Системы мобильной связи

Тема № 7 . Системы мобильной связи

• Первые системы двусторонней радиотелефонной связи между подвижными объектами – конец 1940 гг.
• Фиксированные частоты, требовалась широкая полоса частот для передачи сигналов
• Проблемы, связанные с ограниченным частотным ресурсом и низкой пропускной способностью

Системы мобильной связи

• Идея сотовой связи: обслуживаемая территория разбивается на небольшие зоны ( соты ), в каждой из которых – 1 или более базовых станций
• Это увеличивает количество одновременно обслуживаемых абонентов и повышает качество связи за счет повторного использования одних и тех же частот в различных сотах
• Так было в теории, но на практике ощутимые результаты – к началу 1980 гг.
• В ряде стран появились коммерческие системы сотовой связи
• Но: для передачи голоса – аналоговая частотная модуляция

Системы мобильной связи

• В 1981 г. - система NMT-450 в Скандинавии, чуть позже C-450 в Западной Германии, RTMS-101H в Италии, Radiocom-2000 во Франции
• Рабочий диапазон частот 400-500 МГц
• Интенсивное развитие при освоении диапазона 800-900 МГц
• Системы AMPS в Северной Америке, NMT-900 в Скандинавии, TACS ( и ETACS) в Англии, HCMTS, J-TACS (Япония)
• Это – системы подвижной сотовой связи (СПСС) первого поколения

Системы мобильной связи

• Главное достижение СПСС 1 поколения в сравнении с ранними системами двусторонней связи – улучшение качества при более рациональном распределении диапазона частот
• Стандарт NMT-450 удобен для обеспечения связи на больших территориях при малой плотности населения
• В России он до сих пор является федеральным, хотя количество абонентов стремительно уменьшается и осуществляется переход на IMT-450
• Недостатки СПСС 1 поколения: возможность прослушивания переговоров, наличие двойников, перегруженность диапазона, ограниченность зоны действия

Системы мобильной связи 2 поколения

• Первые проекты цифровых систем сотовой связи, которые сейчас относятся к системам 2 поколения появились в конце 1980 – начале 1990 гг.
• Основные отличия от аналоговых систем:

• возможность использования эффективных методов модуляции в сочетании с временн ы м (TDMA) и кодовым (CDMA) разделением каналов вместо традиционного частотного разделения (FDMA) предоставление широкого спектра сервисов за счет интегрирования речи и данных в одном канале
• возможность использования эффективных методов модуляции в сочетании с временн ы м (TDMA) и кодовым (CDMA) разделением каналов вместо традиционного частотного разделения (FDMA)
• предоставление широкого спектра сервисов за счет интегрирования речи и данных в одном канале

Системы мобильной связи 2 поколения

• К 1995 году в мире действовали три стандарта цифровых СПСС – GSM, DAMPS и PDC
• GSM : сначала Group Special Mobile , теперь Global System for Mobile Communications
• Версии GSM-900 , GSM-400 , GSM-1800 и некоторые другие
• В основном используется в Европе
• В США начало разработки цифровых технологий положил стандарт IS-54 для повышения емкости существовавших систем стандарта AMPS

Системы мобильной связи 2 поколения

• В системе TDMA (DAMPS) заложены современные технические решения
• Реализованы 3 речевых канала в одном частотном канале
• Эксплуатация с 1992 года
• По разным оценкам около 40% абонентов в США используют данный стандарт
• Порядка 100 сетей по всему миру

Системы мобильной связи 2 поколения

• В Японии до сих пор действует стандарт PDC – Personal Digital Cellular
• Стандарт утвержден в 1994 году
• Эксплуатация первой коммерческой СПСС на базе CDMA начата в 1995 в Гонконге
• Число CDMA- сетей по всему миру неуклонно растет
• Применяется в основном в тех случаях, когда требуется построить сеть повышенной емкости или с более высоким качеством передачи речи

Системы мобильной связи 2 поколения

• Следующий шаг – переход к микросотовой и пикосотовой структуре сетей
• Это позволяет обслуживать абонентов в городских районах с интенсивной застройкой и закрытых зонах
• Принципы микросотовых сетей отличаются от макросотовых
• Нет частотного планирования
• Не обеспечивается хэндовер
• Уровень сигнала не измеряется

Системы мобильной связи 2 поколения

• В 1992 утвержден стандарт Digital European Cordless Telecommunications - DECT
• DECT реализует технологию радиодоступа с малой мощностью излучения и обеспечивающий высокую плотность расположения абонентов
• Внедряется с 1995, когда было продано более 5 миллионов устройств
• Фактически, это монополист на рынке беспроводной офисной связи

Системы мобильной связи 2 поколения

• Профессиональные системы радиосвязи (транкинговые) созданы задолго до появления сотовых
• К ним относятся различные ведомственные и корпоративные радиосети для скорой помощи, служб охраны порядка и др.
• Их развитие идет в направлении улучшения качества и конфиденциальности связи
• Отличительная особенность транкинговых систем – эффективное использование полосы частот за счет общего доступа к частотном ресурсу ретрансляционного пункта

Системы мобильной связи 2 поколения

• В США действует цифровая транкинговая система APCO 25
• Используется сетка частот с шагом 6,35 кГц и спектральная эффективная модуляция CQPSK
• В Европе существует свой стандарт транкинговой связи TETRA (TransEuropean Trunked RAdio)
• В основе универсальные технические решения, позволяющие с минимальными затратами реализовывать систему в разных диапазонах частот и с отличающимися протоколами связи
• Это обеспечивает большие возможности в части наращивания технических возможностей

Системы мобильной связи 2 поколения

• Системы подвижной спутниковой связи появились в 1970 гг., когда на орбиту был выведен геостационарный КА Marisat
• Изначально земные станции – системы специального назначения, ориентированные на ограниченное количество пользователей
• Использовались для создания сетей с радиальной или радиально-узловой структурой с большими центральными станциями
• Развитие систем подвижной спутниковой связи осуществляется в рамках реализации перехода к использованию систем 3-го поколения

Классификация систем 2 поколения

• В основе три признака:

• назначение системы; метод многостанционного доступа; схема дуплексирования каналов
• назначение системы;
• метод многостанционного доступа;
• схема дуплексирования каналов

• В зависимости от назначения и размеров зоны обслуживания системы подвижной связи делятся на 4 класса:

• Спутниковые системы связи с зоной обслуживания 3000-8000 км СПСС с радиусом действия от 0,3 до 35 км Транкинговые системы с радиусом зоны обслуживания 2-50 км Системы беспроводного доступа с размерами соты до 0,3 км
• Спутниковые системы связи с зоной обслуживания 3000-8000 км
• СПСС с радиусом действия от 0,3 до 35 км
• Транкинговые системы с радиусом зоны обслуживания 2-50 км
• Системы беспроводного доступа с размерами соты до 0,3 км

Классификация систем 2 поколения

• Различия между классами – в составе и качестве предоставляемых услуг
• Наиболее высокое качество у сотовых и беспроводных сетей
• Аналогичные услуги предоставляются спутниковыми системами, но с меньшими возможностями
• Основной вид услуг транкинговых систем – полудуплексная связь и групповой вызов абонентов

Классификация систем 2 поколения

• Размеры соты зависят от плотности абонентов, приходящейся на единицу зоны покрытия, и характера распределения абонентов по обслуживаемой территории
• Сотовые и беспроводные системы могут обслуживать районы с плотностью абонентов до 10000 Эрл. / км 2
• Обычно используется широкополосная TDMA или CDMA

Классификация систем 2 поколения

• Другое различие – в схеме организации связи
• В сотовых и беспроводных системах индивидуальные разговоры между абонентами, а средняя продолжительность разговора – до нескольких минут
• Типовой режим работы транк-систем – передача коротких (до 1 минуты) вызовов, как через диспетчера, так и индивидуально
• Связь устанавливается примерно за 0,3 сек.

Классификация систем 2 поколения

• По способу использования частотного ресурса системы подвижной связи делятся на:

• Системы с жестко закрепленными за абонентами каналами Системы с предоставлением каналов по требованию при нахождении абонентов в зоне обслуживания
• Системы с жестко закрепленными за абонентами каналами
• Системы с предоставлением каналов по требованию при нахождении абонентов в зоне обслуживания

• В системах с фиксированным закреплением каналов обеспечивается высокая оперативность связи
• Этот принцип используется в системах конвенциональной радиосвязи и транк-системах первого поколения

Классификация систем 2 поколения

• Транк-системы 2 поколения относятся к системам со свободным доступом
• Могут работать на любом канале в пределах выбранных частот
• При этом канал закрепляется за выделенным ресурсом
• В сотовых сетях и системах беспроводного доступа обеспечивается предоставление канала по требованию при нахождении абонентов в одной зоне обслуживания

Сравнение технологий многостанционного доступа

• Два ключевых понятия: многостанционный доступ (МСД) и дуплексный разнос
• МСД характеризует способность базовой станции одновременно принимать и передавать сигналы нескольких мобильных станций
• Системы второго поколения строятся на базе трех конкурирующих технологий: методов многостанционного доступа с частотным ( FDMA ), временным (TDMA) и кодовым (CDMA) разделением каналов

Сравнение технологий многостанционного доступа

• Дуплексный разнос характеризует возможность информационного обмена по одной линии в обоих направлениях
• Различают дуплексную передачу с частотным (FDD) и временн ы м (TDD) разделением каналов
• Используется FDD ; в DECT и Iridium – TDD
• Метод FDMA используется в сочетании с другими методами
• При частотном разделении каждому абоненту на время разговора из всего доступного диапазона частот выделяется моноканал в виде узкого участка спектра

Сравнение технологий многостанционного доступа

• Для организации персональной связи ширина спектра составляет 25-30 кГц
• Иначе, не временной фактор, а только различие по частоте используется для разделения абонентов
• Значит, вся информация передается в реальном времени
• Еще один плюс – простота организации связи
• Недостаток – низкая пропускная способность при обслуживании большого числа абонентов с малой активностью

Сравнение технологий многостанционного доступа

• Технология TDMA используется большинством систем 2 поколения, в т.ч. GSM
• В отличие от FDMA все абоненты работают на одном и том же диапазоне частот
• Каждому выделяется свой временной интервал (канал), в течение которого разрешается передавать информацию
• В GSM спектр шириной 200 кГц «нарезается» на 8 канальных интервалов (тайм-слотов), а в полосе 300 кГц (TDMA) организуется 3 канальных интервала

Сравнение технологий многостанционного доступа

• Трафик носит пульсирующий характер
• Чем больше абонентов, тем реже каждому из них предоставляется возможность передавать свои данные
• Чтобы повысить пропускную способность, TDMA используется, как правило, совместно FDMA

Сравнение технологий многостанционного доступа

• Технология CDMA используется в стандарте IS-95
• Строится по методу с прямым расширением спектра (DS-CDMA) на основе 64 кодовых последовательностей
• Сигнал, сформированный со скоростью в 9,6 кбит / с, затем расширяется по полосе и передается со скоростью 1,2288 Мбит /c
• Отличия от FDMA и TDMA : необходимость высокой точности выравнивания уровней принимаемых сигналов и синхронизации станций с точностью до абсолютного системного времени

Сравнение технологий многостанционного доступа

• Жесткие требования предъявляются к коэффициенту качества формы сигналов
• Он определяется как нормированный коэффициент корреляции между используемым и идеальным сигналом
• Это значит, что на достоверность сигнала влияют помехи и шумы, а также степень соответствия принимаемого и опорного сигналов
• Коэффициент должен составлять величину не менее 0,944 при допустимых отклонениях по частоте 300 Гц и задержке не более ± 1 мс

Организация хэндовера

• В СПСС важную роль играет метод автоматического переключения вызова на другой канал в момент, когда мобильная станция перемещается из соты в соту (или переключается от одного спутника на другой)
• Этот метод называется хэндовером
• При переключении обычно происходит смена несущей частоты, что может приводить к потере качества связи
• Два типа хэндовера – жесткий и мягкий

Организация хэндовера

• Управление процедурой хэндовера может быть организовано несколькими способами
• В пределах одной соты можно использовать макроразнесение, когда мобильная станция в процессе переключения связана одновременно с несколькими базовым станциями
• В случае межчастотного хэндовера можно использовать дополнительный приемопередатчик ( FDMA ) или разделение кадра на две части и сжатие информации (TDMA)
• При сбое мягкого хэндовера реализуется жесткий алгоритм

Организация хэндовера

• Принципы построения микросотовых систем беспроводного доступа отличаются от макросотовых тем, что в них частота переключений при хэндовере должна быть существенно выше, чем в сотовых системах
• Значит, необходимы быстродействующие алгоритмы переключения каналов
• Наиболее эффективно эта задача решена в DECT , где применяются распределенные алгоритмы управления, обеспечивающие принудительное переключение абонента

Принципы передачи данных в GSM

• Для доставки данных базовый стандарт GSM предусматривает использование каналов передачи трафика ( Traffic Channel, TCH )
• Реализуются каналы TCH/F 2.4, 4.8 и 9.6 , соответственно
• При этом применяются различные схемы помехоустойчивого избыточного кодирования
• Используется комбинированный множественный доступ с частотным (FDMA) и временн ы м (TDMA) разделением каналов

Принципы передачи данных в GSM

• Все каналы трафика формируются на основе физического канала со скоростью передачи 22,8 кбит / с, который используется один из восьми канальных интервалов (слотов) в кадре TDMA
• Стандарт GSM предусматривает гауссову манипуляцию с минимальным частотным сдвигом (GMSK) и метод доступа FDMA
• Формируются радиоканалы с полосой 200 кГц

Принципы передачи данных в GSM

• Все режимы, которые поддерживаются в GSM, используют технологию передачи данных с коммутацией каналов (Circuit Switched Data, CSD)
• Выделенный канал закрепляется за абонентом на все время сеанса связи, и обмен данными осуществляется в реальном времени

Принципы передачи данных в GSM

• Процесс CSD-соединения и осуществление телефонного вызова идентичны
• Поэтому CSD позволяет обеспечить зону покрытия, которая полностью совпадает с зоной покрытия всей сети GSM
• Тарификация услуг передачи данных CSD не зависит от объема переданных и полученных данных и определяется продолжительностью сеанса связи

Принципы передачи данных в GSM

• Скорости 9,6 кбит/с достаточно только для организации факсимильной связи с использованием аппаратов третьей группы, передачи SMS-coобщений длиной до 160 символов и работы электронной почты (правда, с определенными ограничениями)
• Стандарт GSM, а значит, и технология CSD, основанная на коммутации каналов, характеризуется достаточно длительным временем установления соединения (около 20 с)
• Таким образом, учитывая современные требования, базовый стандарт GSM имеет весьма скромные возможности передачи данных

Принципы передачи данных в GSM

Скоростная передача данных с коммутацией каналов

• Технология высокоскоростной передачи данных с коммутацией каналов HSC S D реализуется на базе действующих сетей GSM
• Увеличение скорости передачи данных достигается за счет того, что в кадре TDM одному пользователю выделяется несколько временных канальных интервалов
• При этом в технологии HSCSD в качестве основы используются три схемы кодирования (CS1, CS2 и CS3) для каналов трафика базового стандарта TCH/F 4,8, TCH/F 9,6/ и TCH/F 14,4
• Схема кодирования CS1 обеспечивает более высокую степень помехозащищенности

Скоростная передача данных с коммутацией каналов

• Использование двух канальных интервалов и схемы кодирования CS2 гарантирует скорость передачи 19,2 кбит/с (9,6X2), а при использовании CS3 достигается скорость 28,8 кбит/с (14,4Х2)
• Для внедрения HSCSD со скоростями до 28,8 кбит/с необходима модификация программных средств мобильных станций MS и центра коммутации MSC, а также протоколов обмена данными
• Усовершенствованное программное обеспечение должно гарантировать разделение (объединение) информационного потока на несколько подпотоков, которые затем будут переданы (приняты) по нескольким каналам TCH

Скоростная передача данных с коммутацией каналов

• В стандарте GSM сдвиг между приемом сигналов базовой станции и последующей их передачей мобильной станцией в одном кадре составляет 2 слота
• При режиме работы с двумя занятыми слотами этот сдвиг будет равен 4 интервалам
• Технология HSCSD со скоростью передачи до 28,8 кбит/с уже расширяет возможности пользователей сетей GSM

Скоростная передача данных с коммутацией каналов

• Для обеспечения более скоростных режимов работы возможно объединение четырех канальных интервалов
• При этом достигаются скорости передачи 38,4 кбит/с (9,6Х4), схема кодирования CS2, и 57,6 кбит/с (14,4X4), схема CS3
• Вместе с тем скоростные режимы работы требуют наличия соответствующих абонентских терминалов GSM

Скоростная передача данных с коммутацией каналов

• Теоретически HSCSD позволяет использовать все восемь слотов
• В этом случае пользовательская скорость передачи равна 76,8 (CS2) или 115,2 (CS3) кбит/с
• Но: для реализации этих возможностей необходима доработка некоторых элементов инфраструктуры, так как скорость обмена данными между базовыми станциями и центром коммутации MSC в большинстве случаев ограничивается 64 кбит/с (т.н. интерфейс А)

Скоростная передача данных с коммутацией каналов

• HSCSD допускает асимметричный режим работы, когда для линии связи "вниз" выделяется большее количество интервалов, чем для линии "вверх“
• Такой механизм отражает типичный режим роботы мобильных пользователей, которые в основном принимают данные, а отправляют короткие сообщения в виде запроса
• Внедрение технологий HSCSD в сетях GSM обеспечило реализацию таких услуг, как мобильный доступ к интернету, электронная почта, передача факсимильных сообщений
• Однако использование технологии HSCSD не очень выгодно, поскольку она основана на концепции коммутации каналов

Скоростная передача данных с коммутацией каналов

• Тарифицируется не переданное количество информации, а длительность соединения, включая время установления канала и его использования
• Для организации высокоскоростного канала сеть GSM выделяет определенное число TCH
• Следовательно, для переключения, установки соединения и освобождения каналов требуется большее количество времени, чем при использовании только одного TCH

Скоростная передача данных с коммутацией каналов

• Особенно экономически неоправданна технология HSCSD при осуществлении передачи небольших по объему потоков данных
• В этом случае для выполнения процедур установления канала требуется достаточно много времени

Передача данных с коммутацией пакетов

• Технология GPRS обеспечивает сквозную (от абонента к абоненту) пакетную передачу данных на основе IP-протокола
• Наличие такой службы особенно необходимо для интернет-приложений, работа которых основана именно на пакетном обмене информацией

Передача данных с коммутацией пакетов

• Технология GPRS реализует гибкий и эффективный механизм использования сетевых ресурсов GSM, когда возникает необходимость в частой передаче небольших объемов информации (запросы пользователей) и в менее частой передаче больших объемов информации (ответы вэб-сервера) при наличии продолжительных пауз

Передача данных с коммутацией пакетов

Передача данных с коммутацией пакетов

• Внедрение GPRS не требует модернизации инфраструктуры GSM, поскольку служба передачи GPRS надстраивается над существующей сетью
• Передача пакетов системы GPRS происходит по функционирующим каналам базовой сети GSM, в которой развертывается соответствующее оборудование
• В сети GSM-GPRS изменяется статус мобильного абонента, который теперь может работать одновременно в двух режимах - телефонного разговора и пакетной передачи (приема) данных, то есть все службы GPRS используются параллельно с традиционными службами GSM

Передача данных с коммутацией пакетов

• Развертывание GPRS не влияет на обслуживание абонентов, которые пользуются только телефонными услугами обычной сети, работающей на основе базового стандарта GSM
• GPRS позволяет предлагать дополнительные услуги - подключение к интернету и радиодоступ к локальным вычислительным сетям по протоколам X.25 и IP

• Системы GPRS первого поколения обеспечивали предоставление пакетных услуг в соединении "точка-точка" (Point-to-Point - РТР)
• Есть две версии РТР: PTP-CONS (CONS - Connection Oriented Network Service) - сетевая служба РТР, ориентированная на установление логического соединения, и сетевая служба РТР-CLNS без установления логического соединения (CLNS - Connection Less Network Service)

Передача данных с коммутацией пакетов

• Служба РТР-CONS поддерживает приложения, основанные на протоколах Х.25 и I P
• Служба PTP-CLNS ориентирована на протокол UDP
• В системах GPRS второго поколения реализована многоадресная или многоточечная пакетная передача PTM (Point-to-Multipoint)

Передача данных с коммутацией пакетов

• В технологии GPRS, как и в HSCSD, повышение скорости передачи данных достигается за счет использования многослотового режима
• Для образования канала передачи данных может выделяться от 1 до 8 канальных интервалов в кадре TDM
• Таким образом, скорость передачи данных увеличивается пропорционально количеству задействованных слотов

Передача данных с коммутацией пакетов

• Канальные интервалы распределяются не фиксировано, а управляются запросами пользователей системы GPRS, то есть распределение канальных интервалов зависит от текущей загрузки
• Оно производится отдельно для исходящих и нисходящих радиолиний
• При этом до 32 абонентов могут по очереди использовать один и тот же высокоскоростной канал в режиме передачи (приема) с соответствующей задержкой ожидания

Передача данных с коммутацией пакетов

• Стандарт GPRS предусматривает профиль качества обслуживания пользователей, который определяет следующие четыре показателя качества: уровень приоритетного обслуживания, класс надежности, класс задержки передачи и пропускную способность пользовательских каналов
• В системах GPRS используется три уровня приоритетного обслуживания: высокий, средний и низкий

Передача данных с коммутацией пакетов

• В процессе передачи модули данных GPRS (Service Data Unit - SDU) могут дублироваться или следовать в неправильном порядке
• Также может произойти потеря модулей SDU или передача их в искаженном виде

Передача данных с коммутацией пакетов

• В стандарте GPRS задаются значения вероятности возникновения подобных сбоев, в соответствии с которыми различаются классы надежности
• Первый класс надежности целесообразно использовать в том случае, когда информационная система является весьма чувствительной к ошибкам и неспособна их исправить собственными силами
• Второй класс подходит системам, более устойчивым к ошибкам
• Третий класс можно использовать, когда в системе задействованы протоколы, нечувствительные к ошибкам или обеспечивающие их коррекцию

• Процесс пакетного обмена данными характеризуется задержкой передачи
• Нормы значений задержек передачи для разных классов качества обслуживания в стандарте GPRS предусмотрены для пакетов длиной 128 и 1024 байт
• При этом оговаривается среднее и 95-процентное значения задержек
• Эти значения определяются задержками доступа к каналу в стационарной сети GSM-GPRS, задержками в радиоканале и задержками, связанными с механизмом пакетной передачи
• Задержки во внешних сетях не учитываются

Передача данных с коммутацией пакетов

Передача данных с коммутацией пакетов

• Буферизация пакетов в системе GPRS, в отличие от систем с промежуточным хранением, практически не приводит к дополнительным задержкам, так как GPRS обеспечивает переадресацию пакетов чрезвычайно быстро
• Все задержки, вне зависимости от класса, в несколько раз превышают соответствующие значения для стационарных сетей
• Этот факт необходимо учитывать при реализации в сетях GSM-GPRS протоколов высшего уровня, например, протокола IP

• Система GPRS надстраивается над существующей сетью GSM, в которую необходимо добавить два базовых узла: сервисный узел пакетной передачи GPRS (Serving GPRS Support Node - SGSN) и шлюзовой узел услуг GPRS (Gateway GPRS Support Node - GGSN)
• Сервисный узел, подключаемый ко всем основным элементам базовой сети GSM (BSS, MSC, VLR, HLR, EIR), является важнейшим компонентом системы GPRS
• Он обеспечивает обмен IP-трафиком между абонентами GPRS и выполняет все основные процедуры обслуживания мобильных абонентов

• Любые данные, подлежащие передаче через сеть GPRS, должны закрепляться за конкретной мобильной станцией (MS)
• Эта процедура реализуется с помощью механизмов управления мобильностью
• Она включает в себя присвоение временной идентификации логического канала (Temporary Logical Link Identity - TLLI) и порядкового номера ключа шифрования (Ciphering Key Sequence Number - CKSN), используемого для кодирования данных
• В каждой MS в сети GPRS устанавливается окружение GPRS, которое сохраняется для MS и соответствующего узла SGSN

• Это окружение содержит информацию о состоянии мобильной станции
• Такая информация необходима для регистрации абонентов при их переходе в режим GPRS и выходе из него, для включения ( активизации ) режима передачи ( приема ) и выключения этого режима
• Окружение также содержит данные маршрутизации, необходимые для регистрации и учета местоположения MS, которая находится в зоне обслуживания конкретного узла SGSN
• К этим данным относятся идентификация TLLI, область маршрутизации (Routing Area - RA), идентификаторы ячейки и канал пакетных данных (PDCH)

• Процедуры управления мобильностью включают в себя аутентификацию мобильных абонентов, идентификацию мобильных терминалов и шифрование данных
• В системах GPRS шифрование производится между мобильной станцией и узлом SGSN, то есть границы шифрования в сетях GSM-GPRS расширены по сравнению с обычной системой GSM, где шифрование производится только в пределах радиоинтерфейса

• Обслуживаемая территория сети GPRS разделяется на зоны RA, которые отличаются от определяемых в базовом GSM-стандарте зон местонахождения (Location Area - LA)
• Обычно выбирается меньший размер зоны RA по сравнению с зоной LA
• Зона RA необходима для поиска абонента в сети системы GPRS, причем этот поиск осуществляет узел SGSN

• В осуществлении процедур обслуживания, связанных с регистрацией и учетом расположения всех абонентов, участвуют регистры расположения собственных абонентов ( Home Location Register - HLR) и гостей ( Visitor Location Register - VLR)
• Каждый абонент в совмещенной сети GSM-GPRS «закрепляется» за одним или несколькими узлами SGSN с помощью HLR
• Узел SGSN взаимодействуете регистром HLR через интерфейс Gr и может запрашивать сведения об абонентах

• Для управления сигнализацией тех абонентов, которые могут одновременно работать в двух режимах передачи, то есть с коммутацией пакетов и каналов, используется специальный интерфейс Gs между VLR и сервисным узлом SGSN
• Сведения об абонентах может также запрашивать узел GGSN, взаимодействуя с основным регистром положения HLR по интерфейсу Gc

• Если абонент пересекает границы зоны RA, то обновляются данные о его расположении в регистре VLR и дополнительном регистре GR узла SGSN
• На сетевом уровне узел SGSN выполняет функции, аналогичные тем, которые обеспечивает центр коммутации и управления MSC совместно с регистром перемещения (гостевым) VLR в базовой сети с коммутацией каналов

• Исходящий IP-трафик из узла SGSN направляется в подсистему базовой станции ( Base Station System , BSS) через контроллер пакетов PCU (интерфейс GB)
• Внутри этой подсистемы трафик перенаправляется на контроллеры базовых станций BSC (интерфейс A-bis), а дальше – по радиоинтерфейсу Um на мобильные терминалы абонентов МТ

• В контроллерах BSC базовой сети GSM происходит соединение трафика от центра коммутации MSC с трафиком от узла SGSN
• Шлюзовой узел GGSN обеспечивает связь сети GSM-GPRS с внешними сетями передачи данных по протоколам Х.25 и IP, в том числе и подключение к интернет-провайдеру
• Пакеты данных, поступающие из внешней сети PDN, через узел GGSN (интерфейс взаимодействия Gi) переправляются в узлы SGSN

• Узел GGSN с точки зрения внешней пакетной сети (Packet Data Network, PDN) воспринимается как некая «диспетчерская» станция, владеющая всеми IP-адресами абонентов, которые обслуживаются системой GPRS
• Оборудование узла GGSN обеспечивает динамическое выделение IP-адресов, а также реализацию функций безопасности и обработки счетов абонентов
• На основе IP-адресации осуществляется взаимодействие узлов SGSN и GGSN
• При этом обмен данными между этими узлами может происходить как по локальной IP-сети оператора (интерфейс Gn), так и по сетям TCP/IP общего пользователя (интерфейс Gp)

• Первоначальное развертывание системы GSM-GPRS оператор обычно начинает с реализации небольших сегментов сети
• При этом SGSN и GGSN располагаются рядом и объединяются в один узел поддержки услуг GPRS (GPRS Support Node, GSN)
• Взаимодействие элементов осуществляется с использованием интерфейса Gn

• В случае разнесенной установки SGSN и GGSN (например, при наращивании системы) связь осуществляется через интерфейс Gp
• Интерфейс Gp выполняет все функции интерфейса Gn и обеспечивает повышенные меры безопасности, которые необходимы при установлении межсетевых соединений между разными мобильными сетями ( Public Land Mobile Network , PLMN)

• Кроме двух базовых узлов, GPRS включает центр услуг широковещательной передачи ( Point- T o-Multipoint Service Centre , PTM-SC)
• Он осуществляет обработку широковещательного трафика между магистральным каналом сети и регистром положения HLR
• Основным элементом, обеспечивающим предварительную обработку тарификационной информации для GPRS, является биллинговый шлюз ( Billing Gateway , BG)
• Механизм тарификации, используемый в GPRS, существенно отличается оттого, который применяется для базовых сетей GSM и технологии высокоскоростной передачи HSCSD

• В GPRS допускается возможность совместного использования несколькими абонентами одного канала и предоставления нескольких видов услуг одному абоненту
• В любом случае в GPRS абонент платит не за время занятости канала, а только за объем переданной (принятой) информации, качество обслуживания и срочность доставки
• При этом GPRS-тарифы гибко дифференцированы в зависимости от потоков переданной информации и снижаются по мере увеличения суммарного объема используемого трафика

• Для работы в сетях GSM-GPRS стандартом определены три класса мобильных радиотерминалов
• Терминалы класса А представляют полный спектр услуг, поскольку они могут одновременно работать в базовой сети с коммутацией каналов GSM и в пакетной сети GPRS
• Эти терминалы обеспечивают возможность принимать и посылать вызовы и сообщения через MSC (голос и данные) и в то же время параллельно обмениваться данными через SGSN

• Терминалы класса В также могут работать в двух режимах, однако параллельная работа невозможна
• В определенный момент времени обеспечивается передача или прием только одного вида трафика
• Например, чтобы принять вызов, поступающий в ходе активной сессии в интернете, абонент вынужден прервать работу с данными

• Терминалы класса С обеспечивают возможность работы в сети GSM либо в GPRS
• Если абонент находится в каком-то одном режиме, он не принимает входящие вызовы из другой сети, т.е. терминалы могут лишь выбирать режим работы
• К классу С также часто относят радиотерминалы, которые могут функционировать только в режиме пакетной передачи

• Мобильная станция в зависимости от конкретных потребностей абонента может представлять собой различные варианты реализации терминальных решений
• В частности, комбинированные терминалы объединяют в одно законченное функциональное устройство мобильный терминал (МТ) и терминальное оборудование (ТЕ)
• Такие малогабаритные мобильные станции (попросту телефоны) имеют, как правило, ограниченные возможности передачи и приема данных
• Чтобы расширить эти возможности, нужно подключить ряд дополнительных оконечных устройств

• Реализация варианта использования мобильного телефона с компьютером требует оснащения компьютера специализированным программным обеспечением, а телефон должен поддерживать коммуникационный протокол
• Соединение компьютера с мобильным телефоном также возможно с помощью инфракрасного порта
• Вместо мобильного телефона к компьютеру можно подключить специальную радиокарту, выполняющую функции МТ

• Технология высокоскоростного радиодоступа EDGE была предложена еще в начале 1997 года и послужила основой развития стандарта GSM
• На первом этапе (т.н. «фаза 1») технология позволила увеличить скорость передачи до 384 кбит/с на одну несущую сети GSM
• Для новых поколений пико- и микросотовых систем на втором этапе («фаза 2») предполагается обеспечить скорость передачи до 2048 кбит/с

• В дальнейшем на основе этой технологии планируется осуществить плавный переход от доминирующих в настоящее время мобильных сетей с коммутацией каналов к сетям, которые обладают преимуществами сетей с коммутацией пакетов, причем это касается как трафика передачи данных, так и речевого трафика
• Таким образом, появится возможность продлить использование уже установленного оборудования GSM вплоть до внедрения мобильных систем третьего поколения

• Радиоинтерфейс технологии EDGE надстраивается над существующей системой GSM и совместим со всеми службами GSM, в том числе с технологиями HSCSD и GPRS
• Внедрение EDGE не требует создания новых сетевых (структурных) элементов
• Технология EDGE пригодна для использования в сетях GSM, работающих в диапазонах 400, 900 и 1800 МГц

• Радиоинтерфейс EDGE основан на использовании спектрально эффективной модуляции и адаптивной настройки канала в зависимости от требований абонента и реальных условий связи в точке нахождения абонента
• При этом производится автоматическое распознавание типа модуляции, используемого в радиолинии, с последующим переходом к наиболее приемлемой схеме помехоустойчивого кодирования

• На основе EDGE могут быть организованы две усовершенствованных службы передачи данных: служба пакетной передачи EGPRS ( Enhanced GPRS ) и служба передачи с коммутацией каналов ECSD ( Enhanced CSD )
• По сравнению с базовым GSM максимальная скорость передачи на один физический канал увеличивается до 38,4 кбит/с для ECSD и до 69,2 кбит/с для EGPRS

• В технологии EDGE, в свою очередь, применяется два метода модуляции: GMSK-модуляция, используемая в базовом стандарте GSM, и 8-позиционная фазовая модуляция (8 PSK)
• При этом скорость передачи символов в радиоканале одинакова и соответствует полосе пропускания одного частотного канала - 200 кГц
• Применяются шесть уровней помехоустойчивого кодирования - от PS1 до PS6, обеспечивающих различную степень помехозащищенности

• Увеличение скорости передачи данных, как в HSCSD и GPRS достигается за счет использования нескольких слотов для передачи и приема
• При объединении всех восьми слотов скорость передачи на одну несущую теоретически может быть увеличена до 553,6 кбит/с (69,2 x 8)
• Предполагается автоматическое распознавание типа модуляции и адаптивная смена режима кодирования

• Смена схемы кодирования производится каждый раз, когда предыдущий декодируемый блок принимается с достоверностью ниже установленного порога
• В результате следующий блок данных уже передается с использованием схемы кодирования, обладающей более высокой помехозащищенностью

• Абонентские терминалы, предоставляющие услуги EDGE, можно разделить на два типа
• В первом, более простом терминале, обеспечивается режим модуляции 8 PSK в линии "вниз" и GMSK в линии "вверх"
• Использование высокоскоростной передачи в прямом канале и низкоскоростного режима в обратном канале соответствует типичной ситуации обмена данными в сетях пакетной передачи
• Радиотерминалы второго типа способны обеспечить в двух направлениях любой из двух режимов модуляции (8 PSK и GMSK)

• Передача данных: от каналов к пакетам – Сети и телекоммуникации, 1-2, 2006
• Невдяев, Л.М. Мобильная связь третьего поколения. / Л.М.Невдяев. – М: Международный центр научной и технической информации, 2000. – 208 с.
• GSM — Википедия - http://ru.wikipedia.org/wiki/ GSM
• GPRS — Википедия - http://ru.wikipedia.org/wiki/ GPRS
• EDGE — Википедия - http://ru.wikipedia.org/wiki/ EDGE
• HSCSD — Википедия - http :// ru.wikipedia.org / wiki / HSCSD