Обзор системы GSM dnl2601
.pdf
R
GLOBAL SYSTEM FOR
MOBILE COMMUNICATIONS
Обзор системы GSM
Корпоративный тренинг
Вымпелком – 2004
Обзор системы GSM
Содержание
Глава 1 – Введение в стандарт GSM |
1 |
|||
1.1. |
|
История связи |
2 |
|
1.2. |
|
Мобильная связь |
4 |
|
1.3. |
|
Стандарты мобильной связи |
5 |
|
1.4. |
Глобальная система для мобильной связи (GSM) |
7 |
||
|
1.4.1 История GSM. Основные этапы развития стандарта GSM |
7 |
||
|
1.4.2 |
Рекомендации ETSI GSM |
8 |
|
1.5. Фазы развития стандарта GSM |
9 |
|||
1.6. |
|
История компании ВымпелКом |
12 |
|
1.7. |
Описание компонентов сети GSM |
24 |
||
1.8. |
Состав системы коммутации SS |
25 |
||
|
1.8.1 Mobile Switching Center (MSC) |
25 |
||
|
1.8.2 Home Location Register (HLR) |
26 |
||
|
1.8.3 Visitor Location Register (VLR) |
26 |
||
|
1.8.4 |
Authentication Center (AUC) |
27 |
|
|
1.8.5 Equipment Identity Register (EIR) |
27 |
||
1.9. |
Состав системы базовых станций BSS |
27 |
||
|
1.9.1 Base Station Controller (BSC) |
27 |
||
|
1.9.2 Base Transceiver Station (BTS) |
27 |
||
|
1.9.3 Центры наблюдения за работой сети |
27 |
||
|
|
|
1.9.3.1 Operation & Maintenance Center (OMC) |
27 |
|
|
|
1.9.3.2 Network Management Center (NMC) |
28 |
|
1.9.4 |
Мобильная станция (MS) |
28 |
|
1.10. Географическая структура сети GSM |
29 |
|||
|
1.10.1 Сота (Cell) |
29 |
||
|
1.10.2 Зона местоположения (Location Area - LA) |
30 |
||
|
1.10.3 Зона обслуживания MSC (MSC Serving Area) |
31 |
||
|
1.10.4 Зона обслуживания PLMN |
31 |
||
|
1.10.5 Зона обслуживания GSM |
32 |
||
1.11. Частотный диапазон GSM |
33 |
|||
1.12. Состояния мобильной станции |
34 |
|||
1.13. Идентификаторы в сети GSM |
37 |
|||
|
1.13.1 |
International Mobile Subscriber Identity (IMSI) |
37 |
|
|
1.13.2 Mobile Station ISDN Number (MSISDN) |
37 |
||
|
1.13.3 |
Temporary Mobile Subscriber Identity (TMSI) |
38 |
|
|
1.13.4 |
International Mobile Terminal Identity (IMEI) |
38 |
|
|
1.13.5 International Mobile Terminal Identity и Software Version number |
|||
|
|
|
(IMEISV) |
39 |
|
1.13.6 Mobile Station Roaming Number (MSRN) |
39 |
||
|
1.13.7 |
Location Area Identity (LAI) |
40 |
|
|
1.13.8 |
Cell Global Identity CGI |
40 |
|
|
1.13.9 |
Base Station Identity Code (BSIC) |
41 |
|
|
1.13.10Конфиденциальная процедура идентификации абонента |
41 |
||
|
|
|
|
|
Содержание |
|
|
|
|
|
|
|
|||
Глава 2 – Общеканальная Система Сигнализации №7 |
42 |
|
|
||||
2.1. |
Сигнализация доступа |
44 |
|
|
|||
|
|
2.1.1.Аналоговая сигнализация |
44 |
|
|
||
|
|
2.1.2.Цифровая сигнализация |
44 |
|
|
||
2.2. |
Межстанционная сигнализация |
45 |
|
|
|||
|
|
2.2.1 Channel Associated Signalling |
45 |
|
|
||
|
|
2.2.2 Common Channel Signalling |
46 |
|
|
||
2.3 |
Модель OSI (ВОС) |
47 |
|
|
|||
2.4. |
ОКС №7 |
|
48 |
|
|
||
|
|
2.4.1.Терминология |
49 |
|
|
||
|
|
2.4.2.Стек протоколов ОКС №7 |
51 |
|
|
||
Глава 3 - Система коммутации |
55 |
|
|
||||
3.1. |
Введение |
|
56 |
|
|
||
3.2. |
MSC/VLR |
|
57 |
|
|
||
|
|
3.2.1 |
Mobile Switching Center |
57 |
|
|
|
|
|
3.2.2 |
Visitor Location Register |
58 |
|
|
|
|
|
3.2.3 |
Gateway MSC |
59 |
|
|
|
|
|
|
3.2.3.1 |
Функции GMSC |
59 |
|
|
|
|
|
3.2.3.2 |
Реализация GMSC |
60 |
|
|
|
|
3.2.4 Home Location Register |
60 |
|
|
||
|
|
3.2.5 Interworking Location Register |
61 |
|
|
||
|
|
3.2.6Центр аутентификации AUC и регистр идентификации оборудования |
|
||||
|
|
|
EIR |
|
61 |
|
|
|
|
|
3.2.6.1 |
Функции AUC |
62 |
|
|
|
|
|
3.2.6.2 |
Триплеты |
63 |
|
|
|
|
|
3.2.6.3 |
Процедура аутентификации |
64 |
|
|
|
|
|
3.2.6.4 |
Процедура шифрования |
64 |
|
|
|
|
|
3.2.6.5 |
Функции EIR |
66 |
|
|
|
|
3.2.7 Интерфейс передачи данных |
67 |
|
|
||
|
|
|
3.2.7.1 |
Функции DTI |
67 |
|
|
|
|
3.2.8 Центр обработки сообщений (MC) |
68 |
|
|
||
|
|
|
3.2.8.1 Функции центра обработки сообщений MC |
68 |
|
|
|
Глава 4 - Описание системы базовых станций |
70 |
|
|
||||
4.1 |
Введение |
|
71 |
|
|
||
|
|
4.1.1 Контроллер базовых станций и транскодер |
72 |
|
|
||
|
|
4.1.2 |
Базовые станции |
72 |
|
|
|
|
|
4.1.3 |
Другое оборудование сетевого доступа |
73 |
|
|
|
4.2 |
Транскодер |
|
73 |
|
|
||
|
|
4.2.1 Функции транскодера TRC |
73 |
|
|
||
4.3 Контроллер базовых станций (BSC) |
74 |
|
|
||||
|
|
4.3.1 Основные функции BSC |
74 |
|
|
||
|
|
|
4.3.1.1 |
Управление радиоинтерфейсом |
74 |
|
|
|
|
|
4.3.1.2 |
Управление BTS |
75 |
|
|
|
|
|
4.3.1.3 |
Управление TRC |
75 |
|
|
|
|
|
4.3.1.4 Управление соединением с MS |
75 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Обзор системы GSM
|
4.3.1.5 Функции внутреннего эксплуатационно-технического |
|
|
|
|
обслуживания BSC |
77 |
4.4 |
Базовые станции |
77 |
|
|
4.4.1 Введение в BTS |
77 |
|
|
4.4.2 Функции BTS |
78 |
|
|
4.4.2.1 |
Радиоинтерфейс |
78 |
|
4.4.2.2 |
Обработка речевого сигнала |
79 |
|
4.4.2.3 |
Управление звеном сигнализации |
79 |
|
4.4.2.4 |
Синхронизация |
79 |
|
4.4.2.5 Наблюдение за функциями BTS и их тестирование |
80 |
|
Глава 5 - Мобильная станция |
81 |
||
|
5.1 Введение |
82 |
|
5.2 |
Функции мобильной станции |
82 |
|
|
5.2.1 Передача и приём |
82 |
|
|
5.2.2 Измерения и процессы, осуществляемые мобильной станцией |
83 |
|
|
5.2.3 Активный режим (Active mode) |
83 |
|
|
5.2.4 Дополнительные возможности |
84 |
|
|
5.2.4.1 |
Discontinuous Transmission (DTX) |
84 |
|
5.2.4.2 |
Прерывистый приём (DRX) |
85 |
|
5.2.5 Классы мобильных станций |
85 |
|
5.3 Идентификационный модуль абонента (SIM) |
85 |
||
|
5.3.1 Типы SIM-карт |
86 |
|
|
5.3.2 Функции обеспечения безопасности |
87 |
|
|
5.3.3 Требования к информации, хранящейся в SIM |
87 |
|
|
5.3.3.1 |
Обязательные данные |
87 |
|
5.3.4 Абонентские данные MS |
90 |
|
|
5.3.4.1 |
Контроль PIN-кода |
90 |
|
5.3.4.2 |
Блокирование/деблокирование SIM |
90 |
Глава 6 –Услуги в сети GSM |
91 |
||
6.1 |
Bearer Services |
93 |
|
6.2 |
Teleservices |
|
93 |
6.3 |
Дополнительные услуги GSM |
94 |
|
6.3.1 Переадресация вызова (Call Forwarding) |
94 |
||
|
6.3.2 Запрет связи (Call Barring) |
94 |
|
|
6.3.3 Call Waiting (CW) |
95 |
|
|
6.3.4 Удержание вызова (Call Hold) |
95 |
|
|
6.3.5 Конференц-связь (Multiparty call - MPTY) |
95 |
|
|
6.3.6 Услуги определения номера |
96 |
|
|
6.3.7 Закрытая группа пользователей (Closed User Group - CUG) |
96 |
|
6.4 |
Интеллектуальные услуги |
97 |
|
|
|
|
|
Содержание |
||
|
|
|
|
|||
Глава 7 - General Packet Radio Service (GPRS) |
98 |
|
||||
7.1 |
Архитектура сети GPRS |
99 |
|
|||
7.2 |
Терминалы GPRS |
100 |
|
|||
7.3 Система базовых станций (BSS) |
101 |
|
||||
7.4 |
Система коммутации каналов (CSS) |
101 |
|
|||
7.5 |
Другие объекты |
102 |
|
|||
7.6 Система коммутации пакетов (PSS) |
103 |
|
||||
|
|
7.6.1 Обслуживающий узел поддержки GPRS (SGSN) |
103 |
|
||
|
|
7.6.2 Шлюзовой узел поддержки GPRS (GGSN) |
108 |
|
||
7.7 |
Дополнительные возможности GPRS |
109 |
|
|||
Глава 8 - Концепция радиоинтерфейса |
111 |
|
||||
8.1 |
Частотная концепция |
112 |
|
|||
|
|
8.1.1 |
Частота |
|
112 |
|
|
|
8.1.2 |
Длина волны |
113 |
|
|
|
|
8.1.3 |
Полоса рабочих частот |
113 |
|
|
|
|
8.1.4 |
Частотные Каналы |
114 |
|
|
|
|
8.1.5 |
Дуплексный разнос |
115 |
|
|
|
|
8.1.6 |
Расфильтровка каналов |
115 |
|
|
|
|
8.1.7 |
Емкость системы и повторное использование частот |
116 |
|
|
|
|
8.1.8 |
Скорость передачи |
117 |
|
|
|
|
8.1.9 |
Модуляция |
117 |
|
|
|
|
8.1.10 Метод доступа: временное разделение каналов (TDMA) |
118 |
|
||
8.2 Аналоговая и цифровая передача |
119 |
|
||||
|
|
8.2.1 |
Информация аналогового вида |
119 |
|
|
|
|
8.2.2 |
Аналоговые сигналы |
119 |
|
|
|
|
8.2.3 |
Цифровая информация |
119 |
|
|
|
|
8.2.4 |
Цифровые сигналы |
119 |
|
|
|
|
8.2.5 Преимущества использования цифрового сигнала |
120 |
|
||
8.3 Проблемы, возникающие при передаче радиосигналов |
121 |
|
||||
|
|
8.3.1 |
Затухание (Path loss) |
121 |
|
|
|
|
8.3.2 |
Эффект тени (Shadowing) |
121 |
|
|
|
|
8.3.3 Эффект многолучевости (Multipath fading) |
121 |
|
||
|
|
8.3.4 Временная дисперсия (Time Dispersion) |
122 |
|
||
|
|
8.3.5 Выравнивание во времени (Time Alignment) |
123 |
|
||
|
|
8.3.6 Комбинированные потери сигнала (Combined Signal Loss) |
124 |
|
||
8.4 Решение проблем, возникающих при передаче сигнала |
125 |
|
||||
|
|
8.4.1 |
Перемежение (Interleaving) |
126 |
|
|
|
|
8.4.2 Разнесённый приём (Antenna Diversity) |
127 |
|
||
|
|
|
8.4.2.1 |
Пространственное разнесение |
127 |
|
|
|
|
8.4.2.2 |
Поляризационное разнесение |
128 |
|
Обзор системы GSM
8.4.3 Адаптивная подстройка (Adaptive Equalization) |
128 |
||
8.4.4 Перескоки по частоте (Frequency Hopping) |
130 |
||
8.4.5 «Временное упреждение» (Timing Advance - TA) |
131 |
||
8.5 Процесс передачи в системе GSM |
133 |
||
8.5.1 Аналого-цифровое преобразование. (Analog To Digital (A/D) |
|||
|
Conversion) |
133 |
|
|
8.5.1.1 |
Дискретизация (Sampling) |
134 |
|
8.5.1.2 |
Квантование (Quantization) |
135 |
|
8.5.1.3 |
Кодирование (Coding) |
136 |
8.5.2 |
Сегментация (Segmentation) |
136 |
|
8.5.3. Речевое кодирование (Speech Coding) |
137 |
||
8.5.4 Канальное кодирование (Channel Coding) |
138 |
||
8.5.5 |
Перемежение (Interleaving) |
139 |
|
|
8.5.5.1 |
Первый уровень перемежения |
139 |
|
8.5.5.2 |
Второй уровень интерливинга |
140 |
8.5.6 |
Шифрование (Ciphering/Encryption) |
140 |
|
8.5.7 Формирование пакета (Burst Formatting) |
141 |
||
8.5.8 |
Модуляция и передача |
141 |
|
Глава 9 – Концепция построения каналов в системе GSM |
143 |
||
9.1 Физические и логические каналы |
144 |
||
9.1.1 |
Логические каналы |
145 |
|
|
9.1.1.1 Каналы управления (Control Channels) |
145 |
|
|
9.1.1.2 Каналы для передачи трафика |
148 |
|
9.1.2 |
Пакеты (Bursts) |
148 |
|
9.1.2.1Соотношения между временными интервалами и циклами
|
|
|
|
152 |
9.2 Размещение логических каналов на физических каналах |
153 |
|||
|
9.2.1 Несущая «0», таймслот «0» |
153 |
||
|
9.2.2 |
Остальные таймслоты |
154 |
|
9.3 |
Пример обслуживания входящего вызова к MS |
155 |
||
9.4 |
Каналы в GPRS |
156 |
||
|
9.4.1 |
Физические каналы |
156 |
|
|
9.4.2 |
Логические каналы GPRS |
157 |
|
Глава 10 - Варианты сценариев обслуживания вызовов |
160 |
|||
10.1 Варианты процедур: MS в состоянии IDLE |
161 |
|||
|
10.1.1 Включение MS в сеть |
161 |
||
|
|
10.1.1.1 |
Термины |
161 |
|
|
10.1.1.2 |
Выбор PLMN |
164 |
|
|
10.1.1.3 Выбор соты (Cell Selection) |
165 |
|
|
|
10.1.1.4 |
IMSI Attach |
168 |
|
|
10.1.1.5 Обновление местоположения (LU), тип - IMSI attach |
168 |
|
|
10.1.2 Сетевой роуминг |
169 |
||
|
|
10.1.2.1 Смена соты (Cell Reselection) |
169 |
|
Содержание
10.1.2.2 Смена соты внутри LA |
171 |
10.1.2.3Обновление местоположения внутри одного MSC/VLR 171
10.1.2.4Обновление местоположения при входе в зону
|
|
|
|
обслуживания нового MSC/VLR |
172 |
|
|
10.1.2.5 |
Периодическая регистрация |
172 |
|
10.2 Варианты сценариев обслуживания вызовов: MS в режиме Busy |
173 |
||||
|
|
10.2.1 Исходящий вызов (MS – PSTN) |
173 |
||
|
|
10.2.2 |
Входящий вызов (PSTN - MS) |
175 |
|
|
|
10.2.3 |
Хэндовер (Handover) |
177 |
|
|
|
10.2.3.1 Процедура Locating |
177 |
||
|
|
10.2.3.2 Хэндовер внутри соты |
178 |
||
|
|
10.2.3.3 Хэндовер между сотами, контролируемыми одним и тем же |
|||
|
|
|
|
BSC |
178 |
|
|
10.2.3.4 Хэндовер между сотами, контролируемыми разными BSC, |
|||
|
|
|
|
но одним и тем же MSC/VLR |
182 |
|
|
10.2.3.5 Хэндовер между сотами, контролируемыми разными MSC |
|||
|
|
|
|
|
181 |
10.3 |
Дополнительные процедуры |
182 |
|||
|
|
10.3.1 IMSI Attach при роуминге |
183 |
||
|
|
10.3.2 Вызов на MS при роуминге |
183 |
||
|
|
10.3.3 |
Передача коротких сообщений |
183 |
|
|
|
10.3.4 Передача SMS с MS |
184 |
||
|
|
10.3.5 |
Прием SMS |
185 |
|
10.4 Сценарии обслуживания соединений GPRS |
186 |
||||
|
|
10.4.1 |
Термины в GPRS |
186 |
|
|
|
10.4.2 Сценарии в сети GPRS |
188 |
||
|
|
10.4.2.1 |
GPRS Attach |
188 |
|
|
|
10.4.2.2 |
Routing Area Update |
189 |
|
|
|
10.4.2.3 |
PDP Context Activation |
190 |
|
|
|
10.4.2.4 |
Cell Update |
190 |
|
Глава 11 – Интеллектуальные Сети |
192 |
||||
11.1 |
Service Switching Function |
194 |
|||
11.2 |
Service Control Function |
194 |
|||
11.3 |
Дополнительные элементы IN |
195 |
|||
11.4 Установление соединения в MIN |
195 |
||||
11.5 |
Стандартизация Интеллектуальных Сетей |
196 |
|||
ГЛАВА 12 – Сотовое планирование |
198 |
||||
12.1 |
Планирование |
199 |
|||
|
|
12.1.1 Старт: анализ трафика и покрытия |
199 |
||
|
|
12.1.1.1 |
Стоимость системы |
199 |
|
|
|
12.1.1.2 |
Пропускная способность системы |
199 |
|
|
|
12.1.1.3 |
Покрытие (зона обслуживания) |
199 |
|
|
|
12.1.1.4 |
Вероятности блокировки вызовов |
199 |
|
|
|
12.1.1.5 |
Анализ доступных частот |
202 |
|
Обзор системы GSM
|
12.1.1.6 |
Качество связи |
202 |
|
|
12.1.1.7 |
Анализ абонентского распределения |
202 |
|
|
12.1.1.8 |
Прочие факторы |
203 |
|
|
12.1.2 |
Номинальный сотовый план |
204 |
|
|
12.1.2.1 |
Определение количества BS |
204 |
|
|
12.1.2.2 Составление карты номинального сотового плана |
205 |
||
|
12.1.2.3 Расчет покрытия и интерференции |
205 |
||
|
12.1.2.4 |
Распространение радиоволн |
207 |
|
|
12.1.2.5 |
Повторное использование частот |
209 |
|
|
12.1.2.6 |
Интерференция |
209 |
|
|
12.1.2.7 Формирование кластерной структуры сот в диапазоне GSM |
|||
|
|
|
900 и распределение частот |
211 |
|
12.1.3 Выбор объектов размещения базовых станций |
214 |
||
|
12.1.3.1 Привязка к сетке номинального плана |
215 |
||
|
12.1.3.2 |
Тип выбираемого объекта |
215 |
|
|
12.1.3.3 |
Место размещения антенн |
216 |
|
|
12.1.3.4 |
Пространственное разнесение антенн |
216 |
|
|
12.1.3.5 |
Существующие препятствия |
217 |
|
|
12.1.3.6 |
Место размещения оборудования |
217 |
|
|
12.1.3.7 |
Питание базовой станции |
218 |
|
|
12.1.3.8 |
Транспортная сеть |
218 |
|
|
12.1.3.9 |
Договор с арендодателем |
218 |
|
|
12.1.4 |
Составление проекта |
218 |
|
|
12.1.5 |
Строительство системы |
219 |
|
12.2 |
Оптимизация |
|
219 |
|
|
12.2.1 Проведение измерений в сети |
219 |
||
|
12.2.1.1 Классификации измерений в сетях сотовой связи |
220 |
||
|
12.2.1.2 |
Классификации измерительных систем |
220 |
|
|
12.2.1.3 Описание измерительного комплекса TEMS Investigation |
|||
|
|
|
|
221 |
|
12.2.2 Анализ статистики и распределения трафика |
223 |
||
12.3 |
Развитие |
|
224 |
|
Приложение 1 – Список используемых аббревиатур |
225 |
|||
Приложение 2 – Упражнения |
237 |
|||
|
Упражнение 1 |
238 |
||
|
Упражнение 2 |
241 |
||
|
Упражнение 3 |
244 |
||
|
Упражнение 4 |
249 |
||
ГЛАВА 1 ВВЕДЕНИЕ В GSM
1
Обзор системы GSM
Глава 1 – Введение в стандарт GSM
1.1. История связи
История мобильной связи уходит корнями в далекое прошлое и берет свое начало, пожалуй, со времени изобретения телеграфа, первого телефонного аппарата и освоения радио волн.
Основные вехи развития связи приведены в таблице ниже.
Дата События
21.10.1832
В Санкт-Петербурге состоялась демонстрация первой в мире линии электромагнитного телеграфа П.Л. Шиллинга.
Шиллинг Павел Львович (1786-1837) выдающийся ученый, изобретатель первого в мире электромагнитного телеграфа.
В 1836 году для длительных испытаний ему было предложено построить опытную подземную телеграфную линию между крайними помещениями Главного Адмиралтейства.
24.05.1844 Американский изобретатель С. Морзе с помощью телеграфного аппарата собственной конструкции впервые отправил телеграмму изобретенным им кодом.
14.02.1876 Изобретение первого в мире телефонного аппарата.
Сам факт изобретения телефона одновременно двумя совершенно разными людьми иначе как фантастикой не назовешь! Физик Грей пришел регистрировать свое изобретение на два часа позже. Того, кто пришел раньше, вы знаете — это Александр Грэхем Белл (Alexander Graham Bell) — преподаватель школы глухонемых. Подумать только, всего два часа — не года, не месяца, даже не дня! Тем не менее, факт налицо. Произошло это 14 февраля 1876 года в США, а патент Беллу вручили 7 марта. Александр Белл еще не знал, что его изобретение назовут телефоном: в патенте оно было определено как «говорящий телеграф». Дальность действия тогдашнего телефона не превышала 500 метров. Да и звонка у него не было. Вызов абонента производился через трубку при помощи обычного свистка! Трубки, в привычном для нас виде, тоже не было. Трубка Белла служила по очереди и для передачи, и для приема человеческой речи. B 1877 году изобретатель Ваден предложил использовать для вызовa абонентa телеграфный ключ, который замыкал цепь электрического звонка. B том же году Петербургcкий завод «Cименc и Гальске» начал изготавливать аппараты c двумя телефонными трубками — одна для приемa, другaя для передачи речи.
2