 1347)
Приемное устройство базовой станции должно обеспечивать прием сигналов с разносом ра-
диоканалов 12,5 кГц на следующих частотах (Таблица 1.4):
Таблица 1.4
Номер канала Частота передачи базовой станции
1 192, 5000 МГц
58 193, 2125 МГц
560 199, 4875 МГц
Приемник должен обеспечивать работу в
диапазоне частот 193,2125 МГц - 199,4875 МГц.
Работа на частотах вне этой полосы не разре-
шается.
Допустимое отклонение относительно но-
минального значения частоты не должно превы-
шать ±1 кГц.
Полоса пропускания речевого тракта оп-
ределяется интервалом 300 Гц - 2,55 кГц при
неравномерности амплитудно-частотной харак-
теристики не более ±3 дБ.
Требования к радиоинтерфейсу абонентских станций определяются стандартом МРТ 1343 и,
в основном, соответствуют перечисленным требованиям к радиоинтерфейсу со стороны базовой
станции Исключение составляет требование к допустимому отклонению частоты относительно но-
минального значения, которое не должно превышать ±1,5 кГц.
1.5 Протокол доступа к подвижной сети радиосвязи МАР 27
Для обеспечения передачи данных по радиоканалам передачи речевых сообщений использу-
ется протокол МАР 27 (Mobile Access Protocol). Он обеспечивает подключение терминалов данных,
персональных компьютеров, приемников систем местоопределения (GPS) и других цифровых сис-
тем к радиостанциям транкинговой связи, функционирующим в соответствии с протоколами МРТ.
Структурная схема, иллюстрирующая применение протокола МАР 27 в сети транкинговой
связи, показана на рис. 1.8
Протокол МАР 27 обеспечивает прозрачность транкинговых сетей связи с протоколами МРТ
для сетей передачи данных и цифровых служб, позволяет обеспечить шифрование передаваемых
сообщений и практически обеспечивает реализацию функций цифровых подвижных сетей связи в
существующих аналоговых подвижных сетях с протоколами МРТ.
1.6 Многосетевая система транкинговой подвижной радиосвязи
фирмы E.F. Johnson Со.
Принципы транкинговой связи с использованием отдельного канала управления были при-
знаны перспективными, однако способы организации канала управления из-за отсутствия единых
стандартов разрабатывались самостоятельно различными фирмами-производителями оборудова-
ния.
20
абонентская
радиостанция
базовая станция стационарная
радиостанция
МАР 27
речь
данные
Модем
МАР 27
МАР 27
терминал
данных
компьютер
Рис. 1.8
В 70-х годах в США фирмой E.F. Johnson Со. была разработана аналоговая транкинговая
система подвижной радиосвязи, в которой для передачи сигналов управления используется уча-
сток информационной полосы звуковых частот, расположенный ниже спектра частот речевого сиг-
нала. Сигналы управления передаются непрерывно в процессе сеанса связи одновременно с рече-
вым сигналом. Этот тип систем связи получил название “транкинговые системы связи с распреде-
ленным управлением” [1.8].
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
21
Первоначально система связи фирмы E.F. Johnson Со. обеспечивала логическое управление
каналами связи с рамках одной зоны или сети (LTR). В 80-х годах были разработаны аналоговые
многосетевые (Multi-Net) транкинговые системы связи, которые могут одновременно поддержи-
вать и управлять сетями связи с одной зоной (LTR), а также сетями связи с закрепленными (фик-
сированными) каналами.
Многосетевая система фирмы E.F. Johnson Со. обеспечивает следующие основные виды вы-
зовов и услуг связи:
- вызовы всех подвижных станций с диспетчерского пульта управления;
- групповой вызов одной подвижной станцией всех подвижных станций своей группы;
- групповой вызов диспетчером всех подвижных станций группы;
- дуплексную, полудуплексную или симплексную связь с подвижными станциями;
- соединение подвижной станции с телефонной сетью общего пользования в режиме дуп-
лексной радиотелефонной связи;
- передачу данных через модемы, подключаемые к подвижным станциям и ретрансляторам;
- автоматическую регистрацию подвижной станции при переходе из одной зоны обслужива-
ния в другую;
- хранение номеров подвижных станций и повтор последнего;
- автоматический учет (биллинг) и регистрацию всех переговоров в сети;
- назначение рабочих каналов подвижных станций с пульта диспетчера связи без предвари-
тельного программирования станций;
- защиту от несанкционированного использования ретрансляторов сети;
- дистанционный "вывод из строя" с диспетчерского пульта управления похищенных или
создающих помехи подвижных станций;
- установление приоритетов связи.
Основные компоненты многосетевой системы связи фирмы E.F. Johnson показаны на струк-
турной схеме рис. 1.9.
В таблицах 1.5 и 1.6 приведены номинальные значения частот каналов связи, используемых
системами Multi-Net в диапазонах 800 и 900 МГц.
Таблица 1.5
Номер программируемого канала связи Частота приема под- вижной станции Частота передачи под- вижной станции
1 851,0125 806,0125
2 851,0375 906,0375
3 851,0625 806,0626
601 866,0000 821,0000
841 869,0000 824,0000
920 869,9875 824,9875
Таблица 1.6
Номер программируемого канала связи Частота приема под- вижной станции Частота передачи под- вижной станции
1 935,0125 896,0125
2 935,0250 896,0250
3 935,0375 896,0375
477 940,9625 901,9625
478 940,9750 901,9750
479 940,9875 901,9875
22
Ретрансляторы
(до 30 на один RNT)
Линии
передачи
речи и данных
RNT
терминал
радиосвязи
приемопередатчик
(Multi-Net 8615/55) Multi-Net
к другим RNT
PSTN (РАВХ)
панель
управления
панель
управления
приемопередатчик LTR
(LTR 8600/05/10/15/20)
SMM удаленные
Модуль управления терминалы
системой управления
фиксированные
приемопередатчик каналы
(COWV 8600/05/15/20)
Рис. 1.9
Все подвижные станции в сетях Multi-Net LTR и с фиксированным распределением каналов
отличаются только программным обеспечением. Типы ретрансляторов в сети Multi-Net отличаются
друг от друга в зависимости от используемого частотного диапазона. Например, ретранслятор
Johnson 8920 относится к системе диапазона 900 МГц, ретранслятор 8000 относится к системе
800 МГц.
Ретранслятор может быть установлен либо совместно с радиотерминалом сети (RNT) или на
определенном удалении. С одним RNT могут одновременно работать до 30 ретрансляторов Со-
единение RNT и ретрансляторов осуществляется по отдельной линии, обеспечивающей передачу
речи и данных. В качестве такой линии может использоваться телефонная, оптоволоконная или ра-
диорелейная линия.
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
23
RNT соединен с модулем управления системой (SMM), который реализован на IBM PC (или
совместимом компьютере) с соответствующим фирменным программным обеспечением. SMM
обеспечивает также функции системы расчетов за предоставленные услуги. SMM обеспечивает
возможность дистанционного программирования параметров радиоретрансляторов.
Управление системой осуществляется посредством обмена сообщениями между подвижны-
ми станциями и ретранслятором. Передача сигналов управления осуществляется в полосе до 150
Гц низкочастотного тракта. Продолжительность процедуры доступа подвижной станции в систему
составляет 0,5 сек. Все принимаемые ретранслятором вызовы должны соответствовать опреде-
ленной группе специальных кодов доступа (ID), установка которых осуществляется программным
методом оператором сети. Пользователи сети с различающимися ID-кодами не могут прослушать
друг друга.
В течение всего сеанса связи сигналы управления непрерывно передаются на ретранслятор
подвижной станцией. В свою очередь, ретранслятор осуществляет непрерывную передачу сообще-
ний управления на подвижную станцию и другие станции, управляемые этим каналом. Структура
сообщения управления зависит от того, кому принадлежит данное сообщение - подвижной станции
или ретранслятору. Скорость передачи данных управления составляет 300 бит/сек, что соответст-
вует длительности одного элемента - 3,33 миллисекунды. Полное сообщение управления переда-
ется, примерно, за 225 миллисекунд.
В многосетевой системе существуют два типа вызовов - стандартные и специальные. Группа
специальных кодов ID 1-225 используется для стандартных вызовов, а группа кодов 226-254 при-
меняется для специальных вызовов.
Каждый ретранслятор доступен для вызова 225 подвижным станциям (225 ID-кодов). Под-
вижная станция может программироваться на несколько ретрансляторов, что позволяет осуществ-
лять доставку вызова через другие ретрансляторы, если это необходимо.
Специальные вызовы обозначаются кодами ID 226-254. Примером специального вызова яв-
ляются: вызов на особое подвижное средство, вызов-запрос, вызов отключения подвижной стан-
ции и т.д. В общем случае подвижная станция должна декодировать свой уникальный код ID, чтобы
ответить на специальный вызов.
В многосетевой системе может использоваться до 8163 уникальных кодов ID. В каждой под-
вижной станции в дополнение к групповым кодам ID устанавливаемся (программируется) уникаль-
ный код. Каждый раз, когда подвижная станция осуществляет вызов, она всегда передает свой
уникальный код ID в дополнение к групповому. Любое устройство управления, оборудованное де-
кодером и дисплеем, может воспроизводить на экране код ID подвижной станции. Этим обеспечи-
вается автоматическая идентификация подвижной станции, осуществляющей вызов.
В системе предусматривается 5 уровней приоритетного доступа - от 5-го, самого нижнего,
до 1-го, самого высокого. При каждой попытке вызова подвижная станция сравнивает свои уро-
вень приоритетности доступа с приоритетностью доступа для данной системы, передаваемой
ретрансляторами. Если приоритетность доступа вызова равна или превышает приоритетность дос-
тупа системы, вызов разрешается, в противном случае - запрещается.
Приоритетность доступа программируется в каждой подвижной станции для каждого типа
вызова. Кроме того имеется один из четырех различных алгоритмов для определения приоритет-
ности доступа в систему.
В системе введены уровни приоритета по приему. Если подвижная станция программируется
с двумя или более групповыми кодами, это дает возможность вызову с более высоким приоритет-
ным кодом ID приема прервать вызов с более низким приоритетным кодом ID приема..
Интересной функцией в данной системе является дистанционное отключение подвижной
станции. Потерянная, похищенная, используемая для создания помех или управления передачами
подвижная станция может быть "выведена из строя" оператором через модуль управления систе-
мой (SMM). После подачи команды на отключение подвижная станция в ответ направляет подтвер-
ждение о том, что она успешно выведена из строя. Для восстановления работоспособности стан-
ции ее необходимо перепрограммировать.
Для взаимодействия определенных групп подвижных станций с определенными ретранслято-
рами они программируются с помощью уникального системного ключа. Это дает возможность дос-
тупа к системе только уполномоченным пользователям. Системный ключ ретранслятора програм-
24
мируется на заводе-изготовителе, а системный ключ подвижной станции программируется при
программировании приемопередатчика подвижной станции. Системный ключ представляет собой
число, которое используется как ретрансляторами, так и подвижными станциями для кодирования
потока данных. До тех пор пока системные ключи подвижной станции и ретранслятора не совпада-
ют - связь невозможна.
В целом система транкинговой связи с распределенным управлением фирмы E.F. Jonnson
Со. обладает отдельными преимуществами по отношению к системам с централизованным управ-
лением, основным из которых является отсутствие отдельного радиоканала управления.
1.7 Системы транкинговой подвижной радиосвязи фирмы Motorola
В настоящее время большинство систем транкинговой подвижной радиосвязи использует
оборудование стандартов МРТ 1327, МРТ 1347 и МРТ 1343 с централизованным управлением.
Принцип централизованного управления используется фирмой Motorola в многофункциональ-
ных аналоговых однозоновых и многозоновых системах транкинговой подвижной радиосвязи с
цифровым доступом и управлением транкинговой подвижной радиосвязи с цифровым доступом и
управлением “Стартсайт", "Смартнет", "Смартзон" [1.10].
Семейство систем "Смартнет"
Системы предназначены для организации групповой связи подвижных абонентов, а также ин-
дивидуальных переговоров. Системы работают в диапазонах 132-158, 146-174, 403-440, 435-475
МГц, возможно использование и диапазона 800 МГц. Разнесение частот соседних каналов 12,5, 20
или 25 кГц. Мощность передатчиков ретрансляторов может варьироваться от 1 до 100 Вт (макси-
мальное значение зависит от диапазона частот). Управление работой системы, в том числе, обмен
командами и служебной дискретной информацией между системой управления и абонентскими
радиостанцями, осуществляется по каналу управления со скоростью 3600 бит/с. Режим работы
абонентских радиостанций - двухчастотный симплекс, минимальное частотное разнесение в разго-
ворном канале - 4 МГц, максимальное - 8 МГц.
Система "Стартсайт"
Систему ‘'Стартсайт" можно рассматривать как "базовую", а при необходимости расширения
зоны охвата и абонентской емкости система аппаратурно наращивается и переходит в описанные
ниже модификации.
Система может включать от одного до пяти каналов. Особенностью данной системы, отли-
чающей ее от остальных вариантов семейства "Смартнет", является возможность работы как в ре-
жиме с каналом управления, так и в режиме с временным использованием его в качестве разго
верного. В первом случае гарантируется возможность экстренного использования канала управле-
ния для передачи важных сообщений, например, аварийных вызовов. Во втором случае канал
управления автоматически используется как разговорный при поступлении запроса, если все ос-
тальные каналы оказываются занятыми. Очевидно, что в это время система теряет все возможно-
сти, связанные с наличием канала управления. Как только освобождается один из каналов, кото-
рые могут использоваться для управления (до 4-х в пятиканальном варианте), он автоматически
переводится в этот режим. Перевод системы из одного режима в другой может осуществляться
также оператором системы.
Структурная схема базовой системы изображена на рис. 1.10.
Вместо коммутационного терминала используется программно-управляемый контроллер
"Стартсайт” настольного исполнения. Контроллер допускает ввод до 16000 идентификационных
номеров, до 2048 групп и 5 уровней приоритета абонентов и групп. Эти возможности шире тре-
буемых для 5-канальной системы. Однако, в случае наращивания системы, этот контроллер может
использоваться как резервный в системе с большим числом каналов и как дистанционный для уда-
ленных зон в мнигозоновой системе.
Обеспечиваются две возможности выхода в АТС. Выход через микропроцессорный блок
(MRT1) предусматривает его установку в* каждом ретрансляторе, через который радиоабоненты
могут иметь доступ в АТС. Блок обеспечивает доступ только в направлении радиоабоненг-АТС, но
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
25
Базовая сеть ’’Стартсайт”.
от 1 до 20
радиоканалов
от 20 до 400 абонентов
интерфейс к
ТФОП
PSTN
РАВХ
до 3-х линий
Рис. 1.10
не обратно. По крайней мере, один ретранслятор должен оставаться без блока MRT1 для обеспе-
чения работы канала управления. Другой вариант предусматривает использование терминала те-
лефонного подключения (CIT), устанавливаемого в одном корпусе с контроллером. При этом обес-
печивается до 3-х линий на АТС и доступ как радиоабонентов в АТС, так и в обратном направле-
нии. Блок CIT имеет выход для регистрации данных, связанных с переговорами абонентов. При
подключении контроллера к АТС адресная информация может поступать в виде сигналов DTMF
(входящая и исходящая) или в виде импульсного набора (только исходящая из контроллера).
Контроллер соединяется с ретрансляторами отдельными кабелями. Для контроля работы
системы и управления ее параметрами к контроллеру может быть подсоединен терминал опера-
26
тора системы (SMT), включающий персональный компьютер, дисплей и клавиатуру. Дистанционное
подключение терминала требует применения модемов. Для контроля и регистрации данных о ра-
боте системы может также использоватьзя специальный радиотерминал (Systemwatch Terminal),
устанавливаемый в любом месте в пределах зоны охвата системы и принимающий информацию
только по каналу управления.
Полный набор возможностей системы и предоставляемых абонентам услуг обеспечивается
только в режиме без отмены канала управления. Соответствующая информация представлена в
следующем разделе, где описывается расширенный вариант системы с каналом управления.
Система "Смартнет II+”
Система обеспечивает одновременную работу до 28 каналов и допускает подключение к АТС
(УАТС) до 24 линий. В системе может быть зарегистрировано до 48000 идентификационных номе-
ров абонентов с максимальным количеством разговорных групп до 4000. Структурная схема систе-
мы показана на рис. 1.11. Контроллер типа ’’Смартнет II+", используя специальную программу,
управляет доступом абонентов в систему. Контроллер соединен кабелем с управляющим компью-
тером, в памяти которого хранятся программы, позволяющие оператору управлять параметрами и
возможностями системы.
К управляющему компьютеру может быть подключено до 10 терминалов операторов (SMT).
Каждый терминал представляет собой компьютер со специальным программным обеспечением,
дисплей и клавиатуру. Лицо, являющееся главным оператором системы, определяет объем .данных
и программ, к которым может иметь доступ каждый оператор, а также его пароль для входа в сис-
тему. Доступ осуществляется с клавиатуры путем ввода пароля. Функции главного оператора мо-
гут осуществляться с одного из терминалов и доступ этого оператора ко всей базе данных также
осуществляется вводом пароля. Вся текущая информация, относящаяся к компетенции каждого
оператора, выводится на дисплей его терминала.
Терминалы операторов соединяются с управляющим компьютером через стандартный интер-
фейс RS232 кабелями длиной до 30 м или линиями с модемами, рассчитанными на скорость пере-
дачи 9600 бит/с. В некоторых случаях может оказаться удобным соединение терминалов с управ-
ляющим компьютером через линии АТС.
Каждый ретранслятор подключается к контроллеру 12-жильным кабелем длиной до 30 м.
Предполагается, что ретрансляторы находятся в непосредственной близости от антенного сумма-
тора и антенны.
Приемная и передающая части антенны состоят (каждая) из ненаправленной антенны с уси-
лением 10 дБ, фидера длиной 160 футов и многоканального приемного разветвителя (приемная
часть) и сумматора (передающая часть). Передатчики и приемники ретрансляторов подключаются
к антенной системе отдельными кабелями.
При подключении контроллера к АТС адресная информация может поступать в виде сигналов
DTMF (входящая и исходящая) или в виде импульсного набора (только исходящая из контроллера).
Наличие канала управления позволяет обеспечить следующие возможности:
- управление операторами доступом абонентов системы, т.е. управление возможностями
групповых и индивидуальных разговоров и связи с абонентами АТС, добавлением или ис-
ключением из базы данных отдельных радиостанций и групп, дистанционной блокировкой
работы утерянных (украденных) радиостанций, оперативным перегруппированием абонен-
тов в экстренных ситуациях;
- автоматическую постановку на очередь в случае занятости всех каналов с уведомлением о
предоставлении канала по мере освобождения;
- приоритет последнего пользователя, т.е. преимущественное право на предоставление ка-
нала абонентам в течение 10-секундной паузы между передачами;
- два варианта экстренного вызова: с прерыванием разговора абонентов с наинизшим при-
оритетом или с постановкой на первое место в очереди.
Абонентам системы может быть присвоен один из 8 уровней приоритета, используемых при
остановке на очередь в случае занятости каналов. Возможен одновременный вызов нескольких
разговорных групп, передача статусных сообщений, уведомление занятого абонента о вызове с
автоподтверждением вызывающей стороне приема этого уведомления. Как уже было отмечено,
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
27
вся служебная дискретная информация передается по каналу управления, не занимая разговорные
каналы.
Базовая сеть "Смартнет II +".
- до 28 радиоканалов Г
- две зоны связи
- до 4800 идентифи-
кационных (ID)
номеров
- 4000 групп абонентов
Центральный
контроллер
Смартнет II +
Панель управления
___________________________।
Интерфейс
к ТФОП
PSTN
РАВХ
Рис. 1.11
28
Радиостанция системы оповещает абонента различными звуковыми сигналами о своем со-
стоянии или выполняемой операции: о типе входящего вызова, о невозможности выполнения полу-
ченной от абонента команды (незапрогреммированность функции), об ограничении длительности
передачи, о необходимости подзарядки аккумулятора, о режиме сканирования групп. В этом режи-
ме возможно автоматическое сканирование от 5 до 16 разговорных групп (в зависимости от типа
радиостанции) с подключением абонента к разговору, если одна из этих групп его начинает. Ра-
диостанция может быть заказана с перечнем сканируемых групп, либо этот перечень может фор-
мироваться с клавиатуры лицом, определяющим этот перечень. Набранный номер вызываемого
абонента (или группы), статусные сообщения и другая цифровая информация представляются на
экране миниатюрного дисплея.
Кроме терминала операторов (SMT) и упомянутого выше радиотерминала Systemwatch ис-
пользуется также радиотерминал контроля эфирного времени (RF АТА), представляющий собой
радиочастотный модем с компьютером для приема и регистрации информации о дате, времени и
продолжительности разговоров, номерах сработавших радиостанций и телефонов АТС. Терминал
принимает и обрабатывает информацию, передаваемую только по каналу управления.
Конфиденциальность переговоров обеспечивается непредсказуемостью номера канала, пре-
доставленного на время разговора или отдельной передачи, предоставлением канала только або-
нентам с вызываемым идентификационным групповым или индивидуальным номером. Кроме того,
в течение разговора автоматически осуществляется передача этого номера по разговорному кана-
лу (на частоте ниже разговорных частот). При случайном подключении радиостанции посторонней
группы к занятому каналу (маловероятный случай ошибочного декодирования запроса на связь или
команды о предоставлении канала) эта радиостанция примет адресованный не ее группе номер и
будет автоматически возвращена в режим ожидания на канале управления.
Надежность системы обеспечивается:
- автоматическим переключением на исправный канал в случае выхода из строя какого-либо
ретранслятора, появления на входе его приемника мешающей станции или снижения уров-
ня излучаемой мощности;
- автоматическим переходом на резервный контроллер в случае неисправности основного;
- автоматическим переключением всех радиостанций на заранее определенные частоты в
случае выхода из строя основного и отсутствия резервного контроллера.
В системе предусмотрена самодиагностика, тестирование операторами и сигнализация на
терминалах операторов о всех возможных нарушениях работы.
Работа радиостанций вне зоны охвата базовых станций системы (о выходе из зоны абонент
извещается звуковым сигналом) возможна в обычном режиме (без автовыбора) и может быть ор-
ганизована следующими способами:
- с помощью простых ретрансляторов, установленных вне зоны охвата системы. Абоненты,
оказавшиеся в зоне охвата такого ретранслятора, могут переключить свои радиостанции на
его рабочий канал. Ретранслятор может быть переносным - для временной работы;
- путем прямой связи друг с другом переключением портативных и мобильных радиостанций
на каналы, запрограммированные для работы в симплексном режиме.
Если сигналы менее мощных, чем мобильные, портативных радиостанций не достигают при-
емных антенн ретрансляторов (например, при нахождении абонента в зоне сильно экранирующих
объектов - туннелей, мостов, зданий и т.п.), то возможна установка широкополосных ретранслято-
ров, осуществляющих ретрансляцию сигналов во всей полосе рабочих частот в направлении груп-
пы основных ретрансляторов системы, расположенных в центре зоны.
Однако более радикальным способом расширения зоны охвата является переход к многозо-
новой системе.
Система "Смартзон”
Система обеспечивает обслуживание до 50 зон, в каждой из которых может* использоваться
до 28 каналов. Это наиболее дорогостоящая система, использующая сложную систему управления
с линиями связи между главной и удаленными зонами для всех базовых станций. В главной зоне
используется специальный контроллер типа "Smartzone Zone Controller ". В отличие от приведен-
ных выше вариантов система автоматически обеспечивает связь с абонентами независимо от их
СТАНДАРТЫ и СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
29
расположения в пределах обслуживаемой территориии (не требуется набор кода зоны расположе-
ния абонента).
Семейство системы "Смартнет" ориентировано, в гервую очередь, на заказчиков, которым
требуется организация сети разговорных групп, в том числе со сложной иераохической структу-
рой. Системы обеспечивают также индивидуальную связь абонентов и возможность доступа в те-
лефонные сети. Дополнительные базовые станции, необходимые для канала управления (по одной
на каждую зону), обеспечивают оперативность работы системы и выполнение ряда дополнитель-
ных функций, в частности, автоматическую постановку на очередь, передачу статусных и экстрен-
ных сообщений при занятости всех разговорных каналов без прерывания разговора и т.п. Системы
"Смартнет" допускают передачу и прием цифровой (кодированной) речи при наличии необходимо-
го дополнительного оборудования.
Необходимость одновременной работы в разговорном и управляющем каналах предъявляет
к абонентским радиостанциям специфические требования. Однако абонентские станции системы
"Смартнет" могут работать и в обычном режиме (без автовыбора)
При подключении контроллеров систем к АТС необходимо обеспечивать поступление входя-
щей в контроллер адресной информации в DTMF-коде. Исходящая информация может быть пред-
ставлена как в DTMF-коде, так и в виде импульсного набора.
Ниже отмечаются некоторые существенные особенности систем "Смартнет” и "Смартзон".
1. Выбранная скорость передачи данных по каналу управления 3600 бит/с не является макси-
мально возможной, но обеспечивает наилучший компромиссный выбор между максимизацией ско-
рости передачи и максимальным расширением зоны охвата. Благодаря достаточной длительности
посылок при выбранной скорости минимизируется риск ошибок при декодировании сигналов
управления на краях зоны охвата, где отношение сигнал/шум понижено.
2. Системы могут использоваться в режиме передачи данных при наличии дополнительного
оборудования. Благодаря поканальному принципу программирования для передачи данных необхо-
дим ограниченный объем оборудования в расчете на требуемое количество каналов. Для передачи
данных может автоматически предоставляться любой из свободных каналов, но при большом ожи-
даемом объеме передаваемых данных рекомендуется пользоваться специально выделенным кана-
лом. В этом случае при нескольких одновременных запросах на передачу данных исключается од-
новременное занятие нескольких разговорных каналов.
3. Отдельный канал может быть предназначен для поискового вызова (пейджинга) При заня-
тии всех разговорных каналов он автоматически может использоваться как еще один разговорный.
Следует учитывать, что в системе имеется режим вызова с уведомлением, который является для
радиоабонента сигналом поискового вызова.
4. Для управления предусматривается поочередное использование одного из первых четырех
рабочих каналов. При наращивании рабочих каналов системы (увеличении количества абонентов)
число каналов, предназначенных для управления, не меняется. Благодаря этому нет необходимо-
сти в перепрограммировании всех радиостанций, что было бы необходимо, если бы любой из ка-
налов мог использоваться для управления.
5. Возможны любые изменения в составах групп без перепрограммирования уже используе-
мых радиостанций. Возможны также любые изменения их общей иерархической структуры.
6. Благодаря контролю уровня сигналов всех абонентских станций по всей обслуживаемой
территории в системе 'Смартзон” осуществляется выбор ретрансляторов, обеспечивающих наи-
лучшее отношение сигнал/шум, независимо от нахождения абонентов в зонах.
7. Система Смартзон" обеспечивает автоматическую "передачу" движущихся абонентских
радиостанции от одной группы ретрансляторов к другой.
8. В системе "Смартзон" не осуществляется передача вызова абоненту, радиостанция кото-
рого выключена, во избежание напрасного занятия канала управления.
9. Для оптимизации загрузки каналов предусмотрено автоматическое регулирование ограни-
чения длительности переговоров с абонентами телефонной сети (в зависимости от ожидаемой ди-
намики трафика).
30
1.8 Система транкинговой связи EDACS фирмы Ericsson
В конце 70-х годов в США был открыт диапазон частот 800 МГц для развития транкинговых
систем связи. Эта новая возможность дала толчок к разработке новых перспективных транкинго-
вых систем радиосвязи
Фирмы-производители оборудования подвижной радиосвязи совместно с правоохранитель-
ными органами разработали требования по безопасности пользования системами транкинговой
радиосвязи (Документ APS16). В этом документе рассматривается транкинговая система радио-
связи фирмы Ericsson, получившая название EDACS (Enhanced Digital Access Communications
System) - усовершенствованная система связи с цифровым доступом. Система EDACS разрабаты-
валась с целью обеспечения жестких требований APS16 и превысила их в части надежности и от-
казоустойчивости, обеспечив, в то же время, возможность использования этих сетей различными
коммерческими организациями.
Системы EDACS выпускаются в различных вариантах на диапазоны частот 30-300 Мгц,
800 МГц и 900 МГц с разносом каналов связи 25; 30 и 12.5 кГц [1.11, 1.12].
Принято различать "Системы EDACS" и "Сети EDACS". В системах EDACS предусмотрен
один радиоканал управления. Системы имеют различную конфигурацию, начиная от "EDACS базо-
вого уровня" до "EDACS уровня 4”.
Системы EDACS, объединенные между собой при помощи контроллеров узлов связи или ин-
тегрированного контроллера узлов связи и диспетчерских пультов управления, образуют сеть
EDACS.
И, наконец, так называемые "Расширенные сети” соединяют снабженные несколькими узла-
ми сети EDACS для покрытия больших территорий (до страны).
В системе EDACS используются два вида радиоканалов: рабочий канал и канал управления.
Для каждой радиостанции может быть выделен один рабочий канал. Канал управления служит для
обмена цифровой информацией между радиостанциями и устройствами компьютерного управле-
ния работой всей системы.
Рабочие каналы используются собственно для обмена информацией (разговорной или дан-
ных) между радиостанциями. Рабочие каналы используются для ретрансляции сообщений между
подвижными радиостанциями и центральным диспетчерским узлом. Упрощенную схему обмена
между радиостанциями и узлом радиосвязи можно описать следующим образом [1.11-1.13]:
- абонентская радиостанция работает в режиме непрерывного прослушивания канала управ-
ления, ожидая команду по этому каналу;
- когда абоненту нужно выйти на связь, он нажимает на кнопку "Для переговоров нажать", и
его радиостанция посылает по каналу управления на узел радиосвязи цифровое сообщение
"Мне нужен канал связи";
- получив это сообщение, аппаратура узла связи выделяет свободный рабочий радиоканал
посылкой ответного цифрового сообщения по каналу управления;
- получив это сообщение, абонентская радиостанция перестраивает свой передатчик и при-
емник на выделенный таким образом радиоканал;
- затем эта абонентская радиостанция и аппаратура выделенного радиоканала осуществляют
высокоскоростную операцию установления связи;
- после этого на абонентской радиостанции раздается звуковой сигнал оповещения абонента
о том, что он может начать переговор.
Все перечисленные операции происходят с весьма высокой скоростью. Менее чем за поло-
вину секунды выделяется радиоканал, и абонент получает звуковое оповещение об установлении
связи Абонент начинает переговор и в течение переговора вся описанная выше процедура повто-
ряется несколько раз. Последующие периоды передачи получает любой из рабочих каналов, сво-
бодных в данный момент времени. Благодаря высокой скорости обмена сигналами управления и
взаимодействия в системе EDACS абонент практически не чувствует никакой задержки при пере-
ключении с канала на канал. Абоненту представляется, что для него выделен один свободный ра-
диоканал. Вы можете считать такой канал "виртуальным", предназначенным для вашего сеанса
связи'.
СТАНДАРТЫ и СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
31
Организация каналов свзи в системе EDACS показана на рис. 1.12.
Рис. 1.12
Вызов, поступающий на систему EDACS, содержит две информационные части: первая часть
- режим связи, вторая часть - тип вызова. В системе EDACS предусмотрены три режима передачи
для четырех типов вызовов.
Широкая полоса (25/30 кГц) была предусмотрена в системе EDACS с самого начала в расче-
те на стандартную скорость передачи данных в 9600 бит/с. Эта скорость используется для переда-
чи сигналов управления и взаимодействия, для обмена разговорными сигналами и данными между
подвижными объектами. Все три режима передачи предусмотрены для каждого широкополосного
рабочего канала системы EDACS при связи между радиостанциями во всех конфигурациях.
Узкополосный канал EDACS (12,5 кГц) служит для обмена сигналами управления и взаимо-
действия, а также для передачи данных, но не цифровых разговорных сигналов.
32
Групповой вызов является стандартным для системы EDACS. Такой вызов может бьпь для
всех абонентов или для отдельных групп. Групповой вызов может относиться к любому числу ра-
диостанций. Такие группы абонентов часто называют "переговаривающимися группами".
Каждая радиостанция системы EDACS снабжена своим адресом однозначно идентифицирую-
щим ее, что позволяет обращаться к каждой из них индивидуально. Индивидуальный вызов позво-
ляет вести переговоры между отдельными станциями, и эти переговоры не прослушиваются никем
из других абонентов системы.
Экстренный вызов формируется нажатием на кнопку экстренного вызова на радиостанции.
При этом радиостанция передает запрос экстренного вызова по входному каналу управления. Сис-
тема EDACS получает запрос и выделяет этому вызову свободный канал. Если все каналы заняты,
запрос ставится в начало очереди, чтобы выделить ему первый же освободившийся канал. Даже
при большой нагрузке экстренные вызовы получают канал быстро и обслуживаются эффективно.
Важным преимуществом системы EDACS является то, что об экстренном вызове оповещает-
ся не только диспетчер, но и все абоненты данной группы. В результате, все они имеют возмож-
ность предпринять соответствующие меры немедленно.
Вызов всех абонентов системы позволяет диспетчеру быстро связаться со всеми радиостан-
циями системы. Когда диспетчер посылает этот вызов, система прекращает обслуживание всех
остальных вызовов и выделяет один канал для всех абонентов системы.
Система EDACS может обслуживать 16000 абонентов, объединенных в 2048 групп. Дальней-
шее развитие инфраструктуры до уровня 3 возможно за счет увеличения количества контроллеров
узлов связи, диспетчерских пультов управления (до 30).
Система и сети EDACS рассчитаны на использование как аналоговых, так и цифровых радио-
станций, обеспечивающих передачу речевых сигналов в цифровой форме в режиме защиты ин-
формации (Voice Guard).
Обеспечиваются следующие режимы связи:
- передача аналоговых речевых сообщений частотной модуляцией;
- передача речевых сообщений в цифровой форме с возможностью защиты сообщений
(Voice Guard);
- передача данных в цифровой форме;
- передача сообщений абонентам телефонной сети общего пользования.
Во всех режимах передача сигналов управления осуществляется со скоростью 9,6 кбит/с.
В режиме цифровой передачи информации кодирование речи осуществляется с помощью
специального сигнального процессора Структурная схема процесса кодирования речи показана на
рис. 1.13.
Рис. 1.13
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
33
Аналого-цифровое преобразование речевого сигнала осуществляется с частотой 9 кГц, при-
чем каждая выборка амплитуды сигнала кодируется 8-ю битами, в результате чего формируется
импульсно-кодовая последовательность с тактовой частотой 64 кГц. Эта последовательность под-
вергается специальной обработке и компрессии (алгоритм фирмы Ericsson: адаптивное много-
уровневое кодирование). Указанный алгоритм обеспечивает динамическую адаптацию к индивиду-
альным характеристикам речевого сигнала абонента и формирует низкоскоростную цифровую по-
следовательность, которая может быть передана по радиоканалам с разносом 25 кГц. Компресси-
рованную последовательность подвергают кодированию (защита от ошибок) в процессоре, полу-
чившем название "синтетическая регенерация звука ” [1.12]. Далее, сформированная информаци-
онная последовательность делится на пакеты, в каждый из которых включают коды синхронизации,
сигналы управления и взаимодействия. Результирующая последовательность передается в радио-
канале со скоростью 9,6 кбит/с. Применяемая в системах EDACS процедура преобразования ана-
логового речевого сигнала в цифровой обеспечивает приемлемое качество при вероятности ошиб-
ки на бит до 10% и отношении сигнал/шум в канале связи 10-13 дБ.
1.9 Общеевропейская транкинговая система подвижной радиосвязи
стандарта TETRA
Общие тенденции, связанные с интеграцией систем подвижной радиосвязи идентичного на-
значения, расширением зоны обслуживания, развитием услуг связи и взаимодействием с совре-
менными цифровыми сетями связи, привели к необходимости разработки в рамках ETSI общеев-
ропейского стандарта на транкинговые системы подвижной радиосвязи, получившего название
TETRA (TransEuropean Trunked RAdio). ETSI представляет стандарт TETRA и системы связи на его
основе как новое поколение PMR, следующее за аналоговыми транкинговыми PMR.
TETRA ориентирована на тех профессионалов, кому необходимы передача речи с высоким
качеством, речи и данных, пакетная передача данных с возможностью шифрования.
Стандарт TETRA базируется на технических решениях и рекомендациях стандарта GSM
(Globa! System for Mobile Communications) - глобальная система подвижной связи.
Основными элементами сети транкинговой связи стандарта TETRA, как и известных PMR, яв-
ляются: центр коммутации подвижной связи, базовые станции, диспетчерский пульт управления и
подвижные станции (автомобильные и ручные).
В стандарте TETRA используется временное разделение каналов связи (TDMA) с четырьмя
временными окнами (пакетами), что позволяет обеспечить одновременно передачу четырех рече-
вых каналов на несущую. Разнос соседних радиоканалов составляет 25 кГц как и в обычных PMR
системах связи.
Требуемый уровень излучения в соседнем канале - минус 60 дБ. Дуплексный разнос радио-
каналов для передачи и приема равен 10 МГц.
Общая структура временных кадров показана на рис. 1.14. Передача сообщений осуществля-
ется мультикадрами (Multiframe). Один мультикадр содержит 18 простых ТОМА кадров и имеет
длительность 1,02 с. Один ТОМА кадр в мулыикадре - контрольный. ТОМА кадр содержит четыре
пакета (time slots), его продолжительность составляет 56,67 мс. Один пакет занимает временной
интервал, равный 14,167 мс, и содержит 510 бит, 432 из них (два блока по 216 бит) относятся к
информационному сообщению. В середине каждого пакета содержится синхропоследовательность
SYNCH, которая применяется для временной синхронизации пакета и как тестирующая (или обу-
чающая) последовательность для адаптивного канального эквалайзера в приемнике. Пакеты линии
“вверх” (uplink) содержат также интервал РА (Power Amplifier), предназначенный для установления
уровня излучаемой мощности по первому передаваемому пакету, и защитный интервап (GP) в кон-
це для исключения перекрытия соседних пакетов (рис. 1.14 г) [1.15].
При организации каналов связи для обслуживания многих абонентов применяются две схемы
уплотнения TBD. Для линии “вниз” (downlink) применяется статистическое временное уплотнение
(STM), для линии “вверх” - STMA - статистический многостанционный доступ (рис. 1.15).
Передача четырех речевых каналов в полосе 25 кГц (в два раза меньше, чем в узкополосной
ЧМ системе) стала возможной благодаря использованию в стандарте TETRA низкоскоростного ко-
34
дера речи с алгоритмом CELP, относящегося к классу алгоритмов “анализа и синтеза" речи [1.15-
1.17]. Скорость передачи цифрового речевого потока на выходе кодера речи равна 4,8 кбит/с.
1 multiframe = 18 TDMA frames (=1,02 s)
a)
1 TDMA frame = 4 time slots (-56,07 ms)
1 time slot = 510 modulating bits durations (~14,167 ms) ~ ** - —
1 modulating bit duration = 250/9 ps(~ 27,78 ps) PA SYNCH GP
36 bit 216 bit 36 bit 216 bit 6 bit
1ms 6ms 1ms 6ms 0, 167ms
GP -Guard period
Рис. 1.14
Принцип “анализа и синтеза” состоит в преобразовании параметров речи и представлении
их в такой форме, чтобы ошибка на выходе синтезатора по отношению ко входу была минималь-
ной Применительно к кодированию речи по алгоритму CELP формирующий выходной фильтр
[1.16], определяющий восприятие синтезированной речи, должен обеспечивать качественное ее
восстановление по передаваемым параметрам и обеспечивать ее узнаваемость.
Для повышения помехоустойчивости канала связи в стандарте TETRA применяется канальное
кодирование и перемежение. Канальное кодирование основано на введении избыточности в пере-
даваемый цифровой поток за счет добавления тестовой последовательности. Принимая искажен-
ную при распространении радиоволн тестовую последовательность, закон формирования которой
известен в приемнике, осуществляется оценка уровня ошибок и сравнение его с пороговым. При
передаче данных, когда ошибки превышают заданный уровень, используется процедура автомати-
ческого запроса на повторную передачу пакета ARQ (Automatic Repeat Request). Этот метод не ис-
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
35
пользуется при цифровой передаче речи, так как задержка пакетов при ARQ непредсказуема. При
передаче речи используется прямая коррекция ошибок (FEC - Forward Error Correction).
1 Multiburst ( = [ TBD] downlink blocks)
।
Master
Burst
1 Downlink burst ( = 1- [TBD] downlink blocks)
2
1 Downlink block ( = [216] bits )
1 Uplink burst ( = 1- [TBD] uplink blocks)
1 Presiding block (=[264] bits)
Рис. 1.15
1 Following block (=[220} bits)
В условиях релеевских замираний сигнала в каналах подвижной связи эффективным мето-
дом борьбы с пакетами ошибок является прямоугольное перемежение, используемое также в
стандарте TETRA. Если в процессе передачи потерян пакет сообщения, то при деперемежении
(восстановлении) в приемнике он трансформируется в одиночные ошибки, которые исправляются
36
методами FEC. Общая скорость сформированного в результате преобразования аналогового рече-
вого сигнала в цифровой, последующего его кодирования и перемежения, а также формирования
пакетов составляет 36 кбит/с.
В стандарте TETRA применяется цифровая л/4-DQPSK модуляция, которая позволяет снизить
скорость передачи информационного цифрового потока с 36 кбит/с до 18 кбит/с. Это обеспечива-
ется за счет того, что тг/4-DQPSK модуляция использует алфавит из четырех символов:
{ -тг/4; л/4; -Зтг/4; Зтг/4},
каждому из которых ставится в соответствие два информационных бита (00, 01, 10, 11), переда-
ваемых в общем потоке со скоростью 36 кбит/с.
Преимущества выбора модуляции вида тс/4-DQPSK проявляются в следующем [1.15]:
- передача двух информационных бит одним символом в радиоканале увеличивает спек-
тральную эффективность до 2 бит/с/Гц;
- передача информационных сообщений за счет изменения фазы несущей не требует при
приеме абсолютной оценки фазы сигнала, при этом могут быть использованы очень про-
стые схемы демодуляторов;
- передача сообщений в радиоканале осуществляется с постоянной огибающей.
В настоящее время разработку оборудования стандарта TETRA осуществляют фирмы Nokia,
Philips, Ericsson, Alcatel и другие.
Внедрение цифровой подвижной службы стандарта TETRA в Европе предполагается с 1 квар-
тала 1997 года, первоначально в интересах служб безопасности, полиции и охраны границы [1.17].
К этому времени для стандарта ТЕТиА должны быть выделены два дуплексных участка спектра 2 х
2 МГц в полосах частот 380-385 МГц/390-395 МГц. К 2006 году для сетей TETRA будут выделены 2
х 11 МГц (в сумме) в полосах частот 385-390 МГц/395-399,9 МГц; 410-430 МГц/450-470 МГц; 870-
876 МГц/915-921 МГц.
В таблице 1.7 приведены сравнительные характеристики и услуги связи стандартов TETRA и
GSM, предполагаемые к внедрению к 1998 году.
Таблица 1.7
Основные характеристики GSM TETRA
1. Технология доступа цифровая TDMA цифровая TDMA
2. Диапазон рабочих частот 890-915/935-960 МГц 380-400 МГц
3. Эффективная полоса частот на один речевой канал 12,5 кГц 6,5 кГц
4. Время установления вызова < 1с < 1с
5. Возможность передачи данных да да
6. Групповой вызов да да
7. Прямая связь между подвижными станциями (без участия базовой станции) нет да
8. Возможность расширения зоны обслуживания да да
9. Hanoover (“эстафетная передача”) да да
10. Роуминг да да
11. Аутентификация и шифрование да да
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
37
Литература к Главе 1
1.1 R. Armstrong. Key Issues for the Mobile Radio User. Mobile Communications International,
21 April, 1995.
1.2 Связь с подвижными объектами в диапазоне СВЧ/Под ред. У.К.Джеикса - М.: Связь, 1979. -
520 с.
1.3 Ph. Whitehead. TDMA is Tops for PMP. Mobile Europe. June1995. p.p. 41-42.
1.4 R. Pinter. TETRA Approaches for Unison. Mobile Communications International. 21, April, 1995.
1.5 MPT 1327 A Signalling Standard for Trunked Private Land Mobile Radio Systems. Department of
Trade and Industry, London 1988.
1.6 MPT 1347 Radio Interface Specification for Commercial Trunked Networks Operating in Band III,
Sub-Band 2. Department of Trade and Industry, London 1988.
1.7 MPT 1343 Performance Specification. System Interface Specification for Radio Units to Be Used
with Commercial Trunked Networks Operating in Band III Sub-Band 2. Department of Trade and
Industry. London 1988.
1.8 Multi-Net Application Note. E.F. Johnson Company, 1992.
1.9 Концепция использования в России транкинговых систем при организации коммерческих
сетей связи. Вестник связи, № 9. 1995. с.с. 29-31.
1.10 StartNet Trunked Radio Communication System. Motorola Inc., 1990, p.p. 22.
1.11 EDACS System Guide: Ericsson GE Mobile Communications Inc. 1991, p.p. 151.
1.12 Усовершенствованная система связи EDACS с цифровым доступом. Ericsson Inc., 1995,
p.p. 29.
1.13 Описание системы EDACS. Ericsson Mobile Communications AB (Land Mobile Radio), 1992,
p.p. 15.
1.14 EDACS - цифровая система радиосвязи. Ericsson Mobile Communications AB (Land Mobile
Radio), 1992, p.p. 11.
1.15 M.Renduchintala, Ch. Razzell. TETRA Radio Terminal Design: Technical Challenges of the
Physical Layer. Philips Telecommunication Review. Vol. 52 N 4, October 1995. p.p. 52-56.
1.16 Description of the THOMSON-CSF Speech Coder for TETRA Standardisation ETSI/STC REC 6.5
(94) 26 rev. 1.
1.17 Neue Trends im Biindelfunk. Funkschau 24/95. p.p. 58-59.
38
Глава 2. СИСТЕМЫ ПЕРСОНАЛЬНОГО РАДИОВЫЗОВА
2.1. Современный рынок систем персонального радиовызова
Современный рынок услуг подвижной связи характеризуется высокими темпами развития
систем персонального радиовызова (СПРВ), которые гармонично сопрягаются с системами ра-
диосвязи и передачи данных.
Персональный радиовызов (пейджинг) - услуга электросвязи, обеспечивающая беспровод-
ную одностороннюю передачу информации в пределах обслуживаемой зоны [2.1]. По своему на-
значению СПРВ можно разделить на частные (ведомственные) и общего пользования.
Частные СПРВ обеспечивают передачу сообщений в локальных зонах или на ограниченной
территории в интересах отдельных групп пользователей. Как правило, передача сообщений в та-
ких СПРВ осуществляется с пультов управления диспетчерами без взаимодействия с телефонной
сетью общего пользования (ТФОП).
Под системами персонального радисвызова общего пользования понимается совокупность
технических средств, через которые с помощью ТФОП происходит передача в радиоканале сооб-
щений ограниченного объема. Развитие СПРВ происходит путем внедрения техники автоматиче-
ского взаимодействия с ТФОП, применения цифровых способов передачи вызовов (адресов) и
сообщений в буквенно-цифровом виде, повышения пропускной способности и помехоустойчиво-
сти, через миниатюризацию и уменьшение потребления электроэнергии оконечными устройства-
ми [2.1].
Основными компонентами коммерческого успеха этих систем являются: широкая зона об-
служивания в масштабах страны с возможностью межнационального взаимодействия; низкие та-
рифы и арендная плата; простота передачи сообщений и удобство пользования; малые габариты
приемников СПРВ и длительный срок непрерывной работы с одним источником питания [2.2].
Первые СПРВ были открыты в 50-х годах и в настоящее время количество обслуживаемых
абонентов в СПРВ общего пользования разных стран превышает 20 млн. Рост количества абонен-
тов в европейских СПРВ составляет около 20% в год.
СПРВ разрабатывались для предоставления услуг в полосах частот 80-931 МГц. Конкретные
номиналы частот выделялись на основе национальных условий использования СПРВ, а также в за-
висимости от вида передаваемых сообщений.
Потенциальными пользователями систем персонального радиовызова, прежде всего, явля-
ются деловые люди, различные экстренные службы (скорая помощь, полиция, пожарная охрана,
аварийно-спасательные службы, службы перевозок различных грузов и т.д.).
О структуре пользователей услуг СПРВ можно судить, например, по распределению абонен-
тов французской службы Alphapage. Так, основную категорию пользователей составляют лица, за-
нятые в сфере различного рода услуг, предоставляемых фирмам (консультационная, экспертная
деятельность) и частным лицам (административная работа, здравоохранение, бытовое техниче-
ское обслуживание, культурно-социальная сфера), доля которых достигла, соответственно, 18% и
17%. В области строительства и инженерных работ (в том числе, в сельской местности) концен-
трировалось 16% абонентов. На долю работников оптовой торговли промышленными товарами
приходилось 11%, на долю работников транспорта и связи, соответственно, 10% и 9%. Персонал
занятый в установке и обслуживании электронного и электрического оборудования, составил 7%
абонентского парка Прочие категории пользователей составили 12 % [2.2-2.5].
В настоящее время широко известны многочисленные типы национальных и частных систем
персонального радиовызова, разработанных различными фирмами США, Великобритании, Японии
и других стран. Основные характеристики этих СПРВ приведены, например, в работе [2 2].
Наибольшая динамика развития СПРВ отмечается в Европе. Большинство европейских
фирм - операторов сетей СПРВ стремились к созданию общего рынка оборудования и услуг
СПРВ. В этой связи были приняты меры по координации работ и созданию единых интернацио-
нальных стандартов СПРВ, которые могли бы обеспечить массовое производство абонентских
приемников с их использованием в различных вызывных системах [2.3-2.10].
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
39
ЕВРОСИГНАЛ
В 1969 г СЕРТ - Европейская конференция администраций почт и связи - провела стандар-
тизацию СПРВ, скоординировав диапазон частот и структуру используемых кодовых посылок,
формирование которых осуществлялось тональными сигналами. Эта система сигналов получила
название “ЕВРОСИГНАЛ”. Общее количество кодов на канал составляло несколько десятков ты-
сяч. Первые подобные системы были внедрены во Франции, ФРГ и Швейцарии с общим количе-
ством абонентов более 300 тысяч. Параллельно в некоторых европейских странах было введено
несколько национальных СПРВ на основе использования оборудования американских фирм. Пер-
вые СПРВ этого типа были введены в Великобритании.
Структура “ЕВРОСИГНАЛА” не могла обеспечить обслуживание необходимого количества
абонентов и разнообразие услуг связи. Для развития СПРВ была создана Ассоциация европей-
ских систем персонального радиовызова (ESPA).
POCSAG
Ключевым фактором в развитии СПРВ явилась стандартизация радиоинтерфейса.
В 1978 году был впервые опубликован код POCSAG (Post Office Code Standardization Advisory
Group) и были сделаны предложения по его широкому внедрению для передачи тональных сооб-
щений. В 1979 году был опубликован код POCSAG для передачи цифровых и буквенно-цифровых
сообщений со скоростью 512 бит/с, позже скорость передачи сообщений кодом POCSAG была
доведена до 1200 бит/с и 2400 бит/с. Код POCSAG утвержден CCIR - Международным консульта-
тивным комитетом по радиосвязи - в 1982 году в качестве международного стандарта (Рекомен-
дация 584). Сегодня код POCSAG используется в большинстве существующих СПРВ.
ERMES
Требования к функциональному развитию сетей СПРВ, увеличению скорости передачи сооб-
щений, а также интеграции национальных сетей СПРВ в транснациональные привели к необходи-
мости разработки в рамках ETSI общеевропейского стандарта на СПРВ, получившего название
ERMES (European Radio Messaging System). Стандарт был одобрен в 1992 году.
К основным достоинствам СПРВ ERMES относятся:
- общая сеть для всех европейских стран и общеевропейский роуминг;
- общий радиоинтерфейс, обеспечивающий очень высокую емкость сети при передаче раз-
личных видов сообщений, включая текстовые, в узкой полосе частот;
- общая спецификация на приемники персонального радиовызова.
Ожидается, что к 2000 году СПРВ ERMES будут предоставлять услуги около 100 млн. або-
нентам [2.11, 2.12]
2.2. Действующие и перспективные системы персонального радиовызова
В настоящее время перспектива дальнейшего развития СПРВ зависит от возможностей рас-
ширения зоны охвата, объединения систем разных стран, создания общего информационного
пространства с формированием общей системы нумерации абонентов, единой полосы частот и
структуры сигналов.
Американская система Metrocast
СПРВ Metrocast обеспечивает передачу буквенно-цифровых сообщений. Различные сети
СПРВ Metrocast соединяются с общим центром, который обеспечивает управление сетями и рас-
пределение сообщений абонентам, принадлежность которых к конкретным сетям известна центру.
Metrocast, в основном, обслуживает абонентов в городах, она связана по отдельным служ-
бам с СПРВ British Telecom в Великобритании. Обе эти системы используют код POCSAG и рабо-
тают в общей полосе частот в УКВ (ОВЧ) диапазоне. В этой системе приемники персонального
вызова обеспечивают поиск (сканирование) вызывных сигналов по рабочим частотам.
40
Объединенная европейская система Europage
СПРВ Europage обеспечивает передачу сообщений в едином информационном пространстве
на территории Германии (Cityruf), Франции (Alphapage), Италии (Teledrin) и новыми сетями в Ве-
ликобритании, образованными консорциумом Europage UK Ltd.
Британский консорциум объединяет шесть национальных операторов, которые подписали
соглашение об обслуживании района с центром в Лондоне. Система работает в общей полосе
частот в УКВ диапазоне. Опыт эксплуатации системы Europage использован для организации
СПРВ нового поколения с общеевропейской зоной охвата ERMES.
СПРВ Receptor
СПРВ Receptor для передачи сообщений использует поднесущие частоты в спектре сигна-
лов ЧМ радиовещания. Абонентские приемники СПРВ размещаются в наручных часах. Испытания
системы, разработанной фирмой AT&T, проведены в 1989 г. в Сиэтле и Портлэнде (США). Фирма
AT&T рассчитывает на глобальный рынок с объединением региональных сетей в общую мировую
сеть персонального радиовызова.
Значительная доля в создании СПРВ Receptor принадлежит британской фирме Plessy, кото-
рой удалось разработать две полупроводниковые микросхемы: приемника прямого преобразова-
ния и синтезатора частот. Функционально приемник персонального вызова (ППВ) включает в себя
приемник ЧМ-вещания, микропроцессор и микросхему электронных часов. Для нормальной рабо-
ты в автомобиле или в зданиях ППВ должен обладать высокой чувствительностью и большим ди-
намическим диапазоном (40-60 дБ). Напряжение питания приемника составляет 0,9 В. Питание
осуществляется от обычной часовой батарейки, емкостью 50-60 мАч, которая должна обеспечить
работоспособность ППВ и часов почти год. Высокая чувствительность ППВ обеспечивается узко-
полосным гираторным фильтром. КМОП ИС синтезатора частот обеспечивает быструю пере-
стройку по частоте, что позволяет проходить весь диапазон ЧМ-вещания с шагом 50 кГц. В соста-
ве ИС синтезатора содержится узкополосный фильтр для выделения ЧМ-поднесущей, на которой
передается информационный сигнал со скоростью 19 кбит/с. Часы-приемник персонального вы-
зова в общем корпусе, с единым дисплеем, с браслетом-антенной разработаны японской фирмой
Hattori Seiko. Приемник персонального радиовызова в часах для систем типа Receptor разработан
также фирмой Motorola [2.8] и фирмой Roadstar.
Спутниковые СПРВ
Идея создания глобальных систем оповещения с доставкой кодированных сообщений або-
нентам в любой точке земного шара воплощается в спутниковых СПРВ.
В настоящее время в Великобритании British Telecom проводит технические испытания спут-
никовой СПРВ, которая войдет в состав систем INMARSAT. Разрабатываются технические реше-
ния, связанные с абонентским приемником и протоколами связи.
Первая спутниковая система персонального радиовызова разработана в США фирмой Mtel
и получила название Sky-Tel.
Эта СПРВ обслуживает абонентов почти в 100 городах, в первую очередь - в Северной Аме-
рике и Сингапуре. Спутниковый канал СПРВ Sky-Tel работает везде на одной частоте 931 МГц.
2.3. Код POCSAG для систем персонального радиовызова
В настоящее время код POCSAG широко используется в системах радиовызова. Он позволя-
ет обеспечить около двух миллионов адресов, возможность передачи тональных сигналов, цифро-
вых и буквенно-цифровых сообщений. Структура кода позволяет строить экономичные абонент-
ские приемники.
Код POCSAG ориентирован на применение частотной манипуляции (FSK) и использование
прямой коррекции ошибок (FEC).
Термины для описания двоичного кода POCSAG следующие:
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
41
• Преамбула (preamble) - начальная часть протокола передачи кода персонального радиовы-
зова, которая обеспечивает тактовую синхронизацию принимаемого сигнала и работу пей-
джера с экономным потреблением режима батареи питания.
• Пакет (batch) - интервал протокола передачи кода, содержащий кадры (frames) и кодовое
слово синхронизации (SC - Synchronisation Codeword).
• Кодовое слово (codeword) - фиксированное количество бит, содержащих информационное
сообщение, сигналы цикловой синхронизации, сообщения управления, адресную информа-
цию, коды обнаружения и защиты от ошибок.
• Кадр (frame) - фиксированный временной интервал, входящий в состав пакета (batch).
• Синхронизирующее кодовое слова (Synchronization Codeword) - последовательность бит,
передаваемых в начале кадра, предназначенная для перевода пейджера в режим приема
адреса или сообщения.
Один передаваемый блок в коде POCSAG состоит из преамбулы, за которой следует один
или несколько пакетов, каждый из которых начинается с синхронизирующего кодового слова (SC -
Synchronization Codeword).
Полная структура кода POCSAG показана на рис. 2.1, ей соответствуют следующие времен-
ные соотношения
1 пакет = SC (синхронизирующее кодовое слово) + 8 кадров = 17 кодовых слов.
1 кадр = 2 С (кодовых слова).
Рис. 2.1.
Код POCSAG является асинхронным. Это означает, что пакет может приниматься в любой
момент времени. Передача формата осуществляется с преамбулы, которая переводит приемник
персонального вызова из режима “дежурного приема” в режим "приема", причем на интервале
приема преамбулы осуществляется тактовая синхронизация. Длина преамбулы равна длине одного
пакета, плюс два кодовых слова (576 бит). Структура преамбулы достаточна для того, чтобы обес-
печить тактовую синхронизацию приемника в любой момент излучения сигнала вызова. Длина кода
POCSAG не определена: после преамбулы может передаваться пакет за пакетом и каждый пакет -
со своим синхронизирующим кодовым словом.
42
Пакет включает в себя 8 кадров, каждый из которых состоит из двух кодовых слов, которые
могут соответствовать либо адресу, либо части сообщения.
Адреса POCSAG делятся на 8 групп. Приемники реагируют только на те кадры, где содер-
жатся их индивидуальные адреса. Прием другого адреса или “пустого кодового слова” означает
конец сообщения.
Общее количество абонентов в системе POCSAG может быть оценено, если определить про-
порцию передаваемых чисто тональных, цифровых и алфавитно-цифровых (текстовых) сообще-
ний Каждое из этих сообщений передается различным количеством кодовых слов POCSAG. На-
пример, тональный вызов требует только одного кодового слова. Цифровой вызов требует три ко-
довых слова, а алфавитно-цифровое (текстовое) сообщение может содержать 20 кодовых слов.
Распределение типов вызовов можно оценить, изучая типичные гистограммы передачи со-
общений. Для примера, на рис. 2.2. приведена загрузка типичного канала для системы POCSAG в
одном из городов, когда одновременно используются все типы вызовов.
Рис. 2.2
Максимальное количество абонентов оценивается формулой:
_ К • 3600
— -------------- J X
П1
Zn. Pn. Q
п=1
где R - максимальная скорость передачи кодовых слов (кодовых слов в секунду), m - макси-
мальная длина сообщения, выраженная в количестве кодовых слов, Рп - доля персональных вызо-
вов, которые имеют длину п кодовых слов; Q - процентное содержание принимаемых сообщений
длины п в час наибольшей нагрузки.
Использование данных рис 2.2. в предположении работы в формате POCSAG со скоростью
2400 бит/с приводит к оценке 242000 абонентов на канал.
Для сравнения можно напомнить, что в системах профессиональной радиосвязи при дли-
тельности передаваемых сообщений 5-10 с, вероятности блокировки канала около 5% и интенсив-
ности связи в час наибольшей нагрузки 0,025 Эрланг, количество обслуживаемых абонентов мо-
жет составлять 50-100.
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
43
В таблице 2.1 приведены результаты анализа СПРВ POCSAG для различных скоростей пере-
дачи [2.11, 2.12].
Таблица 2.1
Код POCSAG
ХАРАКТЕРИСТИКИ 512 бит/с 1200 бит/с 2400 бит/с
Длина преамбулы (предполагается одна посылка по 30 пакетов) 1,125 с 0,480 с 0,240 с
Длина пакета 1,0625 с 0,4533 с 0,2267 с
Сообщение персональ- ного вызова с полной нагрузкой 30 пакетов = 1,125 + 30 (1,0625)- 33 с 30 пакетов = 0,480 + 30 (0,4533) = 14,08 с 30 пакетов = 7,04 с
За 1 час осуществляет- ся передача 109 сообщений, по 30 пакетов в каждом передача 255 сообще- ний, по 30 пакетов в каждом передача 511 сообщений, по 30 пакетов в каждом
В 8 кадрах, составляю- щих 1 пакет, при 2 ко- довых словах, в каждом пакете передаются: 16 кодовых слов на пакет; 48 ) кодовых слов на 30-пакетное сообщение; 53320 кодовых слов в час. 16 кодовых слов на па- кет; 480 кодовых слов на 30-пакетное сообще- ние; 122400 кодовых слов в час. 16 кодовых слов на пакет; 480 кодовых слов на 30-пакетное сообщение; 245280 кодовых слов в час.
2.4. Код ERMES для нового поколения СПРВ
С целью координации усилий в рамках создания общеевропейской СПРВ руководители ад-
министраций связи 16-ти стран Европы в январе 1990 года подписали Меморандум о взаимопо-
нимании, где определили свое участие в проекте и намерения по эксплуатации сетей ERMES
[2.10].
СПРВ ERMES обеспечивает более совершенные услуги персонального радиовызова:
- передачу цифровых сообщений длиной 20-1600 знаков;
- передачу буквенно-цифровых сообщений длиной от 400 до 9000 символов;
- передачу произвольного набора данных объемом до 64 кбит;
- возможность приема вызова и сообщений унифицированным приемником во всех странах,
входящих в СПРВ ERMES.
Страны, участвующие в проекте ERMES, договорились о выделении для СПРВ единого диа-
пазона частот 169,4-169,8 МГц, в котором организуется 16 радиоканалов с разносом частот 25
кГц [2.10].
Предусматривается использование сканирующих по частотам абонентских приемников, так-
же как и в СПРВ Metrocast Receptor.
ETSI придавал большое значение проблеме оптимизации структуры радиосигнала с целью
достижения максимума пропускной способности. ERMES является полностью цифровой системой,
обеспечивает скорость передачи сообщений 6,25 кбит/с, что позволяет повысить в 10-15 раз ем-
кость трафика по сравнению с существующими аналоговыми СПРВ [2.10].
Радиоинтерфейс, используемый для СПРВ ERMES, более сложный, чем в СПРВ POCSAG.
Цикл передачи состоит из 60-ти циклов по одной минуте каждый, причем каждый цикл со-
держит 5 подпоследовательностей по 12 секунд. Каждая из подпоследовательностей включает в
себя 16 типов "пачек”, обозначаемых от А до Р. Каждая пачка состоит из 4-х групп бит, обеспечи-
вающих:
1. синхронизацию;
2. передачу служебной системной информации;
3. передачу адреса;
4. передачу информационного сообщения.
Полная структура кода ERMES показана на рис. 2.3.
44
последовательность
1 час/60 циклов
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10
57 13 58 59
1 мин/5 субпоследовательностей
Рис. 2.3
Используется прямая коррекция ошибок (FEC), циклический код (30, 18), расстояние Хем-
минга - 6.
В процессе приема сообщений осуществляется сканирование по 16 частотным каналам с
последовательным обзором 16 типов пачек (от А до Р) в поисках адресного кода абонента.
Рис. 2.4
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
45
Разработку оборудования и абонентских приемников для СПРВ ERMES осуществляют веду-
щие фирмы в области создания систем персонального радиовызова: NEC, Ericsson, Motorola,
Panasonic. Philips и т.д.
Код ERMES позволяет реализовать стратегию крайне экономичного использования источни-
ка питания. При длине сообщения 40 знаков соотношение режимов работы “прием-дежурный при-
ем" может быть равно 1:200 при задержке доставки сообщения на радиоинтерфейсе в 6 секунд,
или 1:1000 - при задержке до 30 секунд. При соотношении указанных режимов работы 1:70, ре-
ально достижимом токе потребления приемника 30 мкА время непрерывной работы приемника
превышает 40 недель [2.11, 2.12].
Планируется объединение абонентов сетей ERMES диапазона 160 МГц с абонентами сетей
спутниковых СПРВ типа Sky-Tel диапазона 931 МГц в Северной Америке и Сингапуре через соот-
ветствующие интерфейсы между подсистемами управления [2.10].
2.5. Сравнение систем персонального радиовызова POCSAG и ERMES
POCSAG
Общая структурная схема системы персонального радиовызова с широкой зоной обслужи-
вания на основе кода POCSAG состоит из следующих основных частей:
PT - Paging Terminal - терминал персонального вызова;
PNC - Paging Network Controller - контроллер сети персонального вызова;
ОМС - Operations and Maintenance Center - центр эксплуатации и обслуживания;
PTN - Paging Transmission Network - сеть передачи персонального вызова, в состав которой
входят .
BS - Base Station - базовая станция персонального вызова;
ТЕ - Transmitter Expander - распределитель передаваемых данных к BS
Структурная схема системы POCSAG показана на рис. 2.5.
Структурная схема системы POCSAG
Рис. 2.5
Терминалы персонального вызова принимают и анализируют входящие данные вызовов из
телефонной сети общего пользования. Требования к линиям связи определяются ожидаемым тра-
фиком связи, то есть загрузкой канала вызова. Базовый блок может обслужить около 100000 або-
нентов с интенсивностью нагрузки 0,5 вызовов в час. Для больших систем базовые блоки могут
наращиваться.
46
Групповая передача сигналов в системе персонального вызова обеспечивается таким обра-
зом, что сообщения могут быть переданы одновременно для всех абонентов. Сеть может обеспе-
чивать до 1024 различных групп до 100 абонентов в каждой группе.
Могут быть обеспечены такие функции как автоматическая повторная передача сообщений к
определенным приемникам и приоритетность сообщений.
ERMES
Система ERMES отличается от системы POCSAG специфическим способом взаимодействия
операторов и централизованных служб в части эксплуатации и обслуживания. В системе ERMES
могут быть выделены следующие основные части;
PNC - Paging Network Controller - контроллер сети персонального вызова,
РАС - Paging Area Controller - контроллер зоны обслуживания вызовами;
BS - Base Station - базовая станция.
Контроллер сети персонального вызова является интерфейсом к сетям общего пользования
(PSTN, PSPDN, ISDN, Х.400 и т.д.). PNC работает в трех различных режимах:
PNC-1 - в режиме входящих вызовов;
PNC-H - в режиме регистра положения;
PNC-T - в режиме передачи.
В небольших сетях все эти режимы управляются одним и тем же аппаратным комплексом
PNC.
РАС обеспечивает распределение данных к приемо-передатчикам и выполняет некоторые
оперативные статистические вычисления, необходимые при поступлении вызовов.
BS контролирует и передает сигналы персонального радиовызова.
На рис. 2.6. показана структурная схема системы ERMES. Каждый компонент системы соот-
ветствует своему интерфейсному уровню и обозначается следующим образом;
11 - формат кодирования вызываемого приемника персонального радиовызова;
I2
I3
I4
I5
I6
- протокол PAC-BS;
- протокол PNC-PAC;
- протокол связи PNC-PNC;
- методы доступа;
- сети связи.
I2
PSTN
PSPDN
CSPDN
ISDN
TELEX
VIDEOTEX
I6
Структурная схема системы ERMES
Рис. 2.6
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
47
Внедрение СПРВ ERMES проходит на фоне активно действующих СПРВ POSCAG. Наиболее
прогрессивным направлением внедрения СПРВ ERMES считается их совмещение с действующими
сетями POCSAG [2.11]. На рис. 2.7. показана структурная схема комбинированной сети персо-
нального радиовызова фирмы Telecom Finland [2.12]. Основным достоинством этой сети является
то, что уже используемые виды услуг и интерфейсы остаются без изменения. Кроме того, абонен-
ты действующей сети POCSAG будут иметь возможность пользоваться новыми ее свойствами, а
новые абоненты СПРВ ERMES смогут пользоваться расширенным набором услуг.
ОМС - Operation and Maintenance Center.
PCN - Paging Network Controller.
РАС - Paging Area Controller.
NR - Network Router.
BS - Base Station.
Рис. 2.7
В дополнение к обычному подключению к ТФОП СПРВ ERMES могут быть соединены со
службами пакетной передачи сообщений, службами телекса и видеотекса (протокол Х.400), рече-
вой почтой и другими телеслужбами, которые могут быть сопряжены с системой ERMES посред-
ством протокола UCP (Universal Computer Protocol). Взаимодействие с другими сетями ERMES
осуществляется по специально разработанному интерфейсу “14".
Один контроллер пейджинговой сети PNC будет обслуживать и абонентов сети POCSAG и
абонентов сети ERMES, а также обе радиоподсистемы. Пользователи имеют возможность стать
48
абонентами двух сетей и могут иметь один и тот же номер, а также переключаться из сети в сеть.
Две СПРВ обслуживает одна система управления (ОМС). Радиосети двух СПРВ работают на раз-
личных частотах.
2.6. Код FLEX фирмы Motorola для систем персонального радиовызова
Рынок систем персонального радиовызова не отличается многообразием протоколов и стан-
дартов передаваемых сигналов. Кроме того каждый из них имеет свои недостатки и функциональ-
ные ограничения.
Фирма Motorola разработала свой протокол передачи сигналов СПРВ, получивший наимено-
вание FLEX, основным достоинством которого является повышенная скорость передачи сообще-
ний и, как следствие, большая емкость системы, улучшенные характеристики помехоустойчивости
канала передачи и обеспечение более экономичного режима работы пейджера относительно
СПРВ с кодом POCSAG. Код FLEX является синхронным, при его формировании используется ко-
дирование и перемежение. Полная структура кадров в СПРВ FLEX приведена на рис. 2.8.
Структура кадров FLEX.
Цикл = 128 кадров 4 минуты
Рис. 2.8
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
49
Кадры в СПРВ FLEX передаются последовательно со скоростью 32 кадра в минуту (1,875 се-
кунды на кадр). Полный цикл протокола FLEX включает 128 кадров, передаваемых в течение 4 ми-
нут, обозначаемых номерами от “0" до “127". Каждый час разделяется на 15 циклов, обозначае-
мых от “0” до “14".
Информационная часть (слово) кадра содержит номер кадра, состоящий из 7 бит, и номер
цикла - 4 бита. Код FLEX является синхронным, и для его синхронизации, осуществляемой по сиг-
налам точного времени, используется кадр “0" и цикл “0” в начале каждого часа. При передаче
нулевого цикла и нулевого кадра осуществляется синхронизация приемников.
Интервал синхронизации (Sync) каждого кадра разделяется на три блока: “Sync 1”, “Frame
Info”, “Sync 2".
Блок “Sync 1” обеспечивает синхронизацию кадра. Блок “Frame Info” несет информацию в
номере цикла и кадра, индикатор фазы мультиплексирования и 4 проверочных бита для оценки
качества принимаемой информации. Блок “Sync 2” обеспечивает цикловую (кадровую) синхрони-
зацию в приемнике, демультиплексирование и декодирование блоков сообщений. Полная структу-
ра интервала синхронизации (Sync) показана на рис. 2.9. Результаты анализа информационной
емкости кода FLEX представлены в таблице 2.2 [2.13].
Таблица 2.2
Код FLEX фирмы Motorola
Структура кадра:
Sync Blocks
Блоки данных
Используемые кодовые слова
Количество кадров в час
Количество кодовых слов в час
Количество рабочих кодовых слов в час
(при 100%-ной эффективности)
1,875 с (32 кадра в минуту)
11 в кадре, в каждом 8 кодовых слов,
перемежаемая глубина 8
11x8-1 (Sync) = 87 кодовых слов
1920 кадров
87 х 1920 = 167 040 кодовых слов
167 040 кодовых слов
Структура страницы: Кодовые слова - код ВСН (32, 31)
Адрес Кол-во неис- пользуемых бит Кол-во провероч- ных бит на сообщение Кол-во кодовых слов на сообщение Общее кол- во коде вых слов
Тональное сообщение 1 5 бит 4 бита 12 бит 2
Цифровое соообщение10.значнов 1 17 бит 6 бит 1 19/21 4
Буквенно-цифровое сообщение40.значнов 1 32 бита 10 бит 14 17
Скорости блока данных:
1600 бит/с; дает 167000 рабочих кодовых слов;
3200 бит/с; 334080 рабочих кодовых слов;
6400 бит/с; 668160 рабочих кодовых слов
Для цифрового знака нужны 4 бита; при кодовом слове (32,21) для передачи сообщения может ис-
пользоваться 21 бит. Результатом этого являются 5 ’/4 знака на кодовое слово, и на 10 знаков неоходимо
1 19/21 кодовых слова; всего требуется 4 кодовых слова, включая адресное кодовое слово, векторный бит и
провер >чные биты.
Для буквенно-цифрового сообщения необходимо 7 бит; при кодовом слове (32, 31) для передачи со-
общения может использоваться 21 бит. Это требует 14 кодовых слов на 40 знаков; всего требуется 17 кодо-
вых слов, включая адресное слово, векторный бит и проверочные биты.
Принципиальным шагом к успешному внедрению кода FLEX в системы и средства связи яви-
лась разработка фирмой Motorola микросхемы специализированного сигнального процессора
(DSP) и соответствующего программного обеспечения для формирования и приема этого сигнала
персонального радиовызова [2.14]. Использование этого DSP совместно с программными средст-
50
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
Sync 1
32 Bits
Bit Sync 1
32 Bits
1,0 Bit Pallern
Always 1600 bps Binary FM
Frame Speed
Al 1600/2FM
A2 3200/2FM
A3 3200/4FM
A 4 6400/4FM
A5 Future
A6 Future
AT Future
Ar Re-Sync
0111100011110011
0010000101011111
1000010011100111
0100111110010111
1101110101001011
0001011000111011
1011001110000011
1100101100100000
В
16 Bits
32 Bits 32 Bits
"A" Frame Info
4
(32,21 )8CH Code Words • see table
"A" Binary Pattern
0101100100111001
0101100100111001
0101100100111001
0101100100111001
0101100100111001
0101100100111001
0101100100111001
0101100100111001
Sample Bit Stream for 1600 bps Frame Speed
BS1 Al В Inv Al Frame Info BS2 C Inv BS2 Inv C 1010101010101010 1010101010101010 0111100011110011 0101100100111001 0101010101010101 1000011100001100 1010011011000110 iiiiiiiiiiiiiiii iiiiippppppppppP 1010 1110110110000100 0101 0001001001111011
LSB on left is transmitted 1st.
Sync 2
16 4
BS2
16 Bits
Stock 0
1600 bps
(1600 Symbols)
2-Level FM
12/24
12/24
Symbols
B/161 Symbols
i Inv
[BS2
BZlfi.
4600 bps/2-Level
3200 bps / 2-Level
13200 bps / 4-level
; bs2
Inv BS2
Inv BS2
Inverse’C
•C
Block 0
3200 bps
(16/3200 Symbols
4/2 level FM
Block 0
6400 bps
(3200 Symbols)
4-Level FM
6400 bps / 4 Level
BS2
: OOOlOOOlOOOlOOOlOOOlOOOh ) 10110110000100 Example 3200bps 4-
net cool ooo looo loooi oooi opooi ooi ooi 11 ion Level Recovered Daia
Inverse BS2 Inverse "C"
Sync 2 • The *C* waveforms are delined as either 2-level or 4-level symbols
depending on the desired speed and modulation to ihe data blocks.
Рис. 2.9.
вами открыло разработчикам практически реализуемый эффективный способ передачи сообще-
ний в различных радиоканалах, включая и СПРВ. По мнению Motorola, изготовители во всем мире
будут внедрять такие изделия, которые превратят протокол FLEX в неотъемлемую часть повсе-
дневной жизни, начиная с пейджеров и компьютеров - до бытовых устройств в домах и в автомо-
билях. Общая структурная схема передатчика СПРВ FLEX показана на рис. 2.10.
Рис 2 10
Литература к Главе 2
2.1 Концепция развития в России сетей радиовызова общего пользования. “Электросвязь”, N
11, 1994. с. 2-3.
2.2 Туляков Ю.М. Системы персонального радиовызова. - М,: Радио и связь, 1988.-168 с.
2.3 Wettlanf mit dem gotterboten, Funkschau 4, 1990. p.p. 24-29.
2.4 Enterprises Telecomunications. - 1991. - N 7. - p. 96.
2.5 Radiocommunications Magazine. - 1991. - N 22. - p. 14.
2.6 Y. Abbott. Radio Paging: Towards the Year 2000. Pan-European Mobile Communications,
Summer 1989. IBS Technical p.p. 52-54.
2.7 Электроника, N 19, 1986, c. 14-15.
2.8 Piepser aus der Armbaunduhr, Funkschau 4, 1990 p. 28.
2.9 C. Poschenrieder. Piepser aus dem Orbit. Funkschau 16, 1990 p.p. 32-33.
2.10 L. Covens. The Road to ERMES. Communications, October, 1990. p.p. 50-58.
2.11 Paging - where is it going? Mobile Europe. June 1992, p.p. 28-30.
2.12 ERMES - A New Paging Generation. Mobile Europe. June 1992, p.p. 33-34.
52
Глава 3. СИСТЕМЫ СОТОВОЙ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
3.1. Стандарты сотовых систем подвижной радиосвязи
Развитие в 70-х годах сотовых систем подвижной связи и их внедрение решили проблему
экономии спектра радиочастот путем многократного использования выделенного частотного ре-
сурса при пространственном разнесении приемопередатчиков с совпадающими рабочими частота-
ми. Сотовая топология позволила многократно увеличить емкость телекоммуникационных сетей по
отношению к сетям радиальной структуры без ухудшения качества связи и расширения выделен-
ной полосы частот. Однако, внедрение систем сотовой подвижной связи (ССПС) началось после
того, как были найдены способы определения текущего местоположения подвижных абонентов и
обеспечения непрерывности связи при перемещении абонента из одной соты в другую.
Известны девять основных стандартов аналоговых ССПС [3.1; 3.2] (табл. 3.1). Один из них -
NMT-450 - принят в качестве федерального стандарта для России. На его основе созданы ССПС в
Москве (“Московская сотовая связь"), Санкт-Петербурге (“Дельта-Телеком”) и других городах.
Однако, аналоговые ССПС уже не удовлетворяют современному уровню развития информа-
ционных технологий из-за многочисленных недостатков, главные из которых - несовместимость
стандартов; ограниченная зона действия; низкое качество связи; отсутствие засекречивания пере-
даваемых сообщений и взаимодействия с цифровыми сетями с интеграцией служб (ISDN) и пакет-
ной передачи данных (PDN).
В последние годы из-за ограниченных возможностей стандартов NMT-450 и NMT-900 во
всем мире наблюдается снижение роста числа их пользователей [3.3, 3.4].
В 80-х годах в Европе, Северной Америке и Японии приступили к интенсивному изучению
принципов построения перспективных цифровых ССПС и сегодня уже разработаны три стандарта
таких систем с макросотовой топологией сетей и радиусом сот до 35 км: общеевропейский стан-
дарт GSM, принятый Европейским институтом стандартов в области связи (ETSI); американский
стандарт ADC (D-AMPS), разработанный Промышленной ассоциацией в области связи (TIA); япон-
ский стандарт JDC, принятый Министерством почт и связи Японии.
Общеевропейский стандарт GSM - первый в мире стандарт на цифровые ССПС, который
предусматривает их создание в диапазоне 900 МГц и является основой стандарта ССПС DCS 1800
(диапазон 1800 МГц) с микросотовой структурой, принятого в настоящее время в Европе. Стан-
дарт GSM реализуется в настоящее время в Северной Америке в диапазоне 1900 МГц (PCS-1900).
Указанные выше стандарты на цифровые ССПС отличаются своими характеристиками. Они
построены на единых принципах и концепциях и отвечают требованиям современных информаци-
онных технологий (табл. 3.2) [3.2; 3.5; 3.6].
Стандарт GSM - результат фундаментальных исследований ведущих научных и инженерных
центров Европы. Разработанные в GSM системные и технические решения могут использоваться
для всех перспективных цифровых ССПС. В первую очередь, к таким решениям относятся: по-
строение сетей GSM на принципах интеллектуальных сетей; распространение модели открытых
систем на ССПС; внедрение новых, более эффективных, моделей повторного использования час-
тот; применение временного разделения каналов связи (TDMA); временное разделение режимов
приема и передачи пакетированных сообщений; использование эффективных методов борьбы с
замираниями сигналов, основанных на частотном разнесении, путем применения режима передачи
с медленными скачками по частоте (SFH) и тестирования канала связи с помощью псевдослучай-
ной последовательности, известной в приемнике; применение блочного и сверточного кодирова-
ния в сочетании с прямоугольным и диагональным перемежением; программное формирование
логических каналов связи и управления; использование спектрально-эффективного вида модуля-
ции (GMSK); разработка высококачественных низкоскоростных речевых кодеков; шифрование пе-
редаваемых сообщений и закрытие данных пользователей.
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
53
Стандарты аналоговых сотовых систем связи
Таблица 3.1
Характеристики системы связи AMPS (США) HCMTS (Япония) NMT-450 Скандинавские страны NMT-900 Скандинавские страны С-450 (Германия) TACS (Англия) ETACS (Англия, Лондон) RTMS-101H (Италия) Radiocom-200 (Франция)
Г од ввода в эксплуатацию 1983 1979 (1988- новая) 1981 1986 1985 1985 1987 1985 1985
Полосы частот на передачу (Мгц) - базовая станция - подвижная станция 870-890 825-845 870-885 925-940 463-647,5 453-457,5 935-960 890-915 461,3-465,74 451,3-455,74 935-950 890-905 917-933 872-888 460-465 450-455 202,7-205,1 424,8-427,9 194,7-197,1 418,8-417,9
Разнос дуплексных каналов (МГц) 45 55 10 45 10 45 45 10 8; 10
Разнос каналов (кГц) 30 25/12,5 25/20 12.5 20/10 25 25 25 12,5
Общее число дуплексных каналов 666 (333 в каждой из двух под-по- лоос, вклю- чая 21 канал сиг-нализа- ции) 600 1200 180 225 1000 1.999 222 600 (300 в каж- дой из подпо- лос, включая 21 канал сиг- нализации) — 196 + 4 для однонаправл. вызовов 200/384 192;256
Максимальная эффективно излучаемая мощность базовой станции, Вт 100 (1) 50/25 50 100 100 (адаптив- ное регулиро- вание: 35 дБ, 8 уровней) 100 100 25/2.5 от 25 до 70
Номинальная мощность передатчика подвижной станции (Вт) 3 5/1 15/2 6/1 15 (адаптивное регулирован.: 35 дБ, 8 уровней) 2-20 2-20 10/1 11
Характеристики сигналов: - вид модуляции - пиковая девиация (кГц) - обработка FM ± 12 (эффективн. ± 2.9) Слоговой компандер 2:1 FM ± 5 Слоговой компандер 2:1 РМ ± 5 РМ ± 5 Слоговой компандер 2:1 (Рек. G.162 МККТТ) РМ ± 4 Слоговой компандер 2:1 FM ± 9,5 Слоговой компандер 2:1 FM ±9,5 Слоговой компандер 2:1 РМ (FM, если применяется инверсия полосы) Слоговой компандер 2:1 (Рек. G.162 МККТТ) FM ± 2,5 Слоговой компандер в направлении от базовой к подвижной станции
Таблица 3.1 (продолжение)
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
Характеристики системы связи AMPS (США) HCMTS (Япония) NMT-450 Скандинавские страны NMT-900 Скандинавские страны С-450 (Германия) TACS (Англия) ETACS (Англия, Лондон) RTMS-101H (Италия) Radiocom-200 (Франция)
Типы сигналов управления: - тип модуляции - пиковая девиация, кГц - вид кода - скорость передачи, кбит/с - эффективная скорость передачи информации (зависит от типа сообщен) FSK ± 8 манчестерск 10 0,27 - 1,2 FSK ± 4,5 манчестерск 0,3 0,12 - 0,18 FFSK ± 3,5 без возвраще- ния к нулю 1.2 0,46 FFSK ± 3,5 без возвраще- ния к нулю 1,2 0,46 FSK ± 2,5 без возвраще- ния к нулю 5,28 1,82 FSK ± 6,4 манчестерск. 8 0,22 - 0,96 FSK ± 6.4 манчестерск. 8 0,2 - 0,96 FSK ±4 многочастот- ный (2 из 7 )(3) около 0,1 FFSK + 17 без возвраще- ния к нулю 1.2 0,46
Помехоустойчивое кодирование - в направлении базовая станция-подвижная стан. - в направлении подвижная станция - базовая станция Укорочен- ный (63:51) код БЧХ с повтор.. (4) (40:28) БЧХ (48:36) БЧХ Укорочен- ный (63:51) код БЧХ Укорочен- ный (15:11) код БЧХ (43:31) БЧХ (43:31) БЧХ (доступ); (11:7) БЧХ (инд.вызов) Сверточный, корректир. пакеты ошибок код типа В1 Хагельбаргера Сверточный, корректир. пакеты ошибок код типа В1 Хагельбаргера БЧХ (15:7) Укороченный (632:51) код БЧХ с повторен.(4) (40:28) БЧХ (48:36) БЧХ код Хагельбаргера (6:19)
Обнаружение ошибок мин. 11, мах 89 на 200 бит мин. 3 ---- мин. 40 на 200 бит мин. 11, макс. 89 на 200 бит ---- ---- ----
Коррекция ошибок мин. 5, макс. 89 на 200 бит 1 ошибка мин. 6 с защитным интервалом 19 бит мин. 6 с защитным интервалом 19 бит мин. 20 на 150 бит мин. 5 на 200 бит мин. 6
ел
СЛ
Таблица 3.1 (продолжение)
Характеристики системы связи AMPS (США) HCMTS (Япония) NMT-450 Скандинавские страны N МТ-900 Скандинавские страны С-450 (Германия) TACS (Англия) ETACS (Англия, Лондон) I RTMS-101H (Италия) Radiocom-200 (Франция)
Защита сообщений Передача сигнала управления повтор, цик- лами. Передача сигналов управления повтор, цик- лами с по- битным ма- жоритарным декодирова- нием. Передача сигнала управления повтор, цик- лами. Одновре- менная пе- редача от базовых станций в зоне управ- ления. Процедура приема кадров в зависимости от категории сообщения Процедура приема кадров в зависимости от категории сообщения Адаптивное повторение сообщений в случае ошибок. Передача сигнала управления повтор, циклами Передача сигналов управления повтор, циклами с побитным мажоритар- ным декодирова- нием. Автокорреля- ционное управление кодированным сообщением с повторением в зависимости от типа сообщения в случае ошибок. Повторение кадров.
Схема повторения ячеек 7; 12 9, 12 7; 12 7; 9; 12 7 4; 7; 12; 21 4; 7; 12; 21 —.. ....
Типичный радиус соты (км) 2-20 5 (в городе) 10 (в приго- роде) (2) 1-40 0.5-20 2-30 2-20 2-10 5-20 20
Время переключения каналов на границе сот, мс 250 800 1250 270 300 290 290 ....
Минимальная величина входного отношения сигнал/шум, дБ 10 17 15 .... .... 10 10 .... ....
Примечание к таблице 3.1
(1) - В зависимости от обстоятельств могут допускаться исключения.
(2) - Зона управления охватывает 10 ячеек.
(3) - Скорость модуляции составляет 50 мс/знак.
(4) - Повторяется от 5 до 11 раз в зависимости от типа сообщения с побитным мажоритарным декодированием; кроме того, для достижения
декорреляции два потока соообщений чередуются в общем канале индивидуального вызова.
NMT-450-A - стандарт NMT-450, модифицированный для Австрии.
NMT-450-F - стандарт NMT-450, модифицированный для Франции.
NMT-450-N - стандарт NMT-450 Скандинавских стран
RTMS-101H - первая сотовая система Италии, эксплуатация прекращена с 1990 года
Таблица 3.2
№№ п.п. "П Характеристики стандарта GSM DCS18000, PCS1900 ADC JDC
1 Метод доступа TDMA TDMA TDMA
2 Разнос частот 200 кГц 30 кГц 25 кГц
3 Количество речевых каналов на несущую 8(16) 3 3(6)
4 Скорость преобразования речи 13 кбит/с (6,5 кбит/с) 8 кбит/с 11,2 кбит/с (5,6 кбит/с)
5 Алгоритм преобразования речи RPE-LTP VSELP VSELP
6 Общая скорость передачи 270 кбит/с 48 кбит/с 42 кбит/с
7 Метод разнесения Перемежение, скачки по частоте Перемежение Перемежение
8 Эквивалентная полоса частот на речевой канал 25 кГц (12,5 кГц) 10 кГц 8,3 кГц (4,15 кГц)
9 Вид модуляции 0,3 GMSK л/4 DQPSK л/4 DQPSK
10 Требуемое отношение несущая/интерференция (C/I) 9 дБ 16 дБ 13 дБ
11 Рабочий диапазон частот 935-960 МГц 890-915 МГц 824-840 МГц 869-894 МГц 810-826 МГц 940-956 МГц 1429-1441 МГц 1447-1489 МГц 1453-1465 МГц 1501-1513 МГц
12 Радиус соты 0,5-35 км 0,5-20 км 0,5-20 км
Принципиально новым шагом в развитии ССПС было принятие для GSM концепции интеллек-
туальной сети и модели открытых систем (OSI), одобренных международной организацией стан-
дартов (ISO) [3.6; 3.7]. Концепция построения интеллектуальной сети подробно рассмотрена в
[3.8-3.10] и сегодня применяется в процессе создания всех перспективных цифровых ССПС с мак-
ро- и микросотами. Она предусматривает объединение ССПР, систем радиовызова и персональ-
ной связи при условии оперативного предоставления абонентам каналов связи и развития услуг.
Модель OSI интерпретирует процесс передачи сообщений как иерархию функциональных взаимо-
зависимых уровней, каждый из которых имеет встроенный интерфейс на смежном уровне. Струк-
тура уровней в модели OSI применительно к стандарту GSM показана на рис. 3.1 [3.7].
Уровень
7 Прикладной уровень
6 Уровень представления (информации) для пользователей ► (речь, данные, адрес ...)
5 Сеансовый уровень (управление связью) Для ’ ► соединительных
4 Транспортный уровень сетей Для сетей GSM
3 Сетевой уровень Установление соединения Управление подвижной связью Управление радиоресурсом
2 Канальный уровень Пакетирование/распределение сообщений
1 Физический уровень Помехоустойчивое кодирование и перемежение Формирование логических каналов Модуляция, скачки по частоте и т.д.
Рис. 3.1
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
57
Американский стандарт ADC (D-AMPS) разрабатывался для отличных от Европы условий;
диапазон частот 800 МГц и работа в общей с существующей аналоговой ССПС AMPS полосе час-
тот. В этом случае для цифровой ССПС необходимо было сохранить частотный разнос каналов
30 кГц, используемый в AMPS, и обеспечить одновременную работу абонентских радиостанций как
в аналоговом, так и в цифровом режимах. Применение специально разработанного речевого коде-
ка ( VSELP), имеющего скорость преобразования речевого сигнала 8 кбит/с, и цифровой диффе-
ренциальной квадратурной фазовой манипуляции со сдвигом л/4 позволило в режиме TDMA орга-
низовать три речевых канала на одну несущую с разносом канальных частот 30 кГц (табл. 3.2).
Японский стандарт JDC во многом совпадает с американским. Основные отличия заключают-
ся в использовании другого частотного диапазона, дуплексного разноса полос частот приема и пе-
редачи - 55 МГц при разносе каналов 25 кГц. Стандарт JDC адаптирован также к диапазону
1500 МГц (табл. 3.2).
Все стандарты цифровых ССПС обеспечивают взаимодействие с ISDN и PDN. Принятые тех-
нические решения гарантируют высокое качество передаваемых сообщений в режимах открытой
или закрытой (засекреченной) передачи.
Количество абонентов сетей связи интенсивно увеличивается. На рис. 3.2 показан рост коли-
чества абонентов сетей сотовой связи в Европе, начиная с 1986 года [3.13]. Предполагаемое рас-
пределение абонентов по сотовым сетям различных стандартов к 2000 году показано на рис. 3.3
[3.14].
конец года
Рис. 3.2
NMT-450( 1 %) NMT-900(3%)
TACS(11%)
GSM(74%)
DCS1800(10%)
Другие(1%)
Рис. 3.3
58
3.2. Особенности построения цифровых ССПС с макросотовой структурой
Принципы построения цифровых ССПС позволили применить при организации сотовых сетей
новые более эффективные модели повторного использования частот, чем в аналоговых сетях. В
результате без увеличения общей полосы частот системы связи значительно возросло число кана-
лов на соту. В первую очередь, сказанное относится к стандарту GSM. Вид модуляции, способы
кодирования и формирования сигналов в каналах связи, принятые в GSM, обеспечивают прием
сигналов с отношением сигнал/помеха С/1 - 9 дБ [3.11], в то время как в аналоговых системах тот
же показатель равен 17-18 дБ. Поэтому передатчики базовых станций (BTS), работающие на сов-
падающих частотах, могут размещаться в более близко расположенных сотах без потери высокого
качества приема сообщений.
Первыми моделями повторного использования частот, которые применялись в аналоговых
ССПС, были модели с круговыми диаграммами направленности (ДН) антенн базовых станций В
сетях цифровых ССПС для сот с круговой ДН антенн применяют модель повторного использования
частот, включающую 7 или 9 сот. На рис. 3.4 показана модель повторного использования частот
для семи сот. Модель с круговой ДН антенн предполагает передачу сигнала BTS одинаковой мощ-
ности по всем направлениям, что для абонентских станций эквивалентно приему помех со всех на-
правлений
Эффективным способом снижения уровня соканальных помех, то есть помех по совпадаю-
щим частотным каналам, может быть использование секторных антенн. В секторе направленной
антенны сигнал излучается в одну сторону, а уровень излучения в противоположном направлении
сокращается до минимума. Секторизация сот позволяет более часто повторно применять частоты
в сотах при одновременном снижении уровня помех. Общеизвестная модель повторного использо-
вания частот в секторизованных сотах включает три соты и три BTS. В таком случае задействуют
три 120-градусные антенны на BTS с формированием девяти групп частот (рис. 3.5).
Самую высокую эффективность использования полосы частот, то есть наибольшее число
абонентов сети в выделенной полосе частот, обеспечивает разработанная фирмой Motorola (США)
модель повторного использования частот, включающая две BTS [3.12] Как следует из схемы, пока-
занной на рис. 3.6, каждая частота используется дважды в пределах модели, состоящей из четы-
рех BTS. Благодаря этому каждая из четырех BTS в пределах действия шести 60-градусных антенн
может работать на 12-ти группах частот.
Например, в сети GSM с общей полосой 7,2 МГц (36 частот), модель повторного использова-
ния частот двумя BTS позволяет на одной BTS одновременно применять 18 частот (в модели с
тремя BTS таких частот 12). Емкость сети возрастает на 50%, однако для обеспечения прежнего
значения вероятности блокировки канала связи необходимо снижение этого показателя до 40%.
В любой ССПС емкость сетей зависит от количества каналов связи в соте N, которое, напри-
мер, для стандартов с временным разделением каналов определяется выражением:
где F - полоса частот ССПС;
f = -Fk- - эквивалентная полоса частот, приходящаяся на один речевой канал;
п
Fk - полоса частот одного радиоканала;
п - число временных позиций в TDMA кадре;
F
у - число речевых каналов связи;
к - коэффициент повторного использования частот.
В таблице 3.3 приведены значения количества каналов N на соту для ССПС различных стан-
дартов при разных коэффициентах повторного использования частот. Как следует из этой табли-
цы, при одинакосой полосе частот ССПС наибольшее число каналов на соту и, следовательно, наи-
большая емкость сетей может быть реализована в стандартах GSM и JDC в полускоростном кана-
ле связи. Внедрение полускоростного канала в сетях связи GSM ожидается к 1997 году после за-
вершения разработки речевого кодека со скоростью преобразования речи 6,5 кбит/с.
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
59
Рис. 3.5.
Рис. 3.6.
60
Таблица 3.3
Характеристики ССПС Аналоговые ССПС Цифровые ССПС
NMT-450 AMPS GSM ADC JDC
полноскорост- ной канал полускорост- ной канал
Общая полоса частот F, МГц 4,5 25 25 25 25 25
Эквивалентная полоса частот на один канал связи f, кГц 25 30 25 12,5 10 8,3
Число речевых каналов связи F/f 180 833 1000 2000 2500 3000
Коэффициент повторного использования частот к 7(3) 7 3(2) 3(2) 7 4
Число каналов на соту N 26(60) 119 333(500) 666(1000) 357 750
Структура сот и схемы повторного использования частот разрабатывались при условии, что
местоположение подвижного абонента заранее неизвестно и непредсказуемо
В отличие от этой концепции в настоящее время развивается новое направление в подвиж-
ной связи, основанное на использовании интеллектуальных антенных систем, автоматически пере-
страивающих свои диаграммы направленности на источник излучения сигнала.
Интеллектуальные антенные системы разрабатываются и применяются уже много лет [3.15],
однако их реализация до последнего времени в коммерческих системах была не выгодна до появ
ления дешевых сигнальных процессоров, удобных к реализации алгоритмов управления диаграм-
мой направленности антенн, разработанных применительно к цифровым сотовым системам связи
со своей структурой логических каналов управления.
В настоящее время развиваются два способа построения интеллектуальных антенных сис-
тем, основанных на коммутировании лучей и адаптации диаграммы направленности. Оба способа
основаны на увеличении коэффициента усиления антенны в направлении на абонентскую станцию,
причем только адаптивные антенны обеспечивают максимальный коэффициент усиления и мини-
мальный уровень соканальных помех [3.16].
Интеллектуальная антенная система состоит из нескольких антенн, объединенных электрон-
ной схемой с фазовыми и амплитудными аналазиторами. В результате анализа принимаемых сиг-
налов, поступающих на различные элементы антенны, вычисляется направление оптимального
приема. Сигнальный процессор в реальном масштабе времени формирует суммарную диаграмму
направленности антенн на источник излучения с учетом частоты принимаемого сигнала и некото-
рых других параметров.
В работе [3.17] приведены результаты экспериментальных исследований по использованию
интеллектуальных антенных систем с адаптацией диаграммы направленности для случая использо-
ваний одной соты. Целью исследований было сравнение максимальной емкости соты для случая
использования TDMA и системы, использующей адаптацию диаграммы направленности антенной
системы (SDMA). Результаты исследований иллюстрируются графиками рис. 3.7, где показана ве-
роятность блокировки входящего вызова при различной нагрузке в сети в Эрлангах При гранич-
ном значении вероятности блокировки вызова 0,01 использование адаптации диаграммы направ-
ленности антенной системы позволяет увеличить нагрузку в системе связи до шести раз по отно-
шению к обычной системе TDMA.
Практическая реализация интеллектуальных антенных систем представляется весьма пер-
спективной для сотовой связи независимо от стандарта GSM, DECT и т.д. Их применение на прак-
тике не будет требовать уменьшать размеры сот при возрастании нагрузки. Увеличение емкости
сети сотовой связи может в этом случае обеспечиваться внедрением новых аппаратных средств и
соответствующего программного обеспечения.
3.3. Микросотовая структура систем подвижной связи
Следующий шаг развития сотовых систем подвижной связи после введения цифровой техно-
логии - переход к микросотовой структуре сетей. При радиусе сот несколько сотен метров их
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
61
Нагрузка (Эрл.)
Рис. 3.7
емкость может быть увеличена в 5-10 раз по сравнению с макросотами. Кроме того, возможно
применение абонентских радиостанций существующих стандартов цифровых ССПС наряду с пор-
тативными маломощными абонентскими радиостанциями, служащими основой для создания сис-
тем персональной связи (PCS) [3.18].
Микросотовая структура ССПС органически сочетается с макросотами. Микросоты строятся
на основе BTS небольшой мощности, обслуживающих участки улиц, помещения в зданиях (магази-
ны, аэропорты, вокзалы и т.д.). Микросотовая структура может рассматриваться как развитие обо-
рудования макросотовой базовой станции, с управлением единым контроллером и с взаимным со-
единением при помощи линий со скоростью передачи 64 кбит/с. Микросоты берут на себя нагруз-
ку от медленно перемещающихся абонентов, например, пешеходов и неподвижных автомобилей.
Принципы построения создаваемых микросотовых сетей подвижной связи отличаются от су-
ществующих для макросотовых сетей. К таким отличиям относятся отсутствие частотного планиро-
вания и “эстафетная передача” (handover).
Первое отличие связано с тем, что в условиях микросот трудно спрогнозировать условия
распространения радиоволн и дать оценку уровня соканальных помех. В этом случае практически
невозможно применять принципы частотного планирования в макросотах. Кроме того, фиксиро-
ванное распределение каналов приводит к низкой эффективности использования спектра частот.
По данным причинам в микросотовых сетях связи действует процедура автоматического адаптив-
ного распределения каналов (АРК) связи, реализованная, например, в европейском стандарте
DECT на цифровые системы беспроводных телефонов общего пользования [3.19].
Преимущества АРК особенно заметны при рассмотрении емкости сетей связи, так как тогда
практически отсутствуют потери эффективности использования соединительных линий, а возмож-
ность повторного задействования канала зависит от среднего уровня помех, а не от максимально-
го.
Что касается второго отличия, то в микросотовых сетях в процессе обычного телефонного
соединения число переключений между BTS возрастает, и для обеспечения непрерывности связи
необходимы новые быстродействующие алгоритмы переключения (handover).
62
В существующих цифровых ССПС применяют так называемые алгоритмы принудительного
переключения, относящиеся к классу распределенных алгоритмов, которые работают значительно
быстрее, чем централизованные алгоритмы аналоговых ССПС. В микросотовой структуре нет не-
обходимости нагружать сеть измерением уровня радиосигнала для принятия решения о переклю-
чении Функции измерения переданы подвижной станции, которая передает его результаты на
BTS. В процессе переключения не требуется синхронизировать BTS. Центр коммутации подвижной
связи не задействуется до тех пор, пока не будет выполнено фактическое переключение.
Впервые микросотовая структура сетей связи была реализована в системах беспроводных
телефонов (Cordless Telephones) общего пользования. Основные характеристики стандартов циф-
ровых систем беспроводных телефонов общего пользования приведены в таблице 3.4.
Таблица 3.4
Стандарт СТ2 DECT PHS
Внедрение Полоса рабочих частот Количество временных каналов на одной частоте Разнос частотных каналов Вид модуляции Девиация Скорость передачи в радиоканале Великобритания 864-868 МГц 1 100 кГц 2-х уровневая FSK ±14,4-25,2 кГц 72 кбит/с Европа 1,88-1,90 ГГц 12 1,728 кГц GFSK ±259-317 кГц 1,152 Мбит/с Япония 1,895-1,918 ГГц 4 300 кГц п/4 DQPSK 384 кбит/с
Микросотовая структура используется при реализации сетей в рамках концепции персональ-
ной связи (PCN) [3.18-3.20], которые в Европе создаются на основе стандарта DCS-1800, преду-
сматривающем соответствие радиоинтерфейса стандарту GSM. В рамках реализации концепции
персональной связи в структуру сетей вводятся пикосоты с радиусом 10-60 м, предназначенные
для обслуживания абонентов в городских районах с большой плотностью населения и в закрытых
зонах (офисы, жилые помещения, подземные гаражи, вокзалы и т.д.). Применение пикосот - еще
один значительный шаг к повышению емкости ССПС
3.4. Перспективные ССПС
На этапе создания ССПС второго поколения топологическое развитие сетей на принципах
перехода от макросот к микро- и пикосотам, а также внедрение эффективных методов повторного
использования частот служат основными направлениями увеличения их емкости. Данные методы
ограничивают возможности ССПС второго поколения по емкости и видам предоставляемых услуг
связи в рамках выделенного диапазона частот.
Если не учитывать перехода на полускоростные каналы связи, то рост емкости ССПС второго
поколения может происходить только путем перевода существующих стандартов в новые диапазо-
ны частот. В качестве примера можно привести распространение рекомендаций стандарта GSM-
900 на стандарт DCS-1800.
Дальнейшее увеличение емкости ССПС без значительного расширения рабочей полосы час-
тот возможно при создании новых протоколов связи и методов управления сетью, включающих
процедуры распределения частотных и временных каналов по сети, местоопределения подвижных
абонентов и “эстафетной передачи” Данные задачи решаются в рамках создания ССПС третьего
поколения, которые будут отличаться унифицированной системой радиодоступа, объединяющей
существующие сотовые и беспроводные системы с информационными службами XXI века.
В сочетании с широкополосными сетями ISDN (В-ISDN) ССПС третьего поколения будут
иметь архитектуру единой сети и предоставлять связь абонентам в различных условиях, включая
движущийся транспорт, жилые помещения, офисы и т.д. [3 21].
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
63
В Европе работы по созданию ССПС третьего поколения, получившей название UMTS (уни-
версальная система подвижной связи), проводятся СЕРТ в рамках исследовательской программы
RACE [3.21]. В процессе разработки UMTS последовательно реализуется предложенная СЕРТ кон-
цепция развития стандартизации в области связи.
В конце 80-х - начале 90-х годов СЕРТ и ETSI провели большую работу по созданию стандар-
тов подвижной связи. Разработаны общеевропейские стандарты на цифровые ССПС GSM-900 и
DCS-1800, на цифровые системы беспроводных телефонов DECT и персонального радиовызова
ERMES, на сети профессиональной подвижной связи TETRA и др. Внедрение перечисленных стан-
дартов позволяет обеспечить создание сетей с возможностью предоставления услуг пользовате-
лям каждой системы связи в рамках Европы. Однако взаимодействие абонентов указанных систем
невозможно.
Концепция создания универсальной системы подвижной связи UMTS подразумевает объеди-
нение функциональных возможностей указанных выше систем в единую систему третьего поколе-
ния с предоставлением стандартизованных услуг подвижной связи (сотовой, беспроводной, персо-
нального вызова и т.д.). Одна из задач проекта - создание к 1998 году радиотерминала стоимо-
стью около 100 долл. США, обеспечивающего все виды услуг связи (речь, данные, видео и т.д.)
при скорости передачи информации по радиоканалу 2 Мбит/с в условиях микросотовой и пикосо-
товой структур сети [3.22]. Радиотерминал должен работать в сетях частного и общего пользова-
ния, обслуживаемых разными операторами. Должна также обеспечиваться регистрация абонентов
при переходе из одной сети в другую.
Концепция UMTS будет реализована на принципах интеллектуальной сети. Для более эффек-
тивного использования ее ресурсов предполагается применить новый способ распределения вы-
зовов, связанный с разделением вызова и управления соединением и предусматривающий резер-
вирование соединений. Для звонка абоненту рассматривается использование сигналов персональ-
ного радиовызова. В UMTS предполагается создание распределенной базы данных с разделением
подсистем коммутации, управления и передачи данных. Преимущества распределенной базы дан-
ных - применение меньшего числа служебных сигналов из-за возможности локальной обработки
данных, высокая надежность базы данных и оперативный доступ. Кроме того, распределенная база
данных может быть динамичной, т.е. группироваться в зоне текущего местоположения абонентов,
что уменьшает время соединения.
Особенность сетей UMTS состоит в исследовании новых принципов “эстафетной передачи",
при которых необходимо обеспечить непрерывность связи в случае перехода из одной сети в дру-
гую, для чего необходимо передавать сигналы межсетевого управления.
Сегодня в рамках создания UMTS исследуются принципы построения каналов связи и управ-
ления, а также рассматриваются методы доступа, модуляция и кодирование сообщений, организа-
ция управления, аутентификация абонентов и шифрование сообщений с учетом межсетевого взаи-
модействия. Окончательные технические решения по созданию UMTS будут приняты в 1997-1998
годах.
Работы по созданию единой международной ССПС третьего поколения проводятся Междуна-
родным союзом электросвязи (МСЭ). В 1992 г. Всемирная Административная конференция по ра-
дио (WARC-92) рекомендовала для будущей системы подвижной связи общего пользования
FPLMTS диапазон частот 1-3 ГГц, в котором будет выделена полоса 60 МГц для персональных
станций и 170 МГц для подвижных станций. МСЭ признал, что космические системы передачи
должны быть неотъемлемой частью FPLMTS. Начало ввода наземных компонентов системы ожида-
ется к 2000 г., ввод спутниковой подсистемы FPLMTS в полосах частот 1980-2010 МГц и 2170-2200
МГц - к 2010 г. Пока что в МСЭ проводятся исследования, касающиеся методов дуплексной пере-
дачи, модуляции, размещения каналов, протоколов связи и сигнализации. Разрабатывается общий
всемирный план нумерации и соответствующие характеристики сети, которые гарантировали бы
абонентам возможность перемещения в масштабах всего мира. При разработке будущих сетей
должны быть использованы международные технические характеристики, которые определены ра-
нее МККР и МККТТ [3.23, 3.24].
На рис. 3.8 представлены поколения ССПС и этапы их развития.
64
DIGITAL, 1900MHz
Рис. 3.8
Литература к Главе 3
3.1 A. Mehrotra, Cellular Radio: Analog and Digital Systems. Artech House. Boston-London. 1994,
p.460.
3.2 D.M. Balson. Pan-European Cellular Radio: 1991 and all that Electronics and Communication.
Engineering Journal. January/February 1989, p.p. 7-13.
3.3 N. Cawthorne. GSM Set to Enter the International Cellular Market. The 1991 Pan-European Digital
Cellular Radio Conference. 5/6 February 1991. Acropolis Conference Centre. Nice. France
3.4 Kampf der Systeme. Funkschau. N 11. 1991. p. 4.
3.5 CEITT. Study Group XYIII. Temporary Document N 8/1. Draft Recommendation.I. 312/Q. 1201.
"Principles of Intelligent Network Architecture”. - Geneva. 1991.
3.6 R. Boult. New Standards steal the show Telecom. Open System Magazine. January, 1992, p. 12.
3.7 D. Picken. The GSM Mobile-Telephone Network: Technical Features and Measurement
Requirements. News from Rohde & Shwarz. N 1, 1992, p.p. 28-31.
3.8 Л.Е. Варакин. Интеллектуальная сеть: эволюция сетей и услуг связи. “Электросвязь", N 1,
1992, с. 2-7.
3.9 Л.Е. Варакин, А.Е. Кучерявый, Н.А. Соколов, Ю. И. Филюшин. Интеллектуальная сеть:
Концепция и архитектура. “Электросвязь”, N 1, 1992, с. 7-10.
3.10 Jabbori. Intelligent Network Concepts in Mobile Communications. IEEE Communications
Magazine. February 1992. p.p. 64-69.
3.11 C.Y. Lee William. New Concept Redefines Spectrum Efficiency of Cellular Mobile Systems.
Telephony, November, N 11, 1985, p.p. 82-90.
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
65
3.12 D.C. Cox. Co-Channel Interference Considerations in Frequency range small-coverage-area
Radio Systems. IEEE Trans. Communications. January. 1982. Vol. COM-30, n. 1 p.p. 135-142.
3.13 V. Palestine. V. Zingarelli. Ontage Probability in Cellular Mobile Radio Systems. Alta Frequenza,
vol. LVII-N 2, February-March 1988, p.p. 97-108.
3.14 Fr. Hillebrand. Mobile Communication in the European Union. Personal Communication Services
based on the GSM Standard. Proceedings of the Seminar for Latin American Decision Makers by
GSM MoU Association and ECTEL in Buenos Aires on 4-5 December 1995. p.p. 286-293.
3.15 The Fastest Growing Sector in Telecommunications. Mobile Europe. October. 1995. p.p. 17-26.
3.16 P.A. Ромзинго, Т.У. Миллер. Адаптивные антенные решетки. М. “Радио и связь” 1986. 445 с.
3.17 D. Nowicki, J. Ronmeliotis. Smart Antenna Strategies. Mobile Communications International. April
1995. p.p. 53-56.
3.18 Entwicklungen im Mobilfunk. Funkschau 24 November 1995. p.p. 62-63.
3.19 S. Sivitz. Personal Communications in the USA at the Threshold. Telecom Report International
1992, vol. 15„ p.p. 11-13.
3.20 Das Warten and den Strantschus. Funkschau. 1991. N 26. p.p. 36-41.
3.21 D.C. Cox. Personal Communications. - A Viewpoint. IEEE Communications Magazine. November.
1990. p.p. 8-22.
3.22 R Pinter. Digital Revolution in Land Mobile Radio. Pan-European Mobile Communications. Issue
13, Spring 1993. p.p. 62-65.
3.23 Fr. Hillebrand. The Path to True. Third Generation Services and Systems. A Contribution to the
GSM World Congress. February 1996. MoU doc 23/96, p. 7.
3 24 Резолюция КОМ 4/4. Заключительные акты Всемирной Административной конференции
радиосвязи (ВАКР-92), Малага-Торремолинис, 1992.
3.25 W Groonen GSM and Beyond Digital Celular Mobile Technology on its Way to Global Services.
Proceedings - The Sixth Nordic Seminar on Digital Mobile Radio Communications DMR VI. 13-15
June 1994 Stockholm. Sweden, p.p. 81-86.
66
Глава 4. АНАЛОГОВАЯ СОТОВАЯ СИСТЕМА ПОДВИЖНОЙ
РАДИОСВЯЗИ СТАНДАРТА NMT-450
4.1. Принципы организации ССПС стандарта NMT-450
Стандарт на аналоговые сотовые системы подвижной радиосвязи NMT-450 Скандинавских
стран (The Nordic Mobile Telephone System) разработан совместно Администрациями связи Дании,
Финляндии, Норвегии и Швеции для организации совместной автоматической системы подвижной
радиотелефонной связи общего пользования в Скандинавских странах [4.1- 4.5].
В NMT-450 подвижные станции полностью совместимы со всеми базовыми станциями систе-
мы независимо от страны. Все подвижные абоненты имеют возможность работать в любой из
стран, входящих в систему.
Подвижные станции, используемые в системе, проходят типовую приемку, а затем покупают-
ся или арендуются абонентами из Дании, Финляндии, Норвегии, Швеции, России и др.
Система снабжена четырьмя типами абонентских подвижных станций:
- обычные подвижные станции;
- подвижные станции с приоритетом;
- портативные подвижные станции;
- подвижные станции - таксофоны.
Система, в основном, предназначена для обслуживания наземных подвижных абонентов, од-
нако, в некоторых случаях может обслужить также и абонентов морских подвижных служб на не-
больших расстояниях от берега.
Система обеспечивает:
- вхождение в связь и регистрацию стоимости разговора как из подвижной станции, так и на-
оборот, в автоматическом режиме;
- возможность организации связи между подвижной станцией и любым абонентом стацио-
нарной телефонной сети или с любой другой подвижной станцией, включенной в систему,
независимо от страны;
- возможность автоматического поиска подвижного абонента в пределах объединенных сетей
(например, Скандинавских стран).
Принцип работы подвижной системы радиосвязи основан на взаимодействии с фиксирован-
ной телефонной сетью. В состав сетей подвижной связи входят:
M SC - центр коммутации подвижной связи;
B TS - базовые станции;
MS - подвижные станции.
Центр коммутации подвижной связи (MSC) обеспечивает управление системой подвижной
радиосвязи и является интерфейсом между подвижной станцией и фиксированной телефонной се-
тью. Структурная схема типовой сети сотовой связи стандарта NMT-450 приведена на рис. 4.1. Ка-
ждый MSC обслуживает группу базовых станций. Совокупность BTS, обслуживаемых одним MSC,
образует зону обслуживания (ТА). Принцип формирования зоны обслуживания иллюстрируется
рис. 4.2.
Система спроектирована таким образом, что в зависимости от значимости абонентов она
может им предоставить некоторые преимущества, такие как сокращенный набор, приоритет и т.д.
На каждой базовой станции один канал используется как канал вызова, он маркируется спе-
циальным сигналом опознавания. Один или несколько других каналов, когда они свободны, марки-
руются другим сигналом, показывающим, что канал свободен. Подвижные станции, находящиеся в
зоне действия базовой станции, постоянно работают на прием на канале вызова. Однако, при оп-
ределенных обстоятельствах, MSC может допускать использование канала вызова для ведения
разговора. Эта возможность может быть использована только в том случае, когда на базовой стан-
ции все каналы связи заняты.
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
67
Рис. 4.1
MSC service area
Рис. 4.2
68
В дополнение к сигналам, различающим каналы вызова и каналы связи, имеются сигналы,
определяющие зону обслуживания и страну, в которой находится подвижная станция, а также сиг-
налы, обозначающие номер канала. Все служебные сигналы являются цифровыми и передаются со
скоростью 1200/1800 бит/с FFSK модуляцией (Fast Frequency Shift Keying).Принцип формирования
FFSK сигнала показан на рис. 4 3.
Рис. 4.3
4.2. Диапазон рабочих частот
Рабочие частоты находятся в двух полосах: 453-457,5 МГц и 463-467 5 МГц, которые исполь-
зуются для радиосвязи между подвижной и базовой станциями и между базовой и подвижной
станциями, соответственно.
Дуплексный разнос каналов приема и передачи в стандарте NMT 450 равен 10 МГц. Частот-
ный разнос соседних каналов равен 25 (20) кГц.
Так как общее число радиочастот, имеющихся в наличии в системе, ограничено, то для того,
чтобы увеличить емкость системы связи предусматривается формирование малых зон связи (“ма-
лые ячейки”). Однако, как следствие, увеличивается вероятность достижения границы зоны обслу-
живания базовой станции к другой, управляемой тем же радиотелефонным коммутатором. Более
того, выходная мощность передатчиков всех подвижных станций автоматически уменьшается по
команде радиотелефонного коммутатора, когда станция входит в зону “малой ячейки”.
Та же процедура уменьшения мощности используется для того, чтобы уменьшить помехи в
случае, когда подвижные станции находятся близко от базовых станций с обычными зонами обслу-
живания.
4.3. Осуществление соединения
Вызов подвижной станции
Вызов всех типов подвижных станций посылается одновременно всеми базовыми станциями,
расположенными в зоне связи, в которой предполагается работа подвижных станций. Когда под-
вижная станция приняла сигнал вызова, содержащий ее сигнал опознавания, она отвечает на вы-
зов сигналом подтверждения на ответной частоте канала вызова, после чего MSC передает канал
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
69
связи той базовой станции, в зоне которой ответила на вызов подвижная станция. Подвижная
станция принимает номер нужного канала и подключает к нему предоставленный ей канал связи.
Весь обмен сигналами между MSC и подвижной станцией осуществляется по каналам связи.
Канал вызова, на котором продолжают работать на прием все остальные подвижные станции, го-
тов к немедленной передаче следующего вызова.
Вызов с подвижной станции
Когда подвижный абонент дает вызов, подвижная станция автоматически находит и занимает
свободный канал, по которому передаются все служебные сигналы, и происходит разговор.
4.4. Нумерация и соединение
Схема адресации выполняет следующие задачи:
а) дает возможность вызывающему абоненту информировать телефонную сеть о коде вызы-
ваемой подвижной станции;
б) служит для передачи информации в телефонную сеть;
в) дает возможность подвижной станции отвечать на вызов MSC;
г) опознавать на MSC вызывающую подвижную станцию.
Существующее оборудование телефонных сетей некоторых стран ограничивает число цифр,
идущих после кода магистрали Рп (0 или 9), которые может набрать абонент, до семи. С кодом
доступа, состоящим из кода магистрали, плюс две цифры, т.е. Рп М1 М2, могут быть набраны
только пять цифр. Предусмотрено использование кода абонента, состоящего из шести цифр Х1 Х2
ХЗ Х4 Х5 Х6. Для связи по направлению MSC - MS полный шестизначный код применим во всех че-
тырех странах, как это будет показано ниже [4.1, 4.2].
В Швеции соединения в телефонной сети осуществляются имеющимся оборудованием, ис-
пользующим цифры Рп М1 М2 Х1 Х2. Последние две цифры обозначают номер MSC, которому
принадлежит абонент. В Дании, Финляндии и Норвегии соединения в телефонной сети осуществ-
ляются путем анализа цифр Рп М1 М2 (М3) Х2 (ХЗ).
Этот принцип удовлетворяет требованию б), изложенному выше.
Опознавание подвижного абонента требует большей информации, чем цифры Рп М1 М2
(М3); (Х1-Х6), набираемые подвижным абонентом, потому что MSC должен иметь возможность
различать абонентские номера (Х1-Х6), принадлежащие различным странам. Поэтому для переда-
чи по радиоканалу к номеру абонента (Х1)...Х2 прибавляется цифра Z, обозначающая страну. Циф-
ра Z используется только внутри самой системы, а не набирается вызывающим абонентом. При
осуществлении передачи в сторону подвижного абонента Z прибавляется к номеру абонента
(Х1)...Х6 тем радиотелефонным коммутатором, где подвижный абонент находится в зоне другого
радиотелефонного коммутатора. При передаче от подвижного абонента цифра Z автоматически
формируется и излучается подвижной станцией.
Хотя цифра Х1 и не набирается, когда вызывающий подвижный абонент принадлежит к сетям
в Дании, Финляндии и Норвегии, она должна прибавляться в MSC к номеру абонента радиотеле-
фонными коммутаторами в этих странах таким же образом, как и цифра Z.
Следовательно, во всех странах внутри подвижной радиотелефонной системы подвижные
абоненты идентифицируются номером Z Х1 Х2 ХЗ Х4 Х5 Х6, и он присутствует во всех передачах
между:
MS C - MSC;
MS C - MS;
MSC - BTS.
Комбинация Z Х1-Х2 удовлетворяет требованиям в) и г), изложенным выше.
Таким образом, для того, чтобы послать вызов в сторону подвижного абонента, вызывающий
абонент должен набрать следующие номера, чтобы выйти на нужный коммутатор, где зарегистри-
рована вызываемая подвижная станция:
1) вызовы подвижной станции Швеции:
национальный Рп М1 М2 Х1 Х2 ХЗ Х4 Х5 Х6,
международный И I2 М1 М2 Х1 Х2 ХЗ Х4 Х5 Х6.
70
На радиотелефонном коммутаторе, где зарегистрирована подвижная станция, перед Х1 Х2
ХЗ Х4 Х5 Х6 прибавляется цифра Z;
2) вызовы подвижных станций Дани^, Финляндии и Норвегии:
национальный Рп М1 М2 (М3) Х2 X Х4 Х5 Х6,
международный И I2 (I3) М1 М2 (М3) Х2 ХЗ Х4 Х5 Х6.
На коммутаторе, где зарегистрирована подвижная станция, перед Х2 ХЗ Х4 Х5 Х6 прибавля-
ется цифра Z, обозначающая страну и цифра XI.
Одним из основных требований является то, чтобы система позволяла вызывать перемещаю-
щегося абонента, то есть абонента, который находится в другой зоне связи. Это требование дела-
ет необходимым введение в MSC регистра положения абонентов для того, чтобы можно было от-
слеживать путь своих абонентов. Когда подвижная станция перемещается из одной зоны связи в
другую, она автоматически посылает на MSC, контролирующий новую зону связи, сигнал об изме-
нении местоположения. От нового MSC информация об изменении адреса подвижной станции пе-
редается по телефонной сети или по сети передачи данных на MSC, где зарегистрирован абонент.
Передача данных между подвижной станцией и MSC, в зону действия которого она въезжает,
обычно не требует каких-либо действий подвижного абонента.
В регистре, в который внесена подвижная станция на своем MSC, делается поправка, и все
вызовы этого подвижного абонента переадресовываются в зону действия нового MSC.
Подвижная станция оборудована селектором страны, который препятствует перерыву связи
в случае работы с базовыми станциями, отличными от базовых станций данной страны. Полная
структура рабочего кадра показана на рис. 4.4 [4.3, 4.4].
Во время подачи вызова базовая станция (по команде MSC) постоянно излучает контрольный
сигнал (тональный сигнал частотой около 4000 Гц) и посылает его в сторону подвижной станции,
которая принимает его и вновь передает на базовую станцию. Принятый возвращенный сигнал де-
тектируется и оценивается базовой станцией. Если качество передачи (отношение сигнал/шум, ус-
редненное за определенный промежуток времени) делает это необходимым, то базовая станция
принимает решение о подключении другой базовой станции или о разъединении вызова. Базовые
станции посылают информацию о результатах оценки отношения Сигнал/шум на MSC.
В случае переключения разговора в процессе передачи по команде MSC подчиненные ему
базовые станции выполняют измерения напряженности поля сигнала, на котором работает под-
вижная станция. Для измерения напряженности поля сигнала все базовые станции снабжены мно-
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
71
гоканальными приемниками - мониторами. Информация о результатах измерений дает возмож-
ность MSC принять решение, какой базовой станции (или каким) передать разговор.
Команда о начале измерений передается на базовые станции немедленно, как только начи-
нает идти вызов, для того, чтобы определить, подходит ли используемая базовая станция.
Результат измерений в начале каждого разговора используется также для того, чтобы опре-
делить, не превышает ли уровень принимаемого от подвижной станции сигнала заданный макси-
мальный уровень и, если превышает, то MSC дает подвижной станции команду уменьшить уровень
излучаемой мощности.
Диаграммы, иллюстрирующие протоколы установления входящего вызова и обмена сообще-
ниями в режиме “эстафетной передачи”, приведены на рис. 4.5 и 4.6.
4.5. Сравнение характеристик стандартов NMT-450 и NMT-900
В настоящее время около 40 стран приняли стандарты NMT-450 и NMT-900 [4.5]. Стандарт
NMT-450 принят в России в качестве федерального стандарта.
Принципы построения сотовых систем радиосвязи стандартов NMT-450 и NMT-900 практиче-
ски совпадают. Обе системы сотовой связи базируются на спецификации стандарта NMT-450. Ос-
новные отличия более совершенного стандарта NMT-900, в основном, были связаны с введением в
состав абонентского оборудования малогабаритной ручной станции, совершенствованием управ-
ления и развитием услуг связи [4.1; 4.2]. Малогабаритные ручные станции разработаны в настоя-
щее время и для стандарта NMT-450.
Кроме того, в NMT-900 добавляется новая структура кадра, официально определяемая доку-
ментом 4.3 doc.l спецификации. В кадр включается дополнительная информация, префиксы и ли-
нейные сигналы. Изменена та часть спецификации, которая относится к взаимодействиям MSC и
BTS (например, самотестирование, тревога). Эти изменения отражаются в пунктах спецификации
4.3.3.7 и 4.3.3.8 doc. I [4.1, 4.2].
На рис. 4.7. приведены частотные планы стандартов NMT-450 и NMT-900 [4.3, 4,4]. В табли-
це 4.1 представлены основные характеристики стандартов NMT-450 и NMT-900 [4.4].
Таблица 4.1
Наименование параметра и характеристики NMT-450 NMT-900
1. Полоса частот: - для передачи подвижной станцией - для приема подвижной станцией 420-490 МГц 453-457,5 МГц 463-467,5 МГц 890-960 МГц 890-915 МГц 935-960 МГц
2. Частотный разнос каналов 25 (20) кГц 25 кГц (12,5 с перемежением)
3. Дуплексный разнос каналов приема и передачи 10 МГц 45 МГц
4. Количество каналов 180 (225) 999 (1999 - с перемежением)
5. Радиус соты 15-40 км 2-20 км
6. Мощность передатчика базовой станции max 50 Вт max 25 Вт
7. Мощность передатчика подвижной станции 15 Вт 1,5 Вт 0,15 Вт 6 Вт 1 Вт 0,1 Вт
В настоящее время стандарт NMT-450 доработан и его характеристики доведены до уровня
стандарта NMT-900. Новая версия получила обозначение NMT-450L Основные усовершенствования
включают в себя увеличенную производительность, качественную работу ручных телефонов и за-
щиту доступа к сети связи с помощью системы идентификации абонента (Subscriber Identification
Security/SIS).
Идентификация абонента (абонентской станции) осуществляется по специальному ключу
(SAK), записанному в подвижную станцию. Этот же ключ содержится в регистре идентификации,
установленном в центре коммутации. Процедура идентификации осуществляется при каждом но-
вом звонке от подвижной станции [4.4].
72
MSC
Вызов MS
Вызов MS
Подтверждение
Подтверждение
Номер радиоканала
Номер радиоканала
Запрос
подтверждения
номера радиоканала
Запрос
подтверждения
номера радиоканала
Подтверждение
Подтверждение
Включить звонок
Включить звонок
Разговор
Рис. 4.5.
MSC
MS
Ухудшение качества Д BS1 - / Д BS2
Измерить качество Результаты измерения =— Номер радиоканала ~ Н > эмер радиок > анала
Запрос подтверждения по рад| иоканалу
Подтверждение по радиоканал У Подтверждение
Разговор
Рис. 4.6.
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
73
180 channels
180 channels
453
457.5
463
467.5 MHz
Duplex distance 10 MHz
Duplex distance 45 MHz
Рис. 4.7
Системы сотовой подвижной связи стандартов NMT-450i и NMT-900 предоставляют абонен-
там широкий набор услуг. Кроме передачи речевых сообщений на местном, междугородном и ме-
ждународном уровнях, сети NMT позволяют отправить телефаксы и иметь доступ к различным ба-
зам данных, при этом скорость передачи данных не должна превышать 4,8 кбит/с.
Абонентам предоставляются следующие услуги: переадрсеация вызова на другой номер, ог-
раничение вызова, то есть продолжительности разговоров, конференц-связь трех абонентов, орга-
низация пользовательских групп с сокращенным набором номера и другие услуги.
На базе стандартов NMT разработаны системы беспроводной связи для стационарных або-
нентов (WiLL) [4.5] Все абонентские устройства, включая телефаксы и модемы передачи данных,
можно включить в систему этой радиотелефонной связи в качестве интерфейса пользователя. С
точки зрения абонента этот вариант связи не отличается от проводной телефонной связи. Также и
74
L
нумерация беспроводного абонентского телефона может не отличаться от нумерации проводной
сети.
В системе беспроводного абонентского доступа WILL речь и сигнализация могут быть за-
шифрованы на радиоинтерфейсе [4.5].
Литература к Главе 4
4.1 NMT. DOC 1. Nordic Mobile Telephone Group. Automatic Cellular Mobile Telephone System,
NMT-450. - Technical Specification. 1980.
4.2 . NMT. DOC. 900-2. Nordic Mobile.Telephone Group. Automatic Cellular Mobile Telephone
System, NMT-900. - Technical Specification. 1985.
4.3 . D. M. Balston, R.C. Macario. Cellular Radio Systems. Artech House. Boston-London. 1993. p.
373.
4.4 Cellular Mobile Telephone System CMS 45/89. System Description. Ericsson. Radio System AB.
1993. p. 53.
4.5 Сотовые системы NMT Nokia Telecommunications. 1995. p. 17.
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
75
Глава 5. АНАЛОГОВАЯ СОТОВАЯ СИСТЕМА ПОДВИЖНОЙ
РАДИОСВЯЗИ ЕМХ-2500 ФИРМЫ MOTOROLA
ДЛЯ СТАНДАРТОВ AMPS, TACS, E-TACS, J-TACS
5.1 Структурная схема ССПС ЕМХ-2500
ЕМХ-2500 полностью автоматическая аналоговая система сотовой радиотелефонной связи. В
состав системы входят компоненты аппаратного и программного обеспечения фиксированной и
подвижной сетей связи. Структурная схема ССПС показана на рис. 5.1. Базовая станция рассчита-
на на 8 или 16 речевых каналов связи. Обеспечивается работа с антеннами 60 град., 120 град, и
360 град. Базовые станции в сотах соединяются друг с другом через контроллеры базовой станции
(BSC) и центр коммутации (ЕМХ) [5.1].
5.2 Частотные планы ССПС стандартов AMPS, TACS, E-TACS, J-TACS
ЕМХ-2500 позволяет реализовать различные протоколы связи, соответствующие различным
вариантам ССПС [5.1-5.3]:
a) DYNA Т.А.С. - основана на использовании стандарта AMPS (Advanced Mobile Phone
System). Используется в Северной и Южной Америке, а также в Австралии и Новой Зеландии, Азии
и Среднем Востоке. Используется также расширенный по полосе вариант E-AMPS, обеспечиваю-
щий дополнительное количество речевых каналов связи;
76
6) TACS, E-TACS (Total Area Coverage System) - используется в Европе, Азии, Среднем Восто-
ке и Африке;
в) J-TACS (Japanese TACS) - используется в Японии.
Полосы частот, занимаемые различными ССПС, построенными на основе ЕМХ 2500, показа-
ны на рис 5.2. На рис. 5.3-5.5 представлены частотные планы ССПС рассматриваемых стандартов.
Распределение каналов в рабочих полосах частот показаны в таблицах 5.1-5.4. Основные характе-
ристики ССПС стандартов AMPS, TACS и E-TACS приведены в таблице 3.1.
Sellular Frequency Spectrum
Рис. 5.2
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
77
(MHz)
Mobil Base
Tx Tx
FREQUENCY INCREASE
824 825 869 870 991 1023
1
312
835 880 313-333
334-354
355
845 890 666
846,5 891,5 667 716
717
849 894 799
Band A - Extended
Voice Channels (Part 1)
Band A
Voice Channels
Band A Signalling Channels
Band В Signalling Channels
Band В
Voice Channels
Band A - Extended
Voice Channels (Part 2)
Band В - Extended
Voice Channels
BAND
Band A Base Tx / Mobile Rx
Band В Base Tx / Mobile Rx
Band A Mobile Tx / Base Rx
Band В Mobile Tx / Base Rx
FREQ (MHz) CHANNEL-NO SIG. CHAN
870,030 - 879,990 1 - 333 313 - 333
880,020 - 889,980 334 - 666 334 - 354
825,030 - 834,990 1 - 333 313 - 333
835,020 - 844,980 334 - 666 334 - 354
Ext Band A Base Tx / Mobile Rx 869,040 - 870,000 991 - 1023
890,010 - 891,480 667 - 716
Ext Band В Base Tx / Mobile Rx 891,510 - 893,970 717 - 799
Ext Band A Mobile Tx / Base Rx 824,040 - 825,000 991 - 1023
845,010 - 846,480 667 - 716
Ext Band В Mobile Tx / Base Rx 846,510 - 848,970 717 - 799
Рис. 5.3
78
(MHz)
Mobil Base
Tx Tx
Band A
320 Voice Channels
Band В
320 Voice Channels
Reserved -
Not Allocated to Cellular
Band A Voice Channels
Band A Signalling Channels
Band A Voice Channels
Band В Voice Channels
Band В Signalling Channels
Band В Voice Channels
GO
Т5
C
03
cn
BAND
Band A Base Tx / Mobile Rx
Band В Base Tx / Mobile Rx
Band A Mobile Tx / Base Rx
Band В Mobile Tx / Base Rx
FREQ (MHz) CHANNEL NO SIG. CHAN
935,0125 - 942,4875 1 - 333 23 - 43
942,5125 - 949,9875 301 - 600 323 - 343
890,0125 - 897,4875 1 - 300 313 - 333
897,5125 - 904,9675 301 - 600 323 - 343
Ext Band A Base Tx / Mobile Rx
Ext Band В Base Tx / Mobile Rx
Ext Band A Mobile Tx / Base Rx
Ext Band В Mobile Tx / Base Rx
917,0125 - 924,9875
925,0125 - 932,9875
872,0125 - 879,9675
880,0125 - 887,9675
1329 - 1648
1649 - 1968
1329 - 1648
1649 - 1968
Рис. 5.4
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
79
(MHz)
Mobil Base
Tx Tx
U-l
СЛ
UJ
О
Z
z
ULI
□
UH
IX
860 915 2
416
865,5 866,5 920,5 921,5 418-440
442 518 1
520-542
870 925 544 798
Voice Channels
Signalling Channels
Reserved -
Not Allocated to Cellular
Signalling Channels
Voice Channels
BAND
Lower portion Base Tx / Mobile Rx
Upper portion Base Tx / Mobile Rx
Lower portion Mobile Tx / Base Rx
Upper portion Mobile Tx / Base Rx
FREQ (MHz) CHANNEL NO SIG. CHAN
860,025 - 865,500 2 - 440 418 - 440
866,500 - 869,975 520 - 542 520 - 542
915,025 - 920,500 2 - 440 418 - 440
921,500 - 924,475 520 - 798 520 - 542
Рис. 5.5
80
Таблица 5.1
DYNA Т«А*С Frequency Assignments Band В OMNI CELLS со 98 354 ID CD Г- 00 03 О Г- 03 I- CO LD 00 CO CO st st st st S- CM CO st О CM St CD ID ID ID ID LD CD Г- 00 00 О CM st • ID CD CD CD 1 03 О s- CM T- St CD CO
Q D5 353 st ID CD 00 03 h- 03 T- CO LD h- CO CO st st st st О s- CM CO О CM st CD ID ID ID ID st LD CD Г- , 00 О CM st > ID CD CD CD 1 00 03 О 1- T- CO CD CO
О C5 352 CO st ID CD Г-. 00 Г- 03 >- CO Ю Г- CO CO st St St St 03 О s- CM 03 CM st CD st ID ID ID CO st LD CD । 00 О CM st > 1Л CD CD CD 1 Г- 00 03 о I- CO LD 00
CO B5 351 CM CO st ID CD Г" S 03 r- CO ID H CO CO st st st st 00 03 О s- 03 s- st CD st ID ID ID CM CO St LD CD 00 О CM st CD LD CD CD CD CD r- 00 03 CO LD Г-
< A5 350 s- CM CO st LD CD Г" 03 T- CO ID Г- CO CO st st st st S 03 03 О 03 S- CO CD st ID ID ID i- CM CO st LD 00 О CM st CD ID CD CD CD CD CD H OO 03 CO LD r- 03
Q D4 349 О CM CO ID Г-От-СОИЭГ- CO CO ’J ’J CD Г- 00 03 03 i— CO ID st ID LD LD О i- CM CO st 00 О CM st CD LD CD CD CD CD ID CD Г- 00 CO ID Г- 03
О C4 00 co ОЗ О s- CM CO St CD 03 t CO LD CO CO M- ’J LD CD Г- 00 03 T- CO LD st ID LD ID 03 О CM CO Г* О CM st CD LD CD CD CD CD st ID CD Г- CO LD Г- 03
CO B4 347 CO CD О T- CM CO CD 00 i- CO ID Г- CO CO St M- t ID CD H 03 S- CO LD st ID ID ID 00 03 О s- CM Г- 03 CM st CD ID LD CD CD CD CO sf ID CD CO LD Г- 03
< A4 346 r- co о о >- CM CD OO О CO ID H CO CO st st st Sj CO st ID CD 03 i— CO ID st ID LD ID Г-ОООЗОт- Г- 03 s- st CD LD LD CD CD CD CM CO st ID CO ID Г- 03
Q D3 345 CD Г4- 03 О) О’- CD 03 О OJ ID H CO CO st st st st CM CO st LD 03 T- CO LD st ID LD LD CD Г- 00 03 О Г- 03 т- CO CD ID LD CD CD CD T- CM CO St CO LD r- 03
О C3 344 ID CD H СО О О CD CO О CM St Г- CO CO st St st st i- CM CO st 03 T- CO LD st ID LD ID ID CD Г" 00 03 Г" 03 T- CO LD ID LD CD CD CD О CM CO CO LD Г- 03
CO B3 343 st ID CD H ОЗ O) CD ОЗ О CM st CD CO CO st st st st О s- CM CO 03 s- CO LD O LD LD LD st LD CD Г- 00 03 T- CO LD ID LD CD CD CD 03 О CM CM CO r- 03
< A3 342 CO st ID CD Г- 03 CD 00 О CM st CD CO CO st SJ t st 03 О s— CM CO T- CO ID st ID LD ID COstlDCDr- Г- 03 CO LD LD ID CD CD CD 00 03 О T- CM St r- 03
Q D2 341 CM CO st ID CD r- CD 03 О CM st CD CO CD St st st st 00 03 О »- CO О CO ID St ID ID LD CM CO st ID CD S 03 T- n ID ID ID CD CD CD r- 00 03 о CM St CD 03
О C2 340 T- CM CO St ID CD (О CO О CM st CD CO 03 St St st St 00 03 О 00 О CM LD st ID ID ID s- CM CO st ID Г- 03 T- CO LD ID LD CD CD CD CD N 03 O) CM st CD CO
CO B2 339 О s- CM CD St ID CD 00 О CM st CD CO CO st st st st CD Г- CO 03 CO О C'J st st LD LD ID О s- CM CO st 03 s- co Ю ID ID Ф CD CD ID CD Г- 00 CM St CD oo
< A2 338 СП О s- CM CD st ID CO О CM st CD CO CO st st st st ID CD Г- 00 00 О CM St st ID ID ID 03 О s— CM CO CD 03 s- CO ID ID LD CD CD CD sf ID CD Г- CM st CD 00
Q D1 337 CO 03 О s- CM CO ID Г- О CM st CD CO CO st St st st st LD CD >- 00 О CM st st ID ID LD 00 03 О s- CM CD CO у- CO ID ID LD CD CD CD CO st LD CD CM st CD 00
О C1 336 D- CO 03 О s- CM ID h~ 03 CM st CD CO CO CO st st st CO st LD CD CO О CM st st LD ID LD CO 03 О’- CD 00 О CO uO ID LD CD CD CD CM CO st ID CM st CD CO
CO B1 335 CD Г- 00 03 О’- LD Г>. 03 s- st CD CO CO CO st st st CM CO st ID 00 О CM st st ID ID LD CD S 03 03 О CD 00 О CM LD LD LD CD CD CD «- CM CO St CM st CD 00
< < 334 ID CD Г" 00 03 О ID t'' 03 T- CO CD CO CO CO St st st i- CM CO st 00 О CM st st LD LD LD LD CD 00 03 CD 00 О CM st LD ID CD CD CD О CM CO CM ^t CD 00
Site Set No. Sig.Ch. "O w 1 8 I s § 1 CD О Extended Band
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
81
Окончание таблицы 5.1
SECTOR CELLS
Site a1 Ы c1 d1 a2 b2 c2 d2 a3 ЬЗ сЗ d3 a4 Ь4 c4 d4 a5 b5 c5 d5 b6 a6 c6 d6
Sig.Ch. 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 — — —
355 356 357 358 359 360 361 362 363 36 365 366' 367 368 369 370 371 372 373 374 375 ... — —
376 377 378 379 380 381 382 383 384 385 386 387 388 389 390 391 392 393 394 395 396 ... — —
397 398 399 400 401 402 403 404 405 406 407 408 409 410 511 412 413 414 415 416 417 — — —
— 419 — - - - 422 423 424 425 426 427 428 429 430 431 432 433 434 435 436 437 438 418 420 421
Standard --- 440 — — 443 444 445 446 447 448 449 450 451 452 453 454 455 456 457 458 459 439 441 442
Band - - - 461 --- — 464 465 466 467 468 469 470 471 472 473 474 475 476 477 478 479 480 460 462 463
481 482 486 484 “ - - 486 - - - — 489 490 491 492 493 494 495 496 497 498 499 500 501 485 487 488
502 503 504 505 “ - - 507 --- — 510 511 512 513 514 515 516 517 518 519 520 521 522 506 508 509
Voice 523 524 525 526 — 528 --- — 531 532 533 534 535 536 537 538 539 540 541 542 543 527 529 530
Channels 544 545 546 547 548 549 550 551 — 553 - - - — 556 557 558 559 560 561 562 563 564 552 554 555
565 566 567 568 569 570 571 572 — 574 — — 577 578 579 580 581 582 583 584 585 573 575 576
586 587 588 589 590 591 592 593 - - - 595 — --- 598 599 600 601 602 603 604 605 606 594 596 597
607 608 609 610 611 612 613 614 615 616 617 618 ... 620 ... ... 623 624 625 626 627 619 621 622
628 629 630 631 632 633 634 635 636 637 638 639 ... 641 — ... 644 645 646 647 648 640 642 643
649 650 651 652 653 654 655 656 657 658 659 660 ... 662 ... ... 665 666 — — — 661 663 664
717 718 719 720 722 723
Extended — 721 - ~ - - - - 724 725 726 727 728 729 730 731 732 733 734 735 736 737 738 739 740 745 747 748
Band 741 742 743 744 --- 746 — — 749 750 751 752 753 754 755 756 757 758 759 760 761 770 772 773
762 763 764 765 766 767 768 769 — 771 — - - - 774 775 776 777 778 779 780 781 782 795 797 798
783 784 785 786 787 788 789 790 791 792 793 794 - “ - 796 ... — 799
Notes:
1. Sector cells require only 1 signalling channel per site.
2. Base transmit frequency - (Channel number X.030 MHz) + 870 MHz
3. Base receive frequency - (Channel number X.030 MHz) + 825 MHz
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
T.A.C.S./E-T.A.C.S Frequency Assignment Band А
Таблица 5.2
Group a1 Ы c1 d1 a2 b2 c2 d2 a3 b3 c3 d3 a4 b4 c4 d4 a5 b5 c5 d5 b6 a6 c6 d6
Voice 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
Ch.
Sig. Ch. 23 24
25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43
T 44 45 46 47 48
A 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72
C 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 889 90 91 92 93 94 95 96
S 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120
Voice 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144
Chann. 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168
169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 812 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192
В 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216
A 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240
N 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264
D 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288
289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300
1329 1330 1331 1332 1333 1334 1335 1336 1337 1338 1339 1340 1341 1342 1343 1344
E 1345 1346 1347 1348 1349 1350 1351 1352 1353 1354 1355 1356 1357 1358 1359 1360 1361 1362 1363 1364 1365 1366 1367 1368
T 1369 1370 1371 1372 1373 1374 1375 1376 1377 1378 1379 1380 1381 1382 1383 1384 1385 1386 1387 1388 1389 1390 1391 1392
A 1393 1394 1395 1396 1397 1398 1399 1400 1401 1402 1403 1404 1405 1406 1407 1408 1409 1410 1411 1412 1413 1414 1415 1416
C 1417 1481 1419 1420 1421 1422 1423 1424 1425 1426 1427 1428 1429 1430 1431 1432 1433 1434 1435 1436 1437 1438 1439 1440
S 1441 1442 1443 1444 1445 1446 1447 1448 1449 1450 1451 1452 1453 1454 1455 1456 1457 1458 1459 1460 1461 1462 1463 1464
Voice 1465 1466 1467 1468 1469 1470 1471 1472 1473 1474 1475 1476 1477 1478 1479 1480 1481 1482 1483 1484 1485 1486 1487 1488
Chann. 1489 1490 1491 1492 1493 1494 1495 1496 1497 1498 1499 1500 1501 1502 1503 1504 1505 1506 1507 1508 1509 1510 1511 1512
В 1513 1514 1515 1516 1517 1518 1519 1520 1521 1522 1523 1524 1525 1526 1527 1528 1529 1530 1531 1532 1533 1534 1535 1536
A 1537 1538 1539 1540 1541 1542 1543 1544 1545 1546 1547 1548 1549 1550 1551 1552 1553 1554 1555 1556 1557 1558 1559 1560
N 1561 1562 1563 1564 1565 1566 1567 1568 1569 1570 1571 1572 1573 1574 1575 1576 1577 1578 1579 1580 1581 1582 1583 1584
D 1585 1586 1587 1588 1589 1590 1591 1592 1593 1594 1595 1596 1597 1598 1599 1600 1601 1602 1603 1604 1605 1606 1607 1608
1609 1610 1611 1612 1613 1614 1615 1616 1617 1618 1619 1620 1621 1622 1623 1624 1625 1626 1627 1628 1629 1630 1631 1632
1633 1634 1635 1636 1637 1638 1639 1640 1641 1642 1643 1644 1645 1646 1647 1648
Notes: 1. E-T.A.C.S. provides 330 voice channels: all signalling is done with T.A.C.S. signalling channels
2. T.A.C.S. Base transmit frequency - (Channel number X 025 MHz) + 934.9875 MHz
3. T.A.C.S. Base receive frequency - (Channel number X 025 MHz) + 388.9875 MHz
4. E-T.A.C.S. Base transmit frequency - (Channel number X 025 MHz) + 883.7875 MHz
5. E-T.A.C.S. Base receive frequency - (Channel number X 025 MHz) + 838.7875 MHz
Таблица 5.3
T.A.C.S./E-T.A C.S Frequency Assignment Band В
Group a1 Ы C1 d1 a2 b2 c2 d2 a3 ЬЗ сЗ d3 a4 b4 c4 d4 a5 b5 c5 d5 b6 a6 c6 d6
Voice 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312
Ch. 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322
Sig. Ch. 337 338 339 340 341 342 343 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336
T 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358 359 360
A 361 362 363 364 365 366 367 368 369 370 371 372 373 374 375 376 377 378 379 380 381 382 383 384
C 385 386 387 388 389 390 391 392 393 394 395 396 397 398 399 400 401 402 403 404 405 406 407 408
S 409 410 411 42 413 414 415 416 417 418 419 420 421 422 423 424 425 426 427 428 429 430 431 432
Voice 433 434 435 436 437 438 439 440 441 442 443 444 445 446 447 448 449 450 451 452 453 454 455 456
Chann. 457 458 459 460 461 462 463 464 465 466 467 468 469 470 471 472 473 474 475 476 467 478 479 480
481 482 483 484 485 486 487 488 489 490 491 492 493 494 495 496 497 498 499 500 501 502 503 504
В 505 506 507 508 509 510 511 512 513 514 515 516 517 518 519 520 521 522 523 524 525 526 527 528
A 529 530 531 532 533 534 535 536 537 538 539 540 541 542 543 544 545 546 547 548 549 550 551 552
N 553 554 555 556 557 558 559 560 561 562 563 564 565 566 567 568 569 570 571 572 573 574 575 576
D 577 578 579 580 581 582 583 584 585 586 587 588 589 590 591 592 593 594 595 596 597 598 599 600
1649 1650 1651 1652 1653 1654 1655 1656
E 1657 1658 1659 1660 1661 1662 1663 1664 1665 1666 1667 1668 1669 1670 1671 1672 1673 1674 1675 1676 1677 1678 1679 1680
T 1681 1682 1683 1684 1685 1686 1687 1688 1689 1690 1691 1692 1693 1694 1695 1696 1697 1698 1699 1700 1701 1702 1703 1704
A 1705 1706 1707 1708 1709 1710 1711 1712 1713 1714 1715 1716 1717 1718 1719 1720 1721 1722 1723 1724 1725 1726 1727 1728
C 1729 1730 1731 1732 1733 1734 1735 1736 1737 1738 1739 1740 1741 1742 1743 1744 1745 1746 1747 1748 1749 1750 1751 1752
S 1753 1754 1755 1756 1757 1758 1759 1760 1761 1762 1763 1764 1765 1766 1767 1768 1769 1770 1771 1772 1773 1774 1775 1776
Voice 1771 1778 1779 1780 1781 1782 1783 1784 1785 1786 1787 1788 1789 1790 1791 1792 1793 1794 1795 1796 1797 1798 1799 1800
Chann. 1801 1802 1803 1804 1805 1806 1807 1808 1809 1810 1811 1812 1813 1814 1815 1816 1817 1818 1819 1820 1821 1822 1823 1824
В 1825 1826 1827 1828 1829 1830 1831 1832 1833 1834 1835 1836 1837 1838 1839 1840 1841 1842 1843 1844 1845 1846 1847 1848
A 1849 1850 1851 1852 1853 1854 1855 1856 1857 1858 1859 1860 1861 1862 1863 1864 1865 1866 1867 1868 1869 1870 1871 1872
N 1873 1874 1875 1876 1877 1878 1879 1880 1881 1882 1883 1884 1885 1886 1887 1888 1889 1890 1891 1892 1893 1894 1895 1896
D 1897 1898 1899 1900 1901 1902 1903 1904 1905 1906 1907 1908 1909 1910 1911 1912 1913 1914 1915 1916 1917 1918 1919 1920
1921 1922 1923 1924 1925 1926 1927 1928 1929 1930 1931 1932 1933 1934 1935 1936 1937 1938 1939 1940 1941 1942 1943 1944
1945 1946 1947 1948 1949 1950 1951 1952 1953 1954 1955 1956 1957 1958 1959 1960 1961 1962 1963 1964 1965 1966 1967 1968
Notes: 1. E-T.A.C.S. provides 330 voice channels: all signalling is done with T.A.C.S. signalling channels
2 .T.A.C.S. Base transmit frequency - (Channel number X 025 MHz) + 934.9875 MHz
3 . T.A.C S. Base receive frequency - (Channel number X 025 MHz) + 889.9875 MHz
4 . E-T A.C.S. Base transmit frequency - (Channel number X 025 MHz) + 883 7875 MHz
5 E-T.A.C.S. Base receive frequency - (Channel number X 025 MHz) + 838.7875 MHz
Таблица 5.4
J - T.A.C.S. Frequency Assignments
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
Group a1 Ы c1 d1 a2 b2 c2 d? a3 ЬЗ сЗ d3 a4 Ь4 c4 d4 a5 b5 c5 d5 a6 b6 c6 d6
и Voice 799 798 797 796 795 794 793 792 791 790 789 788 787 786 785 784 783 782 781 780 779 778
p Ch. 753 752 751 750 749 748 747 746 745 744 743 742 741 740 739 738 737 736 735 734 733 732 731 730
p 705 704 703 702 701 700 699 698 697 696 695 694 693 692 691 690 689 688 687 686 685 684 683 682
E 657 656 655 654 653 652 651 650 649 648 647 646 644 644 643 642 641 640 639 638 637 637 635 634
R 609 608 607 606 605 604 603 602 601 600 599 598 596 596 595 594 593 592 591 590 589 588 587 586
581 560 559 558 557 556 555 554 553 552 551 550 548 548 547 546 545 544 543
Sig. Ch. 542 540 538
536 534 532 530 528 526 526 522 520
G 417 416 415 414 413 412 411 410 409 408 407 406 405 404 403 402 401 400 399 398 397 396 395 394
R 369 368 367 366 365 364 363 362 361 360 359 358 357 356 355 354 353 352 351 350 349 348 347 346
0 321 320 319 318 317 316 315 314 313 312 311 310 309 308 307 306 305 304 303 302 301 300 299 298
U 273 272 271 270 269 268 267 266 265 264 263 262 261 260 259 258 257 256 255 254 253 252 251 250
P Voice 225 224 223 222 221 220 219 218 217 216 215 214 213 212 211 210 209 208 207 206 205 204 203 202
Chann. 177 176 175 174 173 172 171 170 169 168 167 166 165 164 163 162 161 160 159 158 157 156 155 154
129 128 127 126 125 124 123 122 121 120 119 118 117 116 115 114 113 112 111 110 109 108 107 106
81 80 79 78 77 76 75 74 73 72 71 70 69 68 67 66 65 64 63 62 61 60 59 58
33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10
777 776 775 774 773 772 771 770 769 768 767 766 765 764 763 762 761 760 759 758 757 756 755 754
L Voice 729 728 727 726 725 724 723 722 721 720 719 718 717 716 715 714 713 712 711 710 709 708 707 706
0 Chann. 681 680 679 678 677 676 675 674 673 672 671 670 669 668 667 666 665 664 663 662 661 660 659 658
W 633 632 631 630 629 628 627 626 625 624 623 626 621 620 619 618 617 616 615 614 613 612 611 610
E 585 584 583 582 581 580 579 578 577 576 575 574 573 572 571 570 569 568 567 566 565 564 563 562
R Sig. Ch. 440 438 436 434 432 430 428 426 424 422 420 418
393 392 391 390 389 388 387 386 385 384 383 382 381 380 379 378 377 376 375 374 373 372 371 370
345 344 343 342 341 340 339 338 337 336 335 334 333 332 331 330 329 328 327 326 325 324 323 322
G 297 296 295 294 293 292 291 290 289 288 287 286 285 284 283 282 281 280 279 278 277 276 275 274
R Voice 249 248 247 246 245 244 243 242 241 240 239 238 237 236 235 234 233 232 231 230 229 228 227 226
0 Chann 201 200 199 198 197 196 195 194 193 192 191 190 189 188 187 186 185 184 183 182 181 180 179 178
U 153 152 151 150 149 148 147 146 145 144 143 142 141 140 139 138 137 136 135 134 133 132 131 130
P 105 104 103 102 101 100 99 98 97 96 95 94 93 92 91 90 89 88 87 86 85 84 83 82
57 56 55 54 53 52 51 50 49 48 47 46 45 44 43 42 41 40 39 38 37 36 35 34
9 8 7 6 5 4 3 2 1
Notes: 1. Channels 1.417.543. and 799 are unusable.
4. Base transmit frequency = (Channel number X.0125 MHz) + 860 MHz
2. Channels in the range 441-519 are omitted (reserved for UHF television).
5. Base receive frequency = (Channel number X.0125 MHz) + 915 MHz
3. No odd-numbered channels (shaded in this table) are used at present.
Литература к Главе 5
5.1. A. Mehrotra. Cellular Radio: Analog and Digital Systems. Artech House Inc., 1994, p.p. 460.
5.2. William C.Y, Lee. Mobile Cellular Telecommunications: Analog and Digital Systems. McGraw-Hill.
Inc. 195, p.p. 664.
5.3. Fluhr Z.C., P.T. Porter. Control Architecture. Bell System Technical Journal. Jan. 1979.
86
Глава 6. ЦИФРОВАЯ СОТОВАЯ СИСТЕМА
ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ СТАНДАРТА GSM
6.1. Общие характеристики стандарта GSM
В соответствии с рекомендацией СЕРТ 1980 г., касающейся использования спектра частот
подвижной связи в диапазоне частот 862-960 МГц, стандарт GSM на цифровую общеевропейскую
(глобальную) сотовую систему наземной подв »жной связи предусматривает работу передатчиков в
двух диапазонах частот: 890-915 МГц (для передатчиков подвижных станций - MS), 935-960 МГц
(для передатчиков базовых станций - BTS) [6.1, 6.2].
В стандарте GSM используется узкополосный многостанционный доступ с временным разде-
лением каналов (NB TDMA). В структуре TDMA кадра содержится 8 временных позиций на каждой
из 124 несущих.
Для защиты от ошибок в радиоканалах при передаче информационных сообщений применя-
ется блочное и сверточное кодирование с перемежением. Повышение эффективности кодирования
и перемежения при малой скорости перемещения подвижных станций достигается медленным пе-
реключением рабочих частот (SFH) в процессе сеанса связи со скоростью 217 скачков в секунду.
Для борьбы с интерференционными замираниями принимаемых сигналов, вызванными мно-
голучевым распространением радиоволн в условиях города, в аппаратуре связи используются эк-
валайзеры, обеспечивающие выравнивание импульсных сигналов со среднеквадратическим откло-
нением времени задержки до 16 мкс.
Система синхронизации рассчитана на компенсацию абсолютного времени задержки сигна-
лов до 233 мкс, что соответствует максимальной дальности связи или максимальному радиусу
ячейки (соты) 35 км
В стандарте GSM выбрана гауссовская частотная манипуляция с минимальным частотным
сдвигом (GMSK). Обработка речи осуществляется в рамках принятой системы прерывистой пере-
дачи речи (DTX), которая обеспечивает включение передатчика только при наличии речевого сиг-
нала и отключение передатчика в паузах и в конце разговора. В качестве речепреобразующего
устройства выбран речевой кодек с регулярным импульсным возбуждением/долговременным
предсказанием и линейным предикативным кодированием с предсказанием (RPE/LTR-LTP-кодек).
Общая скорость преобразования речевого сигнала - 13 кбит/с.
В стандарте GSM достигается высокая степень безопасности передачи сообщений; осущест-
вляется шифрование сообщений по алгоритму шифрования с открытым ключом (RSA).
В целом система связи, действующая в стандарте GSM, рассчитана на ее использование в
различных сферах. Она предоставляет пользователям широкий диапазон услуг и возможность при-
менять разнообразное оборудование для передачи речевых сообщений и данных, вызывных и ава-
рийных сигналов; подключаться к телефонным сетям общего пользования (PSTN), сетям передачи
данных (PDN) и цифровым сетям с интеграцией служб (ISDN).
Основные характеристики стандарта GSM
Частоты передачи подвижной станции
и приема базовой станции, МГц...............................890-915
Частоты приема подвижной станции
и передачи базовой станции, МГц.............................935-960
Дуплексный разнос частот приема и передачи, МГц.............45
Скорость передачи сообщений в радиоканале, кбит/с ..........270, 833
Скорость преобразования речевого кодека, кбит/с.............13
Ширина полосы канала связи, кГц.............................200
Максимальное количество каналов связи.......................124
Максимальное количество каналов, организуемых в базовой станции .. 16-20
Вид модуляции...............................................GMSK
Индекс модуляции............................................ВТ 0,3
Ширина полосы предмодуляционного гауссовского фильтра, кГц..81,2
Количество скачков по частоте в секунду.....................217
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
87
Временное разнесение в интервалах TDMA кадра
(передача/прием) для подвижной станции...................2
Вид речевого кодека......................................RPE/LTP
Максимальный радиус соты, км.............................до 35
Схема организации каналов................................комбинированная TDMA/FDMA
6.2. Структурная схема и состав оборудования сетей связи
Функциональное построение и интерфейсы, принятые в стандарте GSM, иллюстрируются
структурной схемой рис. 6.1, на которой MSC (Mobile Switching Centre) - центр коммутации под-
вижной связи; BSS (Base Station System) - оборудование базовой станции; ОМС (Operations and
Maintenance Centre) - центр управления и обслуживания; MS (Mobile Stations) - подвижные станции.
Функциональное сопряжение элементов системы осуществляется рядом интерфейсов. Все
сетевые функциональные компоненты в стандарте GSM взаимодействуют в соответствии с систе-
мой сигнализации МККТТ SS N 7 (CCITT SS. N 7).
Центр коммутации подвижной связи обслуживает группу сот и обеспечивает все виды соеди-
нений, в которых нуждается в процессе работы подвижная станция. MSC аналогичен ISDN комму-
тационной станции и представляет собой интерфейс между фиксированными сетями (PSTN, PDN,
ISDN и т.д.) и сетью подвижной связи. Он обеспечивает маршрутизацию вызовов и функции управ-
ления вызовами. Кроме выполнения функций обычной ISDN коммутационной станции, на MSC воз-
лагаются функции коммутации радиоканалов. К ним относятся “эстафетная передача”, в процессе
которой достигается непрерывность связи при перемещении подвижной станции из соты в соту, и
переключение рабочих каналов в соте при появлении помех или неисправностях.
Каждый MSC обеспечивает обслуживание подвижных абонентов, расположенных в пределах
определенной географической зоны (например, Москва и область). MSC управляет процедурами
установления вызова и маршрутизации. Для телефонной сети общего пользования (PSTN) MSC
обеспечивает функции сигнализации по протоколу SS N 7, передачи вызова или другие виды ин-
терфейсов в соответствии с требованиями конкретного проекта.
MSC 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 опти-
мизации сети.
MSC поддерживает также процедуры безопасности, применяемые для управления доступами
к радиоканалам.
MSC не только участвует в управлении вызовами, но также управляет процедурами регистра-
ции местоположения и передачи управления, кроме передачи управления в подсистеме базовых
станций (BSS). 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 базо-
вых станций (BSC), осуществляется этим BSC. Когда передача вызовов осуществляется между
двумя сетями, управляемыми разными BSC, то первичное управление осуществляется в MSC. В
стандарте GSM также предусмотрены процедуры передачи вызова между сетями (контроллерами),
относящимися к разным MSC.Центр коммутации осуществляет постоянное слежение за подвижны-
ми станциями, используя регистры положения (HLR) и перемещения (VLR). В HLR хранится та часть
информации о местоположении какой-либо подвижной станции, которая позволяет центру комму-
тации доставить вызов станции. Регистр HLR содержит международный идентификационный номер
подвижного абонента (IMSI). Он используется для опознавания подвижной станции в центре аутен-
тификации (AUC) (рис. 6.2, 6.3).
88
NMC ---- ADC
Рис. 6.1.
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
89
20 Запрещенные входящие вызовы в закрытой группе
абонентов
Рис. 6.2
90
Состав временных данных,
хранящихся в HLR и VLR
VLR
HLR
1 Параметры аутентификации и шифрования
2 Временный номер подвиж- ной станции, который назна- чается VLR
3 Адреса регистров переме- щения VLR
4 Зоны перемещения подвиж- ной станции
5 I Номер соты при эстафетной передаче
6 Регистрационный статус
7 Таймер отсутствия ответа (отключения соединения)
8 Состав используемых в данный момент паролей
9 Активность связи
1 TMSI - временный междуна- родный идентификационный номер пользователя
2 Идентификаторы зоны расположения
3 Указания по использованию основных служб
4 Номер соты при "эстафетной передаче"
5 Параметры аутентификации и шифрования
Рис. 6.3
Практически HLR представляет собой справочную базу данных о постоянно прописанных в
сети абонентах. В ней содержатся опознавательные номера и адреса, а также параметры подлин-
ности абонентов, состав услуг связи, специальная информация о маршрутизации. Ведется регист-
рация данных о роуминге (блуждании) абонента, включая данные о временном идентификационном
номере подвижного абонента (TMSI) и соответствующем VLR.
К данным, содержащимся в HLR, имеют дистанционный доступ все MSC и VLR сети и, если в
сети имеются несколько HLR, в базе данных содержится только одна запись об абоненте, поэтому
каждый HLR представляет собой определенную часть общей базы данных сети об абонентах. Дос-
туп к базе данных об абонентах осуществляется по номеру IMSI или MSISDN (номеру подвижного
абонента в сети ISDN). К базе данных могут получить доступ MSC или VLR, относящиеся к другим
сетям, в рамках обеспечения межсетевого роуминга абонентов.
Второе основное устройство, обеспечивающее контроль за передвижением подвижной стан-
ции из зоны в зону, - регистр перемещения VLR. С его помощью достигается функционирование
подвижной станции за пределами зоны, контролируемой HLR. Когда в процессе перемещения под-
вижная станция переходит из зоны действия одного контроллера базовой станции BSC, объеди-
няющего группу базовых станций, в зону действия другого BSC, она регистрируется новым BSC, и
в VLR заносится информация о номере области связи, которая обеспечит доставку вызовов под-
стандарты И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
91
вижной станции. Для сохранности данных, находящихся в HLR и VLR, в случае сбоев предусмотре-
на защита устройств памяти этих регистров.
VLR содержит такие же данные, как и HLR, однако эти данные содержатся в VLR только до
тех пор, пока абонент находится в зоне, контролируемой VLR.
В сети подвижной связи GSM соты группируются в географические зоны (LA), которым при-
сваивается свой идентификационный номер (LAC). Каждый VLR содержит данные об абонентах в
нескольких LA. Когда подвижный абонент перемещается из одной LA в другую, данные о его ме-
стоположении автоматически обновляются в VLR. Если старая и новая LA находятся под управле-
нием различных VLR, то данные на старом VLR стираются после их копирования в новый VLR. Теку-
щий адрес VLR абонента, содержащийся в HLR, также обновляется.
VLR обеспечивает также присвоение номера “блуждающей” подвижной станции (MSRN). Ко-
гда подвижная станция принимает входящий вызов, VLR выбирает его MSRN и передает его на
MSC, который осуществляет маршрутизацию этого вызова к базовым станциям, находящимся ря-
дом с подвижным абонентом.
VLR также распределяет номера передачи управления при передаче соединений от одного
MSC к другому. Кроме того, VLR управляет распределением новых TMSI и передает их в HLR. Он
также управляет процедурами установления подлинности во время обработки вызова. По решению
оператора TMSI может периодически изменяться для усложнения процедуры идентификации або-
нентов. Доступ к базе данных VLR может обеспечиваться через IMSI. TMSI или MSRN. В целом VLR
представляет собой локальную базу данных о подвижном абоненте для той зоны, где находится
абонент, что позволяет исключить постоянные запросы в HLR и сократить время на обслуживание
вызовов.
Для исключения несанкционированного использования ресурсов системы связи вводятся ме-
ханизмы аутентификации - удостоверения подлинности абонента. Центр аутентификации состоит
из нескольких блоков и формирует ключи и алгоритмы аутентификации. С его помощью проверя-
ются полномочия абонента и осуществляется его доступ к сети связи. AUC принимает решения о
параметрах процесса аутентификации и определяет ключи шифрования абонентских станций на
основе базы данных, сосредоточенной в регистре идентификации оборудования (EIR - Equipment
Identification Register).
Каждый подвижный абонент на время пользования системой связи получает стандартный
модуль подлинности абонента (SIM), который содержит: международный идентификационный но-
мер (IMSI), свой индивидуальный ключ аутентификации (Ki), алгоритм аутентификации (АЗ).
С помощью записанной в SIM информации в результате взаимного обмена данными между
подвижной станцией и сетью осуществляется полный цикл аутентификации и разрешается доступ
абонента к сети.
Процедура проверки сетью подлинности абонента реализуется следующим образом. Сеть
передает случайный номер (RAND) на подвижную станцию. На ней с помощью Ki и алгоритма ау-
тентификации АЗ определяется значение отклика (SRES), т.е.
SRES = Ki * [ RAND]
Подвижная станция посылает вычисленное значение SRES в сеть, которая сверяет значение
принятого SRES со значением SRES, вычисленным сетью. Если оба значения совпадают, подвиж-
ная станция приступает к передаче сообщений. В противном случае связь прерывается, и индика-
тор подвижной станции показывает, что опознавание не состоялось. Для обеспечения секретности
вычисление SRES происходит в рамках SIM. Несекретная информация (например, Ki) не подверга-
ется обработке в модуле SIM
EIR - регистр идентификации оборудования, содержит централизованную базу данных для
подтверждения подлинности международного идентификационного номера оборудования подвиж-
ной станции (IMEI). Эта база данных относится исключительно к оборудованию подвижной станции.
База данных EIR состоит из списков номеров IMEI, организованных следующим образом:
БЕЛЫЙ СПИСОК - содержит номера IMEI, о которых есть сведения, что они закреплены за
санкционированными подвижными станциями.
ЧЕРНЫЙ СПИСОК - содержит номера IMEI подвижных станций, которые украдены или кото-
рым отказано в обслуживании по другой причине.
92
СЕРЫЙ СПИСОК - содержит номера IMEI подвижных станций, у которых существуют пробле-
мы, выявленные по данным программного обеспечения чго не является основанием для внесения
в “черный список”.
К базе данных EIR получают дистанционный доступ MSC данной сети, а также MSC других
подвижных сетей.
Как и в случае с HLR, сеть может иметь более одного EIR, при этом каждый EIR управляет
определенными группами IMEI. В состав MSC входит транслятор, который при получении номера
IMEI возвращает адрес EIR, управляющий соответствующей частью базы данных об оборудовании.
IWF - межсетевой функциональный стык, является одной из составных частей MSC. Он обес-
печивает абонентам доступ к средствам преобразования протокола и скорости передачи данных
так, чтобы можно было передавать их между его терминальным оборудованием (DIE) сети GSM и
обычным терминальным оборудованием фиксированной сети. Межсетевой функциональный стык
также “выделяет” модем из своего банка оборудования для сопряжения с соответствующим моде-
мом фиксированной сети. IWF также обеспечивает интерфейсы типа прямого соединения для обо-
рудования, поставляемого клиентам, например, для пакетной передачи данных PAD по протоколу
Х.25.
ЕС - эхоподавитель, используется в MSC со стороны PSTN для всех телефонных каналов (не-
зависимо от их протяженности) из-за физических задержек в трактах распространения, включая
радиоканал, сетей GSM. Типовой эхоподавитель может обеспечивать подавление в интервале 68
миллисекунд на участке между выходом ЕС и телефоном фиксированной телефонной сети. Общая
задержка в канале GSM при распространении в прямом и обратном направлениях, вызванная об-
работкой сигнала, кодированием/декодированием речи, канальным кодированием и т.д., составля-
ет около 180 мс. Эта задержка была бы незаметна подвижному абоненту, если бы в телефонный
канал не был включен гибридный трансформатор с преобразованием тракта с двухпроводного на
четырехпроводный режим, установка которого необходима в MSC, так как стандартное соединение
с PSTN является двухпроводным. При соединении двух абонентов фиксированной сети эхо-сигна-
лы отсутствуют. Без включения ЕС задержка от распространения сигналов в тракте GSM будет вы-
зывать раздражение у абонентов, прерывать речь и отвлекать внимание
ОМС - центр эксплуатации и технического обслуживания, является центральным элементом
сети GSM, который обеспечивает контроль и управление другими компонентами сети и контроль
качества ее работы ОМС соединяется с другими компонентами сети GSM по каналам пакетной
передачи протокола Х.25. ОМС обеспечивает функции обработки аварийных сигналов, предназна-
ченных для оповещения обслуживающего персонала, и регистрирует сведения об аварийных си-
туациях в других компонентах сети. В зависимости от характера неисправности ОМС позволяет
обеспечить ее устранение автоматически или при активном вмешательстве персонала ОМС может
обеспечить проверку состояния оборудования сети и прохождения вызова подвижной станции.
ОМС позволяет производить управление нагрузкой в сети. Функция эффективного управления
включает сбор статистических данных о нагрузке от компонентов сети GSM, записи их в дисковые
файлы и вывод на дисплей для визуального анализа. ОМС обеспечивает управление изменениями
программного обеспечения и базами данных о конфигурации элементов сети. Загрузка программ-
ного обеспечения в память может производиться из ОМС в другие элементы сети или из них в
ОМС.
NMC - центр управления сетью, позволяет обеспечивать рациональное иерархическое управ-
ление сетью GSM. Он обеспечивает эксплуатацию и техническое обслуживание на уровне всей се-
ти, поддерживаемой центрами ОМС, которые отвечают за управление региональными сетями.
NMC обеспечивает управление трафиком во всей сети и обеспечивает диспетчерское управление
сетью при сложных аварийных ситуациях, как Например, выход из строя или перегрузка узлов
Кроме того, он контролирует состояние устройств автоматического управления, задействованных в
оборудовании сети, и отражает на дисплее состояние сети для операторов NMC. Это позволяет
операторам контролировать региональные проблемы и, при необходимости, оказывать помощь
ОМС, ответственному за конкретный регион. Таким образом, персонал NMC знает состояние всей
сети и может дать указание персоналу ОМС изменить стратегию решения региональной проблемы.
NMC концентрирует внимание на маршрутах сигнализации и соединениях между узлами с
тем, чтобы не допускать условий для возникновения перегрузки в сети. Контролируются также
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
93
маршруты соединений между сетью GSM и PSTN во избежание распространений условий пере-
грузки между сетями. При этом персонал NMC координирует вопросы управления сетью с персо-
налом других NMC. NMC обеспечивает также возможность управления трафиком для сетевого
оборудования подсистемы базовых станций (BSS). Операторы NMC в экстремальных ситуациях
могут задействовать такие процедуры управления, как “приоритетный доступ”, когда только або-
ненты с высоким приоритетом (экстренные службы) могут получить доступ к системе.
NMC может брать на себя ответственность в каком-либо регионе, когда местный ОМС явля-
ется необслуживаемым, при этом ОМС действует в качестве транзитного пункта между NMC и
оборудованием сети. NMC обеспечивает операторов функциями, аналогичными функциям ОМС.
NMC является также важным инструментом планирования сети, так как NMC контролирует
сеть и ее работу на сетевом уровне, а, следовательно, обеспечивает планировщиков сети данны-
ми, определяющими ее оптимальное развитие.
BSS - оборудование базовой станции, состоит из контроллера базовой станции (BSC) и
приемо-передающих базовых станций (BTS). Контроллер базовой станции может управлять не-
сколькими приемо-передающими блоками. BSS управляет распределением радиоканалов, контро-
лирует соединения, регулирует их очередность, обеспечивает режим работы с прыгающей часто-
той, модуляцию и демодуляцию сигналов, кодирование и декодирование сообщений, кодирование
речи, адаптацию скорости передачи для речи, данных и вызова, определяет очередность передачи
сообщений персонального вызова.
BSS совместно с MSC, HLR, VLR выполняет некоторые функции, например: освобождение ка-
нала, главным образом, под контролем MSC, но MSC может запросить базовую станцию обеспе-
чить освобождение канала, если вызов не проходит из-за радиопомех. BSS и MSC совместно осу-
ществляют приоритетную передачу информации для некоторых категорий подвижных станций.
ТСЕ- транскодер, обеспечивает преобразование выходных сигналов канала передачи речи и
данных MSC (64 кбит/с ИКМ) к виду, соответствующему рекомендациям GSM по радиоинтерфейсу
(Рек. GSM 04.08). В соответствии с этими требованиями скорость передачи речи, представленной
в цифровой форме, составляет 13 кбит/с. Этот канал передачи цифровых речевых сигналов назы-
вается “полноскоростным”. Стандартом предусматривается в перспективе использование полуско-
ростного речевого канала (скорость передачи 6,5 кбит/с).
Снижение скорости передачи обеспечивается применением специального речепреобразую-
щего устройства, использующего линейное предикативное кодирование (LPC), долговременное
предсказание (LTP), остаточное импульсное возбуждение (RPE - иногда называется RELP).
Транскодер обычно располагается вместе с MSC, тогда передача цифровых сообщений в на-
правлении к контроллеру базовых станций - BSC ведется с добавлением к потоку со скоростью пе-
редачи 13 кбит/с, дополнительных битов (стафингование) до скорости передачи данных 16 кбит/с.
Затем осуществляется уплогнение с кратностью 4 в стандартный канал 64 кбит/с. Так формирует-
ся определенная Рекомендациями GSM 30-канальная ИКМ линия, обеспечивающая передачу 120
речевых каналов. Шестнадцатый канал (64 кбит/с), “временное окно”, выделяется отдельно для пе-
редачи информации сигнализации и часто содержит трафик SS N7 или LAPD. В другом канале
(64 кбит/с) могут передаваться также пакеты данных, согласующиеся с протоколом Х.25 МККТТ.
Таким образом, результирующая скорость передачи по указанному интерфейсу составляет
30x64 кбит/с + 64 кбит/с + 64 кбит/с = 2048 кбит/с.
MS - подвижная станция, состоит из оборудования, которое служит для организации доступа
абонентов сетей GSM к существующим фиксированным сетям электросвязи. В рамках стандарта
GSM приняты пять классов подвижных станций от модели 1-го класса с выходной мощностью
20 Вт, устанавливаемой на транспортном средстве до портативной модели 5-го класса, макси-
мальной мощностью 0,8 Вт (табл. 6.1). При передаче сообщений предусматривается адаптивная
регулировка мощности передатчика, обеспечивающая требуемое качество связи.
Подвижный абонент и станция независимы друг от друга. Как уже отмечалось, каждый або-
нент имеет свой международный идентификационный номер (IMSI), записанный на его интеллекту-
альную карточку. Такой подход позволяет устанавливать радиотелефоны, например, в такси и ав-
томобилях, сдаваемых на прокат. Каждой подвижной станции также присваивается свой междуна-
родный идентификационный номер (IMEI). Этот номер используется для предотвращения доступа к
сетям GSM похищенной станции или станции без полномочий [6.2].
94
Таблица 6.1
Класс мощности Максимальный уровень мощности передатчика Допустимые отклонения
1 20 Вт 1,5 дБ
2 8 Вт 1,5 дБ
3 5 Вт 1,5 дБ
4 2 Вт 1,5 дБ
5 0,8 Вт 1,5 дБ
6.3. Сетевые и радиоинтерфейсы
При проектировании цифровых сотовых систем подвижной связи стандарта GSM рассматри-
ваются интерфейсы трех видов- для соединения с внешними сетями; между различным оборудова-
нием сетей GSM; между сетью GSM и внешним оборудованием. Все существующие внутренние ин-
терфейсы сетей GSM показаны на структурной схеме рис. 6.1. Они полностью соответствуют тре-
бованиям Рекомендаций ETSI/GSM 03.02.
Интерфейсы с внешними сетями
Соединение с PSTN
Соединение с телефонной сетью общего пользования осуществляется MSC по линии связи 2
Мбит/с в соответствии с системой сигнализации SS N 7. Электрические характеристики 2 Мбит/с
интерфейса соответствуют Рекомендациям МККТТ G.732.
Соединение с ISDN
Для соединения с создаваемыми сетями ISDN предусматриваются четыре линии связи 2
Мбит/с, поддерживаемые системой сигнализации SS N 7 и отвечающие Рекомендациям Голубой
книги МККТТ Q 701-Q.710, Q.711 Q.714, Q.716, Q781, Q.782, Q791, Q.795, Q 761-Q.764, Q 766
Соединение с существующей сетью NMT-450
Центр коммутации подвижной связи соединяется с сетью NMT-450 через четыре стандарт-
ные линии связи 2 Мбит/с и системы сигнализации SS N7. При этом должны обеспечиваться тре-
бования Рекомендаций МККТТ по подсистеме пользователей телефонной сетью (TUP - Telephone
User Part) и подсистеме передачи сообщений (МТР - Message Transfer Part) Желтой книги Элек-
трические характеристики линии 2 Мбит/с соответствуют Рекомендациям МККТТ G.732.
Соединения с международными сетями GSM
В настоящее время обеспечивается подключение сети GSM в Москве к общеевропейским
сетям GSM. Эти соединения осуществляются на основе протоколов систем сигнализации (SCCP) и
межсетевой коммутации подвижной связи (GMSC).
Внутренние GSM - интерфейсы
Интерфейс между MSC и BSS (A-интерфейс) обеспечивает передачу сообщений для управ-
ления BSS, передачи вызова, управления передвижением. A-интерфейс объединяет каналы связи и
линии сигнализации. Последние используют протокол SS N7 МККТТ. Полная спецификация А-ин-
терфейса соответствует требованиям серии 08 Рекомендаций ETSI/GSM.
Интерфейс между MSC и HLR совмещен с VLR (В-интерфейс). Когда MSC необходимо опре-
делить местоположение подвижной станции, он обращается к VLR. Если подвижная станция ини-
циирует процедуру местоопределения с MSC, он информирует свой VLR, который заносит всю из-
меняющуюся информацию в свои регистры. Эта процедура происходит всегда, когда MS перехо-
дит из одной области местоопределения в другую. В случае, если абонент запрашивает специаль-
ные дополнительные услуги или изменяет некоторые свои данные, MSC также информирует VLR,
который регистрирует изменения и при необходимости сообщает о них HLR.
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
95
Интерфейс между MSC и HLR (С-интерфейс) используется для обеспечения взаимодействия
между MSC и HLR. MSC может послать указание (сообщение) HLR в конце сеанса связи для того,
чтобы абонент мог оплатить разговор. Когда сеть фиксирсванной телефонной связи не способна
исполнить процедуру установления вызова подвижного абонента, MSC может запросить HLR с це-
лью определения местоположения абонента для того, чтобы послать вызов MS.
Интерфейс между HLR и VLR (D-интерфейс) используется для расширения обмена данными
о положении подвижной станции, управления процессом связи. Основные услуги, предоставляе-
мые подвижному абоненту, заключаются в возможности передавать или принимать сообщения не-
зависимо от местоположения. Для этого HLR должен пополнять свои данные. VLR сообщает HLR о
положении MS, управляя ею и переприсваивая ей номера в процессе блуждания, посылает все не-
обходимые данные для обеспечения обслуживания подвижной станции.
Интерфейс между MSC (Е-интерфейс) обеспечивает взаимодействие между разными MSC
при осуществлении процедуры HANDOVER - “передачи” абонента из зоны в зону при его движении
в процессе сеанса связи без ее перерыва.
Интерфейс между BSC и BTS(A-bis интерфейс) служит для связи BSC с BTS и определен
Рекомендациями ETSI/GSM для процессов установления соединений и управления оборудованием,
передача осуществляется цифровыми потоками со скоростью 2,048 Мбит/с. Возможно использо-
вание физического интерфейса 64 кбит/с.
Интерфейс между BSC и ОМС (О-интерфейс) предназначен для связи BSC с ОМС, использу-
ется в сетях с пакетной коммутацией МККТТ Х.25.
Внутренний BSC-интерфейс контроллера базовой станции обеспечивает связь между различ-
ным оборудованием BSC и оборудованием транскодирования (ТСЕ); использует стандарт ИКМ-пе-
редачи 2,048 Мбит/с и позволяет организовать из четырех каналов со скоростью 16 кбит/с один
канал на скорости 64 кбит/с.
Интерфейс между MS и BTS (Um-радиоинтерфейс) определен в сериях 04 и 05 Рекоменда-
ций ETSI/GSM.
Сетевой интерфейс между ОМС и сетью, так называемый управляющий интерфейс между
ОМС и элементами сети, определен ETSI/GSM Рекомендациями 12.01 и является аналогом интер-
фейса Q.3, который определен в многоуровневой модели открытых сетей ISO OSI.
Соединение сети с ОМС могут обеспечиваться системой сигнализации МККТТ SS N7 или се-
тевым протоколом Х.25. Сеть Х.25 может соединяться с объединенными сетями или с PSDN в от-
крытом или замкнутом режимах.
GSM - протокол управления сетью и обслуживанием также должен удовлетворять требовани-
ям Q.3 интерфейса, который определен в ETSI/GSM Рекомендациях 12.01.
Интерфейсы между сетью GSM и внешним оборудованием
Интерфейс между MSC и сервис-центром (SC) необходим для реализации службы коротких
сообщений. Он определен в ETSI/GSM Рекомендациях 03.40.
Интерфейс к другим ОМС. Каждый центр управления и обслуживания сети должен соеди-
няться с другими ОМС, управляющими сетями в других регионах или другими сетями. Эти соеди-
нения обеспечиваются Х-интерфейсами в соответствии с Рекомендациями МККТТ М.30. Для взаи-
модействия ОМС с сетями высших уровней используется Q.3-интерфейс.
6.4. Структура служб и передача данных в стандарте GSM
Стандарт GSM содержит два класса служб: основные службы и телеслужбы.
Основные службы обеспечивают: передачу данных (асинхронно) в дуплексном режиме со
скоростями 300, 600, 1200, 2400, 4800 и 9600 бит/с через телефонные сети общего пользования;
передачу данных (синхронно) в дуплексном режиме со скоростями 1200, 2400, 4800 и 9600 бит/с
через телефонные сети общего пользования, коммутируемые сети передачи данных общего поль-
зования (CSPDN) и ISDN; доступ с помощью адаптера к пакетной асинхронной передаче данных со
стандартными скоростями 300-9600 бит/с через коммутируемые сети пакетной передачи данных
общего пользования (PSPDN), например, Datex-P; синхронный дуплексный доступ к сети пакетной
передачи данных со стандартными скоростями 2400-9600 бит/с [6.1, 6.2].
96
При передаче данных со скоростью 9,6 кбит/с всегда используется канал связи с полной
скоростью передачи. В случае передачи на скоростях ниже 9,6 кбит/с могут использоваться полу-
скоростные каналы связи.
Перечисленные функции каналов передачи данных предусмотрены для терминального обору-
дования, в котором используются интерфейсы МККТТ со спецификациями V.24 или Х.21 серий.
Эти спецификации определяют вопросы передачи данных по обычным каналам телефонной связи
Телеслужбы предоставляют следующие услуги:
1) телефонная связь (совмещается со службой сигнализации: охрана квартир, сигналы бед-
ствия и пр.);
2) передача коротких сообщений;
3) доступ к службам “Видеотекс", “Телетекс”;
4) служба “Телефакс” (группа 3).
Дополнительно стандартизован широкий спектр особых услуг (передача вызова, оповещения
о тарифных расходах, включение в закрытую группу пользователей).
Так как ожидается, что большинство абонентов будет использовать услуги GSM в деловых
целях, особое внимание уделяется аспектам безопасности и качеству предоставляемых услуг
Структурная схема служб связи в GSM PLMN показана на рис 6.4 (GSM PLMN - GSM Public
Land Mobile Network - сеть связи с наземными подвижными объектами; ТЕ (Terminal Equipment) -
терминальное оборудование, МТ (Mobile Terminal) - подвижный терминал, IWF (Interworking
Function) - межсетевой функциональный стык). К передаче данных относится и новый вид службы,
используемый в GSM, - передача коротких сообщений (передача служебных буквенно-цифровых
сообщений для отдельных групп пользователей).
Um
Рис. 6.4
При передаче коротких сообщений используется пропускная способность каналов сигнализа-
ции Сообщения могут передаваться и приниматься подвижной станцией. Для передачи коротких
сообщений могут использоваться общие каналы управления. Объем сообщений ограничен 160-ю
символами, которые могут приниматься в течение текущего вызова либо в нерабочем цикле. В
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
97
пределах соты короткие сообщения передаются циклически и несут информацию, например, о до-
рожном движении, рекламу и т.д.
6.5. Терминальное оборудование и адаптеры подвижной станции
В режиме передачи данных взаимодействие подвижного абонента с сетью осуществляется
через соответствующее терминальное оборудование (МТ, ТЕ) и адаптеры (ТА), как это показано на
рис. 6.5 [6.1, 6.2].
Um
Речь,
данные
Речь, данные
(ISDN через
Данные
(МККТТ V, X Адаптер
серии) к ТЕ 2
Данные
Речь, данные
3,6; 6; 12 кбит/с, 16 или 64 кбит/с
полноскоростные
или полускорост-
ные каналы
Рис. 6.5
Подвижная станция состоит из МТ и ТЕ. Оконечное оборудование МТ обеспечивает функции,
связанные с управлением радиоинтерфейсом Um. Эти функции включают: радиопередачу и прием,
98
управление радиоканалами, защиту от ошибок в радиоканале, кодирование-декодирование речи,
текущий контроль и распределение данных пользователя и вызовов, адаптацию по скорости пере-
дачи между радиоканалом и данными, обеспечение параллельной работы нагрузок (терминалов),
обеспечение непрерывной работы в процессе движения.
Используется три типа оконечного оборудования подвижной станции: МТО (Mobile
Termination 0) - многофункциональная подвижная станция, в состав которой входит терминал дан-
ных с возможностью передачи и приема данных и речи; МТ1 (Mobile Termination 1) - подвижная
станция с возможностью связи через терминал с ISDN; МТ2 (Mobile Termination 2) - подвижная
станция с возможностью подключения терминала для связи по протоколу МККТТ V или X серий.
Терминальное оборудование может состоять из оборудования одного или нескольких типов,
такого как телефонная трубка с номеронабирателем, аппаратуры передачи данных (DTE), телекс и
т.д.
Различают следующие типы терминалов: ТЕ1 (Terminal Equipment 1) - терминальное оборудо-
вание, обеспечивающее связь с ISDN; ТЕ2 (Terminal Equipment 2) - терминальное оборудование,
обеспечивающее связь с любым оборудованием через протоколы МККТТ V или X серий (связь с
ISDN не обеспечивает). Терминал ТЕ2 может быть подключен как нагрузка к МТ1 (подвижной стан-
ции с возможностью связи с ISDN) через адаптер ТА.
Система характеристик стандарта GSM, принятая функциональная схема сетей связи и сово-
купность интерфейсов обеспечивают высокие параметры передачи сообщений, совместимость с
существующими и перспективными информационными сетями, предоставляют абонентам широкий
спектр услуг цифровой связи.
6.6. Структура TDMA кадров и формирование сигналов в стандарте GSM
В результате анализа различных вариантов построения цифровых сотовых систем подвижной
связи (ССПС) в стандарте GSM принят многостанционный доступ с временным разделением кана-
лов (TDMA). Общая структура временных кадров показана на рис. 6.6 [6.4]. Длина периода после-
довательности в этой ст р;-туре, которая называется гиперкадром, равна Тг = 3 ч 28 мин 53 с 760
мс (12533,76 с). Гиперкадр делится на 2048 суперкадров, каждый из которых имеет длительность
Тс = 12533,76/2048 = 6,12 с.
Суперкадр состоит из мультикадров. Для организации различных каналов связи и управления
в стандарте GSM используются два вида мультикадров:
1) 26-позиционные TDMA кадры мультикадра;
2) 51-позиционные TDMA кадры мультикадра.
Суперкадр может содержать в себе 51 мультикадр первого типа или 26 миультикадров вто-
рого типа. Длительности мультикадров соответственно:
1) Тм = 6120/51 = 120 мс;
2) Тм = 6120/26 = 235,385 мс (3060/13 мс).
Длительность каждого TDMA кадра
Тк = 120/26 = 235,385/51 = 4,615 мс (60/13 мс).
В периоде последовательности каждый TDMA кадр имеет свой порядковый номер (NF) от 0
до NFmax, где
NFmax = (26x51x2048) -1 = 2715647
Таким образом, гиперкадр состоит из 2715647 TDMA кадров. Необходимость такого большо-
го периода гиперкадра объясняется требованиями применяемого процесса криптографической за-
щиты, в котором номер кадра NF используется как входной параметр.
TDMA кадр делится на восемь временных позиций с периодом
То = 60/13:8 = 576,9 мкс (15/26 мс) •
Каждая временная позиция обозначается TN с номером от 0 до 7. Физический смысл вре-
менных позиций, которые иначе называются окнами, - время, в течение которого осуществляется
модуляция несущей цифровым информационным потоком, соответствующим речевому сообщению
или данным.
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
99
1 Гиперкадр = 2048 Суперкадрам = 2715648 TDMA-кадрам
>
Т= Зч 28мин 53с 760мс = 12533,76с
[' 1 TDMA-кадр = 8 временный - п
’ позициям (окнам)
NB
FB
SB
АВ
1 временной интервал = 156,25битам (15/26 = 0,577мс)
К------------------------------------------------------------X
Длительность 1 бита = 48/13 = 3,69мкс
ТВ - Tail Bits - концевая комбинация
G I - Guard Period - защитный интервал
Рис. 6.6
100
Цифровой информационный поток представляет собой последовательность пакетов, разме-
щаемых в этих временных интервалах (окнах). Пакеты формируются немного короче, чем интерва
лы, их длительность составляет 0,546 мс, что необходимо для приема сообщения при наличии вре-
менной дисперсии в канале распространения.
Информационное сообщение передается по радиоканалу со скоростью
270,833 кбит/с.
Это означает, что временной интервал TDMA кадра содержит
156,25 бит.
Длительность одного информационного бита
576,9 мкс/156,25 = 3,69 мкс.
Каждый временной интервал, соответствующий длительности бита, обозначается BN с номе-
ром от 0 до 155; последнему интервалу длительностью 1/4 бита присвоен номер 156.
Для передачи информации по каналам связи и управления, подстройки несущих частот,
обеспечения временной синхронизации и доступа к каналу связи в структуре TDMA кадра исполь-
зуются пять видов временных интервалов (окон):
1 NB (Normal Burst) Нормальный временной интервал
2 FB (Frequency Correction Burst) Временной интервал подстройки частоты
3 SB (Synchronization Burst) Интервал временной синхронизации
4 DB (Dummy Burst) Установочный интервал
5 AB (Access Burst) Интервал доступа
NB используется для передачи информации по каналам связи и управления, за исключением
канала доступа RACH Он состоит из 114 бит зашифрованного сообщения и включает защитный
интервал (GP) в 8,25 бит длительностью 30,46 мкс. Информационный блок 114 бит разбит на два
самостоятельных блока по 57 бит, разделенных между собой обучающей последовательностью в
26 бит, которая используется для установки эквалайзера в приемнике в соответствии с характери-
стиками канала связи в данный момент времени.
В состав NB включены два контрольных бита (Steeling Flag), которые служат признаком того,
содержит ли передаваемая группа речевую информацию или информацию сигнализации. В по-
следнем случае информационный канал (Traffic Channel) “украден" для обеспечения сигнализации.
Между двумя группами зашифрованных бит в составе NB находится обучающая последова-
тельность из 26 бит, известная в приемнике
С помощью этой последовательности обеспечивается:
- оценка частоты появления ошибок в двоичных разрядах по результатам сравнения принятой
и эталонной последовательностей. В процессе сравнения вычисляется параметр RXQUAL,
принятый для оценки качества связи. Конечно, речь идет только об оценке связи, а не о
точных измерениях, так как проверяется только часть передаваемой информации. Пара-
метр RXQUAL используется при вхождении в связь, при выполнении процедуры “эстафет-
ной передачи" (Handover) и при оценке зоны покрытия радиосвязью;
- оценка импульсной характеристики радиоканала на интервале передачи NB для последую-
щей коррекции тракта приема сигнала за счет использования адаптивного эквалайзера в
тракте приема;
- определение задержек распространения сигнала между базовой и подвижной станциями
для оценки дальности связи. Эта информация необходима для того, чтобы пакеты данных
от разных подвижных станций не накладывались при приеме на базовой станции. Поэтому
удаленные на большее расстояние подвижные станции должны передавать свои пакеты
раньше станций, находящихся в непосредственной близости от базовой станции.
FB предназначен для синхронизации по частоте подвижной станции. Все 142 бита в этом
временном интервале - нулевые, что соответствует немодулированной несущей со сдвигом
1625/24 кГц выше номинального значения частоты несущей. Это необходимо для проверки работы
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
101
своего передатчика и приемника при небольшом частотном разносе каналов (200 кГц), что состав-
ляет около 0,022% от номинального значения полосы частот 900 МГц. FB содержит защитный ин-
тервал 8,25 бит так же, как и нормальный временной интервал. Повторяющиеся временные интер-
валы подстройки частоты (FB) образуют канал установки частоты (FCCH).
SB используется для синхронизации по времени базовой и подвижной станций. Он состоит
из синхропоследовательности длительностью 64 бита, несет информацию о номере TDMA кадра и
идентификационный код базовой станции. Этот интервал передается вместе с интервалом уста-
новки частоты. Повторяющиеся интервалы синхронизации образуют так называемый канал синхро-
низации (SCH)
DB обеспечивает установление и тестирование канала связи. По своей структуре DB совпа-
дает с NB (рис. 6 6) и содержит установочную последовательность длиной 26 бит. В DB отсутству-
ют контрольные биты и не передается никакой информации. DB лишь информирует о том, что пе-
редатчик функционирует.
АВ обеспечивает разрешение доступа подвижной станции к новой базовой станции. АВ пе-
редается подвижной станцией при запросе канала сигнализации. Это первый передаваемый под-
вижной станцией пакет, следовательно, время прохождения сигнала еще не измерено. Поэтому па-
кет имеет специфическую структуру. Сначала передается концевая комбинация 8 бит, затем - по-
следовательность синхронизации для базовой станции (41 бит), что позволяет базовой станции
обеспечить правильный прием последующих 36 зашифрованных бит. Интервал содержит большой
защитный интервал (68,25 бит, длительностью 252 мкс), что обеспечивает (независимо от времени
прохождения сигнала) достаточное временное разнесение от пакетов других подвижных станций.
Этот защитный интервал соответствует двойному значению наибольшей возможной задерж-
ки сигнала в рамках одной соты и тем самым устанавливает максимально допустимые размеры
соты. Особенность стандарта GSM - возможность обеспечения связью подвижных абонентов в со-
тах с радиусом около 35 км. Время распространения радиосигнала в прямом и обратном направ-
лениях составляет при этом 233,3 мкс.
В структуре GSM строго определены временные характеристики огибающей сигнала, излу-
чаемого пакетами на канальном временном интервале TDMA кадра, и спектральная характеристика
сигнала. Временная маска огибающей для сигналов, излучаемых на интервале АВ полного TDMA
кадра, показана на рис. 6.7, а маска огибающей для сигналов NB, FB, DB и SB полного TDMA кад-
ра - на рис. 6.8 Различные формы огибающих излучаемых сигналов соответствуют разным дли-
тельностям интервала АВ (88 бит) по отношению к другим указанным интервалам полного TDMA
кадра (148 бит). Нормы на спектральную характеристику излучаемого сигнала показаны на рис.
6.9.
Одна из особенностей формирования сигналов в стандарте GSM - использование медленных
скачков по частоте в процессе сеанса связи. Главное назначение таких скачков (SFH - Slow
Frequency Hopping) - обеспечение частотного разнесения в радиоканалах, функционирующих в ус-
ловиях многолучевого распространения радиоволн. SFH используется во всех подвижных сетях,
что повышает эффективность кодирования и перемежения при медленном движении абонентских
станций. Принцип формирования медленных скачков по частоте состоит в том, что сообщение, пе-
редаваемое в выделенном абоненту временном интервале TDMA кадра (577 мкс), в каждом после-
дующем кадре передается (принимается) на новой фиксированной частоте. В соответствии со
структурой кадров время для перестройки частоты составляет около 1 мс.
В процессе скачков по частоте постоянно сохраняется дуплексный разнос 45 МГц между ка-
налами приема и передачи. Всем активным абонентам, находящимся в одной соте, ставятся в со-
ответствие ортогональные формирующие последовательности, что исключает взаимные помехи
при приеме сообщений абонентами в соте. Параметры последовательности переключения частот
(частотно-временная матрица и начальная частота) назначаются каждой подвижной станции в про-
цессе установления канала. Ортогональность последовательностей переключения частот в соте
обеспечивается начальным частотным сдвигом одной и той же (по алгоритму формирования) по-
следовательности В смежных сотах используются различные формирующие последовательности.
Комбинированная TDMA/FDMA схема организации каналов в стандарте GSM и принцип ис-
пользования медленных скачков по частоте при передаче сообщений во временных кадрах показа-
ны на рис. 6.10, 6.11.
102
Рис. 6.7
Рис. 6.8
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
103
Рабочие каналы
Е
1: 890,0 - 890,2 МГц
935,0 - 935.2 МГц
2: 890,2 - 890,4 МГц
935,2 - 935,4 МГц
123: 914,6 - 914,8 МГц
959,6 - 959,8 МГц
985
986
992
Канал 124: 914,8 - 915,0 МГц
960,8 - 960,0 МГЦ
Рис. 6.10
104
г
0 1 2 3 4 5 6 7
0 1 2 3 4 6 7
0 1 2 3 4 5 6 7
0 1 2 3 4 5 6 7
0 1 2 3 4 5 6 7
MS
Рис. 6.11
На рис. 6.12. показаны зависимости выигрыша в отношении сигнал/помеха от использования
медленных скачков по частотам (SFH) для случаев переключения частот по случайному закону и с
периодическим повторением цикла переключения в зависимости от количества перестраиваемых
частот [6.5].
Рис. 6.12
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
105
Для сравнения можно отметить, что по результатам экспериментальных исследований, про-
веденных на действующих сетях GSM, пространственное разнесение приемных антенн на базовой
станции дает выигрыш 3-4 дБ.
Принятая структура TDMA кадров и принципы формирования сигналов в стандарте GSM в
совокупности с методами канального кодирования позволили снизить требуемое для приема отно-
шение сигнал/помеха до 9 дБ, тогда как в стандартах аналоговых сотовых сетей связи оно состав-
ляет 17-18 дБ.
Литература к Главе 6
6 1 M.Mouly, M.B.Pautet. The GSM System for Mobile Communications. 1992. p.p. 702.
6 2 Ю.А Громаков. Сотовые системы подвижной радиосвязи. Технологии электронных
коммуникаций. Том 48. “Эко-Трендз”. Москва. 1994.
6.3 A. Mehrotra. Cellular Radio: Analog and Digital Systems. Artech House, Boston-London. 1994.
p.p. 460
6 4 Ю.А. Громаков. Структура TDMA кадров и формирование сигналов в стандарте GSM.
“Электросвязь". N 10. 1993. с. 9-12.
6.5 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. p.p. 3.1-1 - 3.1-18.
106
Глава 7. ОРГАНИЗАЦИЯ ФИЗИЧЕСКИХ И ЛОГИЧЕСКИХ
КАНАЛОВ В СТАНДАРТЕ GSM
7.1. Частотный план стандарта GSM
Стандарт GSM разработан для создания сотовых систем подвижной связи (ССПС) в следую-
щих полосах частот: 890-915 МГц - для передачи подвижными станциями (линия “вверх”); 935-960
МГц - для передачи базовыми станциями (линия “вниз”) [7.1].
Сети GSM функционируют параллельно с существующими европейскими национальными се-
тями аналоговых ССПС стандартов NMT-900, TACS, ETACS. Частотные планы ССПС, включая стан-
дарт GSM, показаны на рис. 7.1.
Каждая из полос, выделенных для сетей GSM, разделяется на частотные каналы. Разнос ка-
налов составляет 200 кГц, что позволяет организовать в сетях GSM 124 частотных канала. Частоты,
выделенные для передачи сообщений подвижной станцией на базовую и в обратном направлении,
группируются парами, организуя дуплексный канал с разносом 45 МГц. Эти пары частот сохраня-
ются и при перескоках частоты. Каждая сота характеризуется фиксированным присвоением опре-
деленного количества пар частот.
Если обозначить FI (п) - номер несущей частоты в полосе 890-915 МГц, Fu (п) - номер несу-
щей частоты в полосе 935-960 МГц, то частоты каналов определяются по следующим формулам:
FI (п) = 890,2 + 0,2 (п-1), МГц;
Fu (n) = FI (п) + 45, МГц;
1 < п < 124.
В таблице 7.1 приведены номиналы частот каналов для приема (RX) и передачи (ТХ) базовы-
ми станциями и соответствующие им номера каналов.
Каждая частотная несущая содержит 8 физических каналов, размещенных в 8 временных ок-
нах в пределах TDMA кадра и в последовательности кадров. Каждый физический канал использует
одно и то же временное окно в каждом временном TDMA кадре.
До формирования физического канала сообщения и данные, представленные в цифровой
форме, группируются и объединяются в логические каналы двух типов: каналы связи - для переда
чи кодированной речи или данных (ТСН); каналы управления - для передачи сигналов управления и
синхронизации (ССН).
Более чем один тип логического канала может быть размещен на одном и том же физиче-
ском канале, но только при их соответствующей комбинации.
7.2. Структура логических каналов связи
В стандарте GSM различают логические каналы связи двух основных видов:
TCH/F (Full Rate Traffic Channel) - канал передачи сообщений с полной скоростью
22,8 кбит/с (другое обозначение Вт);
ТСН/Н (Half Rate Traffic Channel) - канал передачи сообщений с половинной скоростью
11,4 кбит/с (другое обозначение Lm).
Один физический канал может представлять собой канал передачи сообщений с полной ско-
ростью или два канала с половинной скоростью передачи. В первом случае канал связи занимает
одно временное окно; во втором - два канала связи занимают то же самое временное окно, но с
перемежением в соседних кадрах (т.е. каждый канал - через кадр).
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
107
Подвижные службы
(наземные и морские)
1 25 МГц ,
Аналоговая и цифровая
ССПС Северной Америки
AMPS, D-AMPS (ADC)
12 МГц
Передача BS
Прием MS
870 880 890 900 910 920 930
940 950 960 *МГц
820
AMPS, D-AMPS
20 МГц.
Дуплекс
разнос
ный
45 МГц
- 825
845
vl"862
830 840
917
925'
950
952
ETACS
.872 883
| 933] [935
HCMTS 15 МГц
TACS
NMT-900
" 895
905
2,0
9С
850 860 870 880 890 900
15 f МГц
'870 885
Передача BS
Прием MS
. 907
9
HCMTS
-15 МГц,
GSM
(Дуплексный
разнос 55 МГц)
GSM
AMPS
D-AMPS (ADC)
TACS (ETACS)
NMT-900
HCMTS
- общеевропейский стандарт на цифровые ССПС.
- стандарт на аналоговые ССПС Северной Америки.
- стандарт на цифровые ССПС Северной Америки
- стандарт Великобритании на аналоговую ССПС.
- стандарт скандинавских стран на аналоговую ССПС.
- стандарт на аналоговые ССПС Японии.
Рис. 7.1
108
Таблица 7.1
Channel RX Frequency TX Frequency Channel RX Frequency TX Frequency
Decimal Hexadecimal MHz MHz Decimal Hexadecima MHz MHz
1 01 890 20 935.20 63 3F 902.60 947.60
2 02 890.40 935.40 64 40 902.80 947.80
3 03 890.60 935.60 65 41 903.00 948.00
4 04 890.80 935.80 66 42 903 20 948.20
5 05 891.00 936.00 67 43 903.40 948.40
6 06 891.20 936.20 68 44 903.60 948.60
7 07 891.40 936.40 69 45 903.80 948 80
8 08 891.60 936 60 70 46 904 00 949 00
9 09 891.80 936.80 71 47 904.20 949.20
10 0А 892.00 937.00 72 48 904.40 949.40
11 OB 892.20 937.20 73 49 904.60 949 60
12 ОС 892.40 937 40 74 4A 904 80 949 80
13 OD 892 60 937.60 75 4B 905.00 950.00
14 ОЕ 892.80 937.80 76 4C 905.20 950 20
15 OF 893.00 938.00 77 4D 905.40 950.40
16 10 893.20 938 20 78 4E 905 60 950 60
17 11 893.40 938.40 79 4F 905.80 950 80
18 12 893.60 938.60 80 50 906.00 951.00
19 13 893.80 938.80 81 51 906.20 951.20
20 14 894 00 939.00 82 52 906 40 951 40
21 15 894 20 939.20 83 53 906.60 951 60
22 16 894 40 939.40 84 54 906.80 951 80
23 17 894.60 939.60 85 55 907.00 952.00
24 18 894 80 939.80 86 56 907.20 952.20
25 19 895.00 940 00 87 57 907.40 952 40
26 1А 895.20 940.20 88 58 907.60 952.60
27 1В 895.40 940.40 89 59 907.80 952.80
28 1С 895 60 940.60 90 5A 908 00 953 00
29 1D 895.80 940.80 91 5B 908.20 953.20
30 1Е 896.00 941.00 92 5C 908.40 953.40
31 1F 896.20 941.20 93 5D 908.60 953.60
32 20 896.40 941.40 94 5E 908.80 953.80
33 21 896 60 941 60 95 5F 909 00 954 00
34 22 896.80 941.80 96 60 909.20 954.20
35 23 897.00 942.00 97 61 909.40 954.40
36 24 897.20 942.20 98 62 909 60 954.60
37 25 897.40 942.40 99 63 909.80 954.80
38 26 897 60 942 60 100 64 910 00 955 00
39 27 897.80 942.80 101 65 910.20 955.20
40 28 898.00 943.00 102 66 910.40 955.40
41 29 898 20 943.20 103 67 910.60 955.60
42 2А 898 40 943.40 104 68 910 80 955 80
43 2В 898.60 943.60 105 69 911.00 956.00
44 2С 898.80 943.80 106 6A 911.20 956.20
45 2D 899 00 944.00 107 6B 911.40 956.40
46 2Е 899.20 944.20 108 6C 911.60 956.60
47 2F 899 40 944 40 109 6D 911 80 956.80
48 30 899.60 944.60 110 6E 912.00 957.00
49 31 899.80 944.80 111 6F 912.20 957.20
50 32 900.00 945.00 112 70 912 40 957.40
51 33 900.20 945.20 113 71 912.60 957.60
52 34 900.40 945.40 114 72 912.80 957.80
53 35 900.60 945.60 115 73 913 00 958 00
54 36 900.80 945.80 116 74 913 20 958.20
55 37 901.00 946.00 117 75 913.40 958 40
56 38 901.20 946.20 118 76 913.60 958.60
57 39 901 40 946.40 119 77 913.80 958 80
58 ЗА 901.60 946 60 120 78 914.00 959.00
59 ЗВ 901.80 946.80 121 79 914.20 959.20
60 ЗС 902.00 947.00 122 7A 914.40 959.40
61 3D 902 20 947.20 123 7B 914.60 959.60
62 ЗЕ 902 40 947 40 124 7C 914 80 959.80
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
109
Для передачи кодированной речи и данных предназначены каналы связи следующих типов:
TCH/FS (Full Rate Traffic Channel for Speech)
- канал для передачи речи с полной скоростью;
TCH/HS (Half Rate Traffic Channel for Speech)
- канал для передачи речи с половинной скоростью;
TCH/F 9,6 (Full Rate Traffic Channel for 9,6 kbit/s User Data)
- канал передачи данных с полной скоростью 9,6 кбит/с;
TCH/F 4,8 (Full Rate Traffic Channel for 4,8 kbit/s User Data)
- канал передачи данных с полной скоростью 4,8 кбит/с;
TCH/F 2,4 (Full Rate Traffic Channel for 2,4 kbit/s User Data)
- канал передачи данных с полной скоростью 2,4 кбит/с;
ТСН/Н 4,8 (Half Rate Traffic Channel for 9,6 kbit/s User Data)
- канал передачи данных с половинной скоростью 4,8 кбит/с;
СН/Н 2,4 (Half Rate Traffic Channel for 9,6 kbit/s User Data)
- канал передачи данных с половинной скоростью 2,4 кбит/с.
Скорость передачи цифрового речевого сигнала в канале TCH/FS равна 13 кбит/с (за счет
кодирования увеличивается до 22,8 кбит/с в канале ТСН/F). Передача речи в канале с половинной
скоростью TCH/HS еще не используется. Этот канал рассматривается как перспективный при даль-
нейшем развитии GSM, его применение позволит практически удвоить емкость трафика. Внедре-
ние низкоскоростного речевого кодека стандарта GSM ожидается к 1997 году.
Каналы связи могут передавать широкий набор информационных сообщений, но они не ис-
пользуются для передачи сигналов управления. Кроме того, для передачи данных по каналам связи
могут использоваться разные протоколы, например, МККТТ Х.25
7 .3. Структура логических каналов управления
Каналы управления (ССН) обеспечивают передачу сигналов управления и синхронизации.
Различают четыре вида каналов управления:
ВССН (Broadcast Control Channels) - каналы передачи сигналов управления;
СССН (Common Control Channels) - общие каналы управления;
SDCCH ( Stand-alone Dedicated Control Channels) - индивидуальные каналы управления,
АССН (Associated Control Channels) - совмещенные каналы управления.
Каналы передачи сигналов управления используются только в направлении с базовой стан-
ции на все подвижные станции Они несут информацию, которая необходима подвижным станциям
для работы в системе. Различают три вида каналов передачи сигналов управления ВССН:
FCCH (Frequency Correction Channel) - канал подстройки частоты, который используется для
синхронизации несущей в подвижной станции По этому каналу передается немодулированная не-
сущая с фиксированным частотным сдвигом относительно номинального значения частоты канала
связи;
SCH (Synchronization Channel) - канал синхронизации, по которому передается информация
на подвижную станцию о кадровой (временной) синхронизации;
ВССН (Broadcast Control Channel) - канал управления передачей, обеспечивает передачу ос-
новных команд по управлению передачей (номер общих каналов управления тех из них, которые
объединяются с другими каналами, в том числе и с физическими и т.д.).
Используются три типа общих каналов управления СССН:
PCH (Paging Channel) - канал вызова, используется только в направлении от базовой станции
к подвижной для ее вызова;
RACH (Random Access Channel) - канал параллельного доступа, используется только в на-
правлении от подвижной станции к базовой для запроса о назначении индивидуального канала
управления;
AGCH (Access Grant Channel) - канал разрешенного доступа, используется только для пере-
дачи с базовой станции на подвижную (для выделения специального канала управления, обеспечи-
вающего прямой доступ к каналу связи).
110
Выделенные индивидуальные каналы управления используются в двух направлениях для свя-
зи между базовой и подвижной станциями. Различают два вида таких каналов:
SDCCH/4 (Stand-alone Dedicated Control Channel)
- индивидуальный канал управления, состоит из четырех подканалов;
SDCCH/8 (Stand-alone Dedicated Control Channel)
- индивидуальный канал управления, состоит из восьми подканалов.
Эти каналы предназначены для установки требуемого пользователем вида обслуживания. По
ним обеспечивается запрос подвижной станции о требуемом виде обслуживания, контроль пра-
вильного ответа базовой станции и выделение свободного канала связи, если это возможно.
Совмещенные каналы управления также используются в двух направлениях между базовой и
подвижной станциями. По направлению "вниз” они передают команду управления с базовой стан-
ции, а по направлению “вверх” - информацию о статусе подвижной станции. Различают два вида
АССН:
FACCH (Fast Associated Control Channel) - быстрый совмещенный канал управления, служит
для передачи команд при переходе подвижной станции из соты в соту, т.е. при “эстафетной пере-
даче” подвижной станции;
SACCH (Slow Assocaited Control Channel) - медленный совмещенный канал управления, по на-
правлению “вниз” передает команды для установки выходного уровня мощности передатчика под-
вижной станции. По направлению “вверх" подвижная станция посылает данные, касающиеся уров-
ня установленной выходной мощности, измеренного приемником уровня радиосигнала и его каче-
ства.
В совмещенном канале управления всегда содержится один из двух каналов: канал связи или
индивидуальный канал управления.
Совмещенные каналы управления всегда объединяются вместе с каналами связи или с инди-
видуальными каналами управления. При этом различают шесть видов объединенных каналов
управления:
FACCH/F, объединенный с TCH/F;
FACCH/H, объединенный с ТСН/Н;
SACCH/TF, объединенный с TCH/F;
SACCH/TH, объединенный с ТСН/Н;
SACCH/C4, объединенный с SDCCH/4;
SACCH/C8, объединенный с SDCCH/8.
Состав и назначение логических каналов показаны на рис. 7.2.
7 .4. Организация физических каналов
Для передачи каналов связи ТСН и совмещенных каналов управления FACCH и SACCH ис-
пользуется 26-кадровый мультикадр. Объединение каналов связи с полной и половинной скоро-
стью с медленным совмещенным каналов управления SACCH показано на рис. 7.3. В полноскоро-
стном канале связи в каждом 13-м TDMA кадре мультикадра передается пакет информации канала
SACCH; каждый 26-й TDMA кадр мультикадра свободен. В полускоростном канале связи пакет ин-
формации канала SACCH передается в каждом 13-м и 26-м TDMA кадрах мультикадра.
Для одного физического канала в каждом TDMA кадре используется 114 бит. Так как в муль-
тикадре для передачи канала связи ТСН используется 24 TDMA кадра из 26 и длительность муль-
тикадра составляет 120 мс, общая скорость передачи информационных сообщений по ТСН каналу
составляет 22,8 кбит/щ Канал SACCH занимает в полноскоростном канале связи только один TDMA
кадр, то есть 114 бит, когда скорость передачи по SACCH каналу составит 950 бит/с. Полная ско-
рость передачи в объединенном TCH/SACCH канале с учетом пустого (свободного) 26-го TDMA
кадра составит
22,8 + 0,950 +0,950 = 24,7 кбит/с.
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
111
Речь Данные Данные Данные
Речь Данные Данные
канал передачи
общие каналы
индивидуальный совмещенные
си<налов управления
управления
канал управления
каналы управления
канал подстрой- канал времен- канал управ- канал вызова канал парал- канал разре- состоит из 4-х подкана- состоит из 8 подкана- быстрый сов- мещенный ка- медленный совмещенный
ки часто- ной ления BS->MS лельно- шенного лов лов нал (эстафет- канал управле-
ты несу- щей BS->MS синхро- низации и опо- знования BS переда чей BSoMS го дос- тупа BS<-MS доступа BS-+MS BSoMS В So MS ная передача) BSoMS ния (установка уровня излуче ния мощности MS) BS«->MS
BS->MS
Рис. 7.2
Т т т т т т т т т т т т А Т т т т т т т т т т т т -
1 мультикадр = 26 TDMA кадрам = 120 мс < >1 L
т t т t т t т t т t т t А t т t т t т t т t т t т а
а) организация полноскоростного канала связи (ТСН)
б) организация полускоростного канала связи (ТСН)
Т, t - TDMA кадр для передачи канала (ТСН)
А,а - TDMA кадр для передачи SACCH/T
- пустой TDMA кадр
Рис. 7.3
112
Как показано на рис. 7.3 б), за время 26-кадрового мультикадра (в одном физическом кана-
ле) может передаваться два полускоростных ТСН канала, каждый по 12 TDMA кадров (Т и t). Пус-
той 26-й ТОМА кадр в полноскоростном канале ТСН отводится для канала SACCH во втором полу-
скоростном канале ТСН. Для каждого полускоростного канала ТСН скорость передачи составляет
11,4 кбит/с; полная скорость передачи в объединенном полускоростном канале TCH/SACCH оста-
ется прежней - 24,7 кбит/с.
Быстрый совмещенный канал управления FACCH передается половиной информационных
бит временного интервала TDMA кадра в канале ТСН, с которым он совмещается в восьми после-
довательных Т или t кадрах.
Для передачи каналов управления (за исключением FACCH и SACCH) используется 51-кадро-
вый мультикадр. Организация каналов управления в 51-кадровом мультикадре иллюстрируется
рис. 7.4.
Объединение ВССН/СССН каналов
В отличие от структуры объединенного канала TCH/SACCH, где физический канал выделяет-
ся для одного или двух абонентов, объединенный канал ВССН/СССН предназначен для всех под-
вижных станций, которые в одно и то же время находятся в одной соте. Более того, все подкана-
лы, передаваемые в этой структуре, являются симплексными.
В канале передачи сигналов управления (ВССН, “сеть - подвижная станция”) передается об-
щая информация о сети (соте), в которой подвижная станция находится в данный момент, и о
смежных сотах.
В канале синхронизации (SCH, “сеть - подвижная станция”) передается информация о вре-
менной (цикловой) синхронизации и опознавании приемопередатчика базовой станции.
В канале подстройки частоты (FCCH, “сеть - подвижная станция”) передается информация
для синхронизации несущей.
Канал параллельного доступа (RACH, “подвижная станция - сеть”) используется подвижной
станцией в режиме пакетной передачи ALOHA для доступа к сети в случае, если надо пройти реги-
страцию при включении или сделать вызов.
Канал разрешенного доступа (AGCH, “сеть - подвижная станция”) используется для занятия
специальных видов обслуживания (SDCCH или ТСН) подвижной станцией, которая ранее запраши-
вала их через канал RACH.
Канал вызова (РСН, “сеть - подвижная станция") используется для вызова подвижной стан-
ции в случае, когда инициатором вызова является сеть (абонент сети).
На рис. 7.4 а, б показано отображение рассматриваемых каналов на одном физическом ка-
нале в структуре 51-кадрового мультикадра.
Линия “вверх” ВССН/СССН каналов используется только для передачи канала параллельного
доступа RACH, который является единственным каналом управления от подвижной станции к сети.
Подвижная станция может использовать нулевой временной интервал в любом из кадров для осу-
ществления доступа к сети.
На линии “вниз” 51 кадр группируется в 5 групп по 10 кадров, при этом один кадр остается
свободным, каждая из этих групп начинается с канала FCCH, за которым следует канал SCH. Ос-
тальные 8 кадров в каждой группе образуют два блока из четырех кадров. Первый блок первой
группы предназначен для канала ССН, тогда как другие 9 блоков (они называются блоками переда-
чи сигнала вызова) используются для передачи каналов РСН и AGCH общего канала управления
СССН. Таким образом, в рассматриваемом случае: 4 кадра используются для канала ВССН, 5 - для
FCCH, 5 - для SCH и 36 либо для AGCH, либо для РСН (9 блоков вызова).
Каждая подвижная станция может занимать один из девяти блоков вызова, но каждый вы-
зывной блок может использоваться для вызова более одной станции.
Полная скорость передачи для канала ВССН, а также для канала AGCH/PCH составляет 1,94
кбит/с (4x114 бит за 235 мс).
Существуют и другие переменные структуры, которые могут использоваться в 51-кадровом
мультикадре. “Переменными” их называют потому, что их структура изменяется в зависимости от
нагрузки в соте. В одном случае может рассматриваться индивидуальный канал управления
8SDCCH/8 в одном физическом канале (рис. 7.4 в, г). Однако, если нагрузка в соте мала, структу-
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
113
a) BCCH+CCCH, линия "вниз
б) ВССН+СССН, линия "вверх"
R R RR RR RRRR RR RR RRRR RR RR RRRR RR RR RRRR RR RR RRRR RR RR RRRRR
51 TDMA кадр = 1 мультикадру, 235,385 мс
в) 8SDCCH/8, линия "вниз
г) 8SDCCH/8, линия "вверх
А5
А1
А6
А2
1 1 1
А7
АЗ
L i J
DO
DO
D1
D1
D2
D2
D3
D3
D4
D4
D5
D5
D6
D7
D7
D6
I L L I 1 1
АО
АО
е) BCCH+CCCH+4SDCCH/4, линия "вверх"
D3
А2
D3
АО
J 1 1
АЗ
А1
i 1
DO
DO
1 _L_L
D1
D1
D2
D2
1 1 L
R
R
в
R
R
R
R
В
F - TDMA кадр для подстройки частоты, канал FCCH;
S - TDMA кадр временной синхронизации канал SCH;
В - TDMA кадр для канала ВССН;
С - TDMA кадр для канала СССН;
R - TDMA кадр для канала RACH;
D - TDMA кадр для канала SDCCH;
А - TDMA кадр для канала SACCH/C;
Рис. 7.4
114
ру ВССН/СССН можно объединить с индивидуальным каналом управления SDCCH/4 (рис. 7.4 д, е)
в одном физическом канале. Если сота испытывает большую нагрузку, одного физического канала
может быть недостаточно для всего трафика ВССН/СССН. В этом случае временные интервалы 2,
4 и 6 в структуре ВССН также используют для этой цели, однако в этом случае передаются пустые
интервалы вместо SCH и FCCH.
Отображение логических каналов на физические каналы осуществляется через процессы ко-
дирования и шифрования передаваемых сообщений.
Для защиты логических каналов от ошибок, которые имеют место в процессе передачи, ис-
пользуют три вида кодирования: блочное - для быстрого обнаружения ошибок при приеме; свер-
точное - для исправления одиночных ошибок; перемежение - для преобразования пакетов ошибок
в одиночные.
Для защиты каналов от подслушивания в каналах связи и управления применяется шифрова-
ние.
Для передачи сообщений по физическим каналам используется гауссовская частотная мани-
пуляция с минимальным частотным сдвигом (GMSK).
7.5. Модуляция радиосигнала
В стандарте GSM применяется спектрально-эффективная гауссовская частотная манипуляция
с минимальным частотным сдвигом (GMSK). Манипуляция называется “гауссовской” потому, что
последовательность информационных бит до модулятора проходит через фильтр нижних частот
(ФНЧ) с характеристикой Гаусса, что дает значительное уменьшение полосы частот излучаемого
радиосигнала [7.2, 7.3]. Формирование GMSK радиосигнала осуществляется таким образом, что
на интервале одного информационного бита фаза несущей изменяется на 90°. Это наименьшее
возможное изменение фазы, распознаваемое при данном типе модуляции. Непрерывное измене-
ние фазы синусоидального сигнала дает в результате частотную модуляцию с дискретным измене-
нием частоты. Применение фильтра Гаусса позволяет при дискретном изменении частоты получить
“гладкие переходы”. В стандарте GSM применяется GMSK-модуляция с величиной нормированной
полосы ВТ = 0,3, где В - ширина полосы фильтра по уровню минус 3 дБ, Т - длительность одного
бита цифрового сообщения. Принципиальная схема модулятора показана на рис. 7.5.
COS(c0ot)COS(Acpt)
sin(Acpt)
-sin(coot)*sin(A(pt)
Рис. 7.5
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
115
Основой формирователя GMSK-сигнала является квадратурный (I/O) модулятор. Схема со-
стоит из двух умножителей и одного сумматора. Задача этой схемы заключается в том, чтобы
обеспечить непрерывную, очень точную фазовую модуляцию. Один умножитель изменяет амплиту-
ду синусоидального, а второй косинусоидального колебания. Входной сигнал до умножителя раз-
бивается на две квадратурные составляющие. Разложение происходит в двух обозначенных “sin” и
“cos” блоках.
Диаграммы, иллюстрирующие формирование GMSK сигнала, показаны на рис. 7.6.
ЛОГ. 1
Рис. 7.6
Модуляцию GMSK отличают следующие свойства, которые предпочтительны для подвижной
связи:
• постоянная по уровню огибающая, которая позволяет использовать эффективные передаю-
щие устройства с усилителями мощности в режиме класса С;
• компактный спектр на выходе усилителя мощности передающего устройства, обеспечиваю-
щий низкий уровень внеполосного излучения;
• хорошие характеристики помехоустойчивости канала связи.
На графиках рис. 7.7 [7.4] показано влияние величины ВТ на характеристики огибающей
спектра мощности GMSK сигнала. По оси х указаны значения величины нормированного разноса
частот каналов связи (2AfT). При принятом в стандарте GSM разносе каналов Af=200 кГц и дли-
тельности одного элемента модулирующей последовательности Т=3,69 мкс величина 2Af-T~1,5.
При этом для ВТ=0,3 уровень излучения в соседнем канале не хуже минус 60 дБ, что соответству-
116
ет требованиям к данному виду связи. Учитывая это, для стандарта GSM была выбрана модуляция
GMSK.
Рис. 7.7
Реальный спектр радиосигнала на выходе передатчика базовой станции стандарта GSM (по-
сле фильтрации) показан на рис. 7.8.
Рис. 7.8
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
117
Литература к Главе 7
7.1 Ю.А. Громаков. Организация физических и логических каналов в стандарте GSM.
"Электросвязь”. N 10, 1993. с. 9-12.
7.2 М. Mouly, М.В. Pautet. The GSM System for Mobile Communications. 1992. p.p. 702.
7.3 A. Mehrotra. Cellular Radio Performance Engineering. Artech House. 1994. p.p. 536.
118
Глава 8. КОДИРОВАНИЕ И ПЕРЕМЕЖЕНИЕ В КАНАЛАХ СВЯЗИ
И УПРАВЛЕНИЯ СТАНДАРТА GSM
8.1. Общая структурная схема кодирования и перемежения
в стандарте GSM
Для защиты от ошибок в радиоканалах подвижной связи GSM PLMN используются сверточ-
ное и блочное кодирование с перемежением. Перемежение обеспечивает преобразование пакетов
ошибок в одиночные. Сверточное кодирование является мощным средством борьбы с одиночными
ошибками. Блочное кодирование, главным образом, используется для обнаружения нескорректи-
рованных ошибок [8.1, 8.2].
Блочный код (п, k, t) преобразует к информационных символов в п символов путем добавле-
ния символов четности (n-к), а также может корректировать t ошибок символов.
Сверточные коды (СК) относятся к классу непрерывных помехоустойчивых кодов. Одной из
основных характеристик СК является величина К, которая называется длиной кодового ограниче-
ния, и показывает, на какое максимальное число выходных символов влияет данный информацион-
ный символ [8.3]. Так как сложность декодирования СК по наиболее выгодному, с точки зрения
реализации, алгоритму Витерби возрастает экспоненциально с увеличением длины кодового огра-
ничения, то типовые значения К малы и лежат в интервале 3-10 [8.4]. Другой недостаток СК заклю-
чается в том, что они не могут обнаруживать ошибки. Поэтому в стандарте GSM для внешнего об-
наружения ошибок используется блочный код на основе сверточного кода (2, 1, 5) со скоростью
г=1/2.
Наибольший выигрыш СК обеспечивает только при одиночных (случайных) ошибках в канале.
В каналах с замираниями, что имеет место в GSM PLMN, необходимо использовать СК совместно
с перемежением
В GSM PLMN основные свойства речевых каналов и каналов управления значительно отлича-
ются друг от друга. Для речевых каналов необходима связь в реальном масштабе времени с ко-
роткими задержками при сравнительно низких требованиях к вероятности ошибки в канале. Для
каналов управления требуется абсолютная целостность данных и обнаружения ошибок, но допус-
кается более длительное время передачи и задержки.
В соответствии с общей структурой кадров в стандарте GSM (рис. 6.6) передача информаци-
онных сообщений и сигналов управления осуществляется в нормальном временном интервале
(NB) TDMA кадра. Структура NB (два пакета по 57 информационных бит каждый) требует, чтобы
количество кодированных бит т, соответствующих л - некодированным битам в общей схеме ко-
дирования и перемежения (рис. 8.1), равнялась бы целому числу, кратному 19. Затем эти биты за-
шифровываются и объединяются в I групп. Количество бит в этих группах также должно равняться
19, I групп переходят в I временных интервалов. Номер I называется степенью перемежения.
В различных логических каналах используются различные сверточные коды, поскольку скоро-
сти передачи и требования по защите от ошибок также различны. Для упрощения механизмов ко-
дирования и декодирования для формирования кодов используются только несколько полиномов
Это позволяет использовать сверточный код с одной скоростью г=1/2. Однако, чтобы выполнить
требования формирования полноскоростного канала связи, а также привести в соответствие
структуру размещения бит со структурой кадров необходима скорость г=244/456=0,535. Для вы-
равнивания скорости в речевом канале до г=1/2 применяют прореживание, то есть периодический
пропуск некоторых кодированных символов. Такая операция называется перфорированием, а фор-
мируемые таким образом коды называются перфорированными [8.3, 8.4]. При приеме декодер,
зная алгоритм прореживания, интерполирует принимаемые данные.
При передаче логического быстрого совмещенного канала управления FACCH перфорирова-
ние не используется
В таблице 8.1 приведены типы формирующих полиномов, используемых для сверточного ко-
дирования в различных логических каналах [8.2].
СТАНДАРТЫ и СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
119
Перемежение
Рис. 8.1
Таблица 8.1
Формирующий полином Логический канал
g(D) = 1 + D3 + D4 TCH/FS; TCH/F4.8; TCH/H2.4; SACCH; FACCH; SDCCH; BCCH; PCH; AGCH; RACH; SCH
g(D) = 1 + D2 + D4 TCH/FS; SACCH; FACCH; SDCCH; BCCH; PCH; AGCH; RACH; SCH
g(D) = 1 + D2 + D3 + D4 TCH/F9.6; TCH/F4.8; TCH/F4.8; TCH/H2.4
g(D) = 1 + D + D4 TCH/F9.6; TCH/H4.8
g(D) = 1 + D + D3 + D4 TCH/F4.8; TCH/H2.4
Структурная схема радиотракта с блоками канального кодирования и перемежения, которая
соответствует элементам системы и Рекомендациям стандарта GSM показана на рис. 8.2.
Рассмотрим более детально используемую в стандарте GSM схему кодирования и перемеже-
ния для каналов передачи речи и каналов управления.
8.2. Сверточное кодирование и перемежение
в полноскоростном речевом канале
Обобщенная схема кодирования в полноскоростном речевом канале показана на рис. 8.3.
Эта схема соответствует структурной схеме радиотракта, приведенной на рис. 8.2.
Речевой кодек передает каждые 260 бит информационной последовательности со скоростью
13 кбит/с на схему канального кодирования. Первые 182 бита этого кадра, называемые в стандар-
те GSM битами 1 класса, защищаются с помощью слабого блочного кода для обнаружения ошибок
в приемнике.
120
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
Рис. 8.2.
класс 1а класс 16
класс 2
Рис. 8.3
Кодирование осуществляется следующим образом: биты класса 1 разделяются дополнитель-
но на 50 бит класса 1а и 132 бита класса 16 (рис. 8.4а). Биты класса 1а дополняются тремя бита-
ми проверки на четкость (рис. 8.46). Блочный код представляет собой укороченный систематиче-
ский циклический код (53, 50) с формирующим полиномом вида
g (D) = D3 + D + 1.
Структурная схема кодирующего устройства показана на рис. 8.5. В соответствии с приня-
тым правилом формирования систематического кода, ключ Sw закрыт на время первых пяти-деся-
ти тактовых импульсов, а информационные биты, поступающие на вход кодирующего устройства,
одновременно поступают на блок переупорядочения и формирования бит проверки на четность
(рис. 8.2). После пятидесяти тактовых импульсов переключатель Sw срабатывает и биты проверки
на четность поступают из кодирующего устройства. Сформированный в результате кадр показан
на рис. 8.4. На этой стадии проводится первый шаг перемежения, показанный на рис. 8.4. Биты с
четными индексами собираются в первой части информационного слова, за которыми следуют три
бита проверки на четность. Затем биты с нечетными индексами запоминаются в буферной памяти
и переставляются так, как показано на рис. 8.4в. Далее следуют четыре нулевых бита, которые не-
обходимы для работы кодера, формирующего код, исправляющий случайные ошибки в канале. По-
сле чего 189 бит класса 1 кодируются сверточным кодом (2,1,5) со скоростью г=1/2 (рис. 8.2).
Структурная схема кодера и его формирующие полиномы приведены на рис. 8.6 [8.2].
Как показано на рис. 8.4г, после сверточного кодирования общая длина кадра составляет
2x189+78=456 бит. После этого кадр из 456 бит делится на восемь 57 битовых подблоков (рис.
8.4д), которые подвергаются диагональному и внутрикадровому перемежению (рис. 8.3, 8.4). Ре-
зультаты перемежения показаны на рис. 8.4 ж, з. Более точно подблоки Во и В4 формируются в
пакеты по 114 бит, которые являются результатом блочно-диагонального перемежения (Dl/В). На
рис. 8.4е биты Во и В4 подблоков попарно перемежаются, образуя процесс внутрикадрового бито-
вого перемежения (IBI/B). В результирующий пакет (рис. 8.4з) включены два опережающих флага
hi, h0, которые используются для классификации различных пакетов передачи.
122
а) Первоначальный речевой кадр 260 бит/кадр
260 информационных бит
Полноскоростной речевой канал
50 бит 132 бита
182 бита
78 бит
______. I_________
б) циклический код класса 1 (обнаружение ошибок)
биты
проверки на четность
263 бит/кадр
d0 d1 d2
d49 Р0
Р1 Р2
d50 d51 d52 ...
d181
d182 ..
d259
53 бита
132 бита
78 бит
в) переупорядочение и концевая комбинация
4 нулевых 267 бит/кадр
^бита______у концевая
и0 и1 и2 .. и90 и91 и92 и93 и94 и95 ... и184{и185. .и188 комбинация
d0 d2 d4 d180 P0 P1 P2 d181 d179 ... d1 0 0 0 0 jd182 1259
189 бит I 78 бит
д) переупорядочение и разделение
456 бит/кадр
BO Bl B2 B3 B4 B5 B6 B7
е) блочно-диагональное перемежение
во В1 В2 вз
BO B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7
BO B1 B2 B3
^0/В4 |В1/В5
ж) разбиение на пакеты
114 бит/пакет
B(0.0) B(0,1) B(0,56) B(4.0) B(4.1) B(4,56)
114 бит
з) перемежение пакетов . опережающий флаг
1<--->1 116 бит/пакет
B(0,0) B(4,0) B(0.1) B(4.1) B(0,23)' hi ho B(4,23) B(0 56) B(4,56)
116 бит
< ----------------------------
Рис. 8.4
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
123
3
Формирующий полином g(D) = D + D + 1
Работа: биты 1......50 ключ Sw закрыт
биты 51......53 ключ Sw открыт
Рис. 8.5
- элемент памяти
2 3 4
G1=1+D + D + D
G2 = 1 + D + D4
Рис. 8.6
124
8.3. Кодирование и перемежение в полноскоростном канале
передачи данных
Для повышения эффективности применения сверточного кодирования в полноскоростных ка-
налах передачи данных необходим длительный период перемежения. В этих каналах внутрикадро-
вое перемежение (IBI/B) реализуется для степени перемежения 1=19, что приводит к задержке пе-
редачи данных на 19x116=2204 бит. Если биты 1-го пакета (временного интервала) до перемеже-
ния обозначить как С (Кт), т=1...116, то схема перемежения, то есть позиции бит после переме-
жения, определяются следующей формулой:
I (К + j, j + 19t) = С (К, т) для всех К
j = т mod 19, t = т mod 6.
Эта схема перемежения иллюстрируется примером на рис. 8.7 [8.2].
8.4. Кодирование и перемежение в каналах управления
На рис. 8 8 показан принцип защиты от ошибок данных, передаваемых по каналам управле-
ния Эта схема используется для всех логических каналов управления, за исключением блоков дан-
ных в канале синхронизации (SCH) и данных в канале параллельного доступа (RACH). Радиосисте-
ма принимает по линии передачи данных блоки длиной п=184 бита. Сначала они защищаются уко-
роченным двоичным циклическим кодом (Fire код) с формирующим полиномом вида
g (D) = (D23 + 1)*(D17 + D3 + 1)
В систематическом виде последовательность кодированных циклическим кодом информаци-
онных бит над полем GF (2) отображается полиномом вида
U (0) • D223 + U (1) D222 + ... U (222) • D + U (223),
где U (0), U (1)...U (183) - информационные биты.
U (184), U (185)...U (223) - биты проверки на четность.
В результате сформированный блок из 224 бит (включая 40 бит проверки на четность) до-
полняется четырьмя концевыми (нулевыми) битами для получения равной защиты для последних
бит.
Заметим, что этот же способ уже использовался для формирования временных интервалов
TDMA кадра, в котором предусматриваются 3 защитных бита для обеспечения правильного восста-
новления последних 5 бит в эквалайзере.
Полученная в результате блочного кодирования последовательность подвергается кодирова-
нию сверточным кодом со скоростью г=1/2 (идентичен коду в канале TCH/FS), который задается
полиномами
G0 = 1 + D3 + D4
G1 = 1 + D + D2 + D4
В результате сверточного кодирования формируется блок из 456 кодированных бит
{С (0),...С(455)}.
Так же как и в полноскоростном речевом канале (рис. 8.4), полученная кодированная после-
довательность подвергается упорядочению и разделению на 8 по 57-бит пакетов (В0...В7). Каждый
пакет состоит из блоков.
Блок j, обозначаемый
Bj={b(j,O), b(j,1)...b(j,56)},
формируемых из 456 кодированных бит по правилу
b (J.i) = c(k),
определяемому таблицей 8.2.
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
125
Полноскоростной канал передачи данных 9,6 кбит/с
5 мс ( 12 кбит/с)
а) данные
60 бит данных
устройство
пользователя
интерфейс
б) 1/2 перфорированный
сверточный код
кодирующие
устройство
с) перемежение с разбивкой на К=19 пакетов
Номер позиции бит после перемежения
m 1 (K+j, j+19t) = C(k,m)
0 1(K0) = С(к,0)
1 1 (К+1,20) = С(к,1)
2 1 (К+2,40) = С(к,2)
3 1 (К+3,60) = С(к,3)
4 1 (К+4,80) = С(к,4)
5 1 (К+5,100) = С(к,5)
6 1 (К+6,6) = С(к,6)
7 1 (К+7,26) = С(к,7)
8 1(К+8 46) = С(к,8)
9 1 (К+9,66) = С(к,9)
10 1 (К+10,86) = С(к,10)
11 1 (К+11,106) = С(к,11)
12 1 (К+12,12) = С(к,12)
Рис. 8.7
126
184 бита
Рис 8 8
Таблица 8.2
j=0 0 1 2 3 4 5 6 7
i=0 к=0 57 114 171 229 295 342 399
54 121 178 234 292 349 406 7
128 185 242 299 356 413 14 71
192 249 306 363 420 21 78 135
256 313 370 427 28 65 142 199
5 320 377 434 35 92 149 206 263
♦ 384 441 42 39 156 213 270 327
448 49 106 163 220 277 334 391
56 113 170 227 294 341 398 455
120 177 234 291 348 405 6 63
10 184 241 298 355 412 13 70 127
248 305 362 419 20 77 134 191
312 369 426 27 84 141 198 255
376 433 34 91 148 205 252 319
440 41 98 155 212 269 326 383
15 48 105 162 219 276 333 390 447
112 169 226 293 340 397 454 55
• 176 233 290 347 404 5 62 119
240 297- 354 411 12 69 1126 183
304 361 418 19 76 133 190 247
20 368 425 26 83 140 197 254 311
432 33 90 147 204 261 318 375
40 97 134 211 268 325 382 439
104 169 219 275 332 389 446 47
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
127
Продолжение таблицы 8.2
j=0 0 1 2 3 4 5 6 7
168 225 292 339 396 453 54 111
25 232 289 346 403 4 61 118 175
296 353 410 11 58 125 182 239
• 360 417 18 775 132 189 246 303
424 25 82 139 196 253 310 367
32 89 146 203 250 317 374 431
30 96 153 210 257 324 381 438 39
160 217 274 331 388 445 46 103
224 281 338 395 452 33 110 157
288 345 402 3 60 117 174 231
352 409 10 57 124 181 238 295
35 416 17 74 131 138 245 302 359
24 81 138 195 252 309 366 423
88 145 202 259 316 373 430 31
152 209 256 323 380 437 38 95
216 273 330 387 444 45 102 159
40 280 337 394 451 32 109 156 223
344 401 2 59 115 173 230 287
408 9 56 123 180 237 294 351
16 73 130 187 244 301 358 415
80 137 194 251 308 365 422 23
45 144 201 258 315 372 429 30 87
208 255 322 379 436 37 94 131
272 329 386 443 44 101 158 215
336 393 450 51 108 165 222 279
400 1 58 115 172 229 286 343
50 8 55 122 179 236 293 350 407
72 129 186 243 300 357 414 25
136 193 250 307 364 421 22 79
200 257 314 371 428 29 86 143
254 321 376 435 36 93 150 207
55 328 385 442 43 100 157 214 271
56 392 449 50 107 164 221 278 235
Блочно-диагональное и внутрикадровое перемежение осуществляются так же, как и в полно-
скоростном речевом канале (рис. 8.бе).
Полная последовательность выполнения операций кодирования и перемежения для всех ка-
налов связи и управления GSM показана на рис. 8.9. В представленной схеме для каналов управ-
ления SACCH, PCH, AGCH, SDCCH используется блочное прямоугольное перемежение/депереме-
жение. Алгоритм прямоугольного перемежения иллюстрируется на рис. 8.10. При перемежении ко-
да (п, k, t) d-n-символьных длинных кодированных слов записываются кодирующим устройством в
память перемежителя строка за строкой, а затем передаются в модулятор столбец за столбцом. В
приемнике после демодулятора деперемежитель обратной операцией восстанавливает первона-
чальный порядок символов, после чего осуществляется декодирование.
На рис. 8.11, 8.12 приведены значения скорости передачи в логических каналах управления и
связи, а также задержки в передаче сигналов управления и речи, вызванные процессами кодиро-
вания и перемежения.
128
Речь ТСН
FACCH
Данные ТСН
SACCH, PCH,
AGCH,SDCCH RACH
1 - информационные биты
2 - информационные биты и концевая комбинация
3 - кодированные биты
4 - перемежение битов
Рис. 8.9
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
129
Перемежитель
Запись
Считывание
данных
Деперемежитель
Считывание
данных
Запись
данных
Рис. 8.10
130
Каналы управления
задержка в
мс
скорость передачи в сети, бит/с
20
40
III
236
782
480
360
382
471
236
236
236
236
| - период повторения
Рис. 8.11
391
782
782
782
9200
FACCH/F
4600
FACCH/f
SDCCH
SACCH/T
SACCH/C
ВССН
АССН
РСН
RACH
П - задержка перемежения
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
131
Каналы связи
| - период повторения
- задержка перемежения
Рис. 8.12
Литература к Главе 8
(jLJ, Р. Блейхут. Теория и практика кодов, контролирующих ошибки. Мир. 1986. 576 с.
8.2 М. Mouly, М-B. Pautet. The GSM System for Mobile Communications. 1992. p. 701.
8.3 Дж. Кларк, Дж. Кейн. Кодирование с исправлением ошибок в системах цифровой связи. М.
“Радио и связь”. 1987. 391 с.
8.4 A. Mehrotra. Cellular Radio Performance Engineering. Artech House. Boston-London. 1994.
p. 536.
132
Глава 9. ОБРАБОТКА РЕЧИ В СТАНДАРТЕ GSM
9.1. Общее описание процессов обработки речи
Процессы обработки речи в стандарте GSM направлены на обеспечение высокого качества
передаваемых сообщений, реализацию дополнительных сервисных возможностей и повышение по-
требительских качеств абонентских терминалов.
Обработка речи осуществляется в рамках принятой системы прерывистой передачи речи.
Система прерывистой передачи речи (DTX) обеспечивает включение передатчика только тогда, ко-
гда пользователь начинает разговор и отключает его в паузах и в конце разговора. DTX управляет-
ся детектором активности речи (VAD), который обеспечивает обнаружение и выделение интерва-
лов передачи речи с шумом и шума без речи даже в тех случаях, когда уровень шума соизмерим с
уровнем речи. В состав системы прерывистой передачи речи входит также устройство формирова-
ния комфортного шума, который включается и прослушивается в паузах речи, когда передатчик от-
ключен.- Экспериментально показано, что отключение фонового шума на выходе приемника в
паузах при отключении передатчика раздражает абонента и снижает разборчивость речи, поэтому
применение комфортного шума в паузах считается необходимым. DTX процесс в приемнике вклю-
чает также интерполяцию фрагментов речи, потерянных из-за ошибок в канале.
Структурная схема процессов обработки речи в стандарте GSM показана на рис. 9.1, глав-
ным устройством в этой схеме является речевой кодек [9.1, 9.2, 9.3].
9.2. Выбор речевого кодека для стандарта GSM
Рабочей группой по разработке стандарта GSM были предъявлены следующие основные тре-
бования к речевому кодеку [9.3]:
- высокое качество речи, не уступающее качеству передачи речи в лучших существующих
аналоговых сотовых системах связи;
- низкая скорость передачи речи, обеспечивающая возможность эффективного канального
кодирования и результирующую скорость передачи в канале связи не выше 16 кбит/с;
- малую задержку сообщения в процессе преобразования речи;
- устойчивость к ошибкам в канале передачи;
- возможность работы в широком динамическом диапазоне входных воздействий как сигна-
ла, так и шума;
- большой динамический диапазон выходных сигналов;
- незначительное снижение качества речи при каскадном соединении кодеков;
- прозрачность для сигналов данных;
- прямое сопряжение со смежными устройствами терминалов;
- простота реализации;
- малое потребление;
- низкая стоимость.
Для выбора речевого кодека GSM был организован конкурс проектов. Первоначально для
рассмотрения было предложено 20 различных кодеков от 9 европейских стран. После междуна-
родного формального тестирования это количество было сокращено до 6 из 6 стран. На следую-
щем этапе два из четырех подполосных (SBC) кодеков (норвежский и итальянский) были сняты с
рассмотрения, к окончательному этапу конкурса осталось два SBC кодека и два кодека в предика-
тивным кодированием [9.4].
RPE-LPC - Regular-Pulse Excitation/Linear Predicative Coding (Германия, Philips)
- кодек с регулярным импульсным возбуждением и линейным кодированием с предска-
занием;
MPE-LTP - Multi-Pulse Excitation/Long-Term Prediction (Франция, IBM)
- кодек с многоимпульсным возбуждением и долговременным предсказанием;
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
133
VAD - Voice Activity Detector - детектор активности речи
DTX - Discontinuous Transmission- система прерывистой передачи речи
Рис. 9.1
SBC-APCM-Sub-Band Coding/Block-Adaptive PCM in 14 Sub-Bands (Швеция, ELLEMTEL)
- четырнадцатиполосный подполосный кодек с адаптивной ИКМ;
SBC-ADPCM - Sub-Band Coding/Adaptive-Differ PCM in 6 Sub-Bands
(Англия, British Telecom Research)
- шестиполосный подполосный кодек с адаптивной дифференциальной ИКМ.
Кодеки испытывались на 7 языках в различных условиях передачи:
- 3 входных уровня: 12, 22, 32 дБ ниже уровня перегрузки;
- для трех значений вероятности ошибки: 0%, 1%, 0.1%;
- каскадном включении двух кодеков.
134
Учитывались дополнительные условия, такие как сравнение с компандированной ЧМ по отно-
шению сигнал/шум от 8 до 25 дБ, с учетом имитации замираний при скорости движения подвиж-
ной станции 36 км/час.
В таблице 9.1 и на графиках рис. 9.2 показаны сравнительные характеристики кодеков при
пятибальной шкале средней экспертной оценки (MOS) и различных скоростях передачи (без защи-
ты от ошибок). Кроме того, в таблице 9.1 приведены значения величины MOPS - сравнительной
вычислительной сложности в миллионах операций в секунду [9.4].
Таблица 9.1
Кодек Качество речи Скорость передачи MOPS Емкость памяти в 16-ти битовых словах
RPE-LPC 3,53 14,77 1,5 555
MPE-LTP 3,27 13,20 4,9 340
SBC-APCM 3,14 13,00 1,5 350
SBC-ADPCM 2,92 15,00 1,9 448
Компандированная ЧМ (FM) 1,95
1%
18 дБ
0.1%
26 дБ
0%
Рош
с/ш
Рис. 9.2
По совокупности технических характеристик для стандарта GSM был выбран RPE-LPC кодек с
долговременным прогнозирующим устройством от MPE-LTP кодека, что позволило снизить ско-
рость передачи для предложенного MPE-LTP кодека с 14,77 кбит/с до 13 кбит/с в модернизиро-
ванном, принятом в GSM, RPE/LTP кодеке.
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
135
9.3. Алгоритм работы и структурная схема речевого RPE/LTP-LPC кодека
Принцип выбранного метода кодирования речи состоит в извлечении основных характери-
стик речи в форме коэффициентов фильтра, по которым речь может быть восстановлена, исполь-
зуя низкоскоростную квантизацию. Структурные схемы кодера и декодера речи показаны на рис.
9.3 [9.4, 9.5].
Um - интерфейс
Рис. 9.3
Уменьшение скорости до 13 кбит/с достигается тремя этапами:
1. LPC - линейным кодированием с предсказанием.
2. LTP - долговременным предсказанием.
3. RPE - регулярным импульсным возбуждением.
На первом этапе входной сигнал разделяется на сегменты 260 бит по 20 мс.
Затем в процессе LPC анализа вычисляются 8 коэффициентов r(i) цифрового LPC анализи-
рующего фильтра, которые представляются как уровень, и минимизируется динамический диапа-
зон d фильтрованной версии.
136
На втором этапе происходит дальнейшее снижение динамического диапазона за счет долго-
временного предсказания, в процессе которого каждый сегмент выравнивается до уровня следую-
щих друг за другом сегментов речи. В принципе, LTP фильтр вычитает предыдущий период сигна-
ла из текущего периода
Этот фильтр характеризуется параметром задержки N и коэффициентом усиления Ь. Период
вычисления этих параметров равен 5 мс.
Восемь коэффициентов г (i) LPC анализирующего фильтра и параметры фильтра LTP анализа
кодируются и передаются со скоростью 3,6 кбит/с.
Для формирования последовательности возбуждения остаточный сигнал пропускают через
фильтр нижних частот с частотой среза 3-4 кГц.
Окончательно периодическая последовательность фрагментов передается со скоростью
9,4 кбит/с. Общая скорость передачи составляет 3,6 + 9,4 = 13 кбит/с.
В декодере речевой сигнал восстанавливается по откликам последовательности регулярного
импульсного возбуждения (RPE) двухступенчатым синтезирующим фильтром, как показано на рис.
9.3.
При этом качество речи соответствует качеству речи, передаваемой по ISDN, и превосходит
качество речи в аналоговых радиотелефонных системах.
Теоретически время задержки речевого сигнала в кодеке равно длительности сегмента и со-
ставляет 20 мс. Реальное время задержки, с учетом операций канального кодирования и переме-
жения, а также физического выполнения рассматриваемых операций, составляет 70-80 мс.
9.4. Детектор активности речи
Детектор активности речи (VAD) играет решающую роль в снижении потребления энергии от
аккумуляторной батареи в портативных абонентских терминалах Он также снижает интерференци-
онные помехи за счет переключения свободных каналов в пассивный режим. Реализация VAD зави-
сит от типа применяемого речевого кодека. Главная задача при проектировании VAD - обеспечить
надежное отличие между условиями активного и пассивного каналов. Если канал на мгновение
свободен, его можно заблокировать, поскольку средняя активность речи говорящего ниже 50%, то
это может привести к существенной экономии энергии аккумуляторной батареи.
К устройствам VAD предъявляются следующие основные требования [9.6]:
- минимизация вероятности ложной тревоги при воздействии только шума с высоким уров-
нем;
- высокая вероятность правильного обнаружения речи низкого уровня;
- высокое быстродействие распознавания речи, для исключения задержек включения;
- минимальное время задержки выключения.
В стандарте GSM принята схема VAD с обработкой в частотной области. Структурная схема
VAD приведена на рис. 9.4. Ее работа основана на различии спектральных характеристик речи и
шума. Считается, что фоновый шум является стационарным в течение относительно большого пе-
риода времени, его спектр также медленно изменяется во времени. VAD определяет спектральные
отклонения входного воздействия от спектра фонового шума. Эта операция осуществляется ин-
версным фильтром, коэффициенты которого устанавливаются применительно к воздействию на
входе только фонового шума. При наличии на входе речи и шума инверсный фильтр осуществляет
подавление компонентов шума и, в целом, снижает его интенсивность. Энергия смеси сигнал+шум
на выходе инверсного фильтра сравнивается с порогом, который устанавливается в период воз-
действия на входе только шума. Этот порог находится выше уровня энергии шумового сигнала.
Превышение порогового уровня принимается за наличие на входе реализации (сигнал+шум). Ко-
эффициенты инверсного фильтра и уровень порога изменяются во времени в зависимости от теку-
щего значения уровня шума при воздействии на входе только шума. Поскольку эти параметры (ко-
эффициенты и порог) используются детектором VAD для обнаружения речи, сам VAD не может на
этой же основе принимать решение, когда их изменять. Это решение принимается вторичным VAD
на основе сравнения огибающих спектров в последовательные моменты времени. Если они анало-
гичны для относительно длительного периода времени, предполагается, что имеет место шум,и
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
137
коэффициенты фильтра и шумовой порог можно изменять, то есть адаптировать под текущий уро-
вень и спектральные характеристики входного шума [9.6].
Рис. 9.4
VAD с обработкой в спектральной области удачно сочетается с речевым RPE/LTP-LPC коде-
ком, так как в процессе LPC анализа уже определяется огибающая спектра входного воздействия,
необходимая для работы вторичного VAD.
9.5. Формирование комфортного шума
Формирование комфортного шума осуществляется в паузах активной речи и управляется ре-
чевым декодером. Когда детектор активности речи (VAD) в передатчике обнаружит, что говорящий
прекращает разговор, передатчик остается еще включенным в течение следующих пяти речевых
кадров. Во время первых четырех из них характеристики фонового шума оцениваются путем ус-
реднения коэффициента усиления и коэффициентов фильтра LPC анализа. Эти усредненные значе-
ния передаются в следующем пятом кадре, в котором содержат информацию о комфортном шуме
(SID кадр).
В речевом декодере комфортный шум генерируется на основе LPC анализа SID кадра. Чтобы
исключить раздражающее влияние модуляции шума, комфортный шум должен соответствовать по
амплитуде и спектру реальному фоновому шуму в месте передачи. В условиях подвижной связи
фоновый шум может постоянно изменяться. Это значит, что характеристики шума должны переда-
ваться с передающей стороны на приемную сторону не только в конце каждого речевого всплеска,
но и в речевых паузах так, чтобы между комфортным и реальным шумом не было бы резких рассо-
гласований в следующих речевых кадрах. По этой причине SID кадры посылаются каждые 480 мс в
течение речевых пауз.
Динамическое изменение характеристик комфортного шума обеспечивает натуральность
воспроизведения речевого сообщения при использовании системы прерывистой передачи речи.
9.6. Экстраполяция потерянного речевого кадра
В условиях замираний сигналов в подвижной связи речевые фрагменты могут подвергаться
значительным искажениям. При этом для исключения раздражающего эффекта при воспроизведе-
нии необходимо осуществлять экстраполяцию речевого кадра.
Было установлено, что потеря одного речевого кадра может быть значительно компенсиро-
вана путем повторения предыдущего фрагмента. При значительных по продолжительности переры-
вах в связи предыдущий фрагмент больше не повторяется, и сигнал на выходе речевого декодера
постепенно заглушается, чтобы указать пользователю на разрушение канала.
138
То же самое происходит и с SID кадром. Если SID кадр потерян во время речевой паузы, то
формируется комфортный шум с параметрами предыдущего SID кадра. Если потерян еще один
SID кадр, то комфортный шум постепенно заглушается.
Применение экстраполяции речи при цифровой передаче, формирование плавных акустиче-
ских переходов при замираниях сигнала в каналах в совокупности с полным DTX процессом значи-
тельно улучшает потребительские качества связи с GSM PLMN по сравнению с существующими
аналоговыми сотовыми системами связи.
Литература к Главе 9
9.1 М. Mouly, М-В. Pautet. The GSM System for Mobile Communications. 1992. p. 701.
9.2 A. Mehrotra. Cellular Radio Performance Engineering. Artech House. Boston-London. 1994.
p. 536.
9.3 P. Vary. GSM Speech Codec. Conference Proceedings DCRC, 12-14 October. 1988. Hagen FRG.
p.p. 2a/1-2a/6.
9.4 C. Sonthcott. Speech Proceeding in the Pan-European Cellular Mobile Telephone System. IEE
Colloquium: "Digitized Speech Communication via Mobile Radio”. London. 19 December, 1988.
p.p. 5/1-5/5
9.5 P. Vary, R. Hofman. Sprachcodec fur das Europaische Funkfernsprechnetz. Frequenz. 42, 1988.
s.s. 85-92.
9.6 D. Freeman, C. Sonthcott, I. Boyd. A Voice Activity Detector for the Pan-European Digital Cellular
Mobile Telephone Service. IEE Colloquium ““Digitized Speech Communication via Mobile Radio”.
London. 19 December, 1988. p.p. 6/1-6/5.
СТАНДАРТЫ и СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
139
Глава 10. АСПЕКТЫ БЕЗОПАСНОСТИ В СТАНДАРТЕ GSM
10.1 Общее описание характеристик безопасности
Сотовые системы подвижной связи нового поколения в состоянии принять всех потенциаль-
ных пользователей, если будут гарантированы безопасность связи: секретность и аутентификация.
Секретность должна исключить возможность извлечения информации из каналов связи кому-либо,
кроме санкционированного получателя. Проблема аутентификации заключается в том, чтобы поме-
шать кому-либо, кроме санкционированного пользователя (отправителя), изменить канал, то есть
получатель должен быть уверен, что в настоящий момент он принимает сообщение от санкциони-
рованного пользователя. Основным способом обеспечения секретности является шифрование. От-
носительно новая концепция - использование шифрования как способа аутентификации сообще-
ний.
Аутентификация сообщений через шифрование осуществляется за счет включения в текст
так называемого кода идентификации (то есть фиксированного или зависящего от передаваемых
данных слова, которое знают отправитель и получатель или которое они могут выделить в процес-
се передачи). Получатель расшифровывает сообщение, путем сравнения получает удостоверение,
что принимаемые данные являются именно данными санкционированного отправителя.
К системе шифрования предъявляются следующие основные требования:
1) нелинейные связи между исходным текстом и зашифрованным текстом;
2) изменение параметров шифрования во времени.
Если алгоритмы шифрования отвечают первому требованию, то, не зная ключа, исключается
возможность изменить код идентификации, чтобы избежать обнаружения факта несанкциониро-
ванного доступа. Второе требование исключает возможность нарушения работы системы за счет
воспроизведения “обнаружителем” принятого ранее и записанного в память сообщения.
Один путь обеспечения этих требований - применение синхронных систем передачи, но при
этом необходимы системы цикловой и тактовой синхронизации, что во многих случаях неприемле-
мо.
Второй путь - включение в информационную последовательность (каждое сообщение) вре-
менных меток так, чтобы зашифрованные данные были бы однозначно с ними связаны.
Алгоритмы шифрования делятся на два класса [10.1-10.3];
- классические алгоритмы;
- алгоритмы с открытым ключом.
Классические алгоритмы используют один ключ для шифрования-дешифрования. Алгоритмы
с открытым ключом используют два ключа:
первый - для перехода от нешифрованного текста к шифрованному;
второй - для обратного перехода от шифрованного к нешифрованному.
Причем знание одного ключа не должно обеспечить обнаружение второго ключа. В этих алго-
ритмах один из ключей, обычно используемый для шифрования, можно сделать общим, и только
ключ, используемый для расшифровки, должен быть засекречен. Эта особенность очень полезна
для снижения сложности протокола и интеграции структур шифрования в сетях связи.
Алгоритмы шифрования с открытым ключом построены на определении односторонней
функции, то есть некоторой функции f, такой, что для любого х из ее области определения f (х)
легко вычислима, однако практически для всех у из ее области значений нахождение х, для кото-
рого y=f(x) вычислительно, не осуществимо [10.1-10.3]. То есть, односторонняя функция является
отдельной функцией, которая легко рассчитывается ЭВМ в приемлемом объеме времени, но вре-
мя расчета обратной функции в существующих условиях недопустимо большое.
Первый алгоритм шифрования с общим ключом был назван RSA (первые буквы фамилий ав-
торов Rivest, Shamir, Adleman) [10.1-10.3]. Алгоритм базируется на двух функциях Е и D, связанных
соотношением:
D (E(*)J= Е (D(*)).
140
Одна из этих функций используется для шифрования сообщений, другая - для дешифрова-
ния Секретность алгоритма основана на том, что знание функции Е (или D) не открывает легкого
способа вычисления D (или Е). Каждый пользователь делает общей функцию Е и хранит в секрете
функцию D, то есть для пользователя X есть открытый ключ Ех и секретный Dx.
Два пользователя А и В могут использовать алгоритм RSA, чтобы передать любое зашифро-
ванное сообщение. Если абонент А хочет отправить сообщение М абоненту В, то он может сделать
это следующим образом:
- зашифровать сообщение М;
- подписать сообщение М; * ( 6 •{.
- зашифровать и подписать М.
В первом случае: А обеспечивает преобразование М, используя открытый ключ
С = Ев (М)
и посылает его абоненту В. В принимает С и вычисляет
Db (С) = Db (Ев (М)) = М.
Во втором случае: А подписывает М посредством вычисления
F = Da (М)
и посылает F абоненту В (эти операции может осуществлять только пользователь А, которо-
му известен секретный ключ Da). В получает F и вычисляет
Еа (F) = Еа (Da (М)) = М.
В теперь известно, что сообщение М действительно послано пользователем А. В этом случае
секретность сообщения М не гарантируется, так как все могут осуществить такую же операцию с
использованием общего ключа Еа
В третьем случае: А вычисляет
F = Da (М) и
С = Ев (F) = Ев (Da (М);
А посылает С к В. В получает С и вычисляет
Db (С) = Db (Ев (F)) = Da (М);
В может теперь легко получить М, вычислив
Еа (Da (М)) = М.
До операции шифрования и подписи каждое сообщение М должно разделяться на блоки
фиксированной длины, затем каждый блок кодируется как совокупность фиксированного числа
цифр. RSA кодер оперирует такими отдельными блоками в каждом цикле кодирования. Полное
описание алгоритма RSA изложено, например, в [10.1, 10.2].
Алгоритм шифрования с открытым ключом RSA обеспечивает высокую степень безопасности
передачи речевых сообщений и рекомендован к использованию в цифровых системах подвижной
радиосвязи нового поколения.
В стандарте GSM термин “безопасность" понимается как исключение несанкционированного
использования системы и обеспечение секретности переговоров подвижных абонентов. Определе-
ны следующие механизмы безопасности в стандарте GSM [10.4, 10.5]:
- аутентификация;
- секретность передачи данных; -
- секретность абонента; *
- секретность направлений соединения абонентов.
Защита сигналов управления и данных пользователя осуществляется только по радиоканалу.
Режимы секретности в стандарте GSM определяются Рекомендациями, приведенными в таб-
лице 10 1.
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
141
Таблица /
GSM 02 09 Аспекты секретности Определяет характеристики безопасности, применяемые | в сетях GSM Регламентируется их применение в подвижных станциях и сетях
GSM 03.20 Секретность, связанная с функциями сети Определяет функции сети, необходимые для обеспечения характеристик безопасности, рассматриваемых в рекомендациях GSM 02.09
GSM 03 21 Алгоритмы секретности Определяет криптографические алгоритмы в системе связи
GSM 02.17 Модули подлинности абонентов (SIM) Определяет основные характеристики модуля SIM
Рассмотрим последовательно механизмы безопасности в стандарте GSM, общий состав сек-
ретной информации, а также ее распределение в аппаратных средствах GSM системы. При этом
будем использовать термины и обозначения, принятые в рекомендациях GSM.
10.2 Механизмы аутентификации
Для исключения несанкционированного использования ресурсов системы связи вводятся и
определяются механизмы аутентификации - удостоверения подлинности абонента.
Каждый подвижный абонент на время пользования системой связи получает стандартный
модуль подлинности абонента (SIM-карту), который содержит:
- международный идентификационный номер подвижного абонента (IMSI);
- свой индивидуальный ключ аутентификации (Ki);
- алгоритм аутентификации (АЗ).
С помощью заложенной в SIM информации в результате взаимного обмена данными между
подвижной станцией и сетью осуществляется полный цикл аутентификации и разрешается доступ
абонента к сети.
Процедура проверки сетью подлинности абонента реализуется следующим образом.
Сеть передает случайный номер (RAND) на подвижную станцию. Подвижная станция опреде-
ляет значение отклика (SRES), используя RAND, Ki и алгоритм АЗ:
SRES = Ki [RAND],
Подвижная станция посылает вычисленное значение SRES в сеть, которая сверяет значение
принятого SRES со значением SRES, вычисленным сетью. Если оба значения совпадают, подвиж-
ная станция может осуществлять передачу сообщений. В противном случае связь прерывается, и
индикатор подвижной станции должен показать, что опознавание не состоялось.
По причине секретности вычисление SRES происходит в рамках SIM. Несекретная информа-
ция (такая как Ki) не подвергается обработке в модуле SIM.
Процедура аутентификации иллюстрируется рис. 10.1.
10.3 Секретность передачи данных
Ключ шифрования
Для обеспечения секретности передаваемой по радиоканалу информации вводится следую-
щий механизм защиты. Все конфиденциальные сообщения должны передаваться в режиме защиты
информации Алгоритм формирования ключей шифрования (А8) хранится в модуле SIM. После
приема случайного номера RAND подвижная станция вычисляет, кроме отклика SRES, также и ключ
шифрования (Кс), используя RAND, Ki и алгоритм А8 (рис. 10.2):
Кс = Ki [RAND],
Ключ шифрования Кс не передается по радиоканалу. Как подвижная станция, так и сеть вы-
числяют ключ шифрования, который используется другими подвижными абонентами По причине
секретности вычисление Кс происходит в SIM.
142
MS
Радиоканал
Сеть
RAND
(SRES)
Рис. 10.1
SRES
RAND
v
да/нет
Рис. 10.2
Числовая последовательность ключа шифрования
Кроме случайного числа RAND сеть посылает подвижной станции числовую последователь-
ность ключа шифрования. Это число связано с действительным значением Кс и позволяет избе-
жать формирование неправильного ключа. Число хранится подвижной станцией и содержится в ка-
ждом первом сообщении, передаваемом в сеть. Некоторые сети принимают решение о наличии
числовой последовательности действующего ключа шифрования в случае, если необходимо при-
ступить к опознаванию или, если выполняется предварительное опознавание, используя правиль-
ный ключ шифрования. В некоторых случаях это допущение реально не обеспечивается.
Установка режима шифрования
Для установки режима шифрования сеть передает подвижной станции команду СМС
(Ciphering Mode Command) на переход в режим шифрования. После получения команды СМС под-
вижная станция, используя имеющийся у нее ключ, приступает к шифрованию и дешифрованию
сообщений. Поток передаваемых данных шифруется бит за битом или поточным шифром, исполь-
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
143
зуя алгоритм шифрования А5 и ключ шифрования Ко. Процедура установки режима шифрования
показана на рис. 10.3.
I MS СМС команда на режим шифрования Сеть 1
Кс Кс
Рис. 10.3
10.4 Обеспечение секретности абонента
Для исключения определения (идентификации) абонента путем перехвата сообщений, пере-
даваемых по радиоканалу, каждому абоненту системы связи присваивается “временное удостове-
рение личности” - временный международный идентификационный номер пользователя (TMSI), ко-
торый действителен только в пределах зоны расположения (LA). В другой зоне расположения ему
присваивается новый TMSL Если абоненту еще не присвоен временный номер (например, при пер-
вом включении подвижной станции), идентификация проводится через международный идентифи-
кационный номер (IMSI). После окончания процедуры аутентификации и начала режима шифрова-
ния временный идентификационный номер TMSI передается на подвижную станцию только в за-
шифрованном виде. Этот TMSI будет использоваться при всех последующих доступах к системе.
Если подвижная станция переходит в новую область расположения, то ее TMSI должен передавать-
ся вместе с идентификационным номером зоны (LAI), в которой TMSI был присвоен абоненту.
10.5 Обеспечение секретности
в процедуре корректировки местоположения
При выполнении процедуры корректировки местоположения по каналам управления осуще-
ствляется двухсторонний обмен между MS и BTS служебными сообщениями, содержащими вре-
менные номера абонентов TMSI. В этом случае в радиоканале необходимо обеспечить секретность
переименования TMSI и их принадлежность конкретному абоненту.
Рассмотрим, как обеспечивается секретность в процедуре корректировки местоположения в
случае, когда абонент проводит сеанс связи и при этом осуществляет перемещение из одной зоны
расположения в другую.
В этом случае подвижная станция уже зарегистрирована в регистре перемещения VLR с вре-
менным номером TMSI, соответствующим прежней зоне расположения. При входе в новую зону
расположения осуществляется процедура опознавания, которая проводится по старому, зашифро-
ванному в радиоканале TMSI, передаваемому одновременно с наименованием зоны расположения
LAL LAI дает информацию центру коммутации и центру управления о направлении перемещения
подвижной станции и позволяет запросить прежнюю зону расположения о статусе абонента и его
данные, исключив обмен этими служебными сообщениями по радиоканалам управления. При этом
144
по каналу связи сообщение передается как зашифрованный информационный текст с прерывани-
ем сообщения в процессе “эстафетной передачи” на 100-150 мс.
Процедура корректировки местоположения, включающая характеристики секретности, пока-
зана на рис 10.4.
Запрос на корректировку
местоположения TMSI, LAI,
номер ключа
апрос на аутентификацию,
RAND, номер ключа
Ответ аутентификации SRES
Команда на переход в режим
RAND/
SRES/Кс/
IMSI, TMSI,
Номер ключа
^шифрования
Кс Кс
Рис. 10.4
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
145
10.6 Общий состав секретной информации
и ее распределение в аппаратных средствах GSM
В соответствии с рассмотренными механизмами безопасности, действующими в стандарте
GSM, секретной считается следующая информация:
RAND - случайное число, используемое для аутентификации подвижного абонента;
SRES - значение отклика - ответ подвижной станции на полученное случайное число;
Ki - индивидуальный ключ аутентификации пользователя, используемый для вычисления
значения отклика и ключа шифрования;
Кс - ключ шифрования, используемый для шифрования/дешифрования сообщений, сиг-
налов управления и данных пользователя в радиоканале;
АЗ - алгоритм аутентификации, используемый для вычисления значения отклика из слу-
чайного числа с использованием ключа Ki;
А8 - алгоритм формирования ключа шифрования, используемый для вычисления ключа
Кс из случайного числа с использованием ключа Ki;
А5 - алгоритм шифрования/дешифрования сообщений, сигналов управления и данных
пользователя с использованием ключа Кс;
CKSN - номер ключевой последовательности шифрования, указывает на действительное
число Кс, чтобы избежать использования разных ключей на передающей и приемной
сторонах;
TMSI - временный международный идентификационный номер пользователя.
В таблице 10.2 показано распределение секретной информации в аппаратных средствах сис-
темы связи GSM.
Таблица 10.2
NN п.п. Аппаратные средства Вид секретной информации
1 Подвижная станция (без SIM) А5
2 Модуль подлинности абонента (SIM) АЗ; А8; IMSI, Ki; TMSI/LAI; Kc/CKSN
3 Центр аутентификации (AUC) АЗ; A8 IMSI/Ki
4 Регистр местоположения (HLR) Группы IMSI/RAND/SRES/Kc
5 Регистр перемещения (VLR) Группы IMSI/RAND/SRES/Kc, IMSI/TMSI/UXI/Kc/CKSN
6 Центр коммутации (MSC) A5, TMSI/IMSI/Kc
7 Контроллер базовой станции (BSC) A5, TMSI/IMSI/Kc
10.7 Обеспечение секретности при обмене сообщениями
между HLR, VLR и MSC
Основным объектом, отвечающим за все аспекты безопасности, является центр аутентифи-
кации (ALIC). Этот центр может быть отдельным объектом или входить в состав какого-либо обору-
дования, например, в регистр местоположения (HLR). Как управлять AUC будет решать тот, кому
будет поручена эксплуатация сети. Интерфейс GSM с AUC не определен.
AUC может решать следующие задачи:
- формирование индивидуальных ключей аутентификации пользователей Ki и соответствую-
щих им международных идентификационных номеров абонентов (IMSI);
- формирование набора RAND/SRES/Kc для каждого IMSI и раскрытие этих групп для HLR
при необходимости.
Если подвижная станция переходит в новую зону расположения с новым VLR, новый VLR дол-
жен получить секретную информацию об этой подвижной станции. Это может быть обеспечено
следующими двумя способами
- подвижная станция проводит процедуру идентификации по своему международному номе-
ру IMSI При этом VLR запрашивает у регистра местоположения HLR группы данных
RAND/SRES/Kc, принадлежащих данному IMSI;
146
- подвижная станция проводит процедуру аутентификации, используя прежний временный
номере TMSI с наименованием зоны расположения LAI. Новый VLR запрашивает прежний
VLR для посылки международного номера IMSI и оставшихся групп из RAND/SRES/Kc, при-
надлежащих этим TMSI/LAL
Если подвижный абонент остается на более длительный период в VLR, тогда после некоторо-
го количества доступов с аутентификацией VLR из соображений секретности потребует новые
группы RAND/SRES/Kc от HLR.
Все эти процедуры определены в рекомендации GSM 09.02.
Проверка аутентификации выполняется в VLR. VLR посылает RAND на коммутационный центр
(MSC) и принимает соответствующие отклики SRES. После положительной аутентификации TMSI
размещается с IMSI. TMSI и используемый ключ шифрования Кс посылаются в центр коммутации
(MSC). Эти же процедуры определяются в рекомендации GSM 09.02.
Передача секретной информации по радиоканалу уже описана в предыдущих разделах и оп-
ределена в рекомендации GSM 04.08.
10.8 Модуль подлинности абонента
Введение режима шифрования в стандарте GSM выдвигает особые требования к подвижным
станциям. В частности, индивидуальный ключ аутентификации пользователя Ki, связанный с меж-
дународным идентификационным номером абонента IMSI, требует высокой степени защиты. Он
также используется в процедуре аутентификации.
Модуль подлинности абонента SIM содержит полный объем информации о конкретном або-
ненте. SIM реализуется конструктивно в виде карточки с встроенной электронной схемой. Введе-
ние SIM делает подвижную станцию универсальной, так как любой абонент, используя свою личную
SIM-карту, может обеспечить доступ к сети GSM через любую подвижную станцию.
Несанкционированное использование SIM исключается введением в SIM индивидуального
идентификационного номера (PIN), который присваивается пользователю при получении разреше-
ния на работу в системе связи и регистрации его индивидуального абонентского устройства.
Основные характеристики модуля SIM определены в Рекомендации GSM 02.17. Состав сек-
ретной информации, содержащейся в SIM, показан в таблице 10.2.
В заключение следует отметить, что выбранные в стандарте GSM механизмы секретности и
методы их реализации определили основные элементы передаваемых информационных блоков и
направления передачи, на которых должно осуществляться шифрование: (RAND/SRES/Kc от HLR к
VLR; RAND и SRES - в радиоканале). Для обеспечения режима секретности в стандарте GSM реше-
ны вопросы минимизации времени соединения абонентов. При организации систем сотовой ра-
диосвязи по стандарту GSM имеется некоторая свобода в применении аспектов безопасности. В
частности, не стандартизованы вопросы использования центра аутентификации AUC (интерфейс с
сетью, структурное размещение AUC в аппаратных средствах). Нет строгих рекомендаций на фор-
мирование закрытых групп пользователей и системы приоритетов, принятых в GSM. В этой связи в
каждой системе связи, использующей стандарт GSM, эти вопросы решаются самостоятельно.
Литература к Главе 10
10.1 У. Диффи. Н. Хелтан. Защищенность и имитостойкость: введение в криптографию. ТИИЭР.
1979, т. 67. N 3. с. 71-109.
J0.2 Л. Месси. Введение в современную криптографию^ ТИИЭР. 1988. т. 76. N 5, с. 24-42.
10.3 У. Диффи. Первые десять лет шифрования с открытым ключом. ТИИЭР. 1988. т. 76, N 5,
' с. 55-74.
10.4 Р. Vander. Arend Security Aspects and the Implementation in the GSM-System. Conference
Proceedings DCRC, 12-14 October 1988. Hagen FRG. p.p. 4a/1-4a/7.
10.5 V. Michel. The Security Features in the GSM-System. 6-th World Telecommunication Forum
Proceedings. Geneva, 10-15 October, 1991. Part 2. p.p. 385-389.
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
147
Глава 11. УПРАВЛЕНИЕ СЕТЯМИ СВЯЗИ В СТАНДАРТЕ GSM
11.1 Задачи системы сетевого управления
Задачи управления процессами связи в системе GSM решаются ОМС - центром управления
и обслуживания (рис. 6.1). В основе построения ОМС заложен принцип сетевого управления, в со-
ответствии с которым для системы сетевого управления (GSM NM) были определены следующие
задачи проектирования [11.1 - 11 3]:
1. Система GSM NM должна обеспечивать взаимодействие с существующими системами
связи общего пользования и быть их естественным продолжением.
2. Система GSM NM должна быть достаточно гибкой, чтобы обеспечивать перспективное
развитие наземных сетей связи общего пользования (PLMN), а также функций и служб сетевого
управления.
3. Система GSM NM должна быть настолько прозрачной для технологий, используемых в су-
ществующих PLMN, насколько это возможно.
4. Система GSM NM должна иметь модульную структуру, чтобы независимо от размеров се-
ти, где осуществляется управление, обеспечивать требуемые функции
5. Система GSM NM не должна иметь зависимости от изготовителя, то есть должна преду-
сматривать взаимозаменяемость оборудования.
6. Структура и функции GSM NM не должны ограничивать деятельность и выбор операторов
и изготовителей, а также возможность индивидуального использования, например, для организа-
ции частных локальных сетей связи.
7. Система GSM NM должна быть отказоустойчивой, то есть ни отказ оборудования, ни чело-
веческий фактор не должны приводить систему или сеть связи в нерабочее состояние.
Перечисленные задачи решены путем принятия для сетей связи GSM модели открытых сетей
(OSI) международной организации стандартов (ISO), выбором функциональной архитектуры систе-
мы сетевого управления, учитывающей различное физическое исполнение, четким определением
сопряжения стандартов и протоколов передачи сообщений.
11.2 Принципы построения системы сетевого управления
В основу построения системы сетевого управления электросвязью (TMN) в стандарте GSM
положена структурированная концепция МККТТ [11.1, 11.2], которая учитывает возможность разви-
тия й интеграции создаваемых и существующих сетей управления.
В соответствии с выбранной концепцией GSM TMN должна обеспечить организованную сете-
вую структуру для достижения взаимосвязи различных операционных систем (для TMN) и уст-
ройств связи (для PLMN) на основе согласованной архитектуры со стандартными протоколами и
устройствами сопряжения.
Концептуально TMN представляет собой отдельную сеть, которая сопрягается с PLMN в не-
скольких различных точках с целью получения от нее информации и контроля ее работы. Для обес-
печения управления TMN может использовать отдельные структурные части PLMN (например, сис-
тему сигнализации SS N7, В-канал в структуре канала связи ISDN). Исходя из общей концепции,
GSM TMN обеспечивает высокую степень гибкости, что отвечает различным технологическим усло-
виям построения PLMN и различным операторам.
Функционально TMN обеспечивает средства для транспортировки и обработки информации,
относящейся к управлению PLMN. Как показано на рис. 11.1, обобщенная функциональная архитек-
тура для GSM TMN и PLMN включает в себя OSF функциональные блоки операционных систем
(OS), промежуточные функциональные блоки MF и функциональные блоки передачи данных DSF.
Они включают в себя основные функции TMN, что позволяет ей решать свои прикладные задачи.
TMN подключается к функциональным блокам элементов сети PLMN (NEF), а также непосредствен-
но к функциональным блокам рабочей станции (WSF). Рабочая станция может непосредственно
подключаться к различным элементам сети через внешние для TMN соединения.
148
GSM TMN2 GSM TMN П
RP - контрольные точки (интерфейсы)
q -класс контрольных точек между
OS,M и NE функциями,
f -класс контрольных точек рабочей
станции (с абонентами сетей GSM);
g -класс контрольных точек от рабочей
станции до пользователя (MMI);
х -класс рабочих точек для связи с
другими сетями, включая другие TMN
m -нестандартные внутренние
контрольные точки;
t -контрольные точки для связи с
другими сетями;
FB - функциональные блоки
WSF -функциональный блок рабочей
станции;
OSF -функциональный блок операционных
систем;
MF -промужуточный функциональный
блок;
DCF -функции системы связи GSM, связа-
нные с передачей данных;
QAF -функции адаптера Q-интерфейса;
SEF -функции поддержки (обеспечения)
абонента;
MEF -функции технического обслужива-
ния абонентов;
NEF -функции элементов сети.
Рис. 11.1
Контрольные точки, показанные на рис. 11.1, определяют концептуальные точки информаци-
онного обмена между функциональными блоками. Контрольная точка становится интерфейсом, ко-
гда функциональные блоки включаются в отдельные части оборудования [11.3].
Такая функциональная концепция GSM TMN обеспечивает выполнение функций сетевого
управления на оборудовании PLMN (в смысле использования одних и тех же ресурсов для обра-
ботки), над операционными системами и промежуточными устройствами, ориентированными на
сетевое управление.
Следует отметить, что в случае применения одного процессора для выполнения функций се-
тевого управления и функций связи, они всегда логически разделяются.
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
149
11.3 Распределение функций сетевого управления в GSM
Операционные системы
Физическая конфигурация TMN обеспечивает альтернативные решения как централизации,
так и распределения общих функций операционных систем (OS), что включает в себя:
- обслуживающие прикладные программы;
- функции базы данных;
- обеспечение абонентского терминала;
- анализирующие программы;
- форматирование данных и передачу сообщений.
В GSM TMN все эти функции представлены для централизованной дистанционной обработки,
т.е. в центре управления и обслуживания ОМС (в терминологии TMN нужно рассматривать как се-
тевую OS), тогда как специальные части этих функций (так называемые функции жизнеобеспече-
ния) должны локально присутствовать в узловой базовой OS.
Процессы сопряжения
Составной частью функций сети управления связью являются процессы сопряжения - про-
цессы, которые определяют направления соединений и/или воздействий на информацию, переда-
ваемую между отдельными элементами сети (NE) и операционными системами по каналам пере-
дачи данных.
Процессы сопряжения классифицируются по пяти общим категориям:
1) управление связью;
2) сопряжение протоколов и обработка данных;
3) сопряжение (объединение) простых функций;
4) процессы принятия решений;
5) хранение данных.
Процессы сопряжения имеют место как в автономном оборудовании, так и в отдельных эле-
ментах сети.
Передача данных в GSM TMN
Функции передачи данных (DCF) для GSM TMN обеспечиваются сетью передачи данных
(DCN) или локальными сетями связи (LCN).
DCN для GSM TMN соответствует эталонной модели OSI [11.2]. Функции передачи данных
включают в себя обеспечение соединения через соответствующие сопряжения различных элемен-
тов сети к операционным системам. Интерфейс, используемый в процессе соединений, определя-
ется в Рекомендациях МККТТ М.2х [11.3] как Q3 интерфейс. Этот интерфейс обеспечивает полный
доступ ко всем частям TMN. Некоторые функции определены тем, что система сигнализации
МККТТ SS N7 должна относиться к интерфейсу Q3.
Для других функций оператор имеет возможность использовать закрепленные каналы с про-
токолом серии Х.25 или коммутируемые сети пакетной передачи данных общего пользования
(PC PDN).
В локальных сетях связи (LCN) при осуществлении соединений с PLMN для реализации функ-
ций передачи данных TMN могут использоваться интерфейс Q2 МККТТ и A-bis интерфейс.
Элементы сети
В системе связи GSM элементами сети (NE) являются узлы PLMN, например, MSC, HLR, BSS
или любая часть связного оборудования.
Элементы сети могут обеспечивать следующие группы функций сетевого управления:
- функции обслуживания объекта (МЕР), сопряжены с процессами связи. Обслуживаемый
объект (ME) может иметь одну иди более функций MEF;
- функции обеспечения объекта (SEF), непосредственно не включены в процесс связи. К ним
относятся, например, локализация отказов, сбор данных. Объект обеспечения (SE) может
иметь одну или более функций SEF.
150
Элементы сети могут иметь функции первой или второй группы, а также то и другое одно-
временно.
11.4 Стандартные интерфейсы в системе сетевого управления GSM
Стандартные интерфейсы в системе сетевого управления обеспечивают взаимодействие
элементов сети, операционных систем и рабочих станций через сети передачи данных (DCN) или
локальные сети связи (LCN).
Для гарантированной совместной работы соединяемых элементов сети необходимы четкие
технические требования к интерфейсу, функционально независимые от типа устройства и постав-
щика. Это требует совместимых протоколов связи и совместимого метода представления данных
для передачи сообщений, включая совместимые описания групповых сообщений для функций сети
управления.
Интерфейсы между TMN
Состав и функциональное назначение интерфейсов в GSM TMN показаны на рис. 11.2.
Для передачи сообщений между сетями управления, используемыми, например, разными
операторами применяется система сигнализации МККТТ SS N7 или Х.25.
При применении SS N7 используются протоколы МККТТ (Голубая книга) Рекомендация Q.795
[11.4].
При использовании сетей Х.25 необходимы дополнительные соглашения между операторами
по использованию протоколов более высокого уровня. Некоторые функции сетевого управления
определены СЕРТ рабочей подгруппой SPS 6 в Рекомендации GSM 09.02 [11.5], которая требует
использования SS N7 в следующих случаях:
- передачи информации между MSC и HLR другой PLMN;
- идентификации оборудования;
- обмене сообщениями между регистрами положения;
- при запросе на “эстафетную передачу”.
TMN интерфейс между PLMN и узлами TMN
В общем случае операторы сетей могут свободно использовать либо систему сигнализации
SS N7, предусмотренную в PLMN, либо специализированную сеть Х.25 в соответствии с
Рекомендациями МККТТ (Голубая книга) Q.513 [11.6]. При использовании сетей Х.25 могут быть
необходимы средства для преобразования протоколов обмена (Х.25 - SS N7).
Информационный обмен в процессе сетевого управления между BSS и MSC (А-интерфейс,
рис. 11.3) обеспечивается SS N7.
Требования к средствам файлового обмена обеспечиваются использованием элементов
управления сигнализационными соединениями (SCCP) класса 2 и транспортного протокола Х.224
класса 2, либо SCCP класса 3 и Х.224 класса 0. Также предусмотрена специальная версия GSM от-
носительно применения X 25 соединений на А-интерфейсе.
Интерфейс между BTS и BSC (GSM A-bis интерфейс) основан на применении Lap-D протоко-
лов для информационного обмена при сетевом управлении
Все узлы PLMN, за исключением BTS, оснащены общим Х.25 интерфейсом. Это обеспечива-
ет полный доступ к TMN на уровне Q3 либо локально, либо дистанционно за счет использования
отдельного подключения к PS PDN.
При использовании в PLMN локальных сетей связи TMN интерфейсы определяются СЕРТ Ре-
комендацией Т/К 02-11 [11.7].
Полная структурная схема процессов управления системой связи GSM, состав и сопряжения
протоколов связи показаны на рис. 11.3.
Протоколы более высоких уровней, используемые в GSM TMN
, Сопряжение на более высоких уровнях (выше слоя 3) может быть предусмотрено при ис-
пользовании стандартных протоколов, основанных на МККТТ Рекомендациях (Голубая книга) Q.795
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
151
СЛ
MNAP
SP
NMC
Обозначения:
MNAP
GSM
к сети
OMC 2
системы
MNAP
к другим
TMN
ADC
PS PDN
EIR
SP
AUC
HLR
MNAP
iBSS
MSC
VLR
BTS
MNAP
BTS
SP
SP
SP
SP
BTS
к другим
TMN
Рис. 1 1.2.
-система сигнализации SS N7
-общие линии X. 25,
-соединения с PS PDN
-специальные линии X. 25,
использующие
А -интерфейс
- точка доступа
управления
- узловая точка
сигнализации SS N7
MNAP-----.
MNAP
MSC
PC
Z MNAP
MNAP
MNAP
Д4 MNAP
MNAP
Примечание: (1) -этот режим находится в стадии изучения МККТТ COM Х1/2.
Рис. 11.3
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
153
или на стандартах ISO для общих информационных служб управления (CMIS) и доступа и управле-
ния файловым обменом (FTAM), как это иллюстрируется на рис. 11.3 [11.8, 11.9].
Однако, на первом этапе не рекомендуется использование ОМАР в GSM TMN, так как это
требует сетевого обслуживания без подключений, которое не может быть поддержано со стороны
SS N7 и Х.25. Кроме того, способы файлового обмена, которые являются обязательными для эф-
фективного управления PLMN, полностью не определены в ОМАР.
Литература к Главе 11
11.1 Bernd F. GSM Network Management.
11.2 C. Smythe Networks and their protocols, Electronics & Communication Engineering Journal,
February 1990, pp. 27-34.
11.3 CCITT Recomendation M.2x (Amended third draft; to become M.30 in Blue Book). Principles
for a Telecommunications Management Network, March 1988.
11.4 CCITT (Draft Blue Book) Recomendation Q.795, Operations Administration and Maintenance
Application Part (ОМАР).
11.5 CEPT Draft Recomendation GSM 09.02, CCITT Signalling System N7, Mobile Application Part
(MAP); also referenced as CEPT T/S 43-10.
11.6 CCITT (Draft Blue Book) Recomendation Q.513 “Interfaces for Operations, Administration
and Maintenance”.
11.7 CEPT Recomendation l/L 02-11, Interfaces for Operation, Maintenance and Supervision
of Telecommunications Equipment in Telecommunications Centres, Copenhagen 1987.
11.8 ISO/IEC D7 9595/9596 series, OSI-Management Information Service Definition/Protocol
Specification, Dec. 1987.
11.9 ISO/IEC DIS 8571 Series, OSI-File Transfer, Access and Management, April 1988.
154
Глава 12. ЦИФРОВАЯ СОТОВАЯ СИСТЕМА
ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ США СТАНДАРТА D-AMPS
12.1 Общий подход к развитию цифровых сотовых систем в США
В США работы по национальному стандарту на цифровые сотовые системы подвижной связи
(ССПС) проводились с 1987 года [12.1]. В отличие от Европы, где разрабатывался стандарт GSM,
Федеральная комиссия связи (FCC) не смогла выделить отдельную полосу частот в диапазоне 900
МГц для перспективной цифровой ССПС США.
В условиях, когда национальная аналоговая ССПС стандарта AMPS уже не отвечала совре-
менным требованиям к подвижной связи из-за отсутствия необходимой пропускной способности,
недостаточного качества связи, ограниченного набора услуг, отсутствия засекречивания переда-
ваемых сообщений, Ассоциация промышленности сотовой связи (CTIA), совместно с Ассоциацией
промышленности связи (TIA) приняли решение о совмещении в одной полосе частот аналоговой и
цифровой ССПС, сохранив существовавший в AMPS разнос каналов, равный 30 кГц [12.1, 12.2].
Стандарт на цифровую сотовую систему связи был разработан в 1990 году и система связи
на его основе получила условное обозначение D-AMPS или ADC. В 1991-1992 годах проводились
полевые испытания системы D-AMPS, по результатам которых TIA и CTIA были приняты три стан-
дарта: IS-54 - на систему сотовой связи D-AMPS (ADC); IS-55 - на двухмодовую подвижную стан-
цию, обеспечивающую связь как по аналоговому (AMPS), так и по цифровому (D-AMPS) каналам
связи; IS-56 - на базовые станции [12.2].
Внедрение этих стандартов явилось временным шагом для того, чтобы как можно быстрее
внедрить цифровую технологию на рынок сотовой связи США. Ожидалось, что стандарт IS-54 по-
зволит увеличить емкость трафика существующих сетей сотовой связи AMPS до трех раз, но с ис-
пользованием аналоговых каналов управления. Переход к полной цифровой версии AMPS затормо-
зил бы внедрение цифровой технологии сотовой связи в США еще на три года [12.2, 12.3].
Хотя стандарт IS-54 и не совсем цифровое решение, он оказался более прогрессивным, чем
AMPS, и в настоящее время более 2 млн. абонентов в 14 странах мира, включая Россию, использу-
ют эту технологию [12.4].
В 1994 году был сформулирован новый стандарт США IS-136 на полностью цифровую систе-
му сотовой связи, представляющую собой усовершенствованный вариант стандарта IS-54 [12.2,
12.3]. Стандарт IS-136 по своим функциональным возможностям и предоставляемым услугам при-
ближается к стандарту GSM. Стандарт IS-136 открывает возможность внедрения международного
роуминга.
В настоящее время США приступили к созданию цифровых сетей персональной связи (PCS).
Развитие технологии PCS осуществляется в условиях активной конкуренции.
Федеральная комиссия связи США в марте 1995 года выдала 102 лицензии операторам се-
тей PCS в диапазоне 1900 МГц.
Одним из направлений создания сетей PCS явился перевод стандарта IS-54 (D-AMPS) в диа-
пазон 1900 МГц. Абоненты будут иметь возможность пользоваться двухдиапазонным терминалом,
обеспечивающим доступ к услугам связи в диапазонах 800 МГц и 1900 МГц.
Многие из операторов сетей PCS, получивших лицензии, выбрали для реализации сетей пер-
сональной связи версию стандарта GSM для диапазона 1900 МГц - PCS-1900.
Значительным успехом у операторов сетей PCS пользуется стандарт CDMA IS-95.
Развитие цифровых сетей персональной связи в США будет осуществляться на фоне актив-
ных позиций сетей сотовой связи стандартов AMPS/D-AMPS, абонентами которых, в настоящее
время, являются около 10% населения страны [12.2-12.4].
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
155
12.2 Структурная схема, характеристики и радиоинтерфейс D-AMPS
Структурная схема цифровой ССПС D-AMPS (IS-54) показана на рис. 12.1. Основные харак-
теристики D-AMPS (IS-54) приведены в таблице 3.2. На рис 12.2 показана структура кадров в сис-
теме D-AMPS для перспективного варианта с полускоростным речевым кодеком, когда будут ис-
пользоваться шесть временных окон (вместо трех сегодня) [12.5, 12.6].
Структурная схема подвижной станции изображена на рис. 12.3 [12.5, 12.6].
Аналоговый речевой сигнал преобразуется в цифровую форму VSELP кодером [12.1]. Рече-
вой сигнал разбивается на сегменты по 20 мс, которые преобразуются в 159 кодированных бит,
передаваемых со скоростью 7,95 кбит/с.
Для канального кодирования используется сверточный код со скоростью г=1/2. В этом про-
цессе пакет в 159 бит от речевого кодера разбивается на две группы бит: класс 1 - 77 бит, класс 2
- 82 бита. В группе бит 1 класса осуществляется указанное сверточное кодирование, причем 7 бит
используются для обнаружения ошибок, биты второго класса передаются без кодирования. В ре-
зультате преобразований в канальном кодере речевой фрагмент 20 мс представляется 260 бита-
ми, что соответствует скорости передачи 13,0 кбит/с. Структурные схемы канального кодирования
приведены на рис. 12.4 [12.1]. Результирующая скорость (по результатам формирования TDMA
кадра) составляет 16,2 кбит/с в расчете на одного абонента.
Пакет в 260 кодированных бит подвергается перемежению, принцип которого иллюстрирует-
ся рис. 12.5. Речевой фрагмент Y разбивается на две части. Одна часть передается в окне 1, вто-
рая часть - в окне 4. Следующий фрагмент речи Z, длительностью 20 мс, передается в окне 4 и в
окне 1 в следующем кадре.
Для передачи сообщений по радиоканалу используется спектрально-эффективная л/4 DQPSK
модуляция, реализуемая квадратурной схемой с прямым переносом на несущую частоту [12.1,
12.6].
В целом, потенциальные характеристики стандарта IS-54 уступают характеристикам стандар-
та GSM. Для Примера, на рис. 12.6 показаны графики зависимостей вероятности ошибки от отно-
шения сигнал/помеха (С/l) в сетях стандартов GSM и D-AMPS (ADC) с учетом замираний сигналов
при скорости перемещения подвижной станции 55 миль в час. [12.7]. Стандарт GSM обладает так-
же преимуществами по отношению к стандарту IS-54 в части обеспечения безопасности связи и
функциональных возможностей. Кроме того распространение GSM в глобальном масштабе (Евро-
па, Азия, Африка, Австралия) позволяет абонентам этих сетей путешествовать по всему миру со
своим радиотелефоном в рамках автоматического международного роуминга. Стандарт D-AMPS не
принят в Европе, за исключением России, где он ориентирован на региональное использование.
Рис. 12.1
156
Структура кадров в стандарте IS-54
с полускоростным речевым каналом.
Synchronization 28 SACCH 12 Data 130 DVCC 12 Data 130 RSVD 12 00..00
Base to Mobile
G. Guard Time
R: Ramp Time
DVCC: Digital Verification Color Code
RSVD: Reserved for Future Use
Рис. 12.2
Как следует из графиков рис. 12.6, в реальных каналах связи для одинаковых значений веро-
ятности ошибки в D-AMPS требуется отношение сигнал/помеха на 6-10 дБ больше, чем в GSM.
На рис. 12.7 [12.8] показана зависимость качества приема речи от отношения сигнал/помеха
(C/I) в аналоговых и цифровых (ADC и GSM) сетях сотовой связи Как следует из этих графиков,
для обеспечения “приемлемого качества речи” энергетические затраты в каналах D-AMPS должны
быть на 6-7 дБ выше, чем в GSM.
Худшие энергетические характеристики радиоканалов D-AMPS по отношению к GSM сказы-
ваются также и при планировании сети. Для размещения сот с одинаковыми частотами в D-AMPS
требуются большие координационные расстояния, что снижает эффективность повторного исполь-
зования радиочастот.
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
157
смеситель перестраиваемая
радиочастотная
секция
Рис. 12.3
158
260 бит
Рис. 12.4
Перемежение в стандарте ADC.
Фрагмент
речи X и Y
Фрагмент
речи У и Z.
Фрагмент
речи Z и W
С. 2 3 м 5 6 ИИ
кадр 40 мс.
Рис. 12.5
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
159
%
Рис. 12.6
C/1 (dB)
Качество речи
Рис. 12.7
160
Литература к Главе 12
12.1 E.J. Schimmel. Digital Cellular in North America. The 1991 Pan European Digital Cellular Radio
Conference. February 1991. Proc.
12.2 The Evaluation of Digital Celular Mobile Communications International. September/October 1995.
p.p. 10-11.
12.3 Ericsson. Technology in the US PCS Race. Mobile Communications International.
September/October. 1995. p.p. 8-9.
12.4 PCS-1900 - The New Personal Commmunications System for North America. Documents useful
for a comparative evaluation of GSM (DCS-1800), PCS-1900 and IS-95 CDMA. Ericsson Inc.
1994.
12.5 D.J. Goodman. Trends in Cellular and Cordless Communications. IEEE Communications.
IEEE Magazine, June 1991. p.p. 31-40.
12.6 A. Mehrotra. Cellular Radio: Analog and Digital Systems. Artech House. Boston-London. 1994.
p. 460.
12.7 J. Swerup. J. Uddenfeld. Personal Communications Based on Digital Cellular. Ericsson Review:
Trends in Mobile Communications. N 3, 1991. p.p. 51-56.
12.8 P. Bjdrndahl, B. Lind. CME-20 - A Total Solution for GSM Networks. Ericsson Review: Trends in
Mobile Communications. N3, 191. p.p. 8-15.
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
161
Глава 13. ЦИФРОВАЯ СОТОВАЯ СИСТЕМА
ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ ЯПОНИИ JDC
13.1 Общие принципы организации ССПС JDC
В апреле 1989 года японское министерство почт и телесвязи (МРТ) организовало исследова-
тельский комитет для разработки технических требований к цифровой ССПС (JDCRSC). В марте
1990 года Комитет представил МРТ Доклад “Технические требования к японской цифровой сото-
вой системе радиосвязи", а также “Предложения по радиооборудованию”. В мае 1990 года Коми-
тет по стандартам японского центра исследований и развития систем радиосвязи (RCR) организо-
вал подкомитет по разработке стандарта на цифровую ССПС. В январе 1991 года Комитет деталь-
но определил спецификацию на соединения и управление работой терминалов и базовыми стан-
циями [13.1].
При разработке спецификации на цифровую ССПС считалось необходимым:
- обеспечение экономии спектра частот за счет применения спектрально-эффективных видов
цифровой модуляции, выбора низкоскоростного высококачественного речевого кодека и
улучшения протоколов управления радиоканалами;
- снижение стоимости аппаратных средств системы за счет применения TDMA;
- расширение видов услуг за счет применения архитектуры открытых систем OSI, функцио-
нально законченных аппаратных и программных модулей.
В апреле 1991 года японский стандарт на цифровую ССПС был принят RCR [13.2].
Основные технические характеристики ССПС JDC приведены в таблице 3.2. К особенностям
JDC следует отнести прямую связь с сетями ISDN, возможность шифрования передаваемых сооб-
щений, применение низкоскоростного речевого кодека VSELP со скоростью преобразования речи
11,2 кбит/с, меньший, чем в D-AMPS, разнос частотных каналов - 25 кГц.
Разработка японской цифровой ССПС осуществлялась, в основном, компанией NTT, которая
обеспечивала предоставление услуг аналоговой сотовой подвижной связи в Японии с декабря
1979 года. В настоящее время количество абонентов в аналоговой ССПС Японии составляет около
миллиона. Предполагается, что к 2000 году общее количество абонентов в аналоговой и цифровой
ССПС Японии составит около 10 миллионов [13.3].
13.2 Структурная схема, характеристики и радиоинтерфейс JDC
К разработке стандарта и сети JDC компания NTT предъявила следующие основные требова-
ния:
1) обеспечение взаимодействия с фиксированными сетями связи (PSTN, ISDN);
2) взаимодействие подвижных абонентов (терминалов) с абонентами различных сотовых се-
тей;
3) соединение подвижной и фиксированной сетей через простой интерфейс.
Структурная схема сетей связи JDC показана на рис. 13.1, она полностью реализует указан-
ные требования [13.2, 13.5].
В состав JDC входят три основных функциональных элемента: станция управления подвиж-
ной связью (МСС - Mobile Communications Control Station), базовые и подвижные станции.
МСС является аналогом MSC в GSM и включает подсистему управления связью подвижных
абонентов и их соединением с абонентами фиксированной телефонной сети (G-МСС); подсистему
контроля перемещения абонентов (V-MCC), которая обеспечивает регистрацию местоположения
абонентов и соединение вызовов, а также регистр положения (HLR), осуществляющий идентифика-
цию подвижных абонентов и регистрацию зоны связи. Между МСС и основными ее элементами ис-
пользуется система сигнализации SS N7.
Передача сообщений и управление связью осуществляется так же, как и в GSM, по каналам
связи и управления, которые формируются и передаются на радиоинтерфейс. Полная структура
162
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ 163
Public land mobile network (PLMN)A
IGS1 Interworking Gate Switch
G-MCC:Gate-Mobile Communication
Control Center
V-MCC: Visit-Mobile Communi-
cation Control Center
HLR: Home Location Register
Рис.13.1.
PLMN п
GLR: Gate Location Register
BS: Base Station
MS: Mobile Station
цифровых каналов связи и управления в JDC показана на рис. 13.2 [13.4], она полностью соответ-
ствует Рекомендациям МККТТ. Назначение каналов аналогично стандарту GSM.
Digital PLMN Channel Structures
~ ТСН: Channel usage for user Information
(Traffic channel)
L-CCH:-----
(Control
channel)
CAC — BCCH : Channel usage for system
Common \ access ) / Broadcast^ I control I Information broadcasting
channel ' \ channel / — CCCH— / Common \ I control I у channel J — PCH :Channel usage for paging _ SCCH :Channel usage for signalling except paging
use — UPCH: / User \ ( packet ] k channel J _ ACCH _ Channel usage for user packet data rSACCH _ (Slow ACCH) Channel usage for
User \ /Associated^ signalling and user
specific j channel J | control iLFACCH packet data
I channel DCCH / Degital > 1 control \ channel / (Fast ACCH)
Рис. 13.2
Физический канал в JDC формируется в одном из трех временных окон TDMA кадра. Струк-
тура физического канала в JDC показана на рис. 13.3 [13.4, 13.5]. Каналы передачи речевых сооб-
щений и каналы управления объединяются в формате суперкадра (superframe), его структура пока-
зана на рис. 13.4.
Mapping of Functional Channels on a Physical Channel
Рис. 13.3
164
(1) Up ward
R 4 Р 2 ТСН (FACCH) 112 SW 20 CC 8 SF 1 SACCH (RCH) 15 TCH (FACCH) 112
(2) Down ward
R 4 P 2 TCH (FACCH) 112 SW 20 CC 8 SF 1 SACCH (RCH) 21 TCH (FACCH) 112
G :Guard time
R :Ramp time
P :Preamble
SW :Syncronization Word
CC :Color Code
SACCH :SACCH bits
FACCH :FACCH bits
RCH :House keeping bits
SF :Steal flag
(a) Physical Channel for TCH/ACCH)
(1) Up ward
First unit
R P CAC SW CC CAC ! g ;
4 48 66 20 8 116 18 ;
Second unit
R p CAC SW CC CAC G J
4 2 112 20 8 116 : 18 ;
(2) Down ward
R p CAC SW CC CAC E
4 2 112 20 8 112 22
G :Guard time CAC :CAC bits
R :Ramp time E Collision control bits
P :Preamble
SW :Syncronization Word
CC :Color Code
(a) Physical Channel for TCH/ACCH)
Рис. 13.4
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
165
В целом цифровая ССПС Японии во многом не уступает ССПС стандарта GSM и по некото-
рым параметрам превосходит американскую цифровую ССПС D-AMPS (IS-54).
Литература к Главе 13
13.1 K.Tachikawa. Development of Digital Cellular Systems in Japan. The 1991 Pan European Digital
Cellular Radio Conference. February 1991. Proc.
13.2 Digital Cellular Telecommunication System RCR Standard. Reseach and Development Centre
for Radio Systems, STD-27, 1991. 4.30.
13.3 M. Kuramoto, K. Kinoshita, M. Eguchi, N. Nakajima. An Outline of Digital Cellular Communication
System. NTT Review. Vol. 4. No. 1. January 1992. p.p. 22-27.
13.4 S. Onoc. Radio Link. Control Techniques for Digital Cellular Systems. NTT Review. Vol. 4. No. 1.
January 1992. p.p. 47-54.
13.5 D.M. Balston, R.C.V. Macario. Cellular Radio System. Artech House. Boston-London. 1993.
p. 373.
166
Глава 14. ЦИФРОВЫЕ СОТОВЫЕ СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ
РАДИОСВЯЗИ С КОДОВЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ
14.1 Принципы кодового разделения каналов
28 сентября 1995 года компания Hutchison Telephone (Гонконг) открыла коммерческую экс-
плуатацию первой в мире цифровой ССПС с кодовым разделением каналов (CDMA). Сеть построе-
на на оборудовании фирмы Motorola: базовых станциях SC9600 и коммутационной станции типа
ЕМХ2500
Принципы кодового разделения каналов связи (CDMA -Code Division Multiple Access) подроб-
но исследованы и рассмотрены во многих работах [14.1-14.10]. Они основаны на использовании
широкополосных сигналов (ШПС), полоса которых значительно превышает полосу частот, необхо-
димую для обычной передачи сообщений, например, в узкополосных системах с частотным разде-
лением каналов (FDMA) Основной характеристикой ШПС является база сигнала, определяемая как
произведение ширины его спектра F на его длительность Т [14.1]:
В = F * Т
В цифровых системах связи, передающих информацию в виде двоичных символов, длитель-
ность ШПС Т и скорость передачи сообщений С связаны соотношением Т = 1/С. Поэтому база
сигнала В = F/С характеризует расширение спектра ШПС (5ШГ1С) относительно спектра сообщения
Расширение спектра частот передаваемых цифровых сообщений может осуществляться двумя ме-
тодами или их комбинацией:
1. прямым расширением спектра частот;
2. скачкообразным изменением частоты несущей.
При первом способе узкополосный сигнал (рис. 14.1) умножается на псевдослучайную по-
следовательность (ПСП) с периодом повторения Т, включающую N бит последовательности дли-
тельностью т0 каждый. В этом случае база ШПС численно равна количеству элементов ПСП
В = Т/т0 = N [14.1].
Скачкообразное изменение частоты несущей (рис. 14.2), как правило, осуществляется за
счет быстрой перестройки выходной частоты синтезатора в соответствии с законом формирования
псевдослучайной последовательности.
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
167
псп
Рис. 14.2
Прием ШПС осуществляется оптимальным приемником, который для сигнала с полностью
известными параметрами вычисляет корреляционный интеграл
т
z = J x(t)u( t)dt
О
где x(t) - входной сигнал, представляющий собой сумму полезного сигнала u(t) и помехи n(t) (в
данном случае белый шум). Затем величина Z сравнивается с порогом Zo. Значение корреляцион-
ного интеграла находится с помощью коррелятора (рис. 14.3) или согласованного фильтра [14.1-
14.5]. Коррелятор осуществляет “сжатие” спектра широкополосного входного сигнала путем умно-
жения его на эталонную копию u(t) с последующей фильтрацией в полосе 1/Т, что и приводит к
улучшению отношения сигнал/шум на выходе коррелятора в В раз по отношению ко входу При
возникновении задержки между принимаемым и опорным сигналами амплитуда выходного сигнала
коррелятора уменьшается и приближается к нулю, когда задержка становится равной длительно-
сти элемента ПСП т0. Это изменение амплитуды выходного сигнала коррелятора определяется ви-
дом АКФ - автокореляционной функции (при совпадающих входной и опорной ПСП) и ВКФ- взаим-
нокорреляционной функции (при отличающихся входной и опорной ПСП). На рис. 14.4 а), б), в),
показаны, соответственно, структура М-последовательности с N-15, вид ее периодической АКФ и
апериодической АКФ, то есть периодически не продолжающейся во времени [ 14.1, 14.2, 14 10 ].
Рис. 14.3
168
uU).
^-последовательность с ^=15 (а), периодическая АКФ (б), аперио-
дическая АКФ (в)
Рис. 14.4
Выбирая определенный ансамбль сигналов с “хорошими” взаимными и автокорреляционны-
ми свойствами можно обеспечить в процессе корреляционной обработки (свертки ШПС) разделе-
ние сигналов На этом основан принцип кодового разделения каналов связи.
В существующих и разрабатываемых системах сотовой связи преимущественно используют-
ся ШПС, формирование которых осуществляется по методу прямого расширения спектра (DS-
CDMA-Direct Sequence CDMA). В этом случае адресность абонентов определяется формой псевдо-
случайной последовательности, используемой для расширения полосы спектра частот. Радиосиг-
нал, сформированный в этом случае (рис. 14.1), называется фазоманипулированным широкопо-
лосным сигналом (ФМн ШПС) [14.1-14.5]. Спектр частот ФМн ШПС на выходе формирующего уст-
ройства и на выходе усилителя мощности передатчика после фильтрации показаны на рис.
14.5 а, б
Доминирующее значение в выборе вида ПСП для формирования ШПС в системах подвижной
радиосвязи играют прежде всего взаимные и автокорреляционные характеристики ансамбля сиг-
налов, его объем, простота реализации устройств формирования и “сжатия" (свертки) сигналов в
приемнике. В этой связи для формирования ФМн ШПС преимущественно используются линейные
М-последовательности и их сегменты. Для расширения объема ансамбля сигналов часто использу-
ют составные ПСП, сформированные, например, на основе М-последовательностей и последова-
тельностей Уолша [14.6,14.7].
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
169
a)
b)
Рис. 14.5
170
Создание систем сотовой подвижной радиосвязи с кодовым разделением абонентов сдер-
живалось отсутствием технических и технологических возможностей по реализации малогабарит-
ных, малопотребляющих и многофункциональных устройств “сжатия" ШПС. В настоящее время эти
проблемы успешно решены американскими фирмами Qualcomm, InterDigital, Motorola. На основе
предложений фирмы Qualcomm в США принят стандарт IS-95 на систему сотовой подвижной ра-
диосвязи с кодовым разделением каналов. В рамках европейской программы RACE [14.11-14.14]
разрабатывается проект CODIT (Code Division Testbed), основной целью которого является изуче-
ние потенциальных возможностей системы многостанционного доступа с кодовым разделением
каналов как метода доступа для третьего поколения систем сотовой подвижной связи
UMTS/FPLMTS.
14.2 Сотовая система подвижной радиосвязи с кодовым
разделением каналов стандарта IS-95
Сотовая система подвижной радиосвязи общего пользования с кодовым разделением кана-
лов (CDMA) впервые была разработана фирмой Qualcomm (США). Основная цель разработки со-
стояла в том, чтобы увеличить емкость системы сотовой связи по сравнению с аналоговой не ме-
нее, чем на порядок и, соответственно, увеличить эффективность использования выделенного
спектра частот.
Технические требования к системе CDMA сформированы в ряде стандартов Ассоциации про-
мышленности связи (TIA) [14.15-14.17]:
IS-95 - CDMA-радиоинтерфейс
IS-96 - CDMA-речевые службы
IS-97 - CDMA-подвижная станция
IS-98 - CDMA-базовая станция
IS-99 - CDMA-службы передачи данных.
Система CDMA фирмы Qualcomm рассчитана на работу в диапазоне частот 800 МГц, выде-
ленном для сотовых систем стандартов AMPS, N-AMPS и D-AMPS. (Стандарты TIA IS-19, IS-20; IS-
54; IS-55, IS-56, IS-88, IS-89, IS-90, IS-553).
Безопасность или конфиденциальность является свойством технологии CDMA, поэтому во
многих случаях операторам сотовых сетей не потребуется специального оборудования шифрова-
ния сообщений.
Система CDMA Qualcomm построена по методу прямого расширения спектра частот на осно-
ве использования 64 видов последовательностей, сформированных по закону функций Уолша. Для
передачи речевых сообщений выбрано речепреобразующее устройство с алгоритмом CELP со ско-
ростью преобразования 8000 бит/с (9600 бит/с в канале). Возможны режимы работы на скоростях
4800, 2400 и 1200 бит/с.
В каналах системы CDMA применяется сверточное кодирование со скоростью 1/2 (в каналах
от базовой станции) и 1/3 (в каналах от подвижной станции), декодер Витерби с мягким решени-
ем, перемежение передаваемых сообщений. Общая полоса канала связи составляет 1,25 МГц. Ос-
новные характеристики стандарта CDMA Qualcomm и технические параметры оборудования сетей
приведены в таблице 14.1. [14.13 - 14.15, 14.20]
Таблица 14.1
Диапазон частот передачи MS 824,040 - 848,860 МГц
Диапазон частот передачи BTS 869,040 - 893,970 МГц
Относительная нестабильность несущей частоты BTS ±5*10'8
Относительная нестабильность несущей частоты MS ±2,5*106
Вид модуляции несущей частоты QPSK (BTS), O-QPSK (MS)
Ширина спектра излучаемого сигнала: по уровню минус 3 дБ по уровню минус 40 дБ 1,25 МГц 1,50 МГц
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
171
Продолжение таблицы 14.1
Тактовая частота ПСП 1,2288 МГц
Количество элементов в ПСП: для BTS для MS 32768 бит 242 - 1 бит
Количество каналов BTS на 1 несущей частоте 1 пилот-канал 1 канал сигнализации 7 каналов перс, вызова 55 каналов связи
Количество каналов MS 1 канал доступа 1 канал связи
Скорость передачи данных: в канале синхронизации в канале перс, вызова и доступа в каналах связи 1200 бит/с 9600,4800 бит/с 9600, 4800, 2400, 1200 бит/с
Кодирование в каналах передачи BTS (канал синх., перс, вызова, связи) сверточный код г = 1/2, длина кодового огр. К=9
Кодирование в каналах передачи MS сверточный код г = 1/3, К=9 64-ичное кодиро- вание ортогональными сигналами Уолша
Требуемое для приема отношение энергии бита информации к спектральной плотности шума (E0/Nn) 6-7 дБ
Максимальная эффективная излучаемая мощность BTS до 50 Вт
Максимальная эффективная излучаемая мощность MS: 1 класс 2 класс 3 класс 6,3 Вт 2,5 Вт 1,0 Вт
Точность управления мощностью передатчика MS ±0,5 дБ
В стандарте используется раздельная обработка отраженных сигналов, приходящих с разны-
ми задержками, и последующее их весовое сложение, что значительно снижает отрицательное
влияние эффекта многолучевости. При раздельной обработке лучей в каждом канале приема на
базовой станции используется 4 параллельно работающих коррелятора, а на подвижной станции -
3 коррелятора. Наличие параллельно работающих корреляторов позволяет осуществить мягкий ре-
жим "эстафетной передачи" (Soft Handoff) при переходе из соты в соту.
Мягкий режим “эстафетной передачи" происходит за счет управления подвижной станцией
двумя или более базовыми станциями. Транскодер, входящий в состав основного оборудования,
проводит оценку качества приема сигналов от двух базовых станций последовательно кадр за ка-
дром, как показано на рис. 14.6. Процесс выбора лучшего кадра приводит к тому, что результи-
рующий сигнал может быть сформирован в процессе непрерывной коммутации и последующего
“склеивания” кадров, принимаемых разными базовыми станциями, участвующими в “эстафетной
передаче”. Мягкое переключение обеспечивает высокое качество приема речевых сообщений и
устраняет перерывы в сеансах связи, что имеет место в сотовых сетях связи других стандартов.
На рис. 14.7 приведена обобщенная структурная схема сети сотовой подвижной радиосвязи
CDMA, основные элементы которой (BTS, BSC, MSC, ОМС) аналогичны используемым в сотовых
сетях с частотным (NMT-450/900, AMPS, TACS) и временным разделением каналов (GSM, DCS-
1800, PCS-1900, D-AMPS, JDC). Основное отличие заключается в том, что в состав сети CDMA
включены устройства оценки качества и выбора кадров (SU). Кроме того, для реализации процеду-
ры мягкого переключения между базовыми станциями, управляемыми разными контроллерами
(BSC), вводятся линии передачи между SU и BSC (Inter BSC Soft handoff).
Протоколы установления связи в CDMA, также как в стандартах AMPS и N-AMPS, основаны
на использовании логических каналов.
В CDMA каналы для передачи с базовой станции называются прямыми (Forward), для приема
базовой станцией - обратными (Reverse). Структура каналов в CDMA в стандарте IS-95 показана на
рис. 14.8.
172
Прямые каналы в CDMA:
• Ведущий канал - используется подвижной станцией для начальной синхронизации с сетью
и контроля за сигналами базовой станции по времени, частоте и фазе.
• Канал синхронизации - обеспечивает идентификацию базовой станции, уровень излучения
пилотного сигнала, а также фазу псевдослучайной последовательности базовой станции
После завершения указанных этапов синхронизации начинаются процессы установления
соединения.
Рис. 14.6
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
173
PSTN
ISDN
PDN
BTS (Base Tranceiver Station) - базовая приемопередающая станция
BSC (Base Station Controller) - контроллер базовых станций
ОМС (Operation and Maintenance Centre) - центр управления и обслуживания
SU (Selector Unit) - устройство выбора кадра
DB (Data Base)- база данных об абонентах и оборудовании
MSC (Mobile Switching Centre) -.центр коммутации подвижной связи
Рис. 14.7
174
Рис. 14.8
• Канал вызова - используется для вызова подвижной станции. После приема сигнала вызова
подвижная станция передает сигнал подтверждения на базовую станцию, после чего по ка-
налу вызова на подвижную станцию передается информация об установлении соединения
и назначении канала связи. Канал персонального вызова начинает работать после того, как
подвижная станция получит всю системную информацию (частота несущей, тактовая часто-
та, задержка сигнала по каналу синхронизации).
• Канал прямого доступа - предназначен для передачи речевых сообщении и данных, а также
управляющей информации с базовой станции на подвижную.
Обратные каналы в CDMA:
• Канал доступа - обеспечивает связь подвижной станции с базовой станцией, когда подвиж-
ная станция еще не использует канал трафика. Канал доступа используется для установле-
ния вызовов и ответов на сообщения, передаваемые по каналу вызова (Paging Channel), ко-
манды и запросы на регистрацию в сети. Каналы доступа совмещаются (объединяются) с
каналами вызова.
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
175
• Канал обратного трафика - обеспечивает передачу речевых сообщений и управляющей ин-
формации с подвижной станции на базовую станцию.
На рис. 14.9 показана процедура установления обычного соединения {входящий вызов к под-
вижной станции).
Подвижная станция Базовая станция
* Принимает Поисковое сообщение. < ‘Передает Поисковое сообщение или Канал Разделенное поисковое соорщение_(М1М). вызова
* Передает Ответ на поисковое сообщение (MIN, ESN). > ‘ Принимает Ответ на поисковое Канал сообщение. ппгтупа * Настраивается на назначенный w у информационный канал, используя общий длинный код. ‘ Начинает передавать незначащие данные по каналу прямого трафика.
* Принимает Сообщение о назначении канала. * Настраивается на назначенный канал связи, используя общий длинный код. ‘Принимает N последовательных кадров от базовой станции. ’ Начинает передавать преамбулу канала связи каналу обратного трафика. * Принимает команду о подтверждении базовой станции. * Начинает обрабатывать принятые пакеты с запросами на обслуживание и передавать данные по каналу обратного трафика. * Принимает Сигнал готовности с информационным сообщением. < ‘ Передает Сообщение о назначении Канал канала (ESN, канал CDMA, код канала). вызова * Принимает преамбулу канала связи от подвижной станции. < ‘Передает команду о подтверждении Канал базовой станции. прямого трафика < ‘ Передает Сигнал готовности с Канал информационным сообщением поя ого (сигнал посылки вызова CNI - номер трафика вызывающего абонента)
* Передает подтверждение * Подает вызывной сигнал к подвижной станции. * Выводит информацию CNI на табло подвижной станции. (абонент отвечает на вызов) * Снимает подачу сигнала посылки вызова к подвижной станции. * Передает Команду о соединении * Начинает передавать информацион- ные пакеты с подтверждением об обслуживании. * Принимает подтверждение > * Принимает подтверждение Канал обратного трафика > ‘Принимает Команду о соединении Канал обратного трафика <— * Передает подтверждение Канал прямого трафика
(разговор абонентов) (разговор абонентов) Рис. 14.9
На рис. 14.10. показана процедура прохождения обычного вызова (исходящий вызов от под-
вижной станции).
Базовая станция одновременно может передавать 64 канала, из которых 2 канала использу-
ются для синхронизации, 7 - для персонального вызова (Paging), остальные 55 - для передачи ре-
чевых сообщений (Traffic).
176
Подвижная станция
Базовая станция
* Обнаруживает вызов, посылаемый
пользователем подвижной станции.
* Передает начальное сообщение
(ESN, MIN, набранные знаки номера)
------►
Канал
доступа
’ Принимает начальное сообщение.
* Настраивается на назначенный канал
трафика, используя общий длинный код по
обратному каналу трафика.
* Начинает передавать незначащие данные
канала трафика по прямому каналу.
* Принимает Сообщение о назначении
канала
'ТТастраивается на канал трафика,испо-
льзуя общий длинный код.
* Принимает N последовательных дейст-
вительных кадров от базовой станции.
' Начинает передавать преамбулу кана-
ла трафика.
* Принимает Команду о подтверждении
базовой станции.
ачинает передавать пакеты трафика к
опции услуг 1 и от опции услуг 1.
Возможная процедура (по выбору)
* Передает продолжение начального
сообщения.
◄-------
Канал
вызова
* Передает Сообщение о назначении канала
(ESN, канал CDMA, кодовый каналу.
* Удостоверяет MIN и ESN подвижной стан-
ции.
* Принимает преамбулу канала трафика от
подвижной станции.
* Принимает подтверждение.
Возможная процедура (по выбору)
* Принимает команду Запрос перехода
на частный длинный код.
* Передает подтверждение вместе с
сообщением Принята команда о
переходе на частный длинный код.
‘Начинает передавать и принимать
информацию, используя частный
длинный код.
Возможная процедура (по выбору)
* Принимает Сигнал готовности вместе с
информационным сообщением.
Прямой
канал
трафика
-------►
Обратный
канал
трафика
◄-------
Прямой
канал
трафика
◄-------
Прямой
канал
трафика
-------►
Обратный
канал
трафика
* Передает Команду о подтверждении
базовой станции.
* Принимает Продолжение начального
сообщения.
Передает подтверждение.
‘Передает команду Запрос перехода на
частный длинный код.
* Принимает сообщение Принята команда о
переходе на частный длинный код
’ТТачинает передавать и принимать
информацию используя частный длинный
код.
* Передает подтверждение.
* Подает сигнал контроля посылки
вызова по разговорному тракту.
Возможная процедура (по выбору)
* Принимает Сигнал готовности вместе с
информационным сообщением.
◄------- * Передает Сигнал готовности
Прямой с информационным сообщением (сигнал
канал контроля посылки вызова)
трафика
-------► * Принимает подтверждение.
Обратный
канал
трафика
(вызываемый абонент отвечает на вызов)
------- * Передает Сигнал готовности вместе с
Прямой информационным сообщениемТмолчание).
канал
трафика
* Передает подтверждение
* Отключает сигнал посылки вызова в
тракте трафика.
(разговор абонентов)
--------► * Принимает подтверждение
Обратный
канал
трафика
(разговор абонентов)
РИС. 14 10
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
177
Структура каналов передачи базовой станции показана на рис. 14.11. На рис. 14 12. показа-
на схема формирования сигнала передатчиком базовой станции. Структурная схема приемника
подвижной станции показана на рис. 14 13.
Для передачи всех 64 каналов применяется одна и та же псевдослучайная последователь-
ность. В каждом канале при передаче используется одна из 64 последовательностей Уолша. При
изменении знака бита информационного сообщения фаза используемой последовательности Уол-
ша изменяется на 180 градусов. Так как эти последовательности взаимно ортогональны, то взаим-
ные помехи между каналами передачи одной базовой станции отсутствуют. Помехи по каналам пе-
редачи базовой станции создают лишь соседние базовые станции, которые работают в той же по-
лосе радиочастот и используют ту же самую ПСП, но с другим циклическим сдвигом.
В подвижных станциях ортогональные сигналы также используются при передаче, но не для
уплотнения каналов, а для повышения их помехоустойчивости. В этом случае каждой группе из 6
бит информационного сообщения соответствует при передаче одна из 64 ортогональных последо-
вательностей Уолша. При передаче каждая подвижная станция использует ПСП с разными цикли-
ческими сдвигами, что дает возможность базовой станции при приеме разделить сигналы от под-
вижных станций. Структура каналов передачи подвижной станции показана на рис. 14.14. Струк-
турная схема формирования сигнала подвижной станцией приведена на рис. 14.15. На рис. 14.16
показана структурная схема приемника базовой станции.
Помехи, создаваемые другими абонентскими станциями и другими базовыми станциями,
представляют собой фактор, в конечном итоге определяющий верхний порог пропускной способ-
ности сети стандарта CDMA. При разработке сети с кодовым разделением каналов необходимо*
свести к минимуму общий уровень помех.
Пусть в соте находятся К активных абонентов, все подвижные станции работают в общей по-
лосе частот F, скорость передачи сообщений постоянна и равна С, чувствительность приемника
базовой станции - Ро, уровень фонового шума - Рш. Тогда отношение сигнал/шум на входе прием-
ника базовой станции (Рвх) определится выражением:
178
ПСП-Q
sin cot
- W(t) - последовательность Уолша (одна из 64).
- ПСП-I/Q - квадратурные компоненты ПСП 215
- Т/т0= 128
Рис. 14.12
Ро Ро
Рвх (К - 1) * Ро + Рш ’
где (К - D* Ро - уровень сигналов от других активных станций.
Отношение энергии бита (Ео) информационного сигнала к спектральной плотности шума (No)
может быть определено выражением:
Ер _ Рр/С _ F/C
No [(К -1) * Ро + Рш] / F (К-1) + Рш/Ро’
Р
Учитывая, что отношение F/С численно равно базе сигнала В, -^-«1, количество активных
Рр
абонентов в соте системы CDMA определяется выражением:
К-1 =-----5--,
Ер / No
при условии, что уровни сигналов от всех абонентских станций на входе базовой станции будут
приблизительно равны и близки к минимальным (Ро).
Рассмотренные условия работы системы CDMA определяют высокие требования к регули-
ровке уровней мощности сигналов подвижных станций, принимаемых базовой станцией.
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
179
ПСП-1 ПСП-Q
Рис. 14.13
Рис. 14.14
180
ПСП-Q-O sin cot
- Модулятор W(t) преобразует 6 бит в одну из 2 =64
последовательностей Уолша
- ПСП-1/Q-O - универсальная последовательность для
всех подвижных станций
- Т/т = 128
о
Рис. 14.15
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
181
Радиосигнал
Рис. 14.16
182
В стандарте IS-95 регулировка уровня мощности сигнала, излучаемого подвижной станцией,
осуществляется в динамическом диапазоне 84 дБ с шагом 1 дБ. Это обеспечивает возможность
приема сигналов подвижных станций базовой станцией с практически одинаковым уровнем мощ-
ности независимо от удаления до базовой станции. Чем ближе уровень мощности сигналов от
подвижных станций на входе базовой станции к минимальному, соответствующему требуемому ка-
честву связи, тем меньше уровень взаимных помех в системе и, следовательно, тем выше ее ем-
кость.
Высокие требования к регулировке уровня мощности подвижной станции можно отнести к
недостатку системы Qualcomm. Вторым недостатком CDMA Qualcomm является необходимость ис-
пользования одинаковых по размерам сот на всей сети, в противном случае возникают взаимные
помехи от сигналов подвижных станций, которые находятся в соседних сотах разного размера. В
этом случае также возникает проблема "эстафетной передачи".
Стандарт CDMA обеспечивает большую емкость сети по сравнению с традиционными анало-
говыми сотовыми сетями. Увеличение емкости может быть достигнуто двумя способами:
1. Увеличением количества каналов на МГц выделенной полосы частот.
2. Увеличением повторного использования каналов связи на данной территории.
Примером второго подхода является переход от частотного разделения каналов к временно-
му, что реализовано в стандарте GSM. Допустимое отношение сигнал/помеха в каналах GSM со-
ставляет 9 дБ вместо 17-18 дБ для аналоговых систем, что позволяет обеспечить повторное ис-
пользование частот при меньшем территориальном разносе базовых станции с повторяющимися
частотами. Это позволяет увеличить емкость сетей GSM примерно в два раза по сравнению с ана-
логовым стандартом AMPS (800 МГц). При использовании полускоростного речевого кодека ем-
кость сетей GSM увеличится в 4-5 раз по сравнению с AMPS.
Стандарт CDMA позволяет использовать одну и ту же частоту по всей сети, во всех сотах.
Коэффициент повторного использования частот для CDMA равен к=1. В зависимости от того, с ка-
ким кластером проводится сравнение (к=7 или к=4), увеличение емкости в этом случае по отно-
шению к AMPS составит 7-10 раз [14.15, 14.16].
Другим фактором, способствующим снижению взаимных помех в системе CDMA и, следова-
тельно, увеличению ее емкости является применение, аналогично GSM, системы прерывистой пе-
редачи речи на основе использования детектора активности речи и вокодера с алгоритмом CELP и
переменной скоростью преобразования аналогового речевого сигнала в цифровой [14.15].
На интервале сеанса связи активная часть разговора составляет около 35%, 65% приходится
на прослушивание сообщений с противоположной стороны и паузы [14.15]. Излучение сигнала
подвижной станцией только на интервалах активности речи приводит к дополнительному снижению
системных помех и общему увеличению емкости системы CDMA.
Передача сообщений в стандарте IS-95 осуществляется кадрами (рис. 14.11, 14.14). Исполь-
зуемые принципы приема позволяют анализировать ошибки в каждом информационном кадре. Ес-
ли количество ошибок превышает допустимый уровень, приводящий к недопустимому ухудшению
качества речи, этот кадр стирается (frame erasure).
С частотой ошибок или “ частотой стирания битов " однозначно связано отношение энергии
информационного символа к спектральной плотности шума Eo/No. На рис. 14.17 приведены зави-
симости вероятности ошибки в кадре (Prob. Frame Error) от величины отношения Eo/No (белый
шум) для прямого и обратного каналов с учетом модуляции, кодирования и перемежения.
При увеличении количества активных абонентов в соте из-за взаимных помех отношение
Eo/No снижается, а частота ошибок увеличивается. В этой связи разные фирмы принимают свои
допустимые значения частоты ошибок. Например, фирма Motorola считает допустимой для CDMA
частоту ошибок в 1%, что соответствует с учетом замираний отношению Eo/No = 7-8 дБ. При
этом пропускная способность систем CDMA в среднем в 15 раз превышает пропускную способ-
ность аналоговых систем AMPS.
Фирма Qualcomm за допустимую величину частоты ошибок принимает значение 3%. Это яв-
ляется одной из причин, по которым Qualcomm заявляет, что емкость CDMA в 20 - 30 раз превы-
шает емкость аналоговых AMPS
По данным [14.15] отношение Eo/No = 7 - 8 дБ и допустимая частота ошибок в 1% позволяет
организовать 60 активных каналов на трехсекторную соту. Зависимость количества активных кана-
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
183
лов связи (ТСН) для обратного канала от величины отношения Eo/No для 3-х секторной соты пока-
зана на рис. 14.18 [14.17].
Prob. Frame Error
0.1
0.01
0 001
0.0001
(E^NJdB
Рис. 14.17
Effective ТСН
200
160
120
80
40
Рис. 14.18
184
В Таблице 14.2 приведены основные характеристики CDMA и их краткое описание, опреде-
ляющие достоинства и перспективность систем сотовой связи с кодовым разделением каналов.
Таблица 14.2
Характеристики и их описание
Высокая пропускная способность.
Полевые испытания, проводившиеся в различных условиях, подтвердили, что при высокой нагрузке пропу-
скная способность систем CDMA в среднем в 15 раз превышает пропускную способность аналоговых сис-
тем. Если выражать это в Эрлангах при любом качестве обслуживания, то преимущества систем CDMA еще
более очевидны. Наконец, при использовании существующих вокодеров, которые работают на половинной
скорости передачи, пропускная способность увеличивается еще в 1,7 раза. Дополнительная секторизация
(свыше 3) также увеличивает пропускную способность.
Высококачественная связь.
Вокодер, работающий на переменной скорости передачи, обеспечивает преобразование речевых сигналов
в цифровую форму и высококачественное воспроизведение речи. Фоновые сигналы заглушаются даже при
большой нагрузке. Система независимо отслеживает поступающие отдельные сигналы при многолучевом
распространении, что значительно снижает подверженность замираниям. Метод мягкой передачи абонента
(переключения абонента с одного радиоканала на другой), применяемый в системах CDMA, обеспечивает
почти прозрачную передачу вызовов между сотами. Такой надежный метод передачи практически исключа-
ет потерю вызовов и снижает нагрузку на коммутационное оборудование.
Возможность дальнейшей эволюции системы.
В существующей системе предусмотрены поисковые службы и цифровая передача данных. Существующая
структура управления обеспечивает протоколы факсимильной связи. Могут быть предусмотрены и более
высокие скорости передачи (в настоящее время используется скорость 9,6 кбит/с). Портативные абонент-
ские станции, основанные только на методе CDMA и совместимые с сотовыми системами и УАТС, могут от-
вечать перспективным требованиям.
Возможность введения новых функций.
При желании с одного и того же аппарата можно получить выход к беспроводной УАТС, домашнему бес-
проводному телефону, общественным беспроводным цифровым телефонным аппаратам, к сети персональ-
ной связи и к сотовым сетям. Обеспечиваются интерфейсы с УАТС, сетью ISDN и коммутируемой телефон-
ной сетью общего пользования. Цифровые сигналы управления позволяют организовать целый ряд служб
передачи данных, которые можно добавлять по мере того, как компания-оператор будет вводить новые ус-
луги. Вокодер с переменной скоростью передачи и предусмотренная возможность передачи данных позво-
ляют вводить различные уровни обслуживания Предусмотренные в системе измерения уровня сигнала и
его задержки позволяют определять положение подвижной станции.
Секретность связи.
Цифровая форма сигналов, передача в широкой полосе частот, защита информации для каждого адресата
- все это обеспечивает значительно более высокую, чем в других системах, секретность связи.
Простота перехода (и совместимость с аналоговыми системами).
CDMA позволяет почти утроить существующую в аналоговых сетях пропускную способность и обеспечивает
более высокое качество обслуживания. Пропускная способность и радиопокрытие позволяют вводить CDMA
при значительно меньшем числе сот, чем на существующих сетях. Зона радиоохвата антенны и секториза-
ция не зависят от соты и не так тесно связаны, как в узкополосных системах. Последующее расширение
может быть поэтапным и может быть местным (чтобы быстро обеспечить радиопокрытие в каком-то одном
месте) или глобальным. Абонентские станции CDMA рассчитаны на работу в двух режимах, поэтому они
могут выходить либо к каналам CDMA, либо к аналоговым каналам AMPS.
Цена и наличие оборудования.
Существующие оценки стоимости системы CDMA в отношении сетевого и абонентского оборудования по-
казывают, что по стоимости эта система эквивалентна существующим аналоговым системам. Более высо-
кая пропускная способность позволяет организовать связь при значительно меньшем числе сот, чем в ана-
логовых системах и системах с TDMA, что снижает капитальные и эксплуатационные затраты. Проверенная
технология заказных интегральных схем позволила свести технологию сложных схем CDMA к очень про-
стым решениям.
14.3 Аспекты безопасности в стандарте iS-95
Стандарт IS-95 обеспечивает высокую степень безопасности передаваемых сообщений и
данных об абонентах. Прежде всего он имеет более сложный, чем GSM, радиоинтерфейс, обеспе-
чивающий передачу сообщений кадрами с использованием канального кодирования и перемеже-
СТАНДАРТЫ и СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
185
ния с последующим “расширением" передаваемых сигналов с помощью составных ШПС, сформи-
рованных на основе 64 видов последовательностей Уолша и псевдослучайными последовательно-
стями с количеством элементов 215 и (242-1).
Безопасность связи обеспечивается также применением процедур аутентификации и шифро-
вания сообщений.
Процедура аутентификации в стандарте IS-95 соответствует процедуре аутентификации
стандарта D-AMPS, EIA/TIA/IS-54B [14.13].
В подвижной станции хранится один ключ А и один набор общих секретных данных, которые
используются при работе как в режиме с частотным разделением каналов, так и в режиме CDMA.
Подвижная станция может передавать “цифровую подпись” для аутентификации, состоящую из
18 бит. Эта информация передается в начале сообщения (в ответе подвижной станции на запрос
сети при поиске станции), добавляется к регистрационному сообщению или пакету данных, пере-
даваемых по каналу доступа. Предусматривается возможность обновления общих секретных дан-
ных в подвижной станции.
Шифрование сообщений, передаваемых по каналу связи (ТСН), осуществляется также с ис-
пользованием процедур стандарта IS-54B [14.13].
В стандарте IS-95 используется также режим “частный характер связи”, обеспечиваемый с
помощью секретной маски в виде длинного кода. Этот процесс также аналогичен процессу форми-
рования маски в виде длинного кода, который описан в стандарте IS-54B [14.13].
14.4 Подвижная станция стандарта IS-95
Фирмы Qualcomm и Motorola разработали двухрежимные CDMA подвижные станции, которые
поддерживают связь с существующими сетями аналоговых стандартов с частотной модуляцией
(AMPS и N-AMPS). Это обстоятельство дает значительные преимущества абонентам CDMA, так как
позволяет использовать свой радиотелефон там, где существующие аналоговые сотовые сети
обеспечивают радиопокрытие.
Структурная схема подвижной станции для CDMA фирмы Qualcomm приведена на рис. 14.19.
Основное отличие между абонентскими станциями CDMA и существующими станциями аналоговых
стандартов заключается в добавлении в состав подвижных станций CDMA функций цифровой об-
работки сигналов, которые реализованы в настоящее время на трех заказных СБИС. Эти три инте-
гральные схемы конструктивно объединяются в одном устройстве [14.17].
На рис. 14.20, 14.21 показан внешний вид ручной и автомобильной станции, работающих в
стандартах CDMA и AMPS.
14.5 Базовая станция стандарта IS-95
В системах связи CDMA используются соты с круговой диаграммой направленности антенн
или секторные соты (обычно 120-градусные).
На рис. 14.22 показана типовая структурная схема базовой станции (BTS) для соты с круго-
вой диаграммой направленности антенны с цифровым оборудованием, в состав которого входят
канальные блоки. Каждый канальный блок может быть сконфигурирован как информационный ка-
нал или как служебный канал. Для синхронизации работы сети используется приемник GPS (гло-
бальная система местоопределения). Сюда входят генератор, формирующий секундные импульсы,
и опорный тактовый генератор [14.17].
Отсек приемопередатчика преобразует сигналы промежуточной частоты, сформированные в
отсеке цифрового блока, в радиочастотный сигнал на несущей частоте и обеспечивает обратное
преобразование принимаемого сигнала на промежуточную частоту. В направлении передачи сиг-
нал проходит от приемопередатчика через усилитель мощности и фильтр к передающей антенне.
В обратном направлении тракт приема начинается с приемных антенн, фильтра, усилителя с низ-
ким коэффициентом шума. Затем в приемопередатчике сигнал преобразуется на промежуточную
частоту и поступает в отсек цифрового оборудования. Следует отметить, что передающий и при-
емные тракты подключаются непосредственно к своим антеннам, что позволяет исключить дорого-
стоящие сумматоры мощностей и потери мощности при сложении.
186
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ 187
Вокодер
и кодек
Формирователь
опорных сигналов
Выход на
компьютер
Корпус станции:
клавиатура,
дисплей,
громкоговоритель,
микрофон
Рис. 14.19.
9,8304 МГц
опорная
частота
Аналоговые
радио-
частотные
блоки
-синтезатор
частот;
-преобразо-
ватель
частот;
-усилитель
мощности;
-управление
уровнем
излучения;
-FM-модулятор/
демодулятор;
-опорный
генератор.
ЦАП
I/Q
8 бит
I/Q
4 бита
CDMA
демодулятор
Qualcomm
БИС
Перемежитель/
модулятор
Qualcomm
БИС
декодер
Витерби
Qualcomm
БИС
EPROM
SRAM
EEPROM
Выходной
порт
Цифровая плата
CDMA dual-mode
hand-held phone
Рис. 14.20
CDMA dual-mode
mobile phone Рис. 14.21
188
Рис. 14.22
Управление режимами работы цифрового оборудования и приемопередатчика осуществляет-
ся контроллером соты (СС). Контроллер соты обеспечивает требуемые режимы и алгоритмы рабо-
ты оборудования внутри соты, назначает и конфигурирует ресурсы BTS для обслуживания нагрузки
и вызовов, формирует статистическую информацию о работе соты, контролирует распределение
сигналов опорных частот. Он также управляет объединением портов канальных блоков для переда-
чи сообщений в цифровую линию к контроллеру сети (BSC) и центру коммутации подвижной связи
(MSC).
14.6 Оборудование Motorola SC 9600, SC 2400
с “суперсотовой” архитектурой для сетей связи CDMA
Фирмой Motorola разработаны комплексы сетевого оборудования SC 9600 и SC 2400 для
создания систем связи с ‘‘суперсотовой" (SC) архитектурой, которая объединяет новые и сущест-
вующие технологии сотовой связи и открывает широкие возможности по совершенствованию
управления оборудованием и функциями связи. Объединение и централизация управления компо-
нентами различных сетей в совокупности с созданием унифицированного гибкого приемопередаю-
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
189
а
щего оборудования определяет перспективность нового технического решения Motorola SC 9600 и
SC 2400.
Оборудование SC 9600 предназначено для работы в полосах частот 869-894 МГц - передача
от базовой станции, 824-849 МГц - передача от подвижной станции и состоит из радиочастотного
модема (SIF), обеспечивающего формирование сигналов с различными протоколами связи, линей-
ного усилителя мощности (LPA) и подсистемы диагностики.
В состав радиочастотного модема может входить до 80 CDMA канальных плат и 16 CDMA
приемопередатчиков, которые могут обеспечить поддержку 320 CDMA каналов Для TDMA, AMPS,
N-AMPS SC 9600 может содержать до 96 приемопередатчиков речевых сообщений и сигнальной
информации.
В состав BTS может входить до трех линейных усилителей мощности Каждый усилитель об-
служивает все выходы передатчиков, работающих на одну антенну и обеспечивает дистанционную
настройку под конкретные частоты.
Подсистема диагностики обеспечивает контроль и поддержку работоспособности оборудо-
вания BTS совместно с центром управления радиоподсистемой (OMC-R)
Между SC 9600 и центром коммутации подвижной связи поддерживается открытый интер-
фейс, что обеспечивает совместимость этого оборудования с центрами коммутации различных
производи гелей
В целом оборудование SC 9600 обеспечивает возможность обслуживания абонентов в стан-
дартах CDMA, AMPS, N-AMPS и D-AMPS Кроме того, возможно использование этого оборудования
в сетях сотовой цифровой пакетной передачи данных (CDPD) [14.18].
Дальнейшим развитием семейства оборудования SC Motorola является создание комплекса
SC 2400, предназначенного для сетей с малыми и средними сотами. SC 2400 представляет собой
базу для создания и развития систем сотовой радиосвязи с повышенной эффективностью, низкой
стоимостью, возможностью дистанционного управления в двух диапазонах частот 800 МГц и 2 ГГц.
SC 2400 поддерживает CDMA, AMPS, N-AMPS, а также CDPD [14.19].
Оборудование SC 2400 компактно, имеет модульную структуру, обеспечивает экономичное
развитие емкости сети, имеет единый радиочастотный модем для различных радиоинтерфейсов.
Рабрчие полосы радиочастот:
869 - 894 МГц - передача от базовой станции
824 - 849 МГц - передача от подвижной станции
1930 - 1970 МГц - передача от базовой станции
2180 - 2200 МГц
1850 - 1890 МГц - передача от подвижной станции
2130 - 2150 МГц
Общая емкость: 48 физических каналов для аналоговых стандартов и 160 физических кана-
лов для цифровых стандартов.
Рассмотренные принципы построения системы стандарта IS-95, возможность одновременной
работы подвижных станций в существующих сетях сотовой связи определяют перспективность
развития сетей связи CDMA в регионах, где уже действуют сети связи стандартов AMPS, N-AMPS и
D-AMPS. Совместное использование сотовых сетей связи указанных стандартов с частотным и ко-
довым разделением каналов обеспечит значительное увеличение количества обслуживаемых або-
нентов, расширит состав услуг и зону покрытия связью.
14.7 Применение CDMA в системах беспроводной связи типа WiLL
В последние годы значительное внимание уделяется разработкам и внедрению систем бес-
проводной радиосвязи (WiLL) для обслуживания стационарных абонентов в сельских и труднодос-
тупных районах. В этой области известны разработки фирм Motorola, Alcatel, Siemens и т.д. При
определенных условиях, связанных с количеством обслуживаемых абонентов и их удаленностью от
телефонных сетей общего пользования (ТФОП), прокладка кабельных линий связи становится эко-
номически неэффективной по сравнению с внедрением радиоканалов для соединения стационар-
ных абонентов с ТФОП. Обычно применение систем WiLL считается целесообразным для обслужи-
вания абонентов, удаленных от ТФОП на расстояния от нескольких километров до нескольких де-
190
сятков километров. Одной из основных тенденций в разработках систем WiLL является использо-
вание известных стандартов сотовой связи AMPS, N-AMPS, D-AMPS, GSM для топологического по-
строения сетей беспроводной связи и разработки оборудования. При этом многие алгоритмы
функционирования сети и принципы построения оборудования связи упрощаются, так как исключа-
ются все процедуры связанные с перемещением абонентов. В результате значительно снижаются
стоимость абонентского оборудования и затраты на построение и эксплуатацию сети. Как было от-
мечено ранее, системы CDMA имеют ряд преимуществ перед существующими сетями сотовой
связи и позволяют повысить емкость сетей. Однако достоинства систем CDMA обеспечиваются ус-
ложнением процессов функционирования сети и абонентского оборудования, которые становятся
незаметными при использовании передовых методов цифровой обработки сигналов, быстродейст-
вующих вычислительных средств и современных технологий микроэлектроники. Более сложные
процессы функционирования сетей CDMA связаны с необходимостью обеспечения регулировки
уровня мощности передатчика абонентской станции в процессе сеанса связи, а также использова-
нием алгоритмов пространственного разнесения при приеме сигналов подвижной станции не-
сколькими базовыми станциями в процессе мягкого переключения (Soft Handoff) с последующей
“склейкой” лучших кадров.
Реализация указанных функций в подвижной сети CDMA требует значительных затрат ресур-
сов связи, организации специальных каналов управления, создает дополнительные системные по-
мехи, что, в совокупности, снижает количество обслуживаемых абонентов в соте.
В варианте сети беспроводной связи для фиксированных абонентов не требуется непрерыв-
ного управления регулировкой уровня мощности абонентских станций, уровень излучения может
быть зафиксирован один раз при установке абонентской станции. Исключаются процедуры мягкого
переключения и пространственного разнесения. Для снижения системных помех используются на-
правленные антенны для абонентских станций (по направлению на базовую станцию). Все это по-
зволяет обеспечить еще большую емкость сети WiLL CDMA по сравнению с сетью подвижной сото-
вой связи.
В целом технология CDMA при использовании ее в сети WiLL обеспечивает, по оценкам
Motorola [14.15, 14.16], 18-20 кратное увеличение емкости по сравнению с сетью аналогового
стандарта AMPS.
Как было отмечено, CDMA стандарта IS-95 может поддерживать одновременно 60 активных
каналов на трехсекторную соту.
Фиксированное размещение абонентских станций, применение направленных антенн в на-
правлении от абонентской станции на базовую станцию позволяет реализовать 60-градусные соты,
то есть обеспечить одновременную работу 180 активных абонентов. При нагрузке от одного або-
нента до 0,025 Эрланга количество абонентов, обслуживаемых одной 60-градусной сотой составит
около 7000. Данные результаты подтверждают высокую эффективность использования CDMA для
построения систем беспроводной связи с фиксированными абонентами.
14.8 CODIT - перспективная система с кодовым разделением каналов
Европейским Сообществом в рамках исследовательской программы RACE разрабатывается
проект CODIT по созданию одного из вариантов Универсальной системы подвижной связи (UMTS)
на принципах кодового разделения каналов с использованием широкополосных сигналов с прямым
расширением спектра (DS-CDMA) [14.12].
Концепция системы CODIT обеспечивает:
- сотовую топологию сети;
- открытый радиоинтерфейс с изменяемой от 0,5 до 2,0 Мбит/с скоростью передачи сооб-
щений;
- возможность пакетной передачи данных с прямым выходом на сети ISDN;
- эффективное и гибкое использование частотного ресурса;
- возможность работы с несинхронизированными базовыми станциями;
СТАНДАРТЫ и СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
191
- поддержку многих операторов;
- емкость для массового рынка;
- гибкость для дальнейшего развития сети и т.д.
В системе CODIT предусматриваются три значения тактовой частоты для “расширяющей”
псевдослучайной последовательности (ПСП): 1 МГц; 5 МГц и 20 МГц, что соответствует трем поло-
сам частот радиоканалов 1МГц; 5 МГц и 20 МГц (узкополосный, среднеполосный и широкополос-
ный).
Узкополосный канал ориентирован на передачу речи и низкоскоростных данных в условиях
ограниченной пропускной способности сот. Среднескоростной канал обеспечивает более широкий
набор услуг с одновременной передачей как низкоскоростных, так и среднескоростных данных.
Рассматривается возможность достижения заданного качества связи за счет варьирования
скорости передачи и мощности излучения. Широкополосный канал в основном предназначен для
передачи данных с высокой скоростью в сотах с малой емкостью.
Общая схема формирования и передачи сообщений в системе CODIT показана на рис. 14.23.
Широкий диапазон предоставляемых услуг связи по видам и скоростям передачи реализуется за
счет обеспечения в системе фиксированных и свободно изменяющихся параметров. Управление
параметрами передачи осуществляется подсистемой управления ресурсами (услуги, скорости пе-
редачи, необходимая полоса частот). Эти параметры являются исходными для подсистемы, конфи-
гурирующей тракт передачи. Общие процессы формирования сигнала включают:
- канальное кодирование (блочное, сверточное);
- перемежение;
- уплотнение;
- формирование кадра;
- расширение спектра;
- контроль уровня мощности сигнала, излучаемого передатчиком;
- прерывистую передачу речи на основе использования детектора активности речи;
- формирование и преобразование частот.
Управление конфигурацией тракта передачи, осуществляется сигнальными процессорами.
Каждый сигнальный процессор контролирует установку параметров, определяемых подсистемой
управления тракта передачи. Когда приходит вызов, подсистема управления ресурсами связи оп-
ределяет конфигурацию системы в соответствии с запрашиваемыми услугами и существующими
ресурсами Каждый логический канал имеет свою схему кодирования и перемежения Канальное
кодирование и схема расширения спектра адаптивно изменяются в соответствии с поддерживае-
мыми изменяющимися требованиями к скорости передачи и распределения частот.
Управление конфигурацией тракта передачи осуществляется фиксированными шагами через
10 мс. Для параметров передачи на каждом шаге (скорость передачи, схема кодирования, схема
расширения спектра и т.д.) могут вводиться изменения. Каналы трафика (ТСН) и каналы управле-
ния (DCCH) уплотняются в физические каналы передачи данных (PDCH). Эти каналы добавляются в
формируемые пакеты данных, излучаемые каждые 10 мс в CDMA кадре.
Физические пакеты могут быть трех типов:
- нормальный физический пакет;
- компрессированный физический пакет (половина CDMA кадра);
- физический пакет со случайным доступом.
Структура каналов в системе CODIT основана на определенном количестве логических кана-
лов, размещаемых на физических каналах. На рис. 14.24 показана общая структура каналов в сис-
теме CODIT, включая “расширение” по спектру.
Выбор псевдослучайного кода (PN) для “расширения” сигнала по спектру в CODIT зависит от
типа канала. Длинный PN код дает большую гибкость в организации каналов передачи и обеспечи-
вает большой алфавит сигналов в системе. Короткие коды используются в каналах управления, для
быстрой синхронизации и установления вызова в системе.
192
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ 193
Рис. 14.23.
CODIT channel structure
Dedicated Channels Common Control Channels System Control Channels
TCH DCCH BCH PCH AGCH RACH PICH SCH
1_ PD( 1 1 1 DH РССН I
Long Code Long Code Lone j Code Long Code Short Code Short Code Short Code
41 2 41 41 -12-1 2 -1 41 2 -1 127 1023 1023
Physical Channels
TCH: Traffic Channel
DCCH: Dedicated Control Channel
BCH: Broadcast Control Channel
PCH: Paging Channel
AGCH: Access Grant Channel
RACH: Random Access Channel
PICH: Pilot Channel
SCH: Synchronization Channel
PDCH: Physical Data Channel
PCCH: Physical Control Channel
Рис. 14.24
В системе CODIT предполагается использовать различные схемы перемежения. Речевой ка-
нал (ТСН/S) подвергается перемежению на интервале 10 мс, тогда как каналы передачи данных
подвергаются перемежению на интервале до 120 мс.
Система DS CDMA требует эффективного управления мощностью передачи для ближних и
дальних абонентских станций. В системе CODIT управление мощностью осуществляется как по ли-
нии “вверх” так и по линии “вниз”. Управление мощностью “вверх" (подвижной станции) - необхо-
димое условие работы системы, тогда как управление “вниз” используется в целях увеличения ем-
кости сети.
Контроль уровня мощности “вверх" подразделяется на медленный и быстрый. Медленный
контроль используется для управления качеством связи, установления границ зоны обслуживания
и порогов для быстрого контроля. Быстрый контроль управления использует замкнутую и открытую
петли управления.
Управление мощностью сигнала подвижной станции по замкнутой петле осуществляется по
результатам измерений параметров сигналов базовой станцией. Это управление используется для
ослабления влияния быстрых замираний и осуществляется с минимально возможной задержкой.
В системе CODIT это происходит путем уплотнения результатов измерений в физический ка-
нал управления (РССН) без кодирования и перемежения.
194
Управление “вниз” обеспечивает требуемое качество связи путем регулировки мощности из-
лучения передатчика базовой станции.
В состав оборудования CODIT входит:
• MS - подвижная станция;
• BTS - базовая станция;
• RNC - контроллер радиосети;
• MCN - узел управления подвижной сетью.
Протокол радиоинтерфейса предусматривает использование гибкой многоскоростной пере-
дачи и подобен протоколу стандарта DECT.
Концепция системы CODIT использует одну и туже несущую частоту в соседних сотах (раз-
мерность кластера К=1). Концепция поддерживает смешанную архитектуру сотовой сети, когда
различные группы сот работают в разных полосах радиочастот.
Управление “эстафетной передачей” (handover) может быть реализовано несколькими спосо-
бами В пределах одной группы (уровня) сот оно может быть реализовано с макроразнесением,
когда подвижная станция в процессе переключения связана одновременно с несколькими базовы-
ми станциями (мягкий режим переключения).
В случае “эстафетной передачи” с изменением несущей частоты (при переходе подвижной
станции от одного сотового уровня к другому) непрерывность связи обеспечивается использовани-
ем двухчастотных приемопередатчиков, поддерживающих сигнализацию на двух частотах, либо пе-
реходом на режим с временным разделением, называемый “компрессированным режимом”, когда
информация, передаваемая MS и BTS в десятимиллисекундном кадре CDMA, сжимается в два
раза за счет изменения скорости PN кода. При этом мощность передаваемых сигналов удваивает-
ся. Вторая половина этого десятимиллисекундного кадра используется для измерений и сигнали-
зации в соседнем радиоканале.
Концепция системы CODIT базируется на использовании несинхронизированных базовых
станций [14.12].
Литература к Главе 14
14.1 Варакин Л.Е. Теория систем сигналов.- М.: Сов. радио, 1978. - 304 с.
14.2 Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами.- М.: Радио и связь 1985,
1985.-384 с.
14.3 Петрович Н.Т. Размахнин М.К Системы связи с шумоподобными сигналами.- М
Сов. радио, 1969. - 232 с.
14.4 Алексеев А.И., Шереметьев А.Г., Тузов Г.И., Глазов Б И. Теория и применение
псевдослучайных сигналов. - М.: Наука, 1969 - 365 с.
14.5 Тузов Г.И. Статистическая теория приема сложных сигналов. -М.:Сов. радио, 1977
- 400 с.
14.6 Тузов Г.И., Сивов В.А., Прытков В.И. и др.; под ред. Тузова Г.И. Помехозащищенность
радиосистем со сложными сигналами. -М.: Радио и связь, 1985. -256 с.
14.7 Пестряков В.Б., Афанасьев В.П., Гурвиц В.Л. и др.; под ред. Пестрякова В.Б.
Шумоподобные сигналы в системах передачи информации. -М.: Сов. радио, 1973. -424 с.
14 8 Пышкин И.М., Дежурный И.И., Талызин В.Н., Чвилев Г.Д.; под редакцией Пышкина И.М.
Системы подвижной радиосвязи. М.: Радио и связь, 1986. -328 с.
14.9 Диксон Р.К. Широкополосные системы. Пер. с англ./Под ред. В.И. Журавлева. - М: Связь,
1979. - 304 с.
14.10 Смирнов Н.И. Проектирование микроэлектронных устройств обработки шумоподобных
сигналов. Часть 1. Корреляционные свойства ШПС. Учебное пособие. М.:МЭИС. 1988.
- 40 с.
14.11 Н. Armbruster. Third Generation Mobile Communications. Telcom report international.
1992., N 3-4, op. 18-21.
14.12 T Stefansson. CODIT - a Possible Candidate for UMTS. Proceedings. The Sixth Nordic Seminar
on Digital Mobile Radio Communications. DMR VI 1994.- pp 90-96.
14.13 Proposed TIA/EIA Interim Standard IS-95. Widebed Spread Spectrum Standard, April 1992.
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
195
14.14 Baier, V-C. Fiebig, W. Granzow, W. Koch, P. Teder, J. Thielece Desing Study for a CDMA - Based
Third - Generation Mobile Radio System. IEEE JSAC Special Issue on “CDMA Networks”,
December 1993.
14.15 Operation CDMA. Technology for Novices and Experts. Motorola. International Cellular
Infrastructure Division. 1994.- pp.16.
14.16 Fixed Wireless. Motorola. 1994. - pp. 8.
14.17 An Overview of the Application of Code Division Multiple Access (CDMA) to Digital Cellular
Systems and Personal Cellular Networks. Qualcomm Incorporated. 1992. - pp. 58.
14.18 SC 9600. Motorola. 1994. p. 5.
14.19 SC 2400. Motorola. 1994. p. 4.
14.20 K. Thompson, D. Whipple. How CDMA is applied to cellular telephone service. Mobile Radio
Technology, March 1995, pp. 46-61.
196
Глава 15. СИСТЕМЫ БЕСПРОВОДНЫХ ТЕЛЕФОНОВ
15.1 Стандарты систем беспроводных телефонов общего пользования
В настоящее время системы беспроводных телефонов (СТ) составляют значительную конку-
ренцию сотовым системам связи. Так же как и первое поколение аналоговых сотовых систем, сис-
темы беспроводных телефонов первоначально развивались в национальных рамках. Первые СТ,
появившиеся в 70-х годах в Европе, Азии и Северной Америке, работали в диапазоне частот 27-50
МГц. Передача аналоговых речевых сообщений осуществлялась с помощью частотной модуляции,
количество рабочих каналов не превышало десяти. Дальность связи по направлению “подвижная
станция - базовая станция” составляла 200-300 м [15.1.].
В 1985 году СЕРТ разработан первый стандарт СТ1 на системы беспроводных телефонов в
полосе частот 900 МГц с 40 дуплексными каналами и частотным разделением каналов (FDMA).
Связь осуществлялась только через индивидуальную базовую станцию через свой идентификаци-
онный код. Общее количество кодов - более миллиона. Сорока дуплексных каналов оказалось не-
достаточно для использования беспроводных телефонов стандарта СТ1 в деловой сфере. В Герма-
нии, Австрии и Швейцарии по согласованию с СЕРТ был принят расширенный стандарт СТ1+ с уд-
военным количеством дуплексных каналов - 80. Однако, в этих стандартах не обеспечивалась сек-
ретность передачи речевых сообщений [15.1. - 15.6.].
Следующее поколение систем беспроводных телефонов было разработано в Великобрита-
нии. Новый стандарт, получивший обозначение СТ2, обеспечивал конфиденциальность перегово-
ров и лучшее, чем в СТ1, качество приема речевых сообщений. Частотное разделение каналов ус-
тупило место временному дуплексному разделении (TDD), при котором на одном временном ин-
тервале осуществляется передача пакета сообщения от абонента, а на следующем интервале -
прием пакета сообщения для этого абонента от базовой станции (рис. 15.1) [15.3, 15.5.]. Обмен
пакетами сообщений осуществляется на одной частоте. Стандарт СТ2 принят за основу при созда-
нии системы Telepoint, предназначенной для одночастотной связи подвижных абонентов с абонен-
тами фиксированной телефонной сети [15.1.]. Связь в системе Telepoint осуществляется в зоне ра-
диопорта (базовой станции) с дальностью до 200 м. Концепция Telepoint получила в Европе широ-
кое распространение. Эта система в разработке компании British Telecom получила название
Phonepoint. Компания Ferranti (Великобритания) на ее основе разработала аналогичную систему
Zonephone. Концепция Telepoint в Германии нашла отражение в организации службы Birdie. Для
совместной работы абонентских аппаратов в системах типа Telepoint разных изготовителей 10
стран Европы приняли единый СТ2-радиоинтерфейс, получивший название CAI (Common Air
Interface) - общий радиоинтерфейс [15.3.]. Протоколы CAI были приняты ETSI и получили обозначе-
ние ETS-300 131. Основой стандарта CAI явилась публикация в 1989 г. английским Департаментом
торговли и промышленности спецификации МРТ 1375.
В 1992 году ETSI принят стандарт ETS-300 175 на общеевропейскую систему беспроводных
телефонов DECT, предназначенную для передачи речевых сообщений и данных.
В стандарте DECT используется временное разделение каналов в сочетании с временным
дуплексным разделением режимов приема и передач [15.4.]. Технические решения и службы в
стандарте DECT близки к принятым в стандарте GSM. В частности, в DECT, как и в GSM, преду-
сматривается связь с цифровыми сетями с интеграцией служб (ISDN), подключение к абонентско-
му аппарату терминала ввода данных, применение интеллектуальных абонентских карт.
Первая система цифровых беспроводных телефонов, близкая к DECT, разработана и внедре-
на концерном Ericsson (Швеция). Эта система получила название PRE-DECT или DCT-900 [15.6.].
Принципы пакетной передачи сообщений в стандартах DCT-900 и DECT показаны на рис.
15.2 и 15.3.
СТАНДАРТЫ и СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
197
CXJ
Рис. 15.3.
198
Внедрение систем беспроводных телефонов рассматривается в рамках реализации концеп-
ции персональной связи (PCN), предусматривающей предоставление услуг “всегда и в любом мес-
те” при использовании легких малогабаритных абонентских терминалов в рамках микросотовых и
пикосотовых сетей связи.
Фактором, ограничивающим внедрение единых технологий и стандартов, реализующих кон-
цепцию PCN, является ограниченность и несовместимость спектра частот, выделенного для этих
целей в Европе, США и Японии.
Европа является мировым лидером в распределении спектра. Европейское Сообщество (ЕС)
выделило участки спектра частот для стандарта СТ2 - (864-868) МГц, для стандарта DECT - (1880-
1900) МГц, для стандарта микросотовой персональной связи DCS 1800 - (1700-1880) МГц.
В США Федеральная комиссия связи (FCC) выпустила распоряжение, согласно которому
службам персональной связи отводится полоса частот 220 МГц в диапазоне 1800-2200 МГц [15.7.].
В этом диапазоне компанией BELLCORE была разработана система беспроводной связи общего
доступа PACS, активно развиваемая в настоящее время компанией Motorola. К настоящему време-
ни некоторые изготовители систем радиосвязи в США уже выпускают средства персональной свя-
зи, работающие в нелицензируемых диапазонах, выделенных для промышленных, научных и меди-
цинских целей (диапазон ISM).
Японские стандарты на цифровые сотовые системы подвижной радиосвязи предусматривают
использование диапазонов 800 и 1500 МГц. Японский центр исследований и разработок систем
радиосвязи (RCR) уже выделил полосу частот в диапазоне 1900 МГц для систем беспроводных те-
лефонов типа Telepoint. Эта технология получила название PHS (Personal Handyphone System) -
система персональных портативных телефонов. В Японии рассматривается также возможность вы-
деления участка спектра частот для беспроводных локальных сетей, использующих технику CDMA
[15.7].
Общая диаграмма распределения спектра частот для стандартов беспроводных телефонов и
сотовых систем связи показана на рис. 15.4.
(Япония) (Европа)
Рис. 15.4
В системах беспроводных телефонов микросотовая и пикосотовая топологии сетей с радиу-
сом сот до 100 м позволяют обеспечить плотность трафика до 10000 Эрл/кв. км, что значительно
выше, чем в сотовых сетях. В таблице 15.1. приведены основные характеристики стандартов бес-
проводных телефонов.
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
199
Таблица 15.1
Параметр СТ1/СТ1 + СТ2 DCT-900 DECT
Начало эксплуатации 1988 1990 1990 1992-1994
Частотный диапазон МГц 825-837 864-868 800-1000 (862-866) 1880-1900
Разделение каналов FDMA FDMA/TDD TDMA/TDD TDMA/TDD
Разнос каналов, МГц t 0,1 1,0 1,728
Максимальное количество радиоканалов 10 40 8 10
Количество одновременых вызовов на частотный канал 1 — 8 12
Общая емкость каналов связи 40/80 40 64 120
Количество несущих 40/80 40 8 10
Тип канала аналоговый цифровой цифровой цифровой
Пиковая мощность абонент- ского передатчика, мВт 10 — 250
Средняя мощность абонент- ского передатчика, мВт 5 5 10
Скорость передачи, данных, кбит/с — 72 32 32
Двухсторонний вызов — исключен есть есть
Скорость передачи данных в канале, кбит/с 32 640 1152
Метод кодирования речи — ADPCM (G.721) ADPCM (G 721) ADPCM (G 721)
Канал управления Для первона- чального ус- тановления соединения используется речевой канал Различные логические каналы С, Р, Q, N
Количество бит, передаваемых в одном временном интервале (речевое сообщение/данные + сигналы управления) 66/68 616 420
Длительность временного интервала (включая защитный интервал), мкс 1 1000 417
Период следования кадров, мс — — — 10
Метод модуляции ЧМ GFSK (частотная манипуляция с фильтрацией в фильтре с гауссовой формой АЧХ) GMSK ВТ1-0,5 GMSK ВТ=0,5
15.2 Стандарт CT2/CAI на системы беспроводных телефонов
общего пользования
По отношению к аналоговому стандарту СТ1, стандарт CT2/CAI обеспечивает более эффек-
тивное использование полосы частот, конфиденциальность передачи речевых сообщений, более
высокое качество передачи речи. Беспроводные телефоны стандарта CT2/CAI обеспечивают пере-
дачу данных и взаимодействие с цифровыми сетями с интеграцией служб (ISDN). Применение
цифровой технологии позволило реализовать на основе стандарта CT2/CAI системы связи как с
входящими, так и с исходящими соединениями, а также “эстафетную передачу” абонента от одной
200
базовой станции к другой. Новый стандарт с указанными возможностями получил название СТ2+.
Первая сеть связи на основе стандарта СТ2+ была открыта в Канаде в 1992 году. В этой сети
обеспечивались дополнительные каналы связи и канал управления для передачи абонента от од-
ной станции к другой, а также организации сетевого роуминга. Служба предоставляла абонентам
двухстороннюю связь. В настоящее время оборудование стандарта СТ2+ выпускается фирмами
Sony, Motorola, Northen Telecom, Ericsson, Nokia и другими. Стандарты CT2 и СТ2+ приняты не
только в Европе, но и в США и Азии.
Общая структурная схема системы беспроводных телефонов стандарта СТ2 показана на
рис. 15.5. Основным элементом является стационарное оборудование беспроводной связи (CFP -
Cordless Fixed Part), которое соединено с телефонной сетью общего пользования и может связы-
ваться с 40 радиотелефонами беспроводной связи (СРР - Cordless Portable Part) через общий ра-
диоинтерфейс (CAI). Основные характеристики стандарта CT2/CAI приведены в таблице 15.1.
PSTN
CAI
CAI - common air interface
CFP - cordless fixed part
CPP - cordless portable part
- общий радиоинтерфейс
- стационарное оборудование
беспроводной связи
- портативное (абонентское)
оборудование беспроводной связи
Рис. 15.5
Ширина полосы частот, выделенной для системы СТ2, составляет 4 МГц, разнос соседних
каналов - 100 кГц. Номинальное значение частоты первого канала равно 864, 150 МГц, последнего
- 868, 050 МГц.
Для исключения взаимных помех предъявляются жесткие требования к точности установки и
нестабильности частоты каналов связи. Наибольшее отклонение номиналов частот CFP/CPP не
должно превышать 10 кГц. В системах стандарта СТ2 сообщения передаются со скоростью
72 кбит/с в режиме временного дуплекса (TDD).
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
201
Протокол одного цикла приема/передачи сообщений в режиме временного дуплекса для
различных режимов уплотнения каналов показан на рис. 15.6. (а, б). Полный цикл обмена пакетами
сообщений продолжается 2 мс, что соответствует 144 битам.
MUX 1,4 (68 бит)
СРР Прием
CFP Передача
бит бит
бит
бит
бит
CFP Передача
бит
I бит
бит
3,5 бит
4,5 бит
144 бит (2 мс)
MUX 1.2 или MUX 2 (66 бит)
5,5 бит
CFP Передача
5,5 бит
;—>
144 бит (2 мс)
Рис. 15.6
В стандарте СТ2 используются три типа каналов.
* D - канал сигнализации;
* В - информационный канал для передачи речи и данных;
* SYN - канал синхронизации.
Общий процесс передачи/приема предусматривает формирование объединенного (уплот-
ненного) канала, который обозначается как MUX. Применяются три формата уплотненных сигналов.
MUX I: Этот формат используется для двухсторонней передачи по установленной линии сиг-
нальной информации, а также речи и данных (каналы D и В). Для передачи сигнальной информа-
ции по каналам D могут быть выделены 2 (MUX 1.2) или 4 (MUX 1.4) бита, при этом скорости пере-
дачи по каналу D, соответственно, равны 1 кбит/с (MUX 1.2) и 2 кбит/с (MUX 1.4), а скорость пере-
дачи по информационному каналу В составляет 32 кбит/с. Форматы MUX 1.4 и MUX 1.2 показаны
на рис. 15.7. (а, б).
202
Порядок передачи
D D В: 64 бита D D
MUX 1.4
Порядок передачи
б)
D В: 64 бита D
MUX 1.2
Пакет из 68 бит (MUX 1.4) или 66 бит (MUX 1.2)
повторяется через каждые 144 бита.
Рис. 15.7
MUX 2: Этот формат используется для передачи сигнальной информации и информации для
синхронизации по битам, которая необходима только для установления или повторного установле-
ния канала связи. В уплотненном сигнале этого формата канал D рассчитан на скорость
16 кбит/с, а канал синхронизации SYN - на скорость 17 кбит/с. Формат MUX 2 показан на рис.
15.8.
Порядок передачи
D Преамбула СИМ: 24 бита или SYN: 24 бита D
16 бит 10 бит 16 бит
SYN: 34 бита
MUX 2.
SYN - канал синхронизации
СИМ - маркерный канал
Пакет из 66 бит повторяется через каждые 144 бита.
Рис. 15.8
MUX 3: Этот формат аналогичен MUX 2, так как здесь предусмотрены также каналы D и SYN.
Различия заключаются в том, что MUX 3 используется только для передачи сигнальной информа-
ции от СРР (абонентского оборудования) к CFP (стационарному оборудованию).
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
203
В стандарте CT2/CAI определена стратегия динамического распределения каналов (DCA).
Входящие вызовы
Когда оборудование CFP (стационарное беспроводное оборудование) обнаруживает входя-
щий вызов, оно выбирает свободный канал и передает по нему к СРР (персональному беспровод-
ному оборудованию) специальную последовательность сигналов, требующую подтверждения. СРР
после приема и распознавания этой последовательности в ответ передает по выбранному каналу
свою последовательность сигналов. CFP принимает эту последовательность, распознает ее и со-
вместно с СРР устанавливает линию связи. Если такую линию между СРР и CFP установить не уда-
ется, CFP может сделать повторные попытки, последовательно используя при этом максимум до
пяти свободных каналов.
Исходящие вызовы
Если оборудование СРР должно послать исходящий вызов, оно выбирает свободный канал,
по которому максимум в течение 5 секунд будет передавать квитируемую (требующую подтвер-
ждения) последовательность сигналов для вхождения в связь с CFP. Приняв эту последователь-
ность, CFP в ответ передаст по выбранному каналу свою цепочку сигналов. Если СРР примет этот
сигнальный код от CFP, то линия связи между СРР и CFP будет установлена.
CFP и СРР работают в режиме ведущей и ведомой станции. После того, как установлена ли-
ния между СРР и CFP, персональное оборудование СРР должно отслеживать тактовую частоту, пе-
редаваемую от CFP.
В соответствии со стандартом СТ2 рассмотренные протоколы и форматы передачи/приема
сообщений относятся к первому из трех уровней сигнализации.
Второй уровень сигнализации определяет порядок передачи информации через стык по эфи-
ру, процедуру обнаружения ошибок и идентификации линии, установленной между конечными
пунктами, а также функции удержания (обслуживания) линии.
Сообщения между вторым и третьим уровнем передаются в форме пакетов Эти пакеты мо-
гут быть разбиты на кодовые комбинации, каждая из которых содержит по восемь октетов. Для вы-
полнения процедуры вхождения в связь, рассмотренной выше, сообщения объединяются в один
или несколько пакетов, каждый из которых может содержать до шести кодовых комбинаций. Пер-
вая кодовая комбинация в пакете - это адресная комбинация, а все последующие - это комбина-
ции данных.
Октеты, содержащиеся в кодовой комбинации, передаются в числовой последовательности,
начиная с первого октета. Сами октеты делятся на восемь бит, и передача начинается с первого
бита, за которым следуют все остальные в возрастающем порядке.
Эти биты определяют функции доступа к службам Telepoint. Общий доступ к службе
Telepoint, когда с радиотелефона можно выйти к базовой станции другого оператора Telepoint, оп-
ределяется в октетах 5 и 6 кодовой комбинации данных. Так обеспечивается экстренный доступ
для вызова полиции, который отличается от обычного доступа отдельными значениями. Аналогич-
ным образом, другие октеты, определяемые вторым уровнем сигнализации, определяют различ-
ные функции, например, установление соединения и опрос базовых станций.
На третьем уровне сигнализации передаются сигнальные сообщения, предназначенные для
коммутируемой телефонной сети общего пользования (ТФОП), и сигналы управления вызовами в
пределах сети СТ2.
Сообщение, относящееся к третьему уровню, определяется как группа информационных эле-
ментов, полученных со второго уровня и свободных от ошибок. В оборудовании, соответствующем
стандарту CAI, максимальная длина сообщения третьего уровня равна 29 октетам. В системах СТ2
предусмотрены два вида информационных элементов: занимающие один октет или имеющие пе-
ременную длину. Элемент, занимающий один октет, имеет идентификатор информацонного эле-
мента и поле, содержащее информацию. Информационные элементы переменной длины имеют
оба эти поля плюс поле, указывающее длину информационного элемента.
На третьем уровне сигнализации систем СТ2 рассматривается содержание сообщений. Ин-
формационные элементы, занимающие один октет или имеющие переменную длину, определяют
204
информацию, вводимую с цифровых кнопок тастатуры персонального беспроводного аппарата
(СРР), или определяют цифры, выводимые на индикаторное табло СРР.
Помимо таких функций как информирование абонента о состоянии вызова (номер занят, вы-
зов стоит на удержании, поступает входящий вызов или к номеру выйти нельзя), сообщения
третьего уровня содержат также коды для идентификации и аутентификации СРР и CFP. Процеду-
ра аутентификации - одна из самых сложных в системе Telepoint, и ей посвящена большая часть
спецификаций третьего уровня сигнализации.
СТ2 рассматривается как стандарт для национальных систем радиотелефонной связи и сис-
тем Telepoint. В деловом секторе СТ2 сталкивается с конкуренцией со стороны стандарта DECT.
Оба эти стандарта приняты Европейским институтом стандартов в области связи (ETSI), охватыва-
ют разные частотные диапазоны и ориентированы на разные секторы рынка. Однако перспектива
DECT, как общеевропейского стандарта, очевидна. Особенно это будет проявляться в связи с воз-
можностью взаимодействия DECT с GSM и организацией на этой основе единых сетей подвижной
связи.
Оборудование CT2/CAI получило широкое распространение во всем мире. Несколько круп-
нейших фирм-изготовителей УТС объявили о выпуске станций, которые будут работать с радиоте-
лефонами стандарта CT2/CAI. Несмотря на имеющиеся недостатки, службы Telepoint будут разви-
ваться. В настоящее время службы Telepoint уже открыты в целом ряде стран, включая Великобри-
танию, Францию, Германию, Нидерланды, страны Дальнего Востока и другие.
15.3 Система цифрового беспроводного телефона DCT-900 Ericsson
Популярность систем беспроводных телефонов побудила концерн Ericsson (Швеция) провес-
ти самостоятельную разработку и внедрить систему беспроводных телефонов DCT-900, близкую
по своим параметрам с проектом стандарта DECT [15.6.]. Коммерческая эксплуатация системы
связи DCT-900 началась с октября 1990 г., почти за два года до принятия ETSI стандарта DECT.
В системе DCT-900 обеспечивается передача цифровых речевых сообщений со скоростью
32 кбит/с в 16-ти миллисекундном временном интервале. Для преобразования аналогового рече-
вого сигнала в цифровой используется ADPCM - адаптивная дифференциальная импульсно-кодо-
вая модуляция, соответствующая стандарту МККТТ G.721. Передача сообщений по радиоканалу
между базовой станцией и абонентским терминалом осуществляется GMSK модуляцией (ВТ-0,5).
DCT-900 позволяет обеспечить связь более 50 тысяч терминалов на квадратный километр. Исполь-
зуется временное разделение каналов (TDMA) совместно с временным дуплексным разделением
режимов приема/передачи (TDD). При осуществлении доступа и управлении речевыми каналами
применяется динамическое распределение каналов. Полоса частот, занимаемая информационны-
ми пакетами в 16 временных интервалов (8 дуплексных, каналов), составляет 1 МГц. В целом DCT-
900 предусматривает доступ к 64 полным дуплексным каналам на соту в полосе 8 МГц. При пере-
ходе абонента в процессе разговора из одной соты в другую время “эстафетной передачи” со-
ставляет 16 мс - один временной TDD интервал.
DCT-900 включает встроенную систему персонального вызова для обеспечения входящих вы-
зовов. В состав аппаратных средств входит шифратор речи, что обеспечивает секретность перего-
воров, при этом предусматривается возможность соединения с абонентами открытых и закрытых
фиксированных сетей связи. В Швеции для DCT-900 были выделены 4 частотных канала полосой 1
МГц в интервале частот 862-866 МГц. Структурная схема DCT-900 показана на рис. 15.9. На рис.
15.10 показана временная структура TDMA кадра в системе DCT-900. Одновременно два, четыре
или восемь временных интервалов могут использоваться для передачи данных на одной частоте со
скоростью 256 кбит/с.
Для портативного терминала ключевым параметром является мощность потребления. Для
абонентского терминала весом 190 граммов. Ericsson обеспечивает общее время переговоров
6 часов или 60 часов работы в дежурном режиме без замены Ni-Cd аккумуляторной батареи. Мощ-
ность передатчика для абонентского терминала - 5 мВт, для базовой станции - 80 мВт. Характери-
стики системы DCT-900 приведены в таблице 15.1.
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
205
СРР - Cordless Portable Part
RFP - Radio Fixed Part
SAT - Satellite
CCFP - Common Control Fixed Part
PABX - Private Automatic Branch Exchange
- группа портативных
беспроводных терминалов;
- фиксированная радиочасть
(радиопорты-базовые станции):
- ретранслятор
- общая система управления
(стационарная часть);
-частная АТС, имеющая выход
на городскую телефонную сеть
Рис. 15.9
206
I
SYN - синхрослово для битовой и цикловой (для временного
пакета) синхронизации;
S/ID - интервал сигнализации и идентификации ;
CRC - код защиты от ошибок;
GS - защитный интервал 0,037 мс (эквивалентен 24 битам)
Рис. 15.10
15.4 Системы беспроводной связи европейского стандарта DECT
и их взаимодействие с GSM
В июне 1992 года Европейский институт стандартов ETSI одобрил стандарт DECT (Digital
European Cordless Telecommunications) на европейские цифровые системы беспроводной связи.
Развитие этого стандарта в направлении развития функциональных возможностей сетей беспро-
водной связи продолжается и в настоящее время. Значительное развитие стандарт получил в 1994
году, когда были приняты дополнения, связанные с аутентификацией абонентских станций, взаи-
модействием сетей DECT с ISDN и сетями сотовой подвижной связи стандарта GSM [15.1]
Системы и оборудование стандарта DECT могут быть использованы для организации бес-
проводной подвижной связи индивидуального пользования, беспроводных офисных РАВХ, локаль-
ных и глобальных сетей подвижной связи.
Система DECT обеспечивает роуминг между различными возможными местами пребывания
абонента, охваченных сетью: дом, офис (путем доступа к беспроводной РАВХ), частные локальные
коммерческие зоны (аэропорты, вокзалы, торговые центры и т.д.), где создается высокая плот-
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
207
ность нагрузки. Роуминг обеспечивается между местами, относящимися к одной и той же сети и
между различными сетями, а также между сетями разного типа.
Система DECT обеспечивает передачу (сопровождение) абонента в пределах одной и той же
сети. Эта функция предусматривается только в районах со сплошным радиопокрытием и требует
синхронизации всех радиопортов базовых станций (RFP) в этом районе.
Радиоинтерфейс стандарта DECT рассчитан на передачу сообщений и предоставление услуг,
которые обеспечиваются на коммутируемых телефонных сетях общего пользования PSTN и на
цифровых коммутируемых сетях с интеграцией услуг ISDN.
Структура радиоинтерфейса в стандарте DECT обеспечивает секретность связи и защиту от
несанкционированного доступа.
DECT обеспечивает сигнализацию двухтональным многочастотным кодом (DTMF), что ис-
пользуется для обновления информации о местоположении.
По аналогии с сетями GSM в DECT используются DAM-карты, содержащие информацию, ана-
логичную той, что записана на SIM-карте. Предусмотрен также вариант использования дешевых
абонентских станций без идентификционных карт или со вставными картами, при этом DECT пре-
дусматривает очень полезную функцию - регистрацию абонирования связи по эфиру.
В сетях связи DECT вероятность отказа при установлении вызова должна быть ниже 1%, а
вероятность прерывания разговора - менее 0,1%.
Максимальная проектная плотность трафика в час наибольшей нагрузки в частных (учреж-
денческих, офисных) сетях составляет 10000 Эрл/кв. км или 50-100 тыс. терминалов/кв. км, тогда
как для коммерческих сетей - до 40000 Эрл/кв. км. Максимальное расчетное значение плотности
трафика в системах типа Telepoint, построенных по стандарту DECT, должно составлять 5000-6000
Эрл/кв. км., что почти на два порядка выше, чем в GSM.
Система DECT обеспечивает доступ по радиоинтерфейсу при низкой импульсной мощности
передачи - 250 мВт. Частотный диапазон DECT 1880-1900 МГц разделен на 10 радиоканалов с 24
временными каналами связи на несущую. Разнос несущих 1,728 МГц. Защитный частотный интер-
вал между радиоканалами равен 210 кГц. Для передачи сообщений по радиоканалу выбрана GMSK
модуляция (ВТ=0,5).
В стандарте DECT используется временное разделение каналов связи (TDMA) с временным
дуплексным разделением режимов передачи и приема (TDD). Преобразование аналогового рече-
вого сигнала в цифровой осуществляется по алгоритму ADPCM - адаптивной дифференциальной
импульсно-кодовой модуляции со скоростью преобразования 32 кбит/с.
Пакет речевого сообщения записывается в буферное запоминающее устройство и передает-
ся затем во временных интервалах полного TDMA кадра со скоростью 1152 кбит/с. В каждом ра-
диоканале передача сообщений осуществляется 10 мс кадрами, содержащими 12 пар временных
интервалов. Полный кадр делится на два временных интервала: интервал передачи от фиксирован-
ной к подвижной станции и интервал передачи от подвижной к фиксированной станции (рис. 15.3).
Синхронизация сети основана на периодическом повторении суперкадра, состоящего из 16 кад-
ров.
Длина кадра составляет 417 мкс.
Передаваемый в кадре пакет содержит 416 бит, из них:
• 32 бита используются для синхронизации (канал синхронизации SYN), которые включают
16 бит тактовой последовательности;
• 48 бит отводятся на канал сигнализации (Signal);
• 320 бит предназначены для передачи информации (I), затем передается 4 проверочных
бита, за которыми следует защитный интервал, соответствующий 60 битам
Скорость передачи сообщений по информационному каналу составляет 320 бит/10 мс =
32 кбит/с. Скорость передачи сигнала управления составляет 64 бит/10 мс = 6,4 кбит/с. Общая
скорость передачи в пакете равна 416 бит/10 мс = 41,6 кбит/с. Полная структура кадра показана
на рис. 15.11.
208
SYN - канал синхронизации
Signal - канал сигнализации
CRC - код защиты от ошибок
I - канал информации
Рис. 15.11
Структурная схема системы связи на основе стандарта DECT, принятая ETSI, показана на
рис. 15.12. Как следует из структурной схемы, стандарт DECT обеспечивает организацию сетей ти-
па Тslepoint, офисных и индивидуальных линий беспроводной связи, сетей связи общего пользова-
ния с местоопределением абонентов и “эстафетной передачей” при их переходе из одной микро-
соты в другую.
В системах DECT предусматривается процедура идентификации абонентской станции, без
которой не обеспечивается доступ к сети.
Идентификация строится по принципу непрерывной передачи от радиопорта (стационарной
радиочасти - FS) кода идентификатора полномочий доступа (ARI), включающего [15.2].
a) ARC - класс полномочий доступа, который определяет тип сети - домашняя, частная учре-
жденческая станция с несколькими микросотами, сеть общего пользования и сеть GSM (при орга-
низации взаимодействия);
б) ARD - подробное описание полномочий доступа.
В условиях сети общего пользования ARD содержит код сети общего пользования или код
оператора сети GSM и номер радиопорта (FS), который служит для определения различных гео-
графических зон, где зарегистрирован абонент.
Вместе с кодом идентификатора полномочий доступа (ARI) каждый радиопорт передает свой
номер, и эти два поля вместе образуют идентификатор радиопорта (стационарной части) RFP,
благодаря которому абонентская станция определяет, с каким радиопортом осуществляется связь
в данный момент.
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
209
CH-Channel
Рис. 15.12
Абонентская станция (PS) имеет ключ полномочий доступа (PARK), который сравнивается с
принятым идентификатором ARL Если PARK соответствует структуре ARI, то абонентская станция
получает доступ к сети (FS). PARK может быть короче ARI, так как абонентская станция может
иметь право доступа к нескольким FS.
Абонентская станция содержит международный код (идентификатор) пользователя абонент-
ской станции (IPUI), состоящий из категории пользователя абонентской станции (PUI), который оп-
ределяет вид использования и номера пользователя станции (PUN).
В условиях взаимодействия с сетью общего пользования PUN содержит код оператора сети
общего пользования и номер счета, а на сети общего пользования он совпадает с IMSI.
Абонентскую станцию можно идентифицировать ее международным кодом (IPEI), который
содержит код изготовителя оборудования и ее заводской номер. В условиях домашней сети IPE!
совпадает с PUN.
210
В процессе идентификации используются три типа ARI:
- первичные идентификаторы ARI, которые непрерывно передаются в эфир от радиопортов
(FS);
- вторичные идентификаторы ARI, которые передаются от радиопортов не так часто;
- третичные ARI, которые не передаются в эфир от радиопортов.
Абонентская часть может также иметь несколько кодов PARK, поэтому идентификация будет
успешной, если хотя бы один PARK совпадает с информацией в ARI.
Обычно в условиях домашней сети радиопорт передает в эфир идентификатор RFPI, куда
входит PARK, а абонентская станция, у которой имеется только один код PARK, после идентифика-
ции отвечает передачей идентификаторов ARI и IPUI.
В условиях сети общего пользования радиопорт передает в эфир RFPI, куда входит PARK, а
абонентская станция, имеющая несколько кодов PARK, после идентификации отвечает передачей
ARI и IPUI. Если абонентская станция является “визитной”, которая не идентифицирует PARK, то
она может идентифицировать PARK, который передается реже радиопортом.
В системах DECT предусмотрены следующие функции защиты: аутентификация абонентской
станции (PS), аутентификация радиопорта (FS), взаимная аутентификация, обеспечение секретно-
сти данных и аутентификация пользователя.
Аутентификация абонентской станции осуществляется следующим образом:
- радиопорт, который имеет ключи аутентификации абонентских станций, приписанных к дан-
ному радиопорту, и общий для всей сети номер RS (может быть различным для различных
PS и FS), передает к абонентской станции RS и RAND-F - случайное число, генерируемое
сетью;
- FS и PS совместно, используя в качестве исходных данных значения RS, RAND-F и К, в со-
ответствии с алгоритмами А11 и А12 вычисляют, соответственно, значения XRES1 и RES1;
- абонентская станция (PS) передает полученное значение RES1 к стационарному терминалу
FS, который сравнивает RES1 и XRES1.
Аутентификация радиопорта (FS) представляет собой следующую процедуру
- абонентская станция передает радиопорту генерируемое случайное число RAND-P;
- радиопорт, используя в качестве входных значений RS, RAND-Р и К проводит вычисления в
соответствии с алгоритмами А21 и А22 и получает число RES2;
- радиопорт передает полученное значение RES2 и RS к абонентской станции, которая вы-
полняет вычисления по алгоритмам А21 и А22 и сравнивает полученное XRES2 со значени-
ем RES2.
Эти алгоритмы разделены на 2 процесса, так что для повышения надежности их можно на-
значить двум различным участкам сети, например, алгоритмы А11 и А21 могут выполняться на се-
ти, а алгоритмы А12 и А22 - в стационарной части сети (радиопорт).
Взаимная аутентификация происходит при объединении этих двух процедур.
Обеспечение секретности передаваемых сообщений заключается в шифровании данных на
уровне доступа к среде передачи. Такое шифрование основано на формировании набора ключей
от генератора ключей. Ключ шифрования может быть статическим или динамическим. В последнем
случае он получается как вторичный результат алгоритма А12.
Аутентификация пользователя - это процедура, позволяющая получить ключ, связанный с
абонентской станцией, путем выполнения в абонентской станции алгоритма В2. В качестве вход-
ных значений для этого алгоритма используется ключ аутентификации пользователя, хранящийся в
энергонезависимом ЗУ в абонентской станции, и персональный идентификатор пользователя, ко-
торый абонент вводит вручную.
Существуют два случая взаимодействия систем DECT и GSM: один рассчитан на охват гео-
графических районов с высокой плотностью нагрузки, а другой - для охвата района, совпадающего
с зоной действия подвижной сети.Доступ DECT в сети GSM может быть организован различными
способами: доступ DECT может предоставляться как альтернатива доступу GSM 900 или DCS 1800
путем создания микросот DECT в зонах покрытия сети GSM для лучшего обслуживания больших
объемов нагрузки в определенных местах; доступ DECT может обеспечиваться внутри движущихся
систем, например, в поездах, путем создания микросот сетей DECT, непосредственно связанных с
подвижной станцией GSM.
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
211
При взаимодействии сети DECT с сетью GSM, стационарная часть сети DECT соединяется с
MSC сети GSM по A-интерфейсу. Функция взаимодействия, реализуемая абонентской станцией, не
зависит от типа идентификационной карты, то есть от того, вставляется ли в абонентский аппарат
SIM-карта или DAM- карта.
Для организации доступа DECT к наземной сети GSM общего пользования необходимо, что-
бы стационарная часть обеспечивала процедуру ARI - идентификацию полномочий доступа класса
D, а абонентская станция имела IPUI типа R - международный код пользователя.
Рассматривается возможность подключения подвижной станции сети GSM к сети DECT. В
этом случае между системами DECT и GSM будет использоваться патентованный стык и, вполне
возможно, что стационарная часть системы DECT и подвижная станция GSM будут объединены в
одном оборудовании, как это уже сделано в экспериментальной системе DECT/GSM концерна
Ericsson.
В целом, организация доступа через систему DECT на сетях GSM является оптимальным ре-
шением в местах с высокой нагрузкой, а также в тех случаях, когда необходимо предоставить бо-
лее дешевую службу связи, которая предусматривает ограниченную подвижность.
Использование DECT в составе (совместно) с сетями GSM может реализовать службы
PCS/UMTS (персональная связь и подключение универсальных подвижных терминалов) до появле-
ния третьего поколения систем подвижной связи. Это достигается реализацией принципов интел-
лектуальной сети, обеспечиваемой протоколами и элементами сети GSM, благодаря широкой зоне
покрытия за счет большой мощности излучения базовых станций GSM и большой плотности на-
грузки, допускаемой радиопортами DECT.
Преимущество включения DECT не только в сети GSM, но и в телефонные сети общего поль-
зования и ISDN - это тот факт, что системы DECT позволяют перейти от старой концепции “теле-
фон каждой семье” к концепции - “телефон каждому человеку”, что означает коренные изменения
в области связи в смысле использования инфраструктуры.
15.5 PACS - система беспроводной связи общего доступа в США
Компанией BELLCORE (США) была разработана технология PAuS (Public Access
Communications System) - система связи общего доступа. Эта технология была реализована ком-
панией Motorola при разработке системы беспроводного подключения абонентов к телефонным
сетям.
PACS ориентирована на предоставление услуг различным группам пользователей, включая
фиксированных и подвижных абонентов. PACS может использоваться для организации сетей связи
общего пользования и частных сетей связи.
Подвижная часть сети PACS обеспечивается радиоинтерфейсом между абонентским устрой-
ством и радиопортом. Целесообразность использования радиоинтерфейса PACS для обслужива-
ния стационарных абонентов определяется условиями экономической эффективности обычной
(проводной) телефонной линии и радиоподключения. PACS обеспечивает возможность передачи
речи, низкоскоростную передачу данных в звуковой полосе частот, а также цифровых данных в
рамках интеллектуальной сети, аутентификацию абонентских станций, регистрацию терминалов в
сети, шифрование сообщений на радиоинтерфейсе. В состав услуг, предоставляемых PACS, вхо-
дит экстренный вызов (служба 911). При необходимости в PACS могут быть включены дополни-
тельные услуги.
PACS предназначена для предоставления услуг беспроводной связи в общей полосе частот 2
х 60 МГц, выделенных Федеральной комиссией связи США (FCC) для сетей персональной связи
(PCS). В этих полосах частот радиоканалы разбиваются на отдельные блоки, ориентированные на
различные условия использования. Распределение блоков радиоканалов в диапазоне частот PACS
показано на рис. 15.13 [15.8].
Структурная схема PACS приведена на рис. 15.14. Подвижные станции (SU) - портативная
(PSU) и стационарная (FSU), соединяются с радиопортом по радиоинтерфейсу (A-интерфейс). Ра-
диопорт (RP) соединяется с контроллером радиопортов (RPCU) через физический интерфейс (Р-
интерфейс). P-интерфейс не определен спецификациями PACS и может быть реализован на осно-
ве различных линий. Через P-интерфейс осуществляется также взаимодействие RP с RPCU по спе-
212
циальному логическому каналу EOC (Embedded Operations Channel). С, D и Т-интерфейсы (рис.
15.14) также не определены спецификациями PACS, что позволяет каждому разработчику приме-
нять свои технические решения для различных пользователей или условий применения.
Технические характеристики PACS приведены в таблице 15.2.
18 L 50 18( 1Гц Ml 55 18 ’ц М 70 188 Гц МГ 5 18S ц МГ )0 18£ ц М 15 19 Гц М 10 Гц
А МТА D ВТА В МТА Е ВТА F ВТА с ВТА
60 b 71Гц (лини я вверх) F
19 Г\ 30 19- ЛГц М 45 19 Гц М 50 196 Гц МГ >5 19' ц Ml 70 191 Гц М ^5 19 Гц М 1 90 Гц 80 МГц
А МТА D ВТА В МТА Е ВТА F ВТА с ВТА
60 МГц ( линия вниз) F
Блок радио- каналов Диапазон радиочастот (МГц) Условия использования
А ( 30 МГц.) 1850-1865/1930-1945 МТА
D (10 МГц.) 1865-1870/1945-1950 ВТА
В ( 30 МГц.) 1870-1885/1950-1965 МТА
Е( 10 МГц) 1885-1890/1965-1970 ВТА
F( 10 МГц) 1890-1895/1970-1975 ВТА
С(30 МГц) 1895-1910/1975-1990 ВТА
МТА - Major Trading Area
ВТА - Basic Trading Area
Рис. 15.13
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
213
RP - Radio Port
RPCU - Radio Port Control Unit
AM - Access Maneger
CMC - Operations and Manegement Center
PSU - Portable Subscriber Unit
FSU - Fixed Subscriber Unit
Рис. 15.14
На рис. 15.15 показана структурная схема стационарной абонентской станции (FSU). Обыч-
ный аналоговый телефонный аппарат подключается прямым проводом через двухсторонний поль-
зовательский интерфейс (RY-11) к речевому ADPCM кодеку, который обеспечивает преобразова-
ние аналогового речевого сигнала в цифровой со скоростью 32 кбит/с (при передаче) и преобра-
зование цифрового сигнала в аналоговый (при приеме). Передаваемые сообщения могут подвер-
гаться защите от прослушивания (Privacy Coder), после чего поступают на цифровой модулятор.
Используется спектрально-эффективная цифровая л/4 DQPSK модуляция. Радиочастотный модуль
(RF Module) включает передатчик и приемник радиосигнала, обеспечивает дуплексное частотное
разделение каналов и временную коммутацию приемной и передающей антенн. Синхронизация
всех процессов приема, формирования и преобразования сигналов осуществляется блоком
“clock”, в состав которого входит схема формирования опорных и тактовых частот. Управление ра-
ботой блоков FSU осуществляется встроенным контроллером по общей цифровой шине.
214
Технические характеристики PACS
Таблица 15.2
Полоса частот системы: линия “вверх” линия “вниз” 1850-1910 МГц 1930-1990 МГц
Полоса канала связи 288 кГц
Разнос соседних каналов связи 300 кГц
Технология дуплексного разделения FDD (частотный разнос каналов вверх/вниз с интервалом 80 МГц)
Вид модуляции л/4 DQPSK с двумя битами на символ
Вид уплотнения в радиоканале: линия “вниз" линия “вверх” TDM - мультиплексирование с временным разделением каналов с максимальной мощностью передатчика RP 800 мВт (импульсная) TDMA - множественный доступ с временным разделением каналов с максимальной мощностью передатчика SU 200 мВт (импульсная)
Структура TDM/TDMA кадров 8 временных окон по 120 бит в каждом в 2,5 мс кадре в составе суперкадра
Скорость передачи сообщений: на радиоинтерфейсе 384 кбит/с
Тип речевого кодека 32 кбит/с, ADPCM
Характеристики безопасности и борьба с мошенничеством аутентификация абонентских станций через криптографические алгоритмы
Секретность связи обеспечивается защитой передаваемой информации алгоритмами шифрования
Контроль мощности передатчика используется управление мощностью передатчика абонентской станции
Чувствительность приемника минус 101 дБ/мВт
Защита от ошибок в канале связи контроль ошибок по 15-элементному CRC-коду
Максимальная дальность связи до 3,5 км
Структурная схема радиопорта показана на рис. 15.16. Радиопорт осуществляет все функ-
циональные операции, связанные с кодированием/декодированием, модуляцией/демодуляцией
сигналов, формированием и обработкой временных кадров, синхронизацией и линейными преоб-
разованиями сигналов, а также обеспечивает оценку качества приема сообщений в канале связи и
измеряет уровень принимаемого сигнала, что используется контроллером для управления режима-
ми приема/передачи абонентской станции и радиопорта.
Основные функции по управлению радиоподсистемой осуществляются контроллером радио-
портов RPCU.
Контроллер обеспечивает следующие основные функции:
- формирование и декодирование временных кадров;
- выделение канала связи абонентской станции при обычных звонках и экстренных вызовах;
- формирование систёмного канала управления и уплотнение его во временные интервалы
при передаче с радиопорта;
- управление радиочастотным спектром;
- измерение и управление качеством связи на радиоинтерфейсе;
- управление уровнем излучения передатчика абонентской станции (линия “вверх”), управле-
ние уровнем передачи “вниз” - не требуется;
- мультиплексирование /демультиплексирование сигналов в каналах связи между радиопор-
том и сетью;
СТАНДАРТЫ и СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
215
- транскодирование сообщений: формат сообщений (речь и/или данные), передаваемых на
P-интерфейсе, в последовательность данных, соответствующих С-интерфейсу;
- взаимодействие с различными базами данных в процессе аутентификации абонентских
станций и обеспечения конфиденциальности передачи сообщений в радиоканале;
- шифрование/дешифрование цифровых сигналов в каждом канале связи в зависимости от
требований конфиденциальности, причем при каждом новом звонке используется новый
ключ шифрования.
Subscriber
Line
Interface
Рис. 15.15
Взаимодействие сети PACS с телефонной сетью осуществляется подсистемой управления
доступом AM (Access Manager).
AM сообщает информацию коммутатору - какой звонок относится к каналу абонента. AM
обеспечивает хранение, поддержку, доступ и контроль данных, необходимых для осуществления
радиосоединения.
Общий состав необходимых для соединения и управления данных включает:
- состав услуг связи, предоставляемых абоненту;
- динамические данные об абоненте;
- тип радиооборудования;
- зону действия абонента;
- информацию об установлении соединения;
- приоритет абонента;
- информацию по шифрованию.
216
Р - interface
Рис. 15.16
AM обеспечивает функции аутентификации, регистрацию в сети абонентского оборудования,
а также взаимодействие с системой расчетов.
Протокол передачи сообщений на A-интерфейсе основан на использовании временного раз-
деления, причем по линии “вниз” (downlink) используется TDM-мультиплексирование с временным
разделением каналов, а по линии “вверх” (uplink) применяется TDMA-множественный доступ с вре-
менным разделением каналов. Применение TDMA на линии “вверх” с включением в кадрах защит-
ных интервалов в каждом пакете устраняет влияние случайных задержек при многолучевости и
различном удалении абонентов от радиопорта
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
217
Общая структура временных кадров и пакетов, используемых в PACS, приведена на рис.
15.17 [15.8].
DOWNLINK
System
Broadcast
Channel
2,5 ms
Encoder
SC - Slow Channel
FC - Fast Channel
SYNC - Synchronization Channel
CRC - Cyclic Redundancy Code
Рис. 15.17
В целом, PACS по своему функциональному назначению является близким аналогом общеев-
ропейского стандарта DECT, но ориентирован на использование в рамках принятого в США рас-
пределения спектра частот и концепции развития персональной связи.
218
15.6 PHS - система беспроводной персональной связи в Японии
Система беспроводной персональной связи, основанная на использовании портативных те-
лефонов - PHS (Personal Handyphone System), разработана в Японии на основе перспективных тех-
нологий двухсторонней беспроводной связи и микросотовой архитектуры, что позволило получить
самую высокую емкость сетей среди известных в настоящее время [15.9].
Концепция PHS заключается в обеспечении абонентов традиционными услугами связи при
низких тарифах. Чтобы реализовать эту концепцию быстро и экономически выгодно, прежде всего
предусматривается использование существующих сетей, а не строительство новых, как это проис-
ходит при внедрении услуг сотовой связи. Применение цифровой сети дало возможность внедрить
коммерческие услуги системы PHS в Японии с тарифами, составляющими 1/3-1/2 тарифов на со-
товые телефоны.
Основным преимуществом радиотелефонов системы PHS в сравнении с сотовыми, является
то, что они дешевле. Так как портативные радиотелефоны - это устройства малой мощности, по-
добно существующим беспроводным телефонам, их можно сделать более компактными, чем со-
временные сотовые радиотелефоны. Они обеспечивают высокое качество передаваемых сообще-
ний, используя речевые ADPCM кодеки со скоростью преобразования 32 кбит/с. Кроме речевых
сообщений они могут передавать цифровые данные и факсимильные сообщения.
PHS использует микросотовую архитектуру сети с вводом новых функциональных требований
к действующей сети PSTN/ISDN.
В системе PHS используется динамическое распределение радиоканалов и технология де-
централизованного управления радиоканалом, что позволяет оператору обеспечить эффективное и
гибкое использование частот и избежать сложного планирования частот для повторного их приме-
нения
Радиоинтерфейс PHS был стандартизован в Японии как RCR STD-28 Центром исследований
и новых разработок радиосистем (RCR). Сетевой интерфейс между базовыми станциями и цифро-
вой сетью стандартизован под названием JT-0921-b и JT-Q931-b Комитетом по телекоммуникаци-
ям (ТТС). Основой этого интерфейса является интерфейс ISDN, модифицированный с целью обес-
печения особых функций PHS, таких как регистрация местоположения, аутентификация и “эстафет-
ная передача”. Стандартизованы и процедуры управления услугами PHS и межсетевой интерфейс
Вопрос выделения частот для сетей PHS был рассмотрен Министерством почт и связи на ос-
новании доклада ТТС. В сентябре 1993 г. Советом по надзору за радиочастотами было утверждено
предложение на выделение полосы частот 23 МГц в диапазоне 1,9 ГГц. Частоты 1895-1906,1 МГц
были выделены для использования в бытовых условиях, в условиях офисов (связь между базовой
станцией в закрытом помещении и портативным радиотелефоном и связь между портативными
радиотелефонами). Частоты 1895-1918,11 МГц были выделены для применения вне помещений
(связь между базовой станцией вне помещений с портативным радиотелефоном) [15.9].
По плану распределения для PHS выделено всего 77 несущих частот. Для частного использо-
вания выделены несущие частоты управления 1898,450 МГц и 1900,250 МГц. Для каждого операто-
ра выделены четыре несущие частоты управления для общего пользования и одна - запасная.
В настоящее время полоса частот общего пользования составляет 12 МГц. Спектр частот для
частного пользования - 11 МГц - может быть использован и для общего доступа. Радиоинтерфейс
в PHS основан на применении временного разделения каналов связи и временного дуплексного
разделения режимов приема и передачи TDMA/TDD.
Базовая станция в сети PHS может автоматически выбирать несущие частоты, находя имею-
щуюся в наличии свободную несущую частоту без интерференции. Если свободная несущая часто-
та отсутствует, система PHS автоматически обеспечивает повторные запросы на установку соеди-
нения.
Любая базовая станция может быть дополнительно введена в сеть без необходимости кор-
ректировки частотного плана. Таким образом, оператору не нужно заботиться о разработке схемы
повторного использования частот. Частоты используются повторно автоматически, а схема повтор-
ного использования частот изменяется от соединения к соединению.
Основными характеристиками радиоинтерфейса для системы PHS являются:
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
219
- стандарт RCR STD-28 - для всех систем, независимо от того, являются ли они системами
общего пользования, частными (беспроводная РАВХ) или бытового пользования;
- стандартизованный радиоинтерфейсный протокол для сетей общего пользования;
- четыре передающих канала TDMA/TDD;
- автономное и динамическое распределение каналов;
- речевой кодер/декодер ADPCM на 32 кбит/с (в соответствии с Рекомендацией ITU.7-T
G 721);
- выходная мощность терминалов - до 10 мВт
Один и тот же терминал PHS может использоваться как в сетях общего пользования так и
дома. Вне помещений абоненты могут обеспечивать соединения с базовыми станциями, установ-
ленными в городе В домашних условиях оборудование PHS может использоваться как обычный
телефон по тарифам PSTN.
Услуги сети PHS открыты фирмами NTT Personal Group и DDI Pocket Group в начале июля
1995 г. Через два месяца они насчитывали 117500 абонентов, что подтверждает большую популяр-
ность этого нового вида сетей связи. По прогнозам Министерства почт и связи Японии [15.9] к
1999 г в Японии может быть около 8 млн. абонентов системы PHS.
Сравнительные характеристики стандартов беспроводной-персональной связи: DECT, PACS и
PHS по данным NTT представлены в таблице 15.3 [15.9]
Таблица 15.3
Сравнение PHS, DECT и PACS
Параметры PHS DECT PACS
Регион Япония Европа Америка
Диапазон частот 1895-1918 МГц 1880-1900 МГц 1850-1910 МГц (вверх) 1930-1990 МГц (вниз)
Число каналов связи на несущую 4 канала на станцию (77 несущих) для любой плот- ности населения 12 каналов на стан- цию (10 несущих) для большой плотности населения 8 каналов на станцию (200 несущих) для сравнительно высокой плотности населе- ния
Схема доступа TDMA/TDD TDMA/TDD TDMA/FDD
Кодер/декодер речи 32 кбит/сек ADPCM 32 кбит/сек ADPCM 32 кбит/сек ADPCM
Частотная эффективность 75 кГц/канал 144 кГц/канал 75 кГц/канал
Выходная мощность абонентской станции 10 мВт 10 мВт 200 мВт
Радиус зоны связи 100-500 м 50-150 м 300-500 м
Мобильность Со скоростью автомобиля в центре города Со скоростью пешехода Со скоростью автомобиля в центре города
Начало предоставления услуг общего пользования 1995 1996 1997
Фирмы-изготовители Motorola, NEC, Fujitsu, Mitsubishi, Panasonic, Oki Toshiba, Hitachi Philips, Ericsson, Siemens, Nokia, Alcatel Motorola, Hughes, NEC, Hitachi, Panasonic
Оценка 1 Хорошо сбалансирован- ная система пригодная для общего пользования, рабо- ты в офисе и дома 2 . Гибкое расширение диапазона радиочастот 3 Не требуется планиро- вание частот, используется динамическое распределе- ние каналов 1. Для дома и офиса, для беспроводных РВХ и в условиях дви- жения 2. Уязвимость при разбросе значений задержки сигналов 3. Не требуется пла- нирование частот, ис- пользуется динами- ческое распределение каналов 1 Увеличение диапазона радиочастот ограничено (FDD) 2 . Требуется планирование частот при установке стан- ций связи (квазистатиче- ское автоматическое рас- пределение частот)
220
Литература к Главе 15
15.1 Р. Glanders, Т. Research. DECT - A Powerful Standard with Multiple Applications. Mobile
Communications International. Special Report. Enquiry N 7. 1995. p.p. 14-16.
15.2 A. Garavell. Interworking of DECT and GSM. Italtel. China GSM Seminar - 4.4. 1994. p.p. 1-21.
15.3 J.A Philips, B.A.Bidwell. UK Telepoint Common Air Interface. Mobile Radio and Personal
Communications. Proc. Fifth International Conference. 11-14 December, 1989.
15.4 F.C. Gwon, C.D. Pudney. DECT - Integrated Services for Cordless Telecommunications. Mobile
Radio and Personal Communications. Proc. Fifth International Conference. 11-14 December,
1989.
15 5 В Jeffrey. Trends in Cordless Telephone Design Pan-European Mobile Communications.,
Summer 1989, pp. 70-72.
15.6 Ericsson Use TDMA for Pre-DECT Telephone Electronic Engineering, June 1990. pp. 58-61.
15.7 M. Leonard. Communications Terminals Get Personal, ED, 1993, N 3, pp. 61, 62, 65-68
15.8 PACS Air Interface. Standard (PN 3418). JTC (AIR)/95.02.02 - 033R1, February 1995. pp. 318.
15.9 T Hamano. PHS: The Technology and Its Prospects Outside Japan. Mobile Communications
International. November 1995. p.p. 54-56.
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
221
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В настоящее время в подвижной радиосвязи доминирующее положение занимают профес-
сиональные системы, системы персонального радиовызова, системы сотовой связи и системы
беспроводных телефонов.
Профессиональные системы подвижной радиосвязи (PMR, PARM) существуют более
пятидесяти лет.
Основными требованиями, предъявляемыми пользователями и операторами связи к профес-
сиональным системам подвижной радиосвязи, являются:
- обеспечение связи в заданной зоне обслуживания;
- высокий уровень вероятности установления связи при условии отсутствия данных о место-
нахождении подвижных абонентов;
- возможность взаимодействия отдельных групп абонентов и возможность циркулярной свя-
зи;
- оперативность управления связью, в том числе - обеспечение управления на различных
уровнях, обеспечение связи через центры управления, возможность приоритетного уста-
новления каналов связи;
- безопасность в отношении подслушивания.
В профессиональных системах подвижной радиосвязи наиболее эффективное использование
выделенного частотного ресурса обеспечивается в транкинговых системах - системах со свобод-
ным доступом абонентов к общему частотному ресурсу Различают транкинговые системы с после-
довательным (сканирующим) поиском свободного канала связи и с выделенным каналом управле-
ния. Сканирующий транкинг характеризуется значительным временем установления канала связи и
может быть рекомендован при небольшом количестве каналов (до 5-8). Наиболее распространен-
ным видом транкинговых систем связи являются системы с выделенным каналом управления, ис-
пользующие стандарты МРТ 1327, МРТ 1317, МРТ 1343 и МРТ 1347, разработанные первоначально
в Великобритании на диапазоны частот 174-225 МГц и распространенные позже на другие диапа-
зоны.
Известны также транкинговые системы с совмещенным каналом управления, когда для пере-
дачи сигналов управления используется участок информационной полосы звуковых частот, распо-
ложенный ниже спектра частот речевого сигнала - в полосе до 150 Гц. Транкинговые системы про-
фессиональной подвижной радиосвязи этого вида были разработаны фирмой Е F.Johnson (США) и
получили обозначение LTR.
Общей тенденцией развития профессиональных систем подвижной радиосвязи является пе-
реход от аналоговых корпоративных или национальных стандартов к цифровым международным
стандартам с обеспечением конфиденциальности связи и роуминга абонентов. Эти тенденции пре-
жде всего связаны с внедрением общеевропейского стандарта на транкинговые системы подвиж-
ной радиосвязи TETRA, разработанного в рамках ETSL Системы стандарта TETRA обеспечивают
передачу речевых сообщений в цифровой форме, передачу данных и пакетную передачу, шифро-
вание сообщений и роуминг абонентов. TETRA использует частотно-временное разделение кана-
лов связи (TDMA) с четырьмя временными окнами на несущую (речевыми каналами) при частотном
разносе радиоканалов - 25 кГц. TETRA обеспечивает прямую связь абонентов без участия базовых
станций. Внедрение систем подвижной радиосвязи стандарта TETRA в Европе планируется с 1997
года, первоначально в интересах служб безопасности, полиции и охраны границ.
Системы персонального радиовызова (СПРВ) гармонично сопрягаются с системами под-
вижной радиосвязи. Широко известны многочисленные типы национальных и частных СПРВ раз-
работанных различными фирмами США, Великобритании, Японии и других стран. Ключевым фак-
тором в развитии СПРВ явилась стандартизация радиоинтерфейса.
С 1978 года началось внедрение СПРВ в которых для передачи сообщений по радиоканалу
использовался код POCSAG. В настоящее время этот код применяется в подавляющем большинст-
ве действующих СПРВ. Требования к функциональному развитию сетей СПРВ, увеличению скоро-
сти передачи сообщений, а также интеграции национальных сетей СПРВ в международные приве-
ли к разработке в рамках ETSI общеевропейского стандарта на СПРВ получившего название
ERMES. Меморандум о взаимопонимании (MoU) в целях координации усилий по созданию общеев-
222
ропейской СПРВ ERMES подписали руководители администраций связи 16-ти стран Европы. СПРВ
ERMES обеспечивают роуминг абонентов, а также возможность интеграции с СПРВ POCSAG. Пер-
вые роуминговые соглашения между действующими в Европе СПРВ ERMES подписаны в 1995 г.
Новым направлением в развитии систем персонального радиовызова является разработан-
ный фирмой Motorola код FLEX и СПРВ на его основе. Основными достоинствами кода и СПРВ
FLEX по отношению к СПРВ POCSAG являются: повышенная скорость передачи сообщений, боль-
шая емкость системы, улучшенные характеристики помехоустойчивости канала передачи и обеспе-
чение более экономичного режима работы пейджера. По мнению фирмы Motorola, она представи-
ла первые в мире решения, объединяющие в одном пейджере все три стандарта - POCSAG,
ERMES, FLEX.
Сотовые системы подвижной связи (ССПС) явились новым шагом к повышению спек-
тральной эффективности и емкости подвижных сетей в условиях растущего дефицита частотного
ресурса. В настоящее время внедряются сотовые системы подвижной связи второго поколения на
основе стандартов GSM, D-AMPS и JDC. Указанные стандарты на цифровые ССПС отличаются
своими характеристиками, но построены на единых принципах: используют макросотовую тополо-
гию сети, временное разделение каналов связи и отвечают требованиям современных информаци-
онных технологий.
Меморандум о взаимопонимании (MoU) по созданию общеевропейского цифрового стандар-
та сотовой подвижной радиосвязи диапазона частот 900 МГц был подписан представителями 17
европейских администраций связи в 1982 году. С этого времени была создана специальная группа
по подвижной связи - GSM, аббревиатура названия которой впоследствии дала название общеев-
ропейскому стандарту. Популярность стандарта GSM настолько высока, что в настоящее время
GSM понимается как “глобальная система подвижной связи”. GSM и его варианты DCS 1800 и PCS
1900 приняты и развиваются в Европе, Азии, Африке, Австралии и Северной Америке, всего около
80 стран и около 140 операторов.
По отношению к другим цифровым стандартам ССПС второго поколения GSM обеспечивает
лучшие энергетические и качественные характеристики связи, самые высокие характеристики
безопасности и конфиденциальности связи. В GSM используется временное разделение каналов
связи с восемью временными окнами на несущую. В качестве речевого кодека выбран RPE-LTP-ko-
дек со скоростью преобразования речи 13 кбит/с.
По данным фирмы Ericsson, приемлемое качество принимаемых речевых сообщений обеспе-
чивается в GSM при отношении сигнал/помеха на входе приемника всего 9 дБ, для стандарта D-
AMPS это отношение составляет около 16 дБ. В реальных каналах связи при замираниях сигналов
энергетические затраты в D-AMPS выше на 6-10 дБ по отношению к GSM.
Стандарт GSM, кроме того, предоставляет ряд услуг связи, которые не реализованы в других
стандартах сотовой связи. К ним относятся
- использование интеллектуальных SIM-карт для доступа к каналу и услугам связи;
- закрытый для подслушивания радиоинтерфейс;
- шифрование передаваемых сообщений;
- аутентификация абонента и идентификация абонентского оборудования по криптографиче-
ским алгоритмам;
- использование служб коротких сообщений, передаваемых по каналам сигнализации;
- автоматический роуминг абонентов различных сетей (международный и национальный);
- межсетевой роуминг абонентов GSM с абонентами сетей DCS 1800, PCS 1900, DECT, а так-
же со спутниковыми сетями наземной подвижной связи (Indium, Globalstar, Inmarsat-P).
Стандарт D-AMPS разрабатывался в США с 1987 года В отличие от Европы, где в то время
заканчивалась разработка стандарта GSM, Федеральная комиссия связи США не смогла выделить
отдельную полосу частот в диапазоне 900 МГц для перспективной цифровой ССПС США. Ассоциа-
ция промышленности сотовой связи (CTIA) совместно с Ассоциацией промышленности связи (TIA)
приняли решение о совмещении в одной полосе частот аналоговой ССПС стандарта AMPS и буду-
щей цифровой ССПС, сохранив используемый в AMPS разнос каналов, равный 30 кГц, при исполь-
зовании речевого кодека VSELP со скоростью преобразования речи 8 кбит/с. Разработка проекта
цифрового стандарта США была завершена в 1990 году, система сотовой связи на его основе по-
лучила обозначение D-AMPS или ADC. По результатам полевых испытаний TIA и CTIA были приняты
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
223
три стандарта: IS-54 - на ССПС D-AMPS, IS-55 - на двухмодовую подвижную станцию, обеспечи-
вающую связь как по аналоговому (AMPS), так и по цифровому (D-AMPS) каналам связи; IS-56 - на
базовые станции Стандарт IS-54 (D-AMPS) построен на использовании аналоговых каналов управ-
ления. Несмотря на то, что D-AMPS не полностью цифровое решение, он оказался более прогрес-
сивным, чем AMPS, и в настоящее время более 2 млн. абонентов в 14 странах мира, включая Рос-
сию, используют эту технологию.
В 1994 году был сформулирован новый стандарт США IS-136 на полностью цифровую ССПС,
который представляет собой усовершенствованный вариант стандарта IS-54.
В настоящее время в США, так же как и в Европе (стандарт DCS 1800), приступили к созда-
нию цифровых сетей персональной связи (PCS) Федеральная комиссия связи США в марте 1995
года выдала 102 лицензии операторам сетей PCS в диапазоне 1900 МГц. Одним из направлений
создания сетей PCS явился перевод стандарта IS-54 в диапазон 1900 МГц. Абоненты этой сети бу-
дут иметь возможность пользоваться двухдиапазонными станциями (800 МГц и 1900 МГц). Многие
из операторов сетей PCS, получивших лицензию, выбрали для реализации сетей персональной
связи версию стандарта GSM для диапазона 1900 МГц - DCS-1900. Большим успехом у операторов
сетей PCS пользуется стандарт CDMA IS-95.
CDMA - сотовые системы подвижной радиосвязи с кодовым разделением абонентов общего
пользования были разработаны впервые фирмой Qualcomm (США) и успешно развиваются фир-
мой Motorola. На системы CDMA в США принят стандарт, получивший обозначение IS-95. В сен-
тябре 1995 года в Гонконге открыта коммерческая эксплуатация первой сети CDMA стандарта IS-
95 на оборудовании фирмы Motorola.
В Японии разработка технических требований к цифровой ССПС JDC проводилась с 1989 го-
да в рамках специально созданного исследовательского комитета. В апреле 1991 года японский
стандарт на цифровую ССПС был принят Комитетом по стандартам японского центра исследова-
ний и развития систем радиосвязи (RCR). Стандарт JDC рассчитан на работу в диапазонах радио-
частот 800/900 МГц и 1400/1500 МГц, использует так же как D-AMPS временное разделение кана-
лов с тремя временными окнами на несущую. К особенностям JDC следует отнести прямую связь
с ISDN, возможность шифрования передаваемых сообщений, применение низкоскоростного рече-
вого кодека VSELP со скоростью преобразования речи 11,2 кбит/с, меньший, чем в D-AMPS, раз-
нос частотных каналов - 25 кГц.
Дальнейшее развитие систем сотовой подвижной связи осуществляется в рамках проектов
создания ССПС третьего поколения. В Европе работы по созданию ССПС третьего поколения, по-
лучившей название UMTS - универсальная система подвижной связи, проводятся СЕРТ по иссле-
довательской программе RACE. Концепция создания UMTS предусматривает объединение функ-
циональных возможностей существующих цифровых систем связи в единую систему третьего по-
коления с предоставлением стандартизованных услуг подвижной связи (сотовой, беспроводной,
персонального вызова и т.д.). Окончательные технические решения по созданию UMTS будут при-
няты в 1996-1998 годах.
Работы по созданию единой международной ССПС третьего поколения,получившей наимено-
вание FPLMTS проводятся Международным союзом электросвязи (МСЭ). Начало ввода наземных
компонентов системы ожидается к 2000 году, ввод спутниковой подсистемы FPLMTS - к 2010 году
По прогнозам фирмы VODAFON (Великобритания) к 2000 году ожидается следующее распре-
деление абонентов среди ССПС различных стандартов: GSM - 59%, JDC - 20%, D-AMPS - 13%,
CDMA - 3%, прочие - 5%.
Системы беспроводных телефонов общего пользования (СТ) составляют значительную
конкуренцию сотовым системам связи.
В 1985 году СЕРТ был предложен первый стандарт СТ1 на систему беспроводных телефонов
в полосе частот 900 МГц с 40 дуплексными каналами с частотным разделением (FDMA). Низкое ка
чество связи и отсутствие секретности передачи речевых сообщений явились основанием к разра-
ботке систем цифровых беспроводных телефонов. Новый стандарт, получивший обозначение СТ2,
был разработан в Великобритании, обеспечивал конфиденциальность переговоров и лучшее, чем в
СТ1, качество приема речевых сообщений. Европейское Сообщество выделило для СТ2 полосу
частот 864-868 МГц. Частотное разделение уступило место временному дуплексному разделению
каналов связи (TDD). Стандарт СТ2 был принят за основу при создании систем Telepoint, предна-
224
знаменных для общего доступа абонентов через радиопорты, установленные в городе, к телефон-
ной сети общего пользования. Протокол радиоинтерфейса СТ2 был принят ETSI и получил обозна-
чение ETS-300 131
В 1992 году ETSI принят стандарт ETS-300 175 на общеевропейскую систему беспроводных
телефонов DECT, предназначенную для передачи речевых сообщений и данных в полосе частот
1880-1900 МГц.
В стандарте DECT используется временное разделение каналов в сочетании с временным
дуплексным разделением режимов приема и передачи. Системные решения и состав служб в
стандарте DECT близки к принятым в стандарте GSM и ориентированы на микросотовую тополо-
гию сетей. В системах DECT предусмотрены следующие функции защиты: аутентификация або-
нентской станции, аутентификация радиопорта, взаимная аутентификация, обеспечение секретно-
сти передаваемых сообщений и аутентификация пользователя. Так же как и GSM, DECT использует
интеллектуальные DAM-карты, содержащие информацию, аналогичную той, что записана на SIM-
карте.
Перспективность развития сетей DECT в значительной степени связывается с возможностью
объединения с сетями GSM и применения двухмодовых абонентских терминалов, работающих в
двух стандартах. Использование DECT совместно с сетями GSM может реализовать службы персо-
нальной связи и подключение универсальных подвижных терминалов (PCS/UMTS) до появления
третьего поколения систем подвижной связи.
В США компанией BELLCORE разработана система беспроводной связи общего доступа
PACS для участков диапазонов частот, выделенных Федеральной комиссией связи США для сетей
персональной связи: 1850-1910 МГц (линия “вверх”) и 1930-1990 МГц (линия “вниз”). PACS исполь-
зует частотное дуплексное разделение каналов приема и передачи, а также мультиплексирование
с временным разделением каналов на линии “вниз” и временное разделение каналов по линии
“вверх”. PACS обеспечивает возможность передачи речевых сообщений, низкоскоростную переда-
чу данных в звуковой полосе частот, а также цифровых данных в рамках интеллектуальной сети,
аутентификацию абонентских станций, регистрацию терминалов в сети, шифрование сообщений
на радиоинтерфейсе. По своему функциональному назначению PACS является близким аналогом
стандарта DECT, но ориентирована на использование в рамках принятого в США распределения
спектра частот и концепции развития персональной связи, отличающихся от европейских.
Система беспроводной связи, основанная на использовании портативных телефонов, полу-
чившая обозначение PHS, разработана и успешно внедряется в Японии. PHS обеспечивает двух-
стороннюю беспроводную связь в рамках микросотовой архитектуры сети. Радиоинтерфейс PHS
основан на применении временного разделения каналов связи и временного дуплексного разделе-
ния режимов приема и передачи (TDMA/TDD). Рабочий диапазон частот - 1895-1918 МГц. Сеть
PHS, так же как и DECT, не требует планирования частот и использует динамическое распределе-
ние каналов связи. Общими тенденциями развития современных стандартов и систем подвижной
радиосвязи являются:
- переход на цифровые методы передачи речевых сообщений;
- внедрение методов временного разделения каналов связи и временного дуплексного раз-
деления каналов передачи и приема;
- исключение прослушивания передаваемых на радиоинтерфейсе сообщений без использо-
вания специальных методов;
- применение шифрования сообщений, передаваемых на радиоинтерфейсе,
- исключение несанкционированного доступа к радиоинтерфейсу и системе в целом за счет
введения процедур аутентификации абонентов, идентификации абонентского оборудова-
ния, обеспечения доступа через интеллектуальные карты;
- обеспечение автоматического роуминга абонентов;
- прямое взаимодействие с цифровыми фиксированными сетями связи;
- интеграция и взаимодействие сетей различных стандартов.
Первые официальные решения по стандартам подвижной связи третьего поколения будут
приниматься, начиная с 1997-1998 годов
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
225
Приложение 1
СТРУКТУРА РЕКОМЕНДАЦИЙ СТАНДАРТА GSM
ETSI/TC GSM Project Team 12 (GSM/PN)
GSM № Рекомен. Наименование Рекомендаций GSM
01.02 Общее описание наземной подвижной сети общего пользования GSM PLMN
01.04 Обозначения наземной подвижной сети общего пользования GSM PLMN
01.06 Этапы предоставления услуг, возможные дальнейшие этапы развития наземной подвижной сети общего пользования GSM PLMN
02.01 Принципы предоставления услуг электросвязи наземной подвижной сети общего пользования GSM PLMN
02.02 Услуги по предоставлению трактов, поддерживаемые наземной подвижной сетью общего пользования GSM PLMN
02.03 Телеуслуги, поддерживаемые наземной подвижной сетью общего пользования GSM PLMN
02.04 Общие положения о дополнительных услугах
02.05 Одновременное и раздельное пользование услугами
02.06 Типы подвижных станций
02.07 Функции подвижных станций
02.08 доклад Доклад: качество услуг
02.09 Аспекты безопасности
02.10 Предоставление услуг электросвязи
02.11 Доступность услуг
02.12 Лицензирование
02.13 Подписка на службу наземной подвижной сети общего пользования GSM PLMN
02.14 Справочник служб
02.15 Перемещение подвижных станций
02.16 Международная идентификация оборудования, подвижных станций
02.17 Модули идентификации абонентов, функциональные характеристики
02.20 Сбор за инкассо
02.21 Процедура перевода на счет и информация о счетах
02.24 Описание уведомления начислений оплаты
02.30 Интерфейс “человек-машина" подвижной станции
02.40 Процедуры для индикации состояния вызова
02.81 Дополнительные услуги по идентификации номера
02.82 Дополнительные услуги по предоставлению вызовов
02.83 Дополнительные услуги по осуществлению вызовов
02.84 Дополнительные услуги для связи между несколькими абонентами
02.85 Дополнительные услуги группе пользователей
02.86 Оплата за дополнительные услуги
02.87 Передача дополнительной информации по дополнительным услугам
02.88 Дополнительные услуги по запрещению вызова
03.01 Функции сети
03.02 Структура сети
03.03 Нумерация, адресация и идентификация
03.04 Требования к сигнализации по направлению вызовов к подвижным абонентам
03.05 Целевые технические характеристики
03.07 Процедуры восстановления
03.08 Классификация данных об абонентах
226
Продолжение
GSM № Рекомен Наименование Рекомендаций GSM
03 09 Процедуры “эстафетной передачи”
03.10 Типы соединений в наземной сети общего пользования GSM PLMN
03.11 Технические решения по предоставлению дополнительных услуг. Общие положения
03.12 Процедуры определения местоположения
03.13 Непрерывный прием в системе GSM
03.14 Поддержка двухтональной высокочастотной сигнализации (DTMF) системы GSM
03.20 Функции системы, связанные с обеспечением безопасности
03.40 Техническая реализация службы коротких сообщений “точка-точка”
03.41 Техническая реализация службы коротких сообщений при передаче в соте
03.42 Доклад: техническая реализация усовершенствованного метода доступа данных MHS
03.43 Техническая реализация "видеотекса”
03.44 Поддержка “телетекса” в наземной подвижной сети общего пользования GSM PLMN
03.45 Техническая реализация службы факсимильной связи группы 3 - прозрачная
03.46 Техническая реализация службы факсимильной связи группы 3 - непрозрачная
03.48 Доклад: служба GSM коротких сообщений при передаче в соте
03.50 Аспекты планирования передачи речи в системе наземной подвижной сети общего пользования GSM PLMN
03.70 Направление вызовов из/на сетях передачи данных общего пользования PDN
03.82 Техническая реализация дополнительных услуг по предоставлению вызовов
03.88 Техническая реализация дополнительных услуг по запрещению вызовов
04.01 MS-BSS интерфейс. Общие положения и принципы
04.02 Доступ к GSM PLMN
04.03 MS BSS интерфейс. Структура каналов и возможности доступа.
04.04 MS-BSS уровень 1 : общие требования
04.05 MS-BSS уровень передачи данных: общие аспекты
04.06 MS-BSS: спецификации уровня передачи данных
04.07 Радиоинтерфейс подвижной радиосвязи. ’ Уровень сигнализации 3: общие положения
04.08 Радиоинтерфейс подвижной радиосвязи. Уровень 3: спецификация
04.10 Радиоинтерфейс подвижной радиосвязи Уровень 3. Спецификация дополнительных услуг - общие аспекты.
04.11 Поддержка службы коротких сообщений “точка-точка" на радиоинтерфейсе
04.12 Передача вызова в службе коротких сообщений на радиоинтерфейсе
04 21 Адаптация скорости передачи на интерфейсе MS-BSS
04.22 Протокол радиосоединения для передачи данных и телематических служб на интерфейсе MS-BSS
04.80 Радиоинтерфейс Уровень 3 - SS спецификация - Форматы и кодирование
04.82 Радиоинтерфейс Уровень 3 - SS спецификации передачи вызова
04.88 Радиоинтерфейс Уровень 3 - SS спецификация запрещения вызова.
05.01 Физический уровень на радиоканале (общее описание)
05.02 Уплотнение и коллективный доступ к радиоканалу
05.03 Кодирование каналов
05.04 Модуляция
05.05 Передача и прием радиосигналов
05.08 Радио-подсистема управления радиоканалами
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
227
Продолжение
GSM № Рекомен. Наименование Рекомендаций GSM
05 10 Радио-подсистема синхронизации
06.01 Процессы обработки речи, общее описание
06.10 Полноскоростное кодирование речи в GSM
06 11 Экстраполяция утерянных циклов в полноскоростных каналах передачи речи
06 12 Аспекты комфортного шума в полноскоростных каналах передачи речи
06 31 Прерывистая передача (DTX) для полноскоростных каналов передачи речи
06 32 Детектор активности речи (VAD)
07.01 Общие и терминальные адаптеры для подвижных станций
07.02 Терминальный адаптер для служб, использующих асинхронные режимы передачи
07 03 Терминальный адаптер для служб, использующих синхронные режимы передачи
08.01 Основные аспекты BSS-MSC интерфейса
08 02 BSS-MSC интерфейс
08.04 Спецификация уровня 1 BSS-MSC
08.06 Спецификации передачи сигнализации.на интерфейсе BSS-MSC интерфейса
08 08 Спецификация уровня 3 BSS-MSC
08.09 Управление сетью, сигнализация, относящаяся к BSS
08.20 Адаптация скорости передачи на интерфейсе BSS-MSC
08.51 Общие аспекты: BSC-BTS интерфейс
08.52 BSC-BTS интерфейс
08.54 BSC-TRX (приемопередатчики) Уровень 1: структура физических цепей
08.56 Спецификация уровня 2 BSC-BTS
08 58 Спецификация уровня 3. BSC-BTS
08.60 Контроль удаленных транскодеров и адаптеров скорости
09.01 Общие варианты взаимодействия сетей
0902 Спецификация МАР
09.03 Требования по взаимодействию ISDN или PSTN с наземной подвижной сетью общего пользования PLMN
09.04 Взаимодействие между PLMN и CSPDN
09.05 Взаимодействие между PLMN и PSPDN для доступа к PAD
09 06 Взаимодействие между PLMN и PSPDN/ISDN для поддержки служб пакетной передачи данных
09.07 Общие требования по взаимодействию между PLMN и ISDN/PSTN
09 09 Подробное описание взаимодействия сигнализаций PLMN с PSTN/ISDN
09.10 Преобразование элементов информации, размещенных между MS-BSS/BSS-MSC. Процедуры сигнализации и МАР.
09.11 Взаимодействие сигнализаций для дополнительных служб
11 01 Принципы процедуры одобрения типа для подвижных станций GSM
11 10 Спецификации соответствия для подвижных станций
11.11 Спецификация интерфейса SIM-ME
11.20 GSM BSS: спецификация оборудования
11.30 доклад Центр коммутации подвижной связи MSC
11 31 Спецификация регистра положения HLR
11.32 доклад Спецификация регистра перемещения VLR
11 40 Спецификации имитатора системы (система проверки соответствия подвижных станций)
12.00 Цели и структура управления сети
12.01 Общие аспекты сетевого управления GSM
12 02 Управление данными об абонентах и подвижном оборудовании
12.03 Обеспечение безопасности
228
Окончание
GSM № Рекомен. Наименование Рекомендаций GSM
12.04 Контроль за эксплуатационными данными
12.05 Данные о состоянии и вызовах абонентов
12 06 Контроль за оплатой услуг сети GSM
12.07 Управление эксплуатацией
12.10 Техническое обслуживание по обеспечению работоспособности подвижных станций
12 11 Техническое обслуживание BSS
12.13 Техническое обслуживание MSC
12.14 Техническое обслуживание регистров положения
12.20 Процедуры по управлению сетью и сообщениями
12.21 Процедуры управления сетью и сообщениями на A-bis интерфейсе
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
229
Приложение 2
АББРЕВИАТУРЫ И ОБОЗНАЧЕНИЯ
Сокращение Английский термин Русский перевод
A-bis Interface between BSC and BTS Интерфейс между контроллером базовой станции и базовой станцией
A-interface Interface between MSC and BSS Интерфейс между центром коммутации подвижной связи и оборудованием базовой станции
A/D Analog to Digital (Converter) АЦП (аналого-цифровой преобразователь)
АЗ Authentication Algorithm Алгоритм аутентификации
А5 Stream Cipher Algorithm Алгоритм поточного шифрования
А8 Ciphering Key Generation Algorithm Алгоритм формирования ключа шифрования
ACCH Associated Control Channel Совмещенный канал управления
ADC Administration Centre Административный центр
ADCCP Advanced Communications Control Protocol Протокол управления перспективными службами связи
ADPCM Adaptive Differential Pulse-Code Modulation Адаптивная дифференциальная импульсно-
кодовая модуляция
AFC Automatic Frequency Control Автоматическая подстройка частоты
AFN Absolute Frame Number Абсолютный номер кадра
AGC Automatic Gain Control Автоматическая регулировка усиления
AGCH Access Grant Channel Канал разрешенного доступа
Al Artificial Intelligence Искусственный интеллект
AM Amplitude Modulation Амплитудная модуляция
AMA Automatic Message Accounting Автоматическое сообщение о счете
ACC Automatic Output Control Автоматическая регулировка выхода
AP Application Process Прикладной процесс
ARC Access Rights Class Класс полномочий доступа
ARC Automatic Repeat Request Автоматический запрос повторения
ARD Access Rights Details Описание полномочий доступа
ARI Access Rights Identity Идентификатор полномочий доступа
ARP Address Resolution Protocol Протокол разрешения адреса
ARC Automatic ReQuest for Retransmission Автоматический запрос на повторную передачу
ASE Application Service Element (OMC) Сервисный элемент прикладной системы
ASE Application Specific Entity (TCAP) Специализированная прикладная система
ASR Answer Seizure Ratio Коэффициент установленных соединений
ATB All Trunks Busy Все магистрали заняты
A ITS Automatic Trunk Testing Subsystem Подсистема автоматического контроля магистралей
AUC Authentication Center Центр аутентификации
AUTO AUTOmatic Mode Автоматический режим
BCCH Broadcast Control Channel Канал управления передачей
BCF Base Station Control Function Функция управления базовой станции
BER Bit Error Rate Частота появления ошибочных битов
BHCA Busy Hour Call Attempt Попытки соединения в час наибольшей нагрузки
BLLNG BILLING Составление счета к оплате за услуги связи
Bm Traffic Channel (full rate) Информационный канал (с полной скоростью передачи)
bps bits per second бит/сек
230
BSC
BSC
BSIC
BSS
BSSAP
BSS MAP
BSSOMAP
BSU
BSU
ВТ
BTC
BTS
c/l
C7
CCCH
CCD
CCH
CCIR
CDMA
CDR
CEB
CEPT
CKSN
CM
CMIP
CMISE
COMM
CONF
CONFIG
CRC
CRM-HS
CRM-LS
CRT
CSPDN
CT1
CT2
D/A
DAN
DAS
DB
DBMS
DC
DCA
DCCH
Base Station Code
Base Station Controller
Base Station Identity Code
Base Station System (BSC+BTS)
BSS Application Part (DTAP+BSSMAP)
Base Station System Management Application
Part
Base Operation and Maintenance Application
Part
Base Station Control Unit
Base Station Unit
Bus Terminator
Bus Terminator Card
Base Transceiver Station
Carrier to Interference Ratio
Signalling System N 7 (CCITT N7)
Common Control Channel
Common Channel Distributor —
Council for Communications Harmonization
International Radiocommunication Consultative
Committee
Code Division Multiple Access
Call Detail Records
Control Equalizer Board (BTS)
Conference of European Postal and
Telecommunications Operators
Ciphering Key Sequence Number
Connection Management
Common Management Information Protocol
Common Management Information Service
Element
COMMunications
CONFerence Curcuit
CONFIGuration Control Program
Cyclic Redundancy Code
Cellular Radio Modem-High Speed
Cellular Radio Modem-Low Speed
Cathode Ray Tube (video display term)
Circuit Switched Public Data Network
Cordless Telephone
Cordless Telephone
Digital to Analog (converter)
Digital Announcer
Data Acquisition System
Data Base
Data Base Management System
Direct Current
Dynamic Channel Allocation
Dedicated Control Channel
Код базовой станции
Контроллер базовой станции
Идентификационный код базовой станции
Оборудование базовой станции (BSC+BTS)
Прикладная часть системы BSS
(DTAP+BSSMAP)
Прикладная часть системы управления BSS
Прикладная часть системы управления и
обслуживания базовой станции
Блок управления базовой станцией
Блок базовой станции
Оконечная нагрузка шины
Плата оконечной нагрузки шины
Приемопередатчик базовой станции
Отношение сигнал/помеха
Система сигнализации N 7 (МККТТ)
Общий канал управления ——
Распределитель'ктналбв
Координационный комитет по гармонизации
Международный консультативный комитет по
радиосвязи
Кодовое разделение каналов
Регистрация телефонных вызовов
Плата управления эквалайзера (BTS)
Европейская конференция администраций
почт и связи
Порядковый номер ключа шифрования
Управление соединением
Общий протокол управления информацией
Общий служебный элемент управления
информацией
Связь
Канал конференц-связи
Программа управления конфигурацией
Циклический избыточный код
Модем сотовой системы радиосвязи -
высокоскоростной (скорость передачи
данных 1200-9600 бит/с)
Модем сотовой системы радиосвязи -
низкоскоростной (скорость передачи дт
300 2400 бит/с)
Электронно-лучевая трубка (видеотерминал
дисплея)
Сеть передачи данных общего пользования с
коммутацией каналов
Беспроводной телефон 1
Беспроводной телефон 2
Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП)
Цифровой указатель
Система обработки данных
База данных
Система управления базой данных
Постоянный ток
Динамическое распределение каналов
Специализированный канал управления
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
231
DCF Data Communications Function
DCN Data Communications Network
DCS 1800 Digital Cellular System
DCT-900 Data Communication Terminal
DDS Direct Digital Synthesis
DECT Digital European Cordless Telecommunications
DFE Decision Feedback Equalizer
DLCI Data Link Connection Identifier
Dm Signalling Channel
DMX Distributed Electronic Mobile Exchange
(Motorola's networked EMX family)
DN Directory Number
DPNSS Digital Private Network Signalling System (ВТ
standard for PABX interface)
DRC Data Rate Converter Board
DRCU Diversity Radio Channel Unit
DRI Digital Radio Interface Board
DRIX DRI Extender Half Size Board
DRX Discontinous Reception
DS CDMA Direct Sequence-CDMA
DSP
DTAP
DTMF
DTX
E
E-TACS
Eb/No
EC
EIR
EIRP
EMC
EMC
EPROM
ERMES
ETSI
ETX
FAC
Digital Signal Processor
Direct Transfer Application Part
Dual Tone Multi-Frequency (tone signalling
type)
Discontinous Transmission
Erlang
Extended TACS (analog cellular system,
extended)
Energy per Bit/Noise floor
Echo Canceller
Equipment Identity Register
Effective Isotropic Radiated Power
Electro Magnetic Control
Equipment Manufacturer Code
Erasable Programmable Read Only Memory
European Radio Messaging System
European Telecommunications Standards
Institute
End of Transmission
Final Assembly Mode
Функция передачи данных
Сеть передачи данных
Цифровая сотовая система
Оконечное устройство передачи данных
Прямой цифровой синтез
Цифровая европейская система
беспроводной связи
Эквалайзер с решающей обратной связью
Идентификатор подключения к линии
передачи данных
Канал сигнализации
Распределенный электронный коммутатор
для связи с подвижными объектами
Номер директории
Система сигнализации цифровой частной
сети (стандарта ВТ для интерфейса частной
АТС с выходом в общую сеть)
Плата преобразователя скорости передачи
данных - обеспечивает преобразование
данных и протокола между PLMN и сетью
назначения для 8 каналов (p/о IWF)
Устройство разнесенного приема, состоит из
приемо-передатчика, цифровых схем
управления и источника питания (p/о BSS)
(см. RCU)
Цифровая плата радиоинтерфейса -
обеспечивает кодирование/декодирование,
шифрование/дешифрование для
радиоканала (p/о BSS)
Плата расширителя DRI 1/2 формата -
волоконно-оптическая линия связи от DRI к
BCU (p/о BSS)
Непрерывный прием
Широкополосный сигнал (CDMA), сформиро-
ванный методом прямого расширения спек-
тра
Цифровой процессор сигналов
Прикладная часть прямой передачи
Двухтональная многочастотная сигнализация
Непрерывная передача
Эрланг
TACS с расширением (аналоговая сотовая
система, с расширением)
Энергия бита/минимальный уровень шума
Эхоподавитель
Регистр идентификации оборудования
Эффективная мощность изотропного
излучения
Электромагнитный контроль
Код производителя оборудования
Стираемая программируемая постоянная
память
Европейская система передачи сообщений
Европейский институт стандартов связи
Конец передачи
Режим последней передачи (трансляция)
232
FACCH Fast Associated Control Channel Быстродействующий объединенный канал
управления
FCCH Frequency Correction Channel Канал подстройки частоты несущей
FEC Forward Error Correction Прямая коррекция ошибок
FFS For Further Study Для последующего анализа
FIR Finite Impulse Response (filter type) Импульсная характеристика с конечной длительностью КИХ
FN Frame Number Номер кадра
FPLMTS Future Public Land Mobile Telephone System Будущая система подвижной связи общего использования
FS Frequency Synchronization Частотная синхронизация
FS Fixed Side Фиксированная часть (базовая станция в сети DECT)
FS or FFS For Further Study Для дальнейшего изучения (используется во всех документах GSM)
GCLK Generic Clock Board Плата общей синхронизации - источник синхроимпульсов системы, один на участок (p/о BSS, BTS, BSC, IWF, RXCDR)
GDB GSM DSP Board (p/о BSC) GSM плата цифрового процессора сигналов (p/о BSC)
GHz Giga-Hertz ГГц (109 Гц)
GMSC Gateway Mobile Services Switching Center Межсетевой коммутационный центр подвижной связи
GMSK Gaussian Minimum Shift Keying Гауссовская манипуляция с минимальным частотным сдвигом
GND GrouND Заземление. Земля
GPC General Protocol Converter Преобразователь общего протокола
GPROC Generic Processor Board GSM плата общего процессора
GSM Groupe Special Mobile (франц.) Группа экспертов подвижной связи
GSM Global System for Mobile Communications Глобальная система подвижной связи
H-M “Human-Machine" Terminals Терминал “человек-машина”
HLR Home Location Register Регистр положения (домашний)
HS HandSet Ручной телефон
HSN Hopping Sequence Number Номер последовательности переключений
HW Hardware Аппаратное обеспечение
I/O Input/Output Ввод/вывод
IA5 International Alphanumeric 5 Международный алфавитно-цифровой код 5
IC Integrated Circuit Интегральная схема
ICMP Internet Control Message Protocol Межсетевой протокол контрольных сообщений
ID Identification Идентификация
IEEE Institute of Electrical and Electronic Engineers Институт инженеров по электротехнике и
радиоэлектронике (США)
IF Intermediate Frequency Промежуточная частота
IFAM Initial and Final Address Message Начальное и конечное адресное сообщение
IMACS Intelligent Monitor and Control System Интеллектуальная система регистрации и управления
IMEI International Mobile Station Equipment Identity Международный идентификационный номер оборудования подвижной станции
IMM IMMediate Assignment Message Сообщение о немедленном предоставлении каналов
IMSI International Mobile Subscriber Identity Международный идентификационный номер подвижного абонента
IN Intelligent Network Интеллектуальная сеть
IP Internet Protocol Межсетевой протокол
IPEI International Portable Equipment Identity Международный код (идентификатор) портативной станции
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
233
IPUI International Portable User Identity Международный код (идентификатор) пользователя портативной станции
ISC International Switching Center Международный центр коммутации
ISDN Integrated Services Digital Network Цифровая сеть с интеграцией услуг
ISUP ISDN User Part Подсистема пользователя ЦСИС
IWF InterWorking Function Функция межсетевого обмена
IWMSC InterWorking MSC Межсетевой центр коммутации подвижной
связи
К Kilo Кило
Kb Kilo-bit Килобит
Kbit/s Kilo-bit per second Килобит/с
Kbps Kilo-bit per second Килобит/с
Kc Ciphering Key Ключ шифрования
KHz Kilo-Herz Килогерц (103 Гц)
Ki Individual Subscriber Authetication Key Индивидуальный ключ аутентификации абонента
kW kilo-Watt Киловатт
L2ML Layer 2 Management Link Линия управления уровня 2
L2R Layer 2 Relay Function Функция ретрансляции уровня 2
LAI Location Area Identification (identity) Идентификатор зоны расположения
LAN Local Area Network Локальная сеть связи
LCN Local Communication Network Локальная сеть связи
LED Light Emitting Diode Светоизлучающий диод
LF Line Feed Перевод строки
LLC Logical Link Control Логический контроль линии
Lm Traffic Channel (half rate) Канал трафика (полускоростной)
LMS Least Mean Square Метод наименьших квадратов
LPC Linear Predictive Code Линейное кодирование с предсказанием
LR Location Register Регистр положения
M Mega (106) Мега (106)
M&TS Maintenance and Trouble Shooting Обслуживание и поиск неисправностей - функциональная часть программного обес- печения управления сетью, которая фиксиру ет сигналы тревоги, сбои в работе прогр или аппаратного обеспечения и задействует устройства тестовой диагностики
MA Mobile Application Прикладная часть подвижной связи
MAC Medium Access Control Управление доступом к среде передачи данных
MAF Mobile Application Function Функция прикладной части подвижной связи
MAIDT Mean Accumulated Intransic DownTime Среднее время простоя
MAINT MAINTenance Техобслуживание
MAP Mobile Application Part Подсистема подвижной связи
MAPP Mobile Application Part Processor Процессор МАР
MCC Mobile Country Code Код страны в системе подвижной связи
ME Maintenance Entity (GSM 12.00) Система техобслуживания (GSM 12.00)
MEF Maintenance Entity Function (GSM 12.00) Функция техобслуживания (GSM 12.00)
MF Multifunction Block Многофункциональный блок
MF Multi-Frequency (tone signalling type) Многочастотный (тип тональной сигнализации)
MGMT Management Управление (менеджмент)
MHS Message Handling Service Служба обработки сообщений (GSM 12 00)
MHz Mega-Hertz Мегагерц (106 Гц)
MMI Man Machine Interface Интерфейс человек-машина
MML Man Machine Language Язык общения оператора с ЭВМ
MNC Mobile Network Code Код сети подвижной связи
234
MNT MainTenance Техобслуживание
МО/РР Mobile Originated Point-to-Point Messages (Прямая) передача сообщений от подвижного абонента “точка-точка”
МОМАР Motorola ОМАР Прикладная часть системы управления и обслуживания фирмы Моторола
MoU Memorandum of Understanding Меморандум о взаимопонимании
МРХ Multiplexed Уплотненный
MS Mobile Station Подвижная станция
MSC Mobile Services Switching Center Центр коммутации подвижной связи
msec millisecond (.001 second) Миллисекунда (W3 сек)
MSI Multiple Serial Interface Board Плата множественного последовательного интерфейса - интеллектуальный интерфейс для двух линий с пропускной способностью 2,048 Мбит
MSISDN Mobile Station International ISDN Number Международный ISDN - номер подвижной станции
MSRN Mobile Station Roaming Number Номер блуждающей подвижной станции
MT Mobile Termination Оконечное оборудование подвижной станции
MT/PP Mobile Terminated Point-to-Point Messages Прямая передача сообщений “точка-точка" в подвижной связи
MTBF Mean Time Between Failures Среднее время между отказами
MTP Message Transfer Part Подсистема передачи сообщений
MTTR Mean Time to Repair Среднее время восстановления
MUX Multiplexer Мультиплексор
NE Network Elements Элемент сети
NEF Network Element Function Block Блок, выполняющий функции элемента сети
NLK Network Link Processor (s) Процессор линии сети связи
NM Network Management Управление сетью
NMC Network Management Center Центр управления сетью
NMT Nordic Mobile Telephone System Скандинавская система подвижной телефонной связи
NSP Network Service Provider Поставщик услуг сети
nW nano-Watt нановатт
O&M Operations and Maintenance Управление и обслуживание
OACSU Off-Air Call SetUp Автоматическое соединение подвижной або- нентской радиостанции с абонентом стацио- нарной АТС через базовую станцию ССПС
OFL % OverFlow Процент перегрузки
ОМАР Operations and Maintenance Application Part (was OAMP) Подсистема техобслуживания и эксплуатации
ОМС Operations and Maintenance Center Центр управления и обслуживания
OMCR Operations and Maintenance Center-Radio Part Центр управления и обслуживания радиочастью
OMCS Operations and Maintenance Center-Switch Part Центр управления и обслуживания коммутационной частью
OML Operations and Maintenance Link Линия управления и обслуживания
OMSS Operations and Maintenance SubSystem Подсистема управления и обслуживания
OSF Operation Systems Function Block Блок функций систем управления
OSS Out of Service Вне обслуживания
OSS Operator Services System Оператор услуг связи
Overlap Overlap Sending Передача с перекрытием, означает, что циф-
ровые сигналы передаются из одной систе-
мы в другую сразу же, как только они прини-
маются передающей системой. Такая систе-
ма не ждет, когда она примет все цифры вы-
зова, а начинает передавать эти цифры в
следующую систему
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
235
РА Power Amplifier
РАВХ Private Automatic Branch exchange
PAD Packet Assembler/Disassembler
PARK Portable Access Rights Key
PARM Public Access Mobile Radio
PCH Paging Channel
PCM Pulse Code Modulation
PCN Personal Communications Network
PCS 1900 Personal Communications Services
PDF Power Flame (MSC/LR)
PDN Packet Duta Network
PDU Protected Data Unit
PID Process Identifier
PIM PCM Interface Module (MSC)
PIN Personal Identification Number
PIX Parallel Interface Extender Half Size Board
PLMN Public Land Mobile Network
PMA Prompt Maintenance Alarm
PMR Professional Mobile Radio
PMR Private Mobile Radio
PMUX PCM Multiplexer
POCSAG Post Office Code Standardization Advisory
Group
POTS Plain Old Telephone Service
ppm parts per million
PROM Programmable Read Only Memory
PS Portable Side
PSAP Presentation Services Access Point
PSN Portable Serial Number
PSPDN Public Switched Packet Data Network
PSTN Public Switched Telephone Network
PSW Pure Sine Wave
PTO Public Telecommunications Operator
PUN Portable User Number
PUT Portable User Type
PWR Power
Q-adapter Used to connect ME’s to TMN (GSM 12.00)
also alias QAF
Усилитель мощности
Частная АТС с выходом в общую сеть
Устройство формирования/расформирова-
ния пакетов
Ключ полномочий доступа портативной
станции
Системы подвижной радиосвязи, обеспечи-
вающие соединение подвижных абонентов с
абонентами телефонной сети общего поль-
зования
Канал персонального вызова
Импульсно-кодовая модуляция
Сеть персональной связи
Службы персональной связи 1900
(стандарт США)
Щит коммутации мощности
Сеть пакетной передачи
Блок защищенных данных
Устройство идентификации процесса
Интерфейсный модуль кодово-импульсной
модуляции
Персональный идентификационный номер
Расширитель параллельного интерфейса на
полуформатной плате
Сеть связи общего пользования наземных
подвижных объектов
Сигнализация о необходимости
немедленного технического обслуживания
(см. также DMA)
Профессиональные системы подвижной
связи
Частные системы подвижной связи
ИКМ-мультиплексор
Консультативная группа стандартизации
кодов почтовой связи
Традиционные виды услуг телефонной связи
Частей на миллион
Программируемое постоянное ЗУ
Портативная часть (абонентская станция в
сети DECT)
Пункт доступа к службам присутствия
Серийный номер портативного телефона
Коммутируемые сети пакетной передачи
данных общего пользования
Коммутируемая телефонная сеть общего
пользования
Синусоидальная волна (несущая)
Оператор системы связи общего
пользования
Номер пользователя портативной станции
Категория пользователя портативной
станции
Мощность
Устройство для соединения устройств
обслуживания и поддержки (ME и SE) с
сетью управления телесвязью (TMN) (GSM
12.00) - см. также QAF
236
QAF Q-Adapter Function Block
QEI Quad European Interface
QOS Quality of Service
RACCH Random Access Control CHannel
RACH Random Access CHannel
RAM Random Access Memory
RAND RANDom Number
Rax Rate Adaption
RBDS Remote BSS Diagnostic Sub-system
RCU Radio Channel Unit
RCVR Receiver
RELP Radio Excited Linear Productive
RELP-LTP RELP Long Term Prediction
RF Radio Frequency
RFP Radio Fixed Part
RFPI Radio Fixed Part Identity
RLP Radio Link Protocol
rms Root Mean Square
ROM Read Only Memory
RR Radio Resource Management
RSL Radio Signalling Link
RSS Radio SubSystem (BSS)
RSSI Received Signal Strength Indication
RU Rack Unit
Rx Receiver
RXLEV-D Received Signal Level Downlink
RXLEV-U Received Signal Level Uplink
RXQUAL-D Received Signal Quality Downlink
RXQUAL-U Received Signal Quality Uplink
SACCH Slow Associated Control CHannel
SAGE A Brand of Trunk Test Equipment
SAPI Service Access Point Indicator (Identifier)
SC Service Center
SCCP Signalling Connection Control Part
SCEG Speech Coding Experts Group
SCH A-bis Signalling Channel
SCH Synchronizing Channel
SCI Status Control Interface
SCIP Serial Communication Interface Processor
SCP Service Control Point
Функциональный блок Q-адаптера
Четырехсторонний европейский интерфейс,
служит для подсоединения четырех линий со
скоростью передачи 2,048 Мбит/сек к тракту
коммутации TDM (см. MSI)
Качество обслуживания
Канал управления произвольным доступом
Канал произвольного доступа
ОЗУ
Случайный номер (число)
Адаптация по скорости передачи
Подсистема дистанционной диагностики
оборудования базовой станции
Блок радиоканала - содержит приемопере-
датчик, схемы цифрового контроля и источ-
ник питания (см. DRCU)
Приемник
Линейное предсказание по остаточному
возбуждению
Долговременный RELP-прогноз
Радиочастота
Стационарная радиочасть
Идентификатор радиопорта
Протокол работы радиолинии
Среднеквадратичное значение
Постоянное ЗУ
Управление радиоресурсами
Радиолиния сигнализации
Подсистема радиооборудования (BSS)
Индикация уровня принимаемого сигнала
Стойка
Приемник
Уровень принимаемого сигнала линии “вниз”
Уровень принимаемого сигнала линии
“вверх”
Качество принимаемого сигнала на линии
“вниз”
Качество принимаемого сигнала на линии
“вверх"
Низкоскоростной объединенный канал
управления (с малой скоростью передачи)
Испытательное оборудование транкинговых
каналов
Индикатор (идентификатор) пункта доступа к
услугам
Центр обслуживания
Подсистема управления соединением
сигнализации
Экспертная группа по речевому
кодированию
Сигнальный канал A-bis интерфейса
Канал синхронизации
Интерфейс управления статусом
Процессор интерфейса последовательной
связи
Пункт управления обслуживания
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
237
SDC A-bis Traffic Channel Канал трафика A-bis интерфейса
SDCCH Stand-alone Dedicated Control Channel Автономный специализированный канал управления
SE Support Entity (GSM 12.00) Система поддержки (GSM 12.00)
SEF Support Entity Function (GSM 12.00) Функция системы поддержки (GSM 12 00)
SIM Subscriber Identity Module Модуль идентификации абонентов (SIM-карта)
SIX Serial Interface extender Расширитель последовательного интерфейса - перекрывает уровни интерфейса вплоть до уровней ТТ. Используется для расширения двух последов портов от платы процессора GSM на внешние устройства (RS-2326 RS- 422 и волоконная оптика)
SLINK Serial Link Последовательная линия связи
SMS Short Message Service Служба коротких сообщений
SND SeND Передача
SNDR SeNDeR Отправитель (сообщения)
SNR Serial Number Серийный номер
SP Special Product Специальное изделие
SRES Signed RESponse Полученный отклик
SSP Service Switching Point Пункт коммутации услуг связи
SSS Switching SubSytem Подсистема коммутации
STAT STATistics Статистика
STP Signalling Transfer Point Транзитный пункт сигнализации
SW Software Программное обеспечение
SYS SYStem Система
SYSGEN SYStem GENeration Генерация системы (поколение)
TA Terminal Adapter Адаптер терминала
TAC Type Approval Code Код одобрения типа
TACS Total Access Communications System Система связи с полным доступом
(European analog system) (европейская система аналоговой связи)
TCAP Transaction Capabilities Application Part Прикладная часть емкости транзакции
TCH Traffic CHannel Канал трафика
TCP Transmission Control Protocol Протокол управления передачей
TDM Time Division Multiplexing Мультиплексирование (уплотнение) с временным разделением каналов
TDMA Time Division Multiple Access Множественный доступ с временным разделением каналов
ТЕ Terminal Equipment Терминальное оборудование
TEMP TEMPorary Временный
TETRA Trans-European Trunked RAdio Общеевропейская система транкинговой связи
TM1 TDM Modem Interface Board Модемная интерфейсная плата TDM - обеспечивает аналоговый интерфейс между IWF и модемами для 15 линий
TMM Traffic Metering and Measuring Измерение параметров трафика
TMN Telecommunications Management Network Сеть управления системами телесвязи
TMSI Temporary Mobile Subscriber Identity Временный идентификатор (номер) подвижного абонента
Traffic Unit Erlang Единица измерения интенсивности трафика (Эрланг)
TRX Transceiver (s) Приемопередатчик (и)
TSA Time Slot Acquisition Занятие временного интервала
TSI Time Slot Interchange Взаимообмен временными интервалами
TTL Transistor-Transistor Logic Транзисторно-транзисторная логическая схема
238
TTY TeleTYpe Телетайп (применимо к любому терминалу)
TUP Telephone User Part Подсистема пользователя телефонией
UHF Ultra High Frequency Ультравысокая частота (УВЧ)
UI Unnumbered Information Frame Непронумерованный информационный кадр
Um Air Interface Радиоинтерфейс
UMTS Universal Mobile Telesystem Универсальная система подвижной связи
U PT Universal Personal Telecommunication Универсальная персональная связь
VA Viterbi Algorithm Алгоритм Витерби
VAD Voice Activity Detection Детектор активности речи
VCO Voltage Controlled Oscillator Генератор, управляемый напряжением
VLR Visited Location Register Регистр перемежения (визитный)
VLSI Veiy Large Scale Integration (IC) Сверхбольшая интегральная схема (СБИС)
VOX Voice Operated Transmission Передача речевых сообщений
WS Work Station Рабочая станция
WSF Woikstation Function Block Функциональный блок рабочей станции
XCB Tranceiver Control Board Плата управления приемопередатчиком
XCDR Full-rate Transcoder Полноскоростной транскодер (обеспечивает
транскодирование речи и субмультиплекси-
рование)
СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ
239
4
Государственный центр компьютерных технологии - СТС предлагает программное
обеспечение для ‘ планирования беспроводных сотовых, транковых и радиорелейных систем
телекоммуникации на основе FDMA, TDMA и CDMA. Указанное программное обеспечение
функционирует в среде персональных ЭВМ и позволяет выбрать места размещения базовых станций
мобильных и стационарных телекоммуникационных систем с учетом информации о местности,
демографической обстановке, характеристиках системы (включая полосу сигнала, используемые
кодовые последовательности, вид модуляции сигнала, параметры антенн)
Центр предлагает следующие пакеты программ
RADIUS - программа планирования сотовых систем телекоммуникации на основе стандартов
AMPS, DAMPS, NMT, GSM, DECT,
RPS - программа планирования транковых и радиорелейных систем и телекоммуникации в
частотном диапазоне 0,1 - 144 ГГц. ,
RPS/CDMA - программа планирования мобильных и фиксированных систем
телскомму никации: работающих на основе CDMA ;
SPUN - программа планирования сотовых систем телекоммуникации внутри зданий
(предлагается только сервис)
11о всем вопросам просьба обращаться :
Fax . (095)535-1708, 230-1745
E-mails . sokolov/z niiet.scnsor.zgrad.su bsdbro@broad-band bsd.msk.ru
Tel : (095)535-1708 (095)532-9826 (095)230-1773
Вице Президент - Александр Соколов
Подписано в печать 27.11.97. Формат 60x84/8.
Бумага офсетная. Гарнитура журн.-рубл. Печать офсетная.
Усл. псч. л. 32,5. Тираж 1500 экз. Заказ 962 .
Информационно-технический центр «Эко-Трендз».
Лицензия на издательскую деятельность № 065232 от 20.06.97.
Отпечатано в типографии МИФИ
Москва, Каширское ш , д. 31.