кадров. Полная скорость передачи для канала ВССН, а также для канала AGCH/PCH составляет 1,94 кбит/с (4 раза по 114 бит за 235 мс).

Существуют и другие структуры, которые могут использоваться в 51кадровом мультикадре. Эти структуры называют "переменными", так как они зависят от нагрузки в сети.

Встандарте GSM строго определены временные и спектральные характеристики излучаемых сигналов. Различные формы огибающих излучаемых сигналов соответствуют разным длительностям интервала АВ (88 бит) по отношению к другим интервалам TDMA-кадра (148 бит).

Встандарте GSM применяется спектрально-эффективная гауссовская частотная манипуляция GMSK. При этом методе несущая частота дискретно,

через f интервалы времени, кратные периоду Ть битовой модулирующей последовательности, принимают одно из двух значений:

fн = f0 − F4

или

fB = f0 + F4 ,

где f0 - центральная частота используемого частотного канала; F = 1/Tb - частота битовой последовательности.

Свое название "гауссовская" манипуляция получила из-за того, что последовательность информационных бит перед модулятором проходит через фильтр нижних частот (ФНЧ) с гауссовской АЧХ. За счет этого закон изменения фазы в течение посылки повторяет ход гауссовской интегральной функции распределения, чем обеспечивается плавность изменения частоты и высокая степень компактности спектра. В стандарте GSM применяется GMSK-модуляция с величиной нормированной полосы ВТ - 0,3, где В - ширина полосы фильтра по уровню - 3 дБ.

7.3. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ РАДИОИНТЕРФЕЙСА С СЕТЬЮ GSM

7.3.1. ПОДКЛЮЧЕНИЕ МС (ПЕРВАЯ РЕГИСТРАЦИЯ)

Чтобы активизировать подвижную станцию (MS), необходимо включить ее питание, после чего подвижная станция выполняет последовательные действия, необходимые для того, чтобы «найти себя» в сети GSM. Вначале MS ищет несущую, на которой передается канал вещания в данной соте. Для этого подвижная станция измеряет принимаемую мощность всех 124 несущих, используемых в системе GSM. Несущая, содержащая канал вещания, имеет самый высокий уровень мощности в данной соте. MS составляет список измеренных несущих в порядке уменьшения их мощности. На следующем этапе MS последовательно сканирует несущие частоты из списка в поисках канала коррекции частоты (FCCH). Обнаружение этого канала равнозначно нахождению нулевого временного слота вещательной несущей. Генератор несущей частоты MS настраивается на эту частоту. В нулевых слотах следующего кадра MS находит остальные важные каналы управления. В нулевом слоте

99

последующего кадра MS находит канал синхронизации (SCH) и декодирует содержащуюся в нём информацию, а именно код идентификации базовой станции (англ. Base Station Identity Code – BSIC) и приведенный номер кадра

(англ. Reduced Frame Number – RFN). Затем обрабатывается передаваемая в вещательном канале управления (ВССН) информация, которая содержит:

•до 16 несущих частот в соседних сотах, содержащих канал ВССН. Это позволяет MS производить их мониторинг, чтобы иметь возможность выбрать лучшую при пересечении границы соты;

•глобальный идентификатор соты (англ. Cell Global Identity – CGI)

– последовательность, состоящую из кода страны, кода сети подвижной связи, кода области местоположения и идентификатора соты;

•количество общих каналов управления, используемых в соте;

•другие параметры – в частности, максимальную мощность, которая может быть использована подвижной станцией при установлении соединения; минимальный уровень мощности, который требуется для приема сигнала в данной соте (информация для подвижных станций, находящихся в режиме ожидания); величину гистерезиса, предотвращающего многократное переключение между сотами на их границе при осуществлении хэндовера.

MS BTS BSC (G)MSC VLR HLR

Запрос на выделение канала Активация канала

Подтверждение активации

Выделение SDCCH

Запрос на обновление местоположения

Инициирование процедуры аутентификации

Ответ MS c параметрами аутентификации

Сравнение аутентификационных параметров

Выделение новых LAI и TMSI Подтверждение новых LAI и TMSI

Освобождение SDCCH

Рис. 7.7. Упрошенная процедура регистрации подвижной станции в сети

GSM.

На этом пассивная часть активизации MS в сети заканчивается. Для того, чтобы подвижную станцию можно было вызвать, или для того, чтобы она могла инициировать установление соединения, она должна быть зарегистрирована в сети (рис. 7.7). Регистрация – это одна из причин обновления в системе информации о местоположении MS. Регистрация производится, если идентификатор области местоположения (англ. Location

100

Area Identity – LAI), переданный на MS с базовой станции, отличается от хранимого в памяти MS. Обновление информации о местоположении производится периодически, что позволяет отслеживать перемещение MS и ее текущее состояние.

Начиная процедуру обновления своего местоположения, например, при регистрации после включения питания, подвижная станция посылает на базовую станцию с помощью канала RACH запрос на канал для проведения регистрации. Базовая станция передает этот запрос на контроллер базовых станций (BSC). Последний отвечает базовой станции командой на предоставление свободного в данный момент канала SDCCH. Базовая станция подтверждает BSC прием команды и информирует MS по каналу AGCH о выделении канала SDCCH. Затем подвижная станция посылает по только что выделенному каналу SDCCH запрос на обновление местоположения. Запрос содержит тип подлежащей выполнению процедуры обновления местоположения, временный идентификатор мобильного абонента (TMSI-

номер, временно выделяемый пользователю в сети) и идентификатор области местоположения (LAI). Последние два параметра сохраняются в памяти подвижной станции. Запрос подвижной станции попадает в MSC и в VLR через базовую станцию и контроллер базовых станций. Если VLR уже содержит TMSI пользователя в своей базе данных, то обновляется информация только об активизации подвижной станции. Если в записях VLR нет TMSI данного абонента, то декодируется LAI, переданный подвижной станцией. LAI косвенно определяет VLR, который раньше обслуживал данную МС. После установления соединения текущего VLR с предыдущим, последний передает параметры пользователя текущему VLR, в том числе

международный идентификационный номер подвижного абонента (англ.

International Mobile Subscriber Identity – IMSP) и данные, необходимые для его идентификации. Если предыдущий VLR не содержит параметров, которые нужны при первом соединении с системой, то MSC направляет подвижной станции запрос на отправку ей своего IMSI-номера с использованием канала SDCCH. Отправка IMSI-номера производится подвижной станцией по радиоканалу только один раз. Сообщение попадает в MSC и VLR. Номер IMSI определяет адрес записи с информацией о пользователе в HLR, что обеспечивает возможность получения данных, необходимых для идентификации пользователя. Эта информация загружается в текущий VLR. За исключением случаев первой регистрации в сети, необходимая информация о пользователе уже содержится в текущем или в предыдущем

VLR.

Теперь можно начинать процедуру идентификации. После подтверждения принятия подвижной станции и проверки аутентичности пользователя устанавливаются новые параметры подвижной станции:

временный идентификатор мобильного абонента (TMSI, не всегда) и идентификатор области местоположения (LAI). Информация о пользователе обновляется в HLR и в VLR. Строго говоря, HLR инициирует удаление информации о пользователе из предыдущего VLR и ее перенос в новый VLR. MS подтверждает получение новых параметров. Новый TMSI-номер должен

101

передаваться подвижной станции по радиоканалу в зашифрованном виде, поэтому инициируется переход в режим шифрования данных. В результате базовая станция (BS) и MS должны обмениваться информацией по выделенному им заново каналу SDCCH. На рис. 7.8 этот этап процедуры регистрации не показан. Текущий TMSI-номер действителен только на время пребывания подвижной станции в области обслуживания текущего VLR. Это одна из мер, принимаемых для обеспечения конфиденциальности разговора. Используемый для регистрации и обновления местоположения канал SDCCH освобождается по завершении этих процедур.

После проведения полной синхронизации MS с сетью и завершения процедуры регистрации становится возможной инициация установления соединения. Подвижная станция сканирует общий канал управления (СССН) для того, чтобы найти предназначенный ей канал вызова (РСН).

В случае вызова с подвижной станции выполняются следующие действия:

•подвижная станция посылает на базовую станцию пакет случайного доступа, тем самым реализуя логический канал RACH;

•в ответ подвижная станция должна получить три пакета, образующих канал разрешенного доступа (AGCH), реализованного в рамках канала СССН. Канал AGCH содержит номер канала SDCCH, выделенного подвижной станции на время установления соединения;

•по вещательному каналу управления (ВССН) принимаются два параметра: периода рандомизации TX–INTEGER и максимального количества повторных передач MAX-RETRANS. Это позволяет при возникновении коллизии с другими подвижными станциями во время передачи канала RACH произвести повторную передачу RACH не более фиксированного количества раз через псевдослучайный промежуток времени.

После получения AGCH подвижной станции на время установления соединения выделяется канал SDCCH. По этому каналу MS отправляет сообщение, содержащее TMSI-номер пользователя, через базовую станцию на контроллер базовых станций (BSC), информируя его о запросе на установление соединения. BSC передает это сообщение в центр коммутации MSC, добавляя к нему идентификационный код соты, в которой подвижная станция расположена в текущий момент. После этого MSC информирует связанный с ней VRL о запросе подвижной станции на установление соединения. VLR инициирует процедуру идентификации подвижной станции, для осуществления которой снова используется канал SDCCH между подвижной и базовой станциями. После положительной идентификации следует переключение в режим шифрованной передачи данных. Затем подвижной станции передается ее новый TMSI-номер. Подвижная станция подтверждает его получение. Следующее сообщение, посылаемое подвижной станцией, содержит номер вызываемого пользователя и тип запрашиваемой услуги. Это сообщение попадает в MSC и VRL. Если запрашиваемая услуга

102

присутствует в хранимом VLR списке услуг, на которые подписан вызывающий абонент, сеть посылает вызывающей подвижной станции сообщение о начале установления соединения. Коммутатор MSC выделяет этому соединению фиксированную (проводную) линию, а подвижной станции

– канал трафика. В результате такой процедуры подвижная станция получает среди прочей следующую информацию:

•номер выделенного временного слота;

•код одной из восьми возможных обучающих последовательностей, используемых в нормальном пакете для идентификации канала;

•абсолютный номер радиочастотного канала (англ. Absolute Radio Frequency Channel Number-ARFN) – номер, определяющий конкретную несущую, которая будет использована для передачи данных;

•значение временного сдвига (англ. Timing Advance – ТА) – число,

определяющее необходимый временной сдвиг начала передаваемого пакета относительно системных часов, обеспечивающий правильное временное расположение пакета во временном слоте при его приеме базовой станцией;

•параметры процедуры скачкообразной перестройки частоты

(англ. Frequency Hopping – FH), если она применяется.

Затем подвижная станция подтверждает получение канала. Эта информация попадает в MSC. Если вызываемый пользователь принадлежит к той же самой сети GSM, выполняются некоторые дополнительные этапы установления соединения, однако эти детали выходят за рамки данного раздела.

После установления соединения через MSC, транзитный MSC GSMсистемы (GMSC) и коммутатор телефонной сети общего пользования, производится вызов требуемого абонента ТфОП. При его ответе подвижная станция получает сообщение с подтверждением успешного соединения с вызываемым пользователем. Начиная с этого момента становится возможным передача голоса или данных обоими пользователями при помощи выделенного временного слота на закрепленной несущей частоте в соответствии со структурой мультикадра, изображенной на рис. 7.6. Напомним, что помимо канала передачи данных, данному соединению выделяется низкоскоростной совмещенный канал управления (SACCH). По этому каналу подвижная станция передает на базовую станцию следующую информацию:

•мощность принимаемого сигнала и оценка качества передачи обслуживающей соты;

•мощность шести сильнейших несущих, передающих канал ВССН в соседних сотах;

•мощность принимаемого сигнала в пустом слоте в течение периода измерения;

•временной сдвиг, применяемый подвижной станцией в течение периода измерения.

103