diplov / file1

В ідентифікаторі режиму трансакції ТІ (англ. Transactions Identificator)

знаходиться закодоване позначення виконаної трансакції протоколу CM,

однобітовий позначник ТІ, який вказує власника повідомлення (―0‖ означає, що повідомлення вислане ініціатором трансакції, ―1‖ означає, що повідомлення від іншого абонента). В полі дискримінатора протоколу PD (англ. Protocol Discriminator) є записане позначення одного з описаних протоколів мережного рівня, до якого належить передане повідомлення.

Наступне поле повідомлення, представленого на рис. 7.40, містить окреслення типу повідомлення в даному протоколі. В інших двох полях на рисунку 7.40 знаходиться інформаційна частина повідомлення, поділена на обов'язкову частину та опційну. Окремі повідомлення можуть бути різної довжини. Довжина кожного повідомлення вказана в полі ―тип повідомлення‖.

7.3.5. Загальна архітектура сигналізації в системі GSM

В попередніх частинах розділу вже описано завдання фізичного рівня системи GSM, сигналізаційні протоколи, які використовуються на рівні даних: LAPDm, LAPD, МТР та сигналізаційні протоколи мережного рівня: RR, MM,

CM.

На рисунку 7.41 представлено загальну схему сигналізації в системі GSM.

Вертикальні лінії означають три стандартні інтерфейси системи:

радіоінтерфейс, інтерфейс A-bis та інтерфейс А. Інтерфейси з'єднують між собою окремі елементи системи: рухому станцію, базову станцію, блок керування базовими станціями та комутаційні станції. В горизонтальному напрямку, починаючи з фізичного рівня, найнижчого, показано рівні системи

GSM відносно моделі ISO/OSI. Прямокутники на рисунку представляють протоколи окремих рівнів, які по черзі виконуються в інтерфейсах системи.

Крім описаних вище протоколів другого і третього рівнів на рисунку 7.41

показані також два протоколи, що пов'язані з керуванням системою базових станцій: BTSM і BSSAP.

371

372

Протокол BTSM (англ. Base Transceiver Station Management) дозволяє блоку керування базовими станціями BSC керувати базовими станціями,

протокол BSSAP (англ, Base Station Subsystem Application Part)

використовується комутаційною станцією MSC для керування системою підлеглих їй базових станцій.

Протокол BSSAP використовує протоколи сигналізаційної системи SS7:

МТР і SCCP. Протокол SССР (англ. Signalling Connection Control Part)

відповідає за скерування повідомлень в сигналізаційну мережу №7. Протокол другого рівня МТР був описаний в пункті 7.3.3.

Блок RR' на рисунку 7.41 містить частину функцій керування радіозасобами (протокол RR), які виконує базова станція, тобто керування:

передачею з часовим випередженням, потужністю, шифруванням передачі.

Друга половина протоколу RR виконується в рухомій станції і в блоці керування базовими станціями. Функції, що пов'язані з керуванням

―рухливістю‖ абонентів (MM) та з керуванням встановлення з'єднань (CM)

виконуються виключно в базовій станції та комутаційній станції MSC.

Елементи ансамблю базових станцій є для них ―прозорі‖, тобто вони є транзитними для передачі сигналізаційної інформації при використанні власних протоколів другого рівня та механізмів першого рівня.

На рисунку 7.42 представлено протоколи, які використовуються в сигналізації між комутаційною станцією MSC і реєстрами VLR і HLR.

Сигналізація, що не зв’язана з розмовою, міститься в кількох різних протоколах, об'єднаних під назвою МАР (англ. Mobilr Application Part).

Протокол МАР описує також і обмін сигналізаційною інформацією в випадку перемикання каналів між двома комутаційними станціями MSC, обмін інформацією між комутаційною станцією MSC та реєстрами VLR, HLR і EIR, а

також обмін сигналізаційною інформацією між реєстром HLH і комутаційною станцією GMSC.

373

374

В зв'язку з тим, що в комутаційно-мережній частині кожний пристрій має власний інтерфейс з системою сигналізації SS7, то протокол МАР для різних пристроїв комутаційно-мережної частини системи GSM використовує протоколи системи SS7: ТСАР, SCCP та МТР. Протокол ТСАР (англ.

Transaction Capabilities Application Part) є одним з протоколів сигналізаційної системи SS7, який керує обміном сигналізаційною інформацією між пристроями стаціонарної мережі. Для спрощення на рис. 7.42 в комутаційній станції MSC не описано протоколи, які відповідають за зв’язок з іншою комутаційною станцією системи GSM (крім представлених на рис. 7.42

протоколів МТР, SCCP і МАР, в сигналізації між двома комутаційними станціями MSC приймають участь також і протоколи третього рівня системи

GSM: CM і MM).

Сигналізація між пристроями комутаційно-мережної частини в значній мірі базується на протоколах сигналізаційної системи SS7. Система SS7 була створена до того, як було опрацьовано модель ISO/OSI і не має його рівневої структури, звідси на рис. 7.42 не позначено рівнів. В системі SS7 виділяють чотири рівні, які в певній мірі відповідають сімом рівням моделі ISO/OSI.

Відносно такого відповідника, протокол МТР відповідає трьом довільним рівням моделі, протокол SCCP третьому рівню, а протокол ТСАР відповідає сьомому рівню.

375

8. СИСТЕМА БАЗОВОЇ СТАНЦІЇ

8.1. Основні поняття системи базової станції

8.1.1. Форми комірок в коміркових мережах

Мережа коміркового зв'язку - це мережа, яка функціонує у двовимірному просторі, поділеному на зони. Ці зони називаються комірками і кожна з них обслуговується окремою базовою станцією BTS (англ. Base Transceiver Station)

- у випадку антен з ненапрямленою діаграмою направленості, або окремим приймально-передавальним обладнанням базової станції (у випадку секторних антен). Для спрощення завдань при проектуванні мережі зручно використовувати регулярну форму комірок. При цьому форма комірки у вигляді кола, яка отримується при використанні ненапрямлених антен,

непридатна для завдань проектування, оскільки комірки або взаємоперекриваються, або між комірками утворюються непокриті ділянки.

Вирішення цієї проблеми можливе за рахунок апроксимування кола багатокутником, причому слід враховувати кількість сусідніх комірок, з якими можлива передача обслуговування (рис. 8.1). При використанні рівностороннього трикутника комірка буде мати 12 сусідів, при використанні квадрата - 8, а при використанні правильного шестикутника - лише шість.

Більш того, з приведених вище багатокутників правильний шестикутник забезпечує найбільшу площу покриття.

Рис.8.1 Вибір форми комірки в коміркових мережах

376

Отже гексагональними комірками можна покрити визначену територію з меншою кількістю базових станцій при незмінному радіусі комірки.

Як наслідок, в коміркових мережах прийнято гексагональну форму комірок. У випадку використання ненапрямлених антен базова станція розміщується в центрі правильного шестикутника і обслуговує одну комірку. У

випадку використання секторних антен базова станція може обслуговувати до трьох комірок.

Насправді форма комірки залежить від таких факторів як: потужність випромінювання базової станції, рельєф, забудова (в умовах міста). Тому в дійсності комірки ніколи не бувають строгої геометричної форми. Більш того,

межі комірки взагалі не можуть бути чітко визначені, оскільки рубіж передачі обслуговування рухомої станції з однієї комірки в сусідню може в деяких межах зміщуватись із зміною умов поширення радіохвиль залежно від напрямку руху мобільної станції. Аналогічно і положення базової станції лише приблизно співпадає з центром комірки (ненапрямлені антени), який до того ж не так легко визначити однозначно, якщо комірка має неправильну форму.

Якщо ж на базових станціях використовуються направлені (не ізотропні в горизонтальній площині) антени, то базові станції фактично розміщуються на межі комірок.

Рис.8.2 Розміщення базової станції при гексагональній формі комірки

8.1.2. Підвищення доступності до коміркової мережі

Питання підвищення доступності до системи - це одна з основних проблем сучасного коміркового зв'язку. Кількість мобільних абонентів постійно зростає

377

і все частіше трапляється втрата викликів через недостатню кількість вільних каналів. Для усунення цієї проблеми використовуються як нові спеціальні алгоритми обробки виклику в контролері базових станцій, так і стандартні алгоритми планування коміркової мережі. Способи підвищення доступності до мереж коміркового зв'язку можна розділити на 4 групи:

Вдосконалення методів обробки сигналів. Прикладом такого методу є напівшвидкісне кодування мови, що дозволяє підвищити доступність до мережі вдвічі.

Поділ комірок. На початковій стадії оператор GSM намагається покрити якомога більшу територію протягом короткого проміжку часу. Із збільшенням кількості абонентів виникають ділянки, на яких комірки перевантажені, тобто не здатні обслуговувати всі виклики. В деяких випадках перевантаження може становити декілька сотень процентів, що викликає невдоволення абонентів і приносить збитки оператору. При поділі комірок кількість базових станцій збільшується, а потужність випромінювання понижується. В результаті кількість відмов в обслуговуванні значно зменшується. Цей же ж ефект спостерігається при переході від всенаправлених антен до секторних, наприклад, при поділі комірки на три сектори (при 120-градусних секторах). Слід відмітити, що на практиці в стандарті GSM всенаправлені антени використовувати немає змісту, оскільки навіть на початковій стадії проектування мережі (а на цьому етапі забезпечують покриття великих міст) концентрація абонентів на більшості території є значна, а тому виникає необхідність збільшення кількості розмовних каналів. Використання надто дрібних комірок призводить до збільшення інтенсивності передач обслуговування від однієї комірки до іншої. Тому в стандарті GSM передбачене використання ієрархічних схем побудови мережі.

Використання адаптивного призначення каналів. При цьому способі підвищення доступності до мережі частотні канали (всі або частково)

перебувають в оперативному розпорядженні контролера базових станцій,

378

який виділяє їх для користування окремим коміркам по мірі поступлення викликів, тобто залежно від реальної інтенсивності трафіку, але враховуючи територіально-частотне рознесення. Такий адаптивний алгоритм складніший,

але він може підвищити доступність до мережі за рахунок гнучкого відстежування флуктуацій трафіку. Слід відмітити, що на практиці цей спосіб в ―чистому‖ вигляді практично не використовується.

Розширення виділеної смуги частот. Частоти - це надзвичайно дефіцитний ресурс, тому даний спосіб хоча і є найпростіший, він не завжди доступний.

8.1.3. Повторне використання частот

Повторне використання частот (англ. frequency reuse) - це основний принцип системи коміркового зв'язку, який радикально відрізняє її від інших систем рухомого зв'язку і дозволяє суттєво (теоретично до безмежності)

підвищувати ємність системи. Ідея повторного використання частот полягає в тому, що в близько розміщених одна відносно одної комірках системи використовуються різні частотні канали, а через декілька комірок ці частоти повторюються, що дозволяє охопити системою будь-яку велику зону обслуговування. Це виявляється вдвічі вигіднішим, якщо врахувати можливість підвищення ємності мережі за рахунок поділу комірок.

Група комірок з різними наборами частот називається кластером.

Основним параметром, який характеризує кластер, є кількість частот, що використовуються в сусідніх комірках. Зрозуміло, що чим більша кількість частот в кластері, тим легше боротись з явищем інтерференції - однією з основних проблем коміркового зв'язку. В стандарті GSM допускається використання кластера, який складається лише з трьох частот. В аналогових системах це призвело б до катастрофічного погіршення якості зв'язку за рахунок інтерференції.

Суміжні базові станції, які використовують різні набори частотних каналів,

утворюють групу з С станцій (кількість комірок в кластері). Якщо кожній базовій станції виділяється набір з N каналів з шириною смуги кожного FK, то

379

загальна ширина смуги, яку займає система коміркового зв'язку, складає:

Рис.8.3 Приклад кластерів з чотирьох, семи та дев’яти комірок

FС=FКNC.

Звідси кількість каналів в комірці визначається виразом:

N= 1 FC .

С FK

Таким чином, величина С визначає мінімально можливу кількість каналів в системі, тому її часто називають частотним параметром системи або коефіцієнтом повторного використання частот.

Базові станції, на яких допускається повторне використання виділеного набору частот, які віддалені одна відносно одної на відстань D, яка називається захисним інтервалом. В загальному випадку відстань D між центрами комірок пов'язана з кількістю комірок в кластері С співвідношенням:

D = R 3С ,

де R - радіус комірки.

Коефіцієнт С не залежить від кількості каналів в наборі і збільшується при зменшенні радіуса комірки. Таким чином, при використанні комірок менших розмірів є можливість збільшити повторюваність частот. Розміри комірки визначають кількість абонентів, які одночасно можуть вести переговори на

380