Недоліки цифрового сигналу
Цифровий сигнал[1] передає інформацію кількома (переважно двома) своїми рівнями і зміною цих рівнів, а аналоговий більш ємний, оскільки несе інформацію кожним поточним своїм значенням. Крім того, цифровий сигнал потребує перебування в певному рівні деякий період часу, інакше його неможливо буде розпізнати. Тому цифрові пристрої працюють повільніше за аналогові і швидкість передачі та обробки інформації аналоговими пристроями завжди може бути більша. Крім того в природі всі сигнали є аналоговими, для їх перетворення необхідно використовувати спеціальну апаратуру (аналого-цифрові та цифро-аналогові перетворювачі).
АЦП, Ана́лого-цифрови́й перетво́рювач (англ. analog-to-digital converter (скорочено ADC)) — пристрій, що перетворює вхідний аналоговий сигнал в дискретний код (цифровий сигнал).
13. Handover – это процедура смены абонентом канала связи во время разговора, без потери соединения. Данная функция необходима в первую очередь для сохранения непрерывности соединения во время движения абонента. Соседние, по отношению к обслуживающей, соты ранкируются контроллером базовых станций (BSC) в порядке убывания уровня сигнала. Как только первая сота в списке перестанет являться обслуживающей, BSC активирует процедуру хэндовера, который называется «географическим» или «нормальным». Кроме того, хэндовер происходит при резком ухудшении качества предоставляемого сектором сервиса, либо при слишком большом удалении абонента от базовой станции. Это «вынужденный» хэндовер. В некоторых случаях хэндовер используется для перераспределения нагрузки между соседними секторами. Если сектор, обслуживающий абонента, перегружен трафиком, то мобильная станция может быть переключена на соседний, менее загруженный сектор с приемлемым качеством соединения. Различают несколько типов GSM-хэндовера: intra-cell handover – внутри сектора; intra-BSC handover – между секторами, контролируемыми одним BSC; inter-BSC handover – между секторами, контролируемыми разными BSC, но в пределах одного коммутатора (MSC); inter-MSC handover –между секторами, находящимися в зоне обслуживания разных MSC.
Поиск новой частоты внутри обслуживающего сектора (первый тип хэндовера) происходит при соблюдении двух условий: Среди соседних секторов нет кандидатов с более высоким уровнем сигнала. На частоте присутствует большое количество битовых ошибок (интерференция). Решение о необходимости смены сектора в случае intra-cell и intra-BSC хэндоверов принимает контроллер базовых станций. В остальных случаях в процессе задействуется коммутатор, контролирующий процесс хэндовера. Все вышесказанное относится к передаче управления соединением от одного сектора к другому в пределах GSM-сети одного оператора связи. При этом в обязательном порядке поддерживается непрерывный переход абонента между станциями, работающими в разных частотных диапазонах (GSM 900/1800). Хэндовер между сетями разных операторов связи возможен только при наличии между ними роумингового соглашения. Наличие межсистемного хэндовера между сетями GSM и UMTS одного мобильного оператора является непременным условием ввода в эксплуатацию сети 3-го поколения. Кроме возможности сохранения активного соединения при переходе абонента из 2G в 3G и обратно, система UMTS поддерживает еще два вида хэндоверов: «мягкий» и «жесткий». «Мягкий» хэндовер подразумевает возможность одновременного подключения мобильной станции к нескольким секторам, работающим на одной и той же частоте. Это позволяет повысить скорость и качество передачи данных путем их пересылки от контроллера (RNC) к мобильному терминалу по разным маршрутам. При «жестком» хэндовере происходит смена несущей частоты либо в пределах одной станции, либо при переходе в зону обслуживания другой станции.
14.Соединение с существующей сетью NMT-450
Центр коммутации подвижной связи соединяется с сетью NMT-450 через четыре стандартные линии связи 2 Мбит/с и системы сигнализации SS N7. При этом должны обеспечиваться требования Рекомендаций МККТТ по подсистеме пользователей телефонной сетью (TUP - Telephone User Part) и подсистеме передачи сообщений (МТР - Message Transfer Part) Желтой книги. Электрические 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).
Рассмотрим сначала наиболее простой случай – работу подвижной станции в пределах одной ячейки своей («домашней») системы, без передачи обслуживания. В этом случае в работе подвижной станции можно выделить четыре этапа, которым соответствуют четыре режима работы:
включение и инициализация;
режим ожидания;
режим установления связи (вызова);
режим ведения связи (телефонного разговора).
После включения подвижной станции, т.е. после замыкания цепи питания, производится инициализация – начальный запуск. В течение этого этапа происходит настройка подвижной станции на работу в составе системы – по сигналам, регулярно передаваемым базовыми станциями по соответствующим каналам управления, после чего подвижная станция переходит в режим ожидания. Конкретное содержание этапа инициализации зависит от используемого стандарта сотовой связи.
В стандарте D-AMPS версии IS-54 подвижная станция начинает со сканирования выделенных каналов управления и выбора канала с наиболее сильным сигналом; затем по передаваемой в этом канале информации подвижная станция определяет номера каналов вызова, находит среди них канал с наиболее сильным сигналом, настраивается на его частоту и остается в режиме ожидания. Строго говоря, полная процедура инициализации, имеющая смысл при использовании двухрежимных (цифро-аналоговых) подвижных станций и при работе в полной полосе частот, отведенной для сотовой связи, сложнее. Сначала станция сканирует первичные выделенные каналы управления (в пределах полосы оператора А или В), настраивается на наиболее сильный канал и проверяет наличие возможности работы в цифровом режиме (по содержанию соответствующего бита сигнальной информации). Если такая возможность есть, станция остается в режиме ожидания в цифровом режиме на этом канале; если нет, то сканирует вторичные выделенные каналы управления, и т.д. В соответствии с изложенными ранее соображениями мы не описываем эту процедуру, как и практически все последующие, с такой степенью подробности. В версии IS-136 алгоритм настройки подвижной станции на цифровой канал управления более сложен и гибок, прежде всего в интересах скорейшего завершения процесса настройки. При этом рекомендуется в максимальной степени использовать всю имеющуюся информацию о положении канала управления (где находился канал управления в прошлом сеансе работы, указатель положения канала управления, если он имеется, и др.), а при прямом поиске со сканированием всех частотных каналов стандартом рекомендуется определенная последовательность сканирования групп каналов, в соответствии с вероятностью размещения в них цифровых каналов управления.
В стандарте GSM подвижная станция сканирует все имеющиеся частотные каналы, настраивается на канал с наиболее сильным сигналом и по наличию пачки коррекции частоты определяет, передается ли в этом частотном канале информация канала ВССН. Если нет, то станция перестраивается на следующий по уровню сигнала частотный канал, и так до тех пор, пока не будет найден канал ВССН. Затем подвижная станция находит пачку синхронизации, синхронизируется с выбранным частотным каналом, расшифровывает дополнительную информацию о базовой станции (в частности, 6-битовый код идентификации базовой станции) и принимает окончательное решение о продолжении поиска или о работе в данной ячейке.
Находясь в режиме ожидания, подвижная станция отслеживает:
изменения информации системы – эти изменения могут быть связаны как с изменениями режима работы системы, так и с перемещениями самой подвижной станции, например с переходом ее в другую ячейку;
команды системы – например, команду подтвердить свою работоспособность («регистрация» в конкретной ячейке);
получение вызова со стороны системы;
инициализацию вызова со стороны собственного абонента.
Две последние ситуации – получение или инициализацию вызова – мы рассмотрим подробнее несколько ниже.
Кроме того, подвижная станция может периодически, например раз в 10… 15 минут, подтверждать свою работоспособность, передавая соответствующие сигналы на базовую станцию (подтверждение «регистрации» или уточнение местоположения). В центре коммутации для каждой из включенных подвижных станций фиксируется ячейка, в которой она «зарегистрирована», что облегчает организацию процедуры вызова подвижного абонента. Если подвижная станция не подтверждает свою работоспособность в течение определенного промежутка времени, например пропускает два или три подтверждения «регистрации» подряд, центр коммутации считает ее выключенной, и поступающий на ее номер вызов не передается.
В стандарте GSM подвижная станция измеряет и периодически передает на базовую станцию следующие параметры:
уровень сигнала базовой станции рабочей («своей») ячейки и до 16 смежных ячеек, измеряемый по сигналу канала ВССН;
код качества принимаемого сигнала в рабочей ячейке – функцию оценки частоты битовой ошибки (BER – Bit Error Rate) по принятому сигналу перед канальным декодированием.
В стандарте D-AMPS измерения уровня сигнала и частоты битовой ошибки выполняются по команде с базовой станции для обеспечения процедуры передачи обслуживания. Рассмотрим процедуру установления связи. Если со стороны системы поступает вызов номера подвижного абонента, центр коммутации направляет этот вызов на базовую станцию той ячейки, в которой «зарегистрирована» подвижная станция, или на несколько базовых станций в окрестности этой ячейки – с учетом возможного перемещения абонента за время, прошедшее с момента последней «регистрации», а базовые станции передают его по соответствующим каналам вызова. Подвижная станция, находящаяся в режиме ожидания, получает вызов и отвечает на него через свою базовую станцию, передавая одновременно данные, необходимые для проведения процедуры аутентификации; последняя, как представляющая самостоятельный интерес, будет рассмотрена подробнее позже. При положительном результате аутентификации назначается канал трафика, и подвижной станции сообщается номер соответствующего частотного канала. Подвижная станция настраивается на выделенный канал и совместно с базовой станцией выполняет необходимые шаги по подготовке сеанса связи. На этом этапе подвижная станция настраивается на заданный номер слота в кадре, уточняет задержку во времени, подстраивает уровень излучаемой мощности и т.п.
Выбор временной задержки производится с целью временного согласования слотов в кадре (на прием в базовой станции) при организации связи с подвижными станциями, находящимися на разных дальностях от базовой. При этом временная задержка передаваемой подвижной станцией пачки регулируется по командам базовой станции. В стандарте D-AMPS при выборе временной задержки работа осуществляется укороченными пачками. Исходное значение задержки составляет 88 бит; оно может уменьшаться на величину до 30 бит с шагом 1 бит (20,55 мкс). В стандарте GSM при выборе задержки используются пачки доступа. Задержка регулируется в пределах от 0 до 63 бит с дискретом 1 бит (3,69 мкс). В дальнейшем базовая станция отслеживает изменение дальности до подвижной станции и корректирует величину задержки, выдавая соответствующие команды на подвижную станцию. При малых геометрических размерах ячейки, т.е. при малых величинах задержки (в пределах защитного бланка или защитного интервала), компенсация временной задержки может не производиться.
В стандарте GSM производятся также привязка подвижной станции к базовой по частоте с использованием пачки коррекции частоты и временная синхронизация подвижной станции с базовой с точностью до 1/4 бита, для чего в пачке синхронизации передаются номера четверти бита (QN – Quarter bit Number, в пределах от 0 до 624), бита (BN – Bit Number, в пределах от 0 до 156), слота (TN – Timeslot Number, в пределах от 0 до 7) и кадра (FN – Frame Number, в пределах от 0 до 2715648); одновременно в пачке синхронизации передаются 3-битовый код (код цвета – colour code) сети сотовой связи и 3-битовый код базовой станции, составляющие в совокупности уникальный 6-битовый идентификатор базовой станции (BSIC – Base Station Identifier Code).
Затем базовая станция выдает сообщение о подаче сигнала вызова (звонка), которое подтверждается подвижной станцией, и вызывающий абонент получает возможность услышать сигнал вызова. Когда вызываемый абонент отвечает на вызов («снимает трубку», т.е. нажимает соответствующую кнопку на панели управления абонентского аппарата), подвижная станция выдает запрос на завершение соединения. С завершением соединения начинается собственно сеанс связи – абоненты ведут разговор.
В процессе разговора подвижная станция производит обработку передаваемых и принимаемых сигналов речи, а также передаваемых одновременно с речью сигналов управления. По окончании разговора происходит обмен служебными сообщениями между подвижной и базовой станцией (запрос или команда на отключение с подтверждением), после чего передатчик подвижной станции выключается и станция переходит в режим ожидания.
Если вызов инициируется со стороны подвижной станции, т.е. абонент набирает номер вызываемого абонента, убеждается в правильности набора по отображению на дисплее и нажимает соответствующую кнопку («вызов») на панели управления, то подвижная станция передает через свою базовую станцию сообщение с указанием вызываемого номера и данными для аутентификации подвижного абонента. После аутентификации базовая станция назначает канал трафика, и последующие шаги по подготовке сеанса связи производятся таким же образом, как и при поступлении вызова со стороны системы.
Затем базовая станция сообщает на центр коммутации о готовности подвижной станции, центр коммутации передает вызов в сеть, а абонент подвижной станции получает возможность следить за ходом его выполнения (слышит сигналы «вызов» или «занято»). Соединение завершается на стороне сети.
Рис.2.15. Упрощенная схема установления связи (исходящий вызов; стандарт GSM): БППС - базовая приемопередающая станция; КБС - контроллер базовой станции; ЦК - центр коммутации; ТФОП - стационарная телефонная сеть общего пользования
Описанная процедура схематически иллюстрируется на рис. 2.15. Цифрами обозначена такая последовательность действий:
Подвижная станция через канал случайного доступа (RACH) запрашивает выделенный закрепленный канал управления (SDCCH) для установления связи.
Контроллер базовой станции через канал разрешения доступа (AGCH) назначает канал SDCCH.
Подвижная станция через канал SDCCH проводит аутентификацию и выдает запрос на вызов (с номером вызываемого абонента).
Центр коммутации выдает команду на назначение канала трафика (ТСН).
Центр коммутации выдает вызываемый номер на стационарную телефонную сеть, и после ответа вызываемого абонента завершает соединение.
Процесс разговора и завершение сеанса связи не отличаются от предыдущего случая.
Если подвижный абонент разговаривает с другим подвижным абонентом, то процедура установления связи и проведения сеанса связи происходит практически таким же образом. Если при этом оба подвижных абонента относятся к одной и той же сотовой системе, то связь между ними устанавливается через центр коммутации системы без выхода в стационарную телефонную сеть. Такова общая схема организации процесса связи в сотовой системе. Многие детали в ней опущены, но к некоторым из них мы еще вернемся по ходу дальнейшего изложения.
15. Множинний доступ – це раціональна організація одночасної роботи декількох користувачів в обмеженій ділянці частотного спектру.
Види:
1)FDMA - множинний доступ з частотним розділом каналів (користувачам дається одна частота на весь сеанс зв’язку);
2)ТDMA – множинний доступ з масовим розділенням каналів.Суть метода заключається в тому,що кожний частотний канал розділяється в часі між декількома абонентами.
3)SDMA – множинний доступ з кодовим розділенням каналів.Працює в широкій полосі частот.
16.
2G В начале 90-х годов наблюдается подъем первых цифровых сотовых сетей, которые имели ряд преимуществ по сравнению с аналоговыми системами. Улучшенное качество звука, бОльшая защищенность, повышенная производительность — вот основные преимущества. GSM начал свое развитие в Европе, в то время как D-AMPS и ранняя версия CDMA компании Qualcomm стартовали в США. Эти зарождающиеся 2G стандарты пока не имеют поддержки собственных, тесно интегрированных, услуг передачи данных. Многие из таких сетей поддерживают передачу коротких текстовых сообщений (SMS), а также технологию CSD, которая позволила передавать данные на станцию в цифровом виде. Это фактически означало, что вы могли передавать данные быстрее — до 14,4 кБит/с, что было сравнимо со скоростью стационарных модемов в середине 90-х. Для того, чтобы инициировать передачу данных с помощью технологии CSD, необходимо было совершить специальный «вызов». Это было похоже на телефонный модем — вы или были подключены к сети, или нет. В условиях того, что тарифные планы в то время измерялись в десятках минут, а CSD была сродни обыкновенному звонку, практической пользы от технологии почти не было.
2.5G
Появление сервиса «General Packet Radio Service» (GPRS) в 1997 году стало переломным моментом в истории сотовой связи, потому что он предложил для существующих GSM сетей технологию непрерывной передачи данных. С использованием новой технологии, вы можете использовать передачу данных только тогда, когда это необходимо — нет больше глупой CSD, похожей на телефонный модем. К тому же, GPRS может работать с большей, чем CSD, скоростью — теоретически до 100 кБит/с, а операторы получили возможность тарифицировать трафик, а не время на линии. GPRS появился в очень подходящий момент — когда люди начали непрерывно проверять свои электронные почтовые ящики. Это нововведение не позволило добавить единицу к поколению мобильной связи. В то время, как технология GPRS уже была на рынке, Международный Союз Электросвязи (ITU) составил новый стандарт — IMT-2000 — утверждающий спецификации «настоящего» 3G. Ключевым моментом было обеспечение скорости передачи данных 2 МБит/с для стационарных терминалов и 384 кБит/с для мобильных, что было не под силу GPRS. Таким образом, GPRS застрял между поколениями 2G, которое он превосходил, и 3G, до которого не дотягивал. Это стало началом раскола поколений.