Įvadas
GSM (Global System for Mobile Communications) tai pats populiariausiasstandartas mobiliesiems telefonams pasaulyje. Šiandien GSM telefonainaudojami daugiaiu kaip milijardo žmonių daugiau kaip 200 šalų. GSM tinklųbuvimas visur, leidžia naudotis telefono operatoriais ne tik savoje bet irkitose šalyse, su sutartimis tarp operatorių. GSM pagrindinis skirtumas nuojo primtakų tas kad visi jo kanalai, tame tarpe ir kalbos, yraskaitmeniniai, o tai reiškia kad GSM yra antros kartos mobilųjų telefonųsistema. Šis faktas taip pat reiškia tai jog duomenų komunikacijos sistemospradėjo plėtotis jau senai. Paplitus pirmos kartos sistemoms, tapo aišku, kad mobiliojo ryšiopaslaugos vartotojams yra patrauklios, jų apimtis ir vartotojų skaičiusgreitai auga. GSM paslaugos tapo pačios populiariausios Europoje ir vienos išpopuliariausių pasaulyje, o GSM telefonas perėjo iš prabangos reikmenųkategorijos į vartojamųjų reikmenų kategoriją. Jau dabar mobiliųjų telefonųLietuvoje yra daugiau negu fiksuoto ryšio telefonų. Toks GSM pasisekimas, be akivaizdžių pranašumų, yra ir didelis iššūkisstandartų kūrėjams, įrangos gamintojams ir tinklų operatoriams. Bevieliaitinklai turi perduoti didelius informacijos kiekius, bet tam reikiaįvairiais būdais padidinti GSM tinklo talpą.
1 GSM ISTORIJA
1980 metais analoginės korinės telefono sistemos pradėjo stipriaiplėtotis Europoje, daugiausia skandinavijos šalyse ir DidžiojojeBritaniojoje, taip pat Prancūzijoje ir Vokietijoje. Kiekviena šalis išvystėsavo sistemą, kurios buvo nesuderinamos su kitų šalių įranga iroperacijomis. Tai buvo nepageidaujama situacija, ne vien dėlto kadmobilioji įrangos galimybės buvo apribotos valstybės sienomis, kassuvienytoje Europoje darosi vis svarbiau, bet ir dėl to kad kiekvienamįrangos tipui buvo maža rinka, o tai buvo ekomiškai nenaudinga. Taigi 1982 metais posėdyje CEPT (Conference of European Post andTelecommunications) buvo suformuota mokslinė grupė pavadinimu GroupeSpécial Mobile (GSM) kad išstudijuotu ir išvystytu Europiečių mobiląjąsistemą. Pateikta sistema turėjo atitikti tokius reikalavimus: Gera balso perdavimo kokybė Maža terminalo ir paslaugų kaina Palaikytų tarptautinius pokalbius Galimybė palaikyti rankinius terminalus Galimybė plėtoti paslaugas ir įranga Suderinamas su ISDN
1989 m. Atsakomybė už GSM tinklus buvo perleista EuroposTelekomunikacijų Standartų Institutui (ETSI), kuris apibrėžė GSM, kaipvisuotinai priimtiną skaitmeninį korinį ryšio standartą. GSM tapo ETSItechniniu komitetu. 1990 Patvirtintos pirmos fazės GSM 900 specifikacijos.Komercinės paslaugos pradėtos teikti 1991, ir 1993 buvo 36 tinklai 22skirtingose šalyse, bei 25 šalys buvo pasirinkusios ar apsvarsčiusios GSMplėtojimo galimybę. Tai ne tik Europiečių standartas – Pietų Afrika,Australia, taip pat dauguma vidurio ir Tolimųjų Rytų šalys pasirinko GSM.1994 pradžioje buvo 1,3 mln abonentų visame pasaulyje. Dabar GSM šifruojasikaip Global System for Mobile telecommunications. GSM vystytojai pasirinko neaprūpinta (tuo metu) skaitmeninę sistemą, one tų laikų standartą analoginę korinę sistemą kaip AMPS JungtinėseValstijose ar TACS Didžiojoje britanijoje. Jie tikėjo kad pažanga algoritmųsuspaudime ir skaitmeninių signalų procesorių srityse leis daug pasiekti,siekiant patenkinti keliamus reikalavimus ir nuolat tobulinti sistemą kainųir kokybės srityje. 8000 puslapių GSM rekomendacijose bandoma sudarytisąlygas tinklo lankstumui ir konkurencijai tarp daugelio tiekėjų, tai patnustatyti pakankamai nurodymų kad garantuoti sklandų bendradarbiavimą tarptinklo komponentų. Iš dalies tai buvo įgivendinta parengiant sąsajų irfunkcijų aprašymus kiekvienos funkcinės dalies esančios sistemoje.
2. GSM TIEKIAMOS PASLAUGOS
Nuo pat pradžių, GSM projektuotojai norėjo siūlomų paslaugų
suderinamumo su ISDN. Radio ryšys sudarė šiokius tokius apribojimus, visdėlto standartinis ISDN greitis 64 kbps praktiškai negalėjo būti pasiektas. Naudojant ITUT apibrėžimus, telekomunikacinės paslaugos galėjo būtisuskirstytos į ryšio paslaugas, telepaslaugas, ir papildomas paslaugas.Skaitmeninė GSM prigimtis leidžia sinchroniniams, ir asinchroniniamsduomenims būti perduotiems kaip ryšio paslauga į ar iš ISDN terminalo.Duomenims perduoti gali būti naudojamas transparent service, kuris turifiksuota vėlinimą bet nėra užtikrintas duomenų vientisumas, arbanontransparent service, kuris užtikrina duomenų vientisumą per automatinįužklausų kartojimo (Automatic Repeat Request) mechanizmą, bet su kintamuvėlinimu. GSM palaikomas duomenų perdavimo greitis yra 300 bps, 600 bps,1200 bps, 2400 bps, ir 9600 bps. Pati pagrindinė GSM palaikoma paslauga yra telefonija. Yra pagalbospaslauga, kur susisiekiama su artimiausu paslaugų tiekėju surenkant 3skaitmenis. Grupė 3 fax, analogiškas metodas aprašytas ITUTrekomendacijose, jis taip pat palaikomas naudojant atitinkamą faksoadapterį. Unikali GSM savybė, palyginti su sena analoginė sistema, taitrumpųjų žinučių paslauga (SMS). SMS yra dvikryptė paslauga siūsti trumpasraidines-skaitmenines (iki 160 ženklų) žinutes. Dėl abipusio ryšio SMS galibūti nusiūsta kitam tinklo abonentui ir gali būti atsūstas patvirtinimassiuntėjui. SMS gali būti naudojamas teleteksto rėžimu, kad siūsti žinuteskaip naujienų pranešimus. Žinutės gali būti saugomos SIM kortelėje artelefone, vėlesniam naudojimui. Papildomos paslauaugos yra numatytos virš telepaslaugų ar ryšiopaslaugų, ir susideda iš tokių savybių kaip skambinančio identifikavimas,skambučio peradresavimas, skambučio laukimas, grupiniai pokalbiai,tarptautiniai pokalbiai tarp kitų.3. GSM ARCHITEKTŪRA
GSM tinklas susideda iš keleto funkcinių vienetų, kurių funkcijos irsąsajos yra apibrėžtos. Paveiksliukas rodo bendrą GSM shemą. GSM tinklasgali būti skirstomas į 3 pagrindines dalis. 1. Mobilioji stotis MS(telefonas) yra pas tinklo abonentą. 2. bazinė stotis (BTS) kontroliuojaradio ryšį su mobiląją stotim, ji per bazinės stoties valdiklį (BSC)jungisi su MSC. 3 Tinklo posistemė yra pagrindinė dalis su kuria mobilųjųpaslaugų komutacijos centras (MSC) atlieka skambučių sujungimą tarpfiksuoto arba mobilaus tinklo abonento, taip pat kontroliuoja mobiląsiąspaslaugas, tokias kaip autentiškumą. Neparodytas yra operacijų ir valdymocentras, kuris prižiūri tinklo veiklą ir kad operacijos būtų vykdomostinkamai. Mobiliosios stoties ir pagrindinės stoties posistemės bendraujaper Um sąsają, taip pat žinomą kaip oro sąsają ar radio ryšį. Pagrindinėsstoties posistemė bendrauja su mobiliųjų paslaugų sujungimo centru per Asąsają.
3.1 Mobilioji stotelė
Mobilioji stotelė (MS) susideda iš fizinės įrangos, tokios kaip radiosiūstuvas ir imtuvas, displėjaus ir skaitmeninio signalų procesoriaus, beto kortelės kuri vadinama abonento identifikavimo modulis (SubscriberIdentity Module – SIM). SIM kortelė suteikia asmeninį mobilumą, taigivartotojas turi galimybę naudotis visomis užsisakytomis paslaugomis,nepriklausomai nuo telefono esamos vietos ir konkretaus telefono. IdėjęsSIM kortelę į kita GSM telefoną vartotojas gali naudotis visomis tinklotiekiamomis paslaugomis. Mobilioji įranga yra atpažystama pagal unikalų tarptautinį mobiliosįrangos kodą (IMEI). SIM kortelė turi tarptautinį mobilaus tinklo abonentokodą (IMSI), kuris identifikuoja abonentą per slaptą raktą autentifikavimuiir kitą vartotojo informaciją. IMEI ir IMSI yra nepriklausomi, taigisuteikia asmeninį mobilumą. SIM kortelė gali būti apsaugota slaptažodžiukad ja nepasinaudotu pašaliniai asmenys.
3.2 Bazinė stotis
Bazinė stotis yra sudaryta iš dviejų dalių tai: pagrindinio siūstuvo-imtuvo (BTS) ir pagrindinės stoties kontrolerio (BSC). Jie abu dirba perspecialią Abis sąsają, leidžiančią (kaip ir likusiai sistemos daliai)vykdyti operacijas tarp komponentų pagamintų skirtingų tiekėjų. Pagrindinė siūstuvo-imtuvo stotis susideda iš radio siūstuvų ir imtuvųkurie nustato telefono lastelę ir valdo radioryšio protokolus su mobiliuojutelefonu. Didelėje miesto teritorijoje yra didelis BTS skaičius. BTSreikalavimai yra: patikimumas, portatyvumas, ir minimalios išlaidos. Bazinės stoties kontroleris (valdiklis) valdo radio resursus vienos ardaugiau BTS stočių. Ji valdo radio kanalo sudėti, dažnio keitimą, irperdavimus, kas aprašyta žemiau. BSC yra ryšys tarp mobilaus ir mobilauspaslaugų sujungimo centro (MSC).
3.2 Tinklo posistemė.
Pagrindinis komponentas tinklo posistemėje yra mobilųjų paslaugųsujungimo centras (MSC). Jis dirba kaip paprastas PSTN arba ISDN perjungimomazgas, ir tuo pačiu metu rūpinasi visomis funkcijomis reikalingomisaptarnauti mobilųjį abonentą, pvz: registracija, autentifikaciją, vietosatnaujinimas, persiuntimai, bei skambučio adresavimas kitam abonentui. Šiospaslaugos yra tiekiamos kartu su keletu funkcinių visumų, kurios kartusudaro tinklo posistemę. MSC rūpinasi ryšiu su atviru fiksuotu tinklu (PSTNarba ISDN), ir signalizuoja tarp funkcinių visumų naudodamas ITUTsignalinimo sistemą numeriu 7 (SS7), naudojamą ISDN ir plačiai naudojamądabartiniuose atviruose tinkluose. Namų vietos registras (HLR) ir lankytojo vietos registras (VLR), kartusu MSC, rūpinasi skambučio adresavimu ir suteikia judėjimo galimybę GSMtinkle. HLR turi visą valdymo informaciją, kiekvieno abonento regisruotoprie atitinkamo GSM tinklo, kartu su informacija apie dabartinę vietąmobilaus telefono. Dabartinė mobilaus telefono vieta yra mobilios stotiesroaming numeryje (MSRN) kuris yra reguliarus ISDN numeris naudojamasnukreipti skambutį į MSC kur mobilus telefonas yra šiuo metu nustatytas.Logiškiausia naudoti vieną HLR per visą GSM tinklą, nors ir gali būtiišskaidytą į kelias sudedamasias dalis. Lankytojo vietos registras (VLR) turi atrinkta valdymo informaciją išHLR, reikalingą skambučio kontroliavimui ir aprūpinimui užsisakytųpaslaugų, kiekvienam mobiliam telefonui dabar esančiam kokioje norsgeografinėje vietoje, konroliojamoje VLR. Nors kiekviena funkcinė visumanaudojama kaip nepriklausomas vienetas, dauguma sujungimo įrangos gamintojųkomplektuoja vieną VLR kartu su MSC, todėl kad geografinė vietakontroliuojama MSC atitiktų vietą kontroliuojamą VLR, supaprastinantreikiamus signalus. Reikia paminėti kad MSC turi informaciją apiemobiliuosius telefonus – ši informacija saugoma vietos registruose. Kiti du registrai yra naudojami autentiškumo nustatymui ir saugumotikslams. Įrangos identifikavimo registras (EIR) yra duomenų bazė kuri turivisų galiojančių mobiliosios įrangos sarašą tinkle, kur kiekviena mobiliojistotis nustatoma pagal tarptautinį mobilios įrangos kodą (IMEI). Jei IMEIyra pažymėtas kaip negaliojantis reiškia buvo pranešta kad jis pavogtasarba nėra sankcijonuotas. Autentifikavimo centras yra saugoma duomenų bazė,kuri saugo kopijas slapto rakto, kuris yra kiekvienoje abonento kortelėje,ir kuris naudojamas utentifikacijai ir radio kanalo šifravimui.
4 Radio ryšis
Tarptautinė telekomunikacijų sąjunga (ITU), kuri kontroliuojataprtautinį paskirtymą radio dažnių (tarp daugelio iš kitų funcijų) nustatėdažnius 890-915 MHz siuntimui (mobili stotis-bazinė stotis) ir 935-960 MHzparsiuntimui (bazinė stotis-mobili stotis) mobiliems tinklams Europoje.Kadangi šis bangų ruožas buvo naudojamas jau 1980-aisais tų laikųanaloginių sistemų, tai CEPT numatė rezervą GSM tinklui, kuris dar tikvystėsi, 10 MHz viršaus kiekvienam ruožui. Taigi GSM dabar naudoja 2x25MHz
bangų plotį.4.1 Daugialypis priėjimas ir kanalo struktūra.
Kadangi radio spektras yra ribotas resursas kuris dalinamasis suvisais gyventojais, tai reikėjo sugalvoti metodą kaip dalintisi šį bangųplotį suo kuo įmanoma daugiau vartotojų. Metodas kurį pasirinko GSM yrakombinacija laiko ir dažnio kolektyvioji atskyrimo kreiptis (DivisionMultiple Access TDMA/FDMA). FDMA dalis apima dalyba pagal dažnį į bangųplotį iš (daugiausia) 25 MHz į 124 nešančiuosius dažnius. Vienas ar daugiaunešančiųjų dažnių yra priskirtos kiekvienai bazinei stočiai. Kiekviena ištų nešančiųjų dažnių yra padalintos laike, naudojant TDMA shemą.Pagrindinis laiko vienetas šioje TDMA shemoje yra vadinamas paketinio cikloperiodas (burst period) kuris trunka 0,577 ms. 8 paketinio ciklo periodaigrupuojami į TDMA freima (4,615 ms), kurie formuoja pagrindiną apibrėžiantloginį kanalą. Vienas fizinis kanalas yra vienas paketinio ciklo periodasper TDMA freima. Kanalai yra apibrėžiami pagal numerį ir vietą jų atitinkamų paketiniociklo periodų. Visi šie apibrėžimai yra cikliniai, ir visas modeliskartojamas vidutiniškai kas tris valandas. Kanalai yra skirstomi įpaskirtuosius kanalus, kurie skirti mobiliesiems telefonams, ir bendruosiuskanalus, kurios naudojam telefonai idle būsenoje.
4.2 Duomenų kanalai
Duomenų kanalas (TCH) naudojamas kad persiūstų kalbą ir duomenis.Duomenų kanalai yra apibrėžiami kaip 26-freimų multifreimas, arba 26 TDMAfreimų grupė. Trukmė 26-freimų multifreimo yra 120 ms. Iš 26 freimų, 24 yranaudojami duomenims, 1 naudojamas lėtai veikiančiam kontroliavimo kanalui(Slow Associated Control Channel SACCH), ir dar vienas dabar nenaudijamas.TCH duomenų siuntimui ir priėmimui yra atskirti laike per tris duomenųciklo periodus, tad telefonas siunčia ir priima duomenis ne vienu metu, taisupaprastina elektroniką. SACCH 12-ame bloke turi 8 kanalus, po vieną aštuoniems jungtimssudarytoms TCH. SACCH 25 bloke dažniausiai nenaudojamas, bet turi 8papildomus TCH kanalus.
4.3 Kontrolės kanalai
Bendrieji kanalai gali būti pasiekiami ir idle būsenoje ir paskirtojebūsenoje. Bendrieji kanalai naudojami telefonų idle būsenoje, kadpasikeisti signalizavimo informacija kuri reikalinga kad perėjimui įpaskirtąją būseną. Mobilieji jau paskirtojoje būsenoje tikrina aplinkuiesančias bazines stotis perėmimams ir kitai informacijai. Bendrieji kanalaisudaryti iš 51-freimo multifreimo, taigi paskirtojoje būsenije mobiliejinaudoja 26-freimų multifreimą. TCH struktūra gali stebėti konroliniuskanalus. Bendrieji kanalai susideda iš:
Transliavimo valdymo kanalas (BCCH) reikalingas BS identifikacijai,transliacijoms, ir dažnio pasiskirstymams, ir dažnio keitimo tvarka. Dažnio korekcijos kanalas (FCCH) ir sinchronizacojos kanalas (SCH)naudojamas sinchronizacijai ir fizinio sluoksnio apibrėžimui (laikointervalai, ciklo laikas …) Atsitiktinio kreipimosi kanalas (RACH) naudojamas telefono kad paduotųužklausą prisijungti prie tinklo Radio ieškos kanalas (PCH) naudojamas nustatyti mobiliojo vietą irįspėti apie skambutį. Access Grant kanalas (AGCH) naudojamas kad pasiekti paskirtąjąmobiliojo būseną (atsakymas po RACH užklausos.)
4.4 Paketinio duomenų apsikeitimo ciklo struktūra
Yra keturi skirtingi paketiniai ciklai siuntimui GSM tinkle. Normaluspaketinis ciklas yra skirtas duomenų pernešimui ir signalizavimui. Jis yra156.26 bitų ilgio, ir susideda iš dviejų 57 informacinių bitų sekų, 26 bitųmokomoji seka nadojama išlyginimui, 1 steling bitas kiekvienaminformaciniam blokui (naudojamas FACCH), 3 pabaigos bitai, ir 8,25 bitųapsaugos seka. Bendrai visi 156,26 bitai yra perduodami per 0,577milisekundes, sudarydami didziuli greiti 270,833 kbps. F paketinis ciklas, naudojamas FCCH, ir S paketinnis ciklas,naudojamas SCH, turi tą patį ilgį kaip ir normalus paketinis ciklas, betskirtinga vidinę struktūrą, kuri juos atskiria nuo paprastų paketinių
ciklų. Prisijungimo paketinis ciklas trumpesnis nei normalus, ir naudojamastik RACH4.4 Garsų kodavimas.
GSM yra skaitmeninė sistema o garso signalai analoginiai, taigi juosreikia pervesti į skaitmeninę formą. Metodas naudojamas ISDN iršiuolaikinių telefono sistemų, kad perduotu garsą per didelio greičiomagistrales, ir optines linijas yra impulsų kodų moduliacija (PCM). Betišėjimo srautas iš PCM yra 64 kbps, o tai per didelis greitis kad būtųimanomas radio ryšiu. 64 kbpa signalas turi daug sumažintas. GSM grupėstudijavo keletą garso kodavimo algoritmų remiantis garso kokybę irsudėtingumą (kuris susijęs su kaina, perdavimo vėlavimu, ir energijossunaudojimu) kol priėjo prie RPELPC (Regular Pulse Excited – LinearPredictive Coder ) su ilgos trukmės numatymo kilpa. Praktiškai informacijaiš praeito pavyzdžio, kuri nesikeičia labai greitai, yra naudojama spėtiesamą pavyzdį. Nuspėta ir reali informacija yra palyginama o skirtumas yraišsaugomas, jis atspindi signalą. Kalba yra suskirstoma į 20 ms , kuriųkikvienam užkoduoti naudojama 260 bit, taip gaunamas 13 kbps greitis.
4.3 Kanalo kodavimas ir moduliavimas.
Dėl naturalaus ar žmogaus sukelto elektromagnetinio įsikišimo,užkoduota kalba ar duomenys perduodami radio ryšiu turi būti apsaugotitiek, kiek tai praktiška. GSM sistema naudoja sąsukinį (convolutional)kodavimą ir blokų iterpinėjimą kad gautu apsaugą. Tiksliau algoritmainaudojami skirtingi: kalbai ir skirtingiems duomenų greičiams. Metodasnaudojamas kalbai koduoti aprašytas žemiau. Recall that kalbos koderis gamina 260 bitų bloką kiekvienai 20mskalbos daliai. Atlikus testus buvo atrasta, kad kai kurie šio bloko bitaiyra labiai svarbesni garso kokybei nei kiti. Taigi bitai tuo būdu skirstomiį tris klases. Klasė Ia 50 bitu – labiausiai jautrūs bitų klaidoms. Klasė Ib 132 bitai – vidutiniškai jautrūs bitų klaidoms. Klasė II 78 bitai – mažiausiai jautūs bitų klaidoms.
Klasės Ia bitai turi 3 bitų ciklinį pertekliaus kodą įdėta dėl klaidųradimo. Jeigu klaida randama, nusprendžiama kad blokas per daug pažeistaskad būtų suprantamas, ir jis išmetamas. Jis įra pakeičiamas į truputįplonesne versija prieš tai tinkamai gauto bloku. Šitie 53 bitų kartu su 132Ib klasės bitais ir 4 bitų galine seka (viso 189 bitai), yra paduodama į ½dažnio sąsukinį encoderį kurio suspaudimo ilgis 4. Kiekvienas įėjimo bitasyra koduojamas kaip du išėjimo bitai, sudaryti ant kombinacijos iš prieštai buvusų 4 iėjimo bitų. Sąsukinis encoderis turi 378 išėjimo bitus, priekurių pridedami likę 78 klasės II bitai, kurie yra neapsaugoti. Taigikiekvienas 20 ms kalbos tarpas yra koduojamas kaip 456 bitai, taigisusidaro 22,8 kbps greitis. Tolimesnei apaugai prieš paketinio ciklo klaidas dažnai pasitaikančiasradio ryšiuose, kiekvienas kalbos tarpas yra įstrižai iklotas. 456 bitaiišeinanty iš sąsukinio dekoderio yra skirstomi į 8 blokus po 57 bitus, iršitie blokai yra persiunčiami 8 iš eilės einančiais perdavimo kanalo laikointervalais. Kadangi kiekvienas perdavimo kanalo laiko intervalas galinešti du 57 bitų blokus, tai kiekvienas paketinio ciklo periodas nešaduomenis iš dviejų skirtingų kalbos tarpų. Recall that kiekvienas perdavimo kanalo laiko intervalas yrapersiunčiamas didžiuliu 270,833 kbps greičiu. Šitas skaitmeninis signalasyra sumoduliuotas ant analoginio nešančio dažnio, kuris turi bangų plotį200 KHz, naudojant Gaussianfiltered Minimum Shift Keying (GMSK). GMSK buvopasirinktas virš kitos moduliacijos shemos kaip kompromisas tarp spektrinionaudingumo koefifiento, siūstuvo sudėtingumo, ir ribotų netikrųspinduliavimų. Siūstuvo sudėtingumas yra susijęs su enrgijos sunaudojimu
kuris turi būtiminimalus mobilam telefonui. Netikri spinduliavimai, užišskirto bangų dažnio, turi būti griežtai kontroliuojami kad nesudarytųgretimo kanalo interferencijos, ir leistų normaliai veikti GSM ir kitomssenoms analoginėms sistemoms.4.4 Daugiaspindulinė korekcija
900 MHz dažniu radio bangos skverbiasi pro viską – pastatus, kalnus,mašinas, lėktuvus ir t.t. Todėl atsiranda daugybę atsispindėjusių signalų,kiekvienas jų su skirtinga faze gali pasiekti anteną. Korekcija yranaudojama kad išrinkti reikalingą signalą iš nereikalingų atspindžių.Korekcija veikia išsiaiškindama kaip žinomas transliuojamas signalas yramodifikuotas daugiaspindulio bangų sklidimo, ir sukonstruodamasatvirkštinį filtrą kad išgauti likusią reikiamo signalo dalį. Žinomassignalas yra 26 bitų mokomoji seka perduodama tarp kiekvieno perdavimokanalo laiko intervalo.
4.5 Dažnio keitimas.
Mobilios stoties dažnis turi būti judrus, t.y. jis gali kisti tarpsiuntimo, priėmimo ir klausimosi perdavimo kanalo laiko intervalo metu suvienu TDMA bloku viduje, kurie gali būti ant skirtingų dažnių.GSM sistemanaudoja lėtą dažnio keitimas (keitimo dažnis yra 217 šuolių per sek. KurTDMA bloką perduoda per šuolio periodą), kur mobili stotis ir bazinė stotisperduoda po TDMA bloką per skirtingus nešančius dažnius. Dažio keitimoalgoritmai yra iššifruojami iš transliacijos kontroliavimo kanalo (BCCH)kuri mobilioji stotis nepertraukiamai dekoduoja. Kadangi daugiakanalisbangų sklidimas priklauso nuo nešančiojo dažnio, lėtas dažnio keitimaspadeda išspresti problemą.
4.6 Trūkusis transliavimas.
Mažinimas co-chanel interferencija tai kiekvienos korinės sitemostikslas, kadangi tai leidžia tiekti kokybiškenes paslaugas, turimamlastelės dydžiui, arba naudoti mažesnes lasteles, taip didinant visą tinklotalpumą. Trūkusis transliavimas (DTX) yra naudojamas remiantis faktu, kadžmogus kalba mažiau kaip 40% laiko viso pokalbio metu, taigi išjungiantsiųstuvą sutaupoma energijos. Svarbiausias DTX komponentas yra kalbos aktyvumo nustatymas. Jis turiskirti balsą ir triukšmą. Jeigu garso signalas atpažystamas kaip triukšmas,tai siūstuvas išjungiamas ir labai erzinantis efektas, kuris vadinamasiškarpa, girdimas kitame ryšio gale. O jeigu triukšmas atpažystamas kaipgarsas perdaug dažnai tai DTX naudingumo koeficientas labai sumažėja. Darvienas faktas, kaip siųstuvas išjungtas tai pašnekovas girdi tylą, ir kadnepagalvotų jog pokalbis nutrūko GSM sukuria malonų triukšmą.
4.7 Trūkusis priėmimas.
Dar vienas būdas taupyti energiją, mobiliojoje stelėje, yranutrūkstantis priėmimas. Apklausimo kanalas, naudojamas bazinės stotiesduoti signalą ateinančio skambučio, yra sukurtas taip kad mobilus telefonasžino kada reikia pasitikrinti apklausimo kanalas. Kai nėra apklausimokanalo telefonas naudoja miegojimo rėžimą, kai naudojama mažiausiaienergijos.
4.8 Energijos taupymas
Kad taupyti energiją mobilioji stotis ir BTS dirba ant mažiausioenergijos kiekio, tokio kuris palaiko priimtiną signalo kokybę. Mobiliojistotis nusprendžia kad signalo kokybė priimtina pagal bitų klaidųproporcijas. Mobilioji stotis matuoja signalo kokybę arba stiprumą irsiunčia informaciją į bazinę stotį, kuri nusprendžia kada energijos kiekisturėtu būti pakeistas.
5. Tinklo aspektai.
Užtikrinti reikiamos kokybės garso ir duomenų siuntimą radio ryšiu taitik pusė porblemos korinio ryšio mobiliame tinkle. Žinome kad tinkloaprėpiamas geografinis yra dalinamas į lasteles todėl reikalingasperkėlimo (angl. Handover) mechanizmas. Taip pat žinome kad mobilustelefonas gali keliauti šalyje ar tarptautiniu mastu, todėl GSM reikia kad
egzistuotu registracijos, identifikacijos, skambučio kelio nustatymo, irvietos atnaujinimo funkcijos, kurios būtų standartizuotos visose tinkluose.Šias funkcijas užtikrina tinklo sistema, daugiausia naudojant MobileApplication Part (MAP), pagaminta užklausos sistemos numeriu 7 pagrindu.Signalizacijos protokolas sudarytas iš trijų sluoksnių kurios matomepav. 1 sluoksnis yra fizinis sluoksnis, kuris naudoja struktūra aptarta 4.1skyriuje. 2 sluoksnis tai duomenų ryšio (angl. Data Link) sluoksnis. Per Umryšį GSM naudoja lengvai pakeista LAPD rotokolą naudotą ISDN, pavadinimuLAPDm. Per A ryšį naudojama signalizacijos sistema numeriu 7. 3 sluoksnisskirstomas į 3 posluoksnius: Radio resursų valdymo (RR) – kontruoliuoja sudėti, pritaikymą,nutraukimą radio ir fiksuotų kanalų, ir pekėlimus. Mobilumo valdymo (MM) – valdo vietos atnaujinimo, perkėlimo,registracijos, saugumo ir identifikacijos procedūras. Ryšio valdymo (CM) – tvarko bendrus skambučio parametrus ir tiekiapapildomas paslaugas.
Signalizacija tarp skirtingų visumų tinkle, pvz. tarp HLR ir VLR yraįgivendintas per Mobile Application Part (MAP). MAP yra viršutinissluoksnis ant Signalling System Number 7. MAP specifikacija yra sudėtinga.Tai vienas ilgiausių dokumentų GSM rekomendacijose, apie 600 puslapių.
5.1 Radio resursų valdymo sluoksis.
Radio resursų valdymo sluoksnis prižiūri sukūrimą tarp mobilaustelefono ir MSC. Pagrindiniai dalyvaujantys komponentai yra mobiliojistotis ir bazinės stoties posistemė. RR sluoksnis susijęs su radio resusrsųvaldymu kai telefonas siunčia ir priima duomenis, taip pat su radio kanalųkonfiguracija, įtraukiant ir paskirtų radio kanalų nustatymą. Radio ryšys visada inicijuojamas mobilaus telefono per prisijungimoprocedūrą, arba per išeinančius skambučius, arba kaip atsakymas įužklausimo žinutę. Prisijungimo ir užklausimo procedūrų detalės, pvz. kadapaskirtas kanalas yra pervedamas telefonui, ir užklausimo pokanaliostruktūra yra valdoma RR sluoksnio. Priedo jis valdo tokias savybes kaipenergijos valdymas, nutrūkstamas siuntimas ir piėmimas, perkėlimas.
5.2 Perkėlimas
Koriniame tinkle radio ir fiksuotas ryšys reikalingi paskirti neilgam– pokalbio trukmei. Perkėlimas yra perjungimas ateinančio skambučio įskirtingą kanalą ar lastelę. Šio proceso vydymas ir nustatymai sudaropagrindinį RR sluoksnio funciją. Yra keturi skirtingi perkėlimo tipai GSM sitemoje, kurie apimaskambičio persiuntimą tarp: Kanalų (perdavimo kanalo laiko intervalas) toje pačioje lastelėje. Lastelių kontroliuojamų to pačio bazinio stoties valdiklio (BCS). Lastelių kontroliojamų skirtingų BCS, bet tos pačios mobiliojo ryšiokomutacinės stoties (MSC). Lastelių kontroliujamų skirtingų MSC. Pirmi du perkėlimo tipai kontroliuojami tik bazinio stoties valdiklio,ir vadinami vidiniais. Kad taupyti signalizacijos bangų plotį į juosnaįtraukiama MSC, išskyrus tik kad patvirtinti tai perkėlimo pabaigoje.Kiti du perkėlimo tipai vadinami išoriniais ir valdomi MSC. Svarbus GSMaspektas tas, kad ištikrūjų MSC išlieka atsakinga už daugelį su skambinimususijusių funkcijų, išskyrus perkėlimus tarp BCS, jei kitą BCS kontroliuojakita MSC. Perkėlimai gali būti inicijuojami mobilaus telefono arba MCS (kaippriemonė persiuntimo apkrovimui reguliuoti). Jiems trunkant laisvasperdavimo kanalo laiko intervalas, mobilus telefonas nuskanuojatransliacijos valdymo kanalą dėl 16 kaimyninių lastęlių, ir sudaro sąrašą 6geriausiai tinkančių kandidačių galimam perkėlimui, priklausomai nuosignalo stprumo. Ši informacija pasiunčiama į BCS ir MCS, mažiausiai kartąper sekundę, ir ji naudojama perkėlimo logaritmo. Algoritmas kada perkėlimas turėtu būti įvykdytas nėra aprašytas GSMrekomendacijose. Yra naudojami du pagrindiniai algoritmai, abu artimaisusiję su energijos kontroliavimu. Tai daroma todėl kad BCS dažniausiai
nežino ar silpna signalo kokybė susijusi su daugiaspindulio bangų sklidimuar telefonas persikėlė į kitą latęlę. Tai dažiausiai pasitvirtina mažosemiesto lastelėse. “Mažiausiai priimtinos kokybės” algoritmas leidžia kontroliuotitelefono energiją per perkėlimą, taigi jei telefono signalas nukrentažemiau nustatyto taško, tai energijos kiekis telefone yra padidinamas. Jeienrgijos padidinimas nepagerina signalo tada nusprendžiamas perkėlimas. Taipaprasčiausias ir dažniausiai naudojamas algoritmas. “Energijos taupymo” algoritmas naudoja perkėlima kad palaikyti arbapagerinti signalo kokybę naudojant tą patį energijos kiekį, bet jis yrasudėtingesnis.5.3 Mobilumo valdymo sluoksnis
Mobilumo valdymo sluoksnis sukurtas ant RR sluoknio viršaus, ir valdofunkcijas kurios susijusios su abonento mobilumu pvz.: autentifikacija,apsauga. Vietos valdymas yra susijęs su procedūromis kurios įjungią sistemąkad nustatytų esamą vietą įjungto mobilaus telefono, tai reikalinga kadsistema žinotu kur reikia adresuoti skambutį.
5.4 Autentifikacija ir saugumas
Kadangi radio terpė yra prieinama visems tai autentifikacija yra labaisvarbi. Autentifikacija apima dvi funkcines visumas, SIM kortelę irAutentifikacijos centra (AuC). Kiekvienam abonentui yra duodamas slaptasraktas, kurio viena kopija saugoma SIM kortelėje o kita AuC centre.Autentifikacijos metu AuC generuoja atsitiktinį skaitmenį kurį siunčiatelefonui. Tada mobilusis telefonas ir AuC naudoja tą skaičių sujungta suabonento slaptuoju raktu ir šifravimo algoritmu vadinamu A3, kadsugeneruotu atpažinimo atsakymą, kuris siunčiamas į AuC. Ir jei jis sutampatada abonentas identifikuojamas. Tas pats pirminis numeris ir abonento raktas yra naudojamasapskaičiouti raktą sukurta naudojant algoritmą A8. Šis šifravimo raktas,kartu su TDMA rėmo numeriu, naudoja A5 algritmą kad sukurti 114 bitų sekąkuri perduodama 114 bitų paketinis ciklas ( du 57 bitų blokai). Šisšifravimas pakankamai paranoiškas, kadangi signalas jau ir tap užkoduotas,įtrauktas ir persiūstas TDMA metodu, jis naudojamas kad užtikrinti apsaugąnuo pasiklaisymo. Kitu saugumo būdu yra apsaugotas telefonas o ne operatorius. Kaipminėta anksčiau kiekvienas telefonas turi IMEI kodą. IMEJU sąrašas yrasaugomas įrangos identifikacijos registre (EIR). Iš šio sąrašo atpažystamastelefono statusas, pagal IMEI užklausą. Baltas sąrašas – telefonui leidžiama prisijungti prie tinklo. Pilkas sąrašas – telefonas yra stebimas tinklo dėl galimų problemų Juodas sąrašas – telefonas yra vogtas, ir jam neleidžiama prisijunti.
5.5 Ryšio valdymo sluoksnis
Ryšio valdymo sluoksnis (CM) jis yra atsakingas už skambučiokontroliavimą, paprastųjų paslaugų valdymą, ir trumpųjų žinučiųkontroliavimą. Kiekvienas minėtų gali būti vertinamas kaip atskirasposluoksnis CM sluoksnio viduje. Skambučio kontroliavimas seka ISDNprocedūras, net jei skambučio adresavimas klajojančiam abonentui akivaizdusGSM tinklo unikalumas. Kitos CM sluoksnio funkcijos tai skambučioinicijavimas, paslaugų tipo parinkimas, skanbučio nutraukimas.
5.6 Skambučio adresavimas
Kitaip nei adresavimas fiksuotame tinkle, kur terminalas yra visadaprijungtas prie aptarnaujančios stoties, GSM vartotojas gali keliautivlstybėje ar tarp valstybių. Vietovės numeris renkamas kad pasiektimobilaus tinklo abonentą vadinamas mobilaus abonento ISDN numeris (MSISDN),kuris yra nustatomas E.164 numeravimo plano. Šis numeris susideda išvalstybės kodo ir nacionalinio tinklo kodo kuris identifikuoja abonentoaperatorių. Pirmi keli skaitmenys likusio abonento numerio galiidentifikuoti abonento HLR su namų PLMN. Ateinantis skambutis yra nukreiptas į Gateway MSC (GMSC) funkcija.GMSC iš esmės yra jungiklis kuris gauna informacija apie abonento HLR kad
nustatytu adresavimo informacija, ir taip talpina savyje lentelę susijusiuMSISDN su jų atitinkamomis HLR. Supaprastinimas yra turėti GMSC valdantiviena PLMN. Reikia pastebėti kad GMSC funkcija skiriasi nuo MSC funkcijos,bet paprastai yra idiegta į MSC. Adresavimo informacija kurią gauna GMSC yra mobiliosios stotiesklajojimo numeris (MSRN), kuris yra nustatomas E.164 numeravimo plano. MSRNyra susijęs su geografiniu numeravimo planu, ir nėra paskirtas ir taip patnėra matomas abonentams. Pati svarbiausia adresavimo procedūra prasideda su GMSC užklausaskambinančio abonento HLR dėl MSRN. HLR dažniausiai turi tiktai SS7 adresądabartinės VLR, ir neturi MSRN. Taigi HLR turi gauti abonento dabartinįVLR, kuris bus laikinai talpinamas MSRN, o šis grąžinamas HLR ir atgal įGMSC, kuris gali skambuti adresuoti naujam MSC. Naujoje MSC, IMSIatitinkanti tam tikrai MSRN yra ieškoma, ir mobilus yra nukreipiamas įreikiamą vietą.Išvados
Šiame darbe bandžiau apžvelgti GSM tinklus. Kaip ir kiekvienojeapžvalgoje, o įpatingai šioje, kur bandoma apžvelgti 6000 puslapių GSMspecifikacija, trūksta faug detalių. Bet manau informacijos susipažinti suGSM tinklų sandara, ir veikimu čia užtenka. Tai buvo nepaprasta užduotis,kurią GSM komitetas prisiimė, ir sėkmingai atliko, ir parodė, kadtarptautinis benradarbiavimas dėl tokių projektų tarp universitetų,valstybės, ir pramonės gali būti sėkmingas. Tai standartas kuris užtikrinakonkurencija ir bedradarbivimą tarp gamintojų, tuo pat metu užtikrinantnaudą vartotojams, kainų ir kokybės srityje. Pavydžiui naudojant labaididelį integracijos laipsnį mikroprocesorinėse technologijose, daugybėfunkcijų mobilaus telefono gali būti sutalpinama viename kristale, taipgaunant lengvesnį, kompaktiškesnį, ir mažiau energijos vartojantį aparatą. Telekomunikacijos plėtojasi į asmeninius komunikacijos tinklus, kuriųtikslas yra gauti visas komunikacijos paslaugas visada, betkur, irkiekvienam per vienetinį prisijungimo numerį ir nešiojamą komunikacijosterminalą. O ne turėti daugybę nesuderinamų sistemų aplink visą pasauį.Masinės gamybos produktai sukuria galimybę tai įgivendinti, jau nekalbantapie patogumą, kai nešiojantis vieną komunikacijos terminalą, galime gautivisas paslaugas, nepaisant valstybės sienų.
Turinys
Ivadas 11 GSM ISTORIJA 22. GSM TIEKIAMOS PASLAUGOS 23. GSM ARCHITEKTŪRA 3 3.1 Mobilioji stotelė 4 3.2 Bazinė stotis 4 3.2 Tinklo posistemė. 44 Radio ryšis 5 4.1 Daugialypis priėjimas ir kanalo struktūra. 5 4.2 Duomenų kanalai 5 4.3 Kontrolės kanalai 6 4.4 Paketinio duomenų apsikeitimo ciklo struktūra 7 4.4 Garsų kodavimas. 7 4.3 Kanalo kodavimas ir moduliavimas. 7 4.4 Daugiaspindulinė korekcija 8 4.5 Dažnio keitimas. 8 4.6 Trūkusis transliavimas. 8 4.7 Trūkusis priėmimas. 9 4.8 Energijos taupymas 95. Tinklo aspektai. 9 5.1 Radio resursų valdymo sluoksis. 10 5.2 Perkėlimas 10 5.3 Mobilumo valdymo sluoksnis 11 5.4 Autentifikacija ir saugumas 11 5.5 Ryšio valdymo sluoksnis 12 5.6 Skambučio adresavimas 12Išvados 13
———————–
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]