Upload
andre-heller
View
135
Download
2
Embed Size (px)
Citation preview
2
Mod.
Coala N.Document Semnat Data
A elaborat.
Controlat
Control n.
A aprobat
.
Coală Coală Coli
30
UTM FRT TLC-022
CUPRINS:
Introducere………………………………………………………………………….3
1. Sisteme pentru comunicatiile mobile………………....…………………………5
1.1Organizarea reţelelor de comunicaţii mobile celulare……………….………….5
1.2. Noţiuni generale privind standardul GSM………………………………...…..9
1.3. Canalele de transmisiune TDMA…………………………….………………15
1.3.1 Structura cadrelor TDMA şi formarea semnalelor în standardul
GSM……..15
1.4 Organizarea canalelor fizice şi logice în standardul GSM……………………19
1.5 Aspecte de securitate in standardul GSM……………………….………...…..23
1.5.1 Caracteristicile generale privind securitatea………………………………...23
2. Proiectarea reţelei celulare pentru comunicaţii mobile GSM-1800 în oraşul
Chişinău…………………………………………………………………………...24
2.1 Calculul razei celulei pentru GSM 1800……………………………………...25
2.2 Amplasarea teritorială a staţiilor de bază pe teritoriul oraşului
Chişinău..........27
Încheiere..................................................................................................................28
Bibliografie………………………………………………………………….…….30
Anexa
Proiectarea retelei de comunicatii
mobile GSM 1800 pentru orasul Chisinau
CoalăMod. Coala N. Document Semnat Data
TL 021.007 N.E
INTRODUCERE
Telecomunicaţiile mobile reprezintă unul din domeniile cu cea mai rapidă
dinamică de dezvoltare după 1980.Conceptul de mobilitate se referă în cazul
comunicaţiilor mobile la: mobilitatea terminalelor, mobilitatea persoanelor,
mobilitatea serviciilor.Mobilitatea terminalelor este posibilă în reţelele actuale de
telecomunicaţii, care sunt capabile să asigure accesul reţelei la terminalele mobile
în orice moment şi în orice loc. Aceasta presupune ca reţeaua de telecomunicaţie să
dispună de mijloace de localizare, identificare si accesare a terminalelor
mobile.Mobilitatea persoanelor reprezintă posibilitatea unui utilizator de a accesa
serviciile de telecomunicaţie de la orice terminal, pe baza unui identificator
personal de telecomunicaţii.Mobilitatea serviciilor reprezintă posibilitatea unui
utilizator de a obţine acces la serviciile de telecomunicaţii, indiferent de locul în
care se află şi indiferent de reţelele prin care este permis acest acces.Cererile în
continuă creştere ale serviciilor mobile sunt determinate de avantajele oferite de
sistemele moderne de comunicaţii: mobilitatea utilizatorului, calitatea transmisiei
comparabilă cu cea oferită prin liniile fizice, confidenţialitatea comunicaţiilor,
servicii internaţionale, acces la servicii de voce, date, imagini, facilităţi deosebite
de instalare. În acelaşi timp, costul echipamentelor şi serviciilor este în continua
scadere, datorită progreselor tehnologice.
În radiotelefonia mobilă există în prezent mai multe sisteme principal diferite,
care realizează servicii specifice, având alocate benzi de frecvenţe standard, şi
anume:
- Telefon fără cordon (cordless), care permite "prelungirea" unei linii
telefonice printr-un canal radio duplex, permiţând abonatului accesul de la distanţa
(maxim 200 m) la reţeaua telefonică;
- Sisteme de radiotelefonie mobilă cu canale atribuite pe utilizatori, cu sau
fără dispecer, cu sau fără acces la reţeaua publică de comutaţie;
CoalăMod. Coala N. Document Semnat Data
TL 021.007 N.E
- Sisteme de radiotelefonie "trunked", care sunt sisteme dedicate unor
categorii de utilizatori (poliţie, transporturi etc.), cu sau fără dispecer, cu canale
alocate la cerere;
- Sistem de radio-apel unilateral (paging), utilizat pentru transmiterea către
abonaţii mobili ai sistemului dedicat, a unor mesaje scurte sau a unor apeluri cu
semnificaţie cunoscută;
- Sisteme de radiotelefonie mobilă celulară, care pun la dispoziţia
beneficiarului, la cerere, canale radio pentru stabilirea de legături cu şi de la staţiile
mobile. Aceste sisteme sunt conectate la reţeaua telefonică publică, astfel ca să
asigure un sistem global pentru comunicaţii fixe sau mobile. Necesitatea
mobilităţii, a creşterii vitezei şi operativităţi în realizarea legăturilor de
telecomunicaţii, a condus la dezvoltarea sistemelor de radiotelefonie mobilă.
Tehnica accesibilă între 1960-1980 a permis dezvoltarea în Europa a unor sisteme
de radiotelefonie celulară analogică, în principal în banda de 400 MHz şi ulterior în
banda de 900 MHz.După 1982, sunt definite norme europene, care specifică
cerinţele pentru sistemele digitale de comunicaţie cu terminale mobile, pentru
GSM (Groupe Special Mobile) şi pentru varianta sa DCS 1800.
În 1982 s-a creat în cadrul Comunităţii Europene un grup de studii pentru
dezvoltarea unui sistem pan-european de radiotelefonie mobilă celulară, denumit
GSM (Groupe Special Mobile) anume abreviatura GSM a dat denumirea noului
standard (maî târziu, în legătură cu răspândirea largă ai acestui standard în toată
lumea GSM a început să fie descifrat ca Global Sistem for Mobile
Communications), în 1988, 18 ţâri europene au aderat la principiile de realizare a
sistemului GSM şi a fost stabilit un calendar de dezvoltare, care prevedea:
- în 1991 - realizarea primelor zone de radiotelefonie digitală celulară
(Suedia, Finlanda, Germania etc.);
- în 1993 - realizarea de zone de acoperire în principalele oraşe şi în zonele
aeroporturilor internaţionale;
CoalăMod. Coala N. Document Semnat Data
TL 021.007 N.E
1. SISTEME PENTRU COMUNICAŢIILE MOBILE
1.1Organizarea reţelelor de comunicaţii mobile celulare
Sistemele de comunicaţii celulare utilizează divizarea teritorială a suprafeţei
de acoperire în unităţi teritoriale mai mici, numite celule. Divizarea teritoriului
deservit în celule este posibilă prin doua metode:
1) bazată pe măsurarea caracteristicilor statistice de propagare a semnalelor în
sistemele de comunicaţii.
2) bazată pe măsurarea sau calcularea parametrilor de propagare a semnalelor
pentru regiunea concretă.
Mai acceptabil este a doua metodă de divizare în zone. În acest caz în mod
minuţios se măsoară şi se calculează parametrii sistemei pentru determinarea
numărului minimal al staţiilor de bază, ce asigură o deservire satisfăcătoare
abonatului pe întregul teritoriu, determină poziţia optimală de situare a staţiei de
baza luând în evidenţă factorii geografici, precaută posibilităţile de utilizare a
antenelor direcţionale, retranslatoarelor pasive şi staţiilor centrale vecine în
momentul capacităţii de vârf.
Pentru a evita apariţia perturbărilor reciproce celulele vecine utilizează canale cu
frecvenţă diferită fig. 1.1
CoalăMod. Coala N. Document Semnat Data
TL 021.007 N.E
Fig. 1.1 Construcţia celulelor pentru 3 frecvenţe
Deci principiul comunicaţiilor celulare constă în posibilitatea utilizării
repetate a unora şi aceleaşi canale de frecvenţă pe suprafaţa de acoperire totală.
Acest fapt permite obţinerea unei eficiente spectrale mărite, însă pentru
comunicaţii, celula trebuie să aibă în componenţă şi un receptor radio.
Toate aceste funcţii le îndeplineşte staţia de bază (BTS)„ BTS care
utilizează aceleaşi canale de frecvenţă sunt situate la distanţa D una de alta,
numită "interval de protecţie" fig.l .2
Fig. 1.2 Utilizarea multiplă a frecvenţelor în celule separate
CoalăMod. Coala N. Document Semnat Data
TL 021.007 N.E
Dacă fiecare BTS i se atribuie un număr m de canale de frecvenţă cu o banda de
frecvenţă. Atunci banda de frecvenţă totală a sistemului va fi:
Fc=FkmC (1.1)
BTS reprezintă o îmbinare formată dintr-un emiţător,ce îndeplineşte rolul de
interfaţă între telefonul mobil şi centrul de comutaţie a sistemului, în care rolul
cablurilor telefonice a reţelei telefonice obişnuite, îl îndeplinesc frecvenţele radio.
Numărul canalelor BTS de obicei este proporţional lui 8, de exemplu 8, 16, 32, ... .
Unul dintre aceste canale este de comandă (control channel). Prin intermediul
acestui canal este asigurată comutaţia nemijlocită în cazul unui apel către abonatul
mobil al reţelei. Iar convorbirea va începe numai atunci, după ce se va găsi canalul
de frecvenţă liber la acel moment şi se va asigura comutaţia pe acest canal.
Toate BTS sunt cuplate cu centru de cumunicaţii a sistemului de comunicaţii
mobile prin cablu sau canale de tip radio releu (fig.1.3).
Fig. 1.3 Componentele de bază a sistemului de comunicaţie celulară
CoalăMod. Coala N. Document Semnat Data
TL 021.007 N.E
Centrul de comutaţii MSC reprezintă o staţie telefonică automată al sistemului
celular de comunicaţii, ce îndeplineşte funcţiile de gestionare a reţelei, MSC asigură
controlul permanent asupra poziţiei MS, organizează trecerea de la un canal de
frecvenţă la altul în cazul deplasării MS dintr-o celulă în alta sau în cazul apariţiei
perturbaţiilor sau a defectărilor, asigurând astfel o legătură neîntreruptă. MSC permite
asigurarea legăturii unei MS cu un abonat al centralei automate simple prin cablu.
Deci, permite ieşirea directă la CTA.
1.2. Noţiuni generale privind standardul GSM
Schema structurală a standardului GSM este reprezentată în figura 1.4., în
care: MSC (Mobile Switching Centre) - centru de comutaţie a abonaţilor mobili;
BSS (Base Station System) - echipamentul staţiei de bază; OMC (Operations and
Maintenance Centre) - centru de exploatare şi deservire; MS (Mobile Stations) -
staţii mobile. Compatibilitatea funcţională a elementelor reţelei se execută de un şir
de interfeţe. Toate elementele reţelei standardului GSM reacţionează reciproc între
ele în conformitate cu sistema de semnalizare CCITT SS №7. MSC - deserveşte o
grupă de celule şi asigură toate tipurile de conexiuni, de care are nevoie în procesul
de lucru MS. MSC este analogic cu o staţie de comutaţie ISDN şi reprezintă o
interfaţă între reţeaua de comunicaţii mobile şi reţeaua de comunicaţii fixă (PSTN,
PDN, ISDN şi altele.).
Funcţiile principale a MSC sunt: asigurarea marşrutizării apelurilor;
controlul apelurilor; comutarea canalelor radio la care se referă "transmiterea în
estafetă" în procesul cărea se asigură convorbirea neîntreruptă la deplasarea MS
dintr-o celulă în alta şi comutarea canalelor de lucru în celulă la apariţia defectelor
şi bruiajului; funcţii legate de taxare; calculul statisticilor; proceduri de asigurare a
confidenţialităţii; proceduri de localizare şi transfer (cu excepţia celor ce se încheie
la nivelul BSS). Procedura de transfer a apelurilor permite păstrarea legăturilor şi
asigurarea convorbirilor, cînd staţia de bază se deplasează dintr-o celulă în alta.
CoalăMod. Coala N. Document Semnat Data
TL 021.007 N.E
Transmiterea apelurilor în celulă controlată de un controler a BS (BSC), se
efectuiază de BSC. Cînd transmiterea apelurilor se efectuiază între 2 celule,
controlate de 2 BSC diferite, controlul primar se efectuiază de MSC. În standardul
GSM de asemenea este prevăzută procedura de transfer a apelului între reţelele ce
se referă la diferite MSC. MSC efectuiază supravegherea continuă asupra MS,
folosind registru de stare (HLR) şi de deplasare (VLR). În HLR se păstrează
informaţia despre coordonatele fiecărui MS, care permite MSC să transmită apelul
staţiei. Registru HLR conţine şi numărul de identificaţie internaţional a MS
(IMSI). El se foloseşte pentru recunoaşterea MS în AUC .
Practic HLR reprezintă o bază de date despre abonaţii înregistraţi permanent
în reţea. El conţine: numere de identificare şi adresare, parametri pentru procesul
de autorizare, tipuri de servicii oferite de reţeaua la care este abonat abonatul etc.
PDNPSTN
ISDNTCE
NMC
D
OMCOMC
MSC
MSC
HLR
RRRRrRRRR
VLR VLR VLR
VLR VVvVVLVLR
EIR EIR
AUC
CC
C B SS №7
PSTNPDNISDN
MSC
…
X
ADC
X
SS №7 SS №7
SS №7
SSS
BSC
BSC
BSC
. .. .
BTS
BTS
S
BTS
BSS
S
A-bis
MS
MS
MS
Um
Um
Um
Figura 1.4 Schema bloc a standardului GSM
CoalăMod. Coala N. Document Semnat Data
TL 021.007 N.E
În el se înscrie date despre roamingul abonaţilor, incluzând date despre numărul
temporal de identificare (TMSI) şi corespunzător VLR. La datele, ce se conţin în
HLR, au acces toate MSC şi VLR reţelei, dacă în reţea se conţin câteva HLR, în
baza de date se conţine numai o înregistrare despre abonat, de aceia fiecare HLR
reprezintă în sine o parte anumită a bazei de date a reţelei despre abonat. La baza
de date, pot primi acces MSC şi VLR, ce se referă la diferite reţele, în limitele
asigurării între reţele a roumingului. Al doilea dispozitiv de bază care asigură
controlul asupra deplasări MS dintr-o celulă în alta este registru de deplasare VLR.
Cu ajutorul lui se asigură funcţionarea MS în afara zonei de deservire controlate de
HLR. VLR conţine acelaş date, ca şi HLR, însă aceste date se păstrează în VLR
numai pînă cînd abonatul se află în zona deservită de VLR. În reţeaua GSM
celulele se grupează în zone grafice (LA), cărora li se atribuie numărul său
personal (LAC). Fiecare VLR conţine date despre abonaţi din câteva LA. Cînd MS
se deplasează dintr-o LA în alta, datele despre poziţia lui automat se înscriu în
VLR. Dacă LA veche şi nouă se află sub controlul a diferitor VLR, atunci datele
din VLR vechi se şterg după ce se înscriu în cea nouă. Adresa precedentă a
abonatului, ce se conţine în HLR, de asemenea se înnoieşte.
Dacă abonatul iese din reţeaua de origine, VLR a zonei în care intră abonatul
îi va aloca un număr de staţie mobilă vizitatoare (MSRN). MRSN este folosit
pentru a direcţiona apelurile din reţea către centrala care controlează staţiile de
bază din aria în care este localizată MS.De asemenea, VLR alocă numere de
"transfer" pentru a fi utilizate în cazul transferului între centrale pentru abonaţi
mobili. Acces la baza de date VLR poate fi asigurată prin IMSI, TMSI sau MSRN.
În general VLR reprezintă o bază de date locală despre abonaţi mobili pentru acea
zonă, unde se află abonatul, ce permite excluderea cererilor permanente în HLR şi
păstrarea timpului pentru deservirea apelurilor. Pentru excluderea folosirii ne
sancţionate a resurselor sistemei de radio comunicaţie se introduce mecanismul de
audentificaţie - paşaportul autenticităţii abonatului. Centru de audentificaţie (AUC)
constă din câteva blocuri şi formează chei şi algoritme de audentificaţie. Cu
CoalăMod. Coala N. Document Semnat Data
TL 021.007 N.E
ajutorul lui se controlează posibilităţile abonatului şi se efectuiază accesul lui la
reţeaua de comunicaţie. AUC ia decizia despre parametri procesului de
audentificaţie şi determină cheia de codare a staţiilor mobile. Fiecare MS pe timpul
folosiri sistemei de comunicaţie primeşte modulul standard de autenticitate a
abonatului (SIM) care conţine: numărul de identificaţie internaţional (IMSI), cheia
personală de audentificaţie (Ki), algoritmul de audentificaţie (A3).cu ajutorul
informaţiei incluse în SIM, în rezultatul schimbului reciproc de informaţie între
MS şi reţea se efectuiază un ciclu complet de audentificaţie şi se realizează accesul
abonatului la reţea.
EIR - registru de identificare a dispozitivelor, conţine o bază de date
centralizată pentru confirmarea IMEI. Această bază de date se adresează numai
către dispozitivele MS. EIR constă din numerele IMEI organizate în felul următor:
- lista albă - conţine adresele IMEI a MS care sînt în funcţie.
- lista neagră - conţine adresele IMEI a MS care sînt furate sau refuzate în
deservire.
- lista cenuşie - conţine adresele IMEI a MS care au probleme tehnice în
procesul de deservire.
IWF - modul pentru integrarea de funcţii cu alte reţele. Ia oferă reţelei GSM
capacitatea de interconectare cu alte tipuri de reţele de comunicaţie, publice sau
private, aflate în exploatare. IWF permite accesul abonatului la funcţii de conversie
de protocol sau de conversie de viteză de transmisie între terminalele de date
(DTE) aparţinând abonatului mobil şi respectiv terestru. IWF alocă un modem, din
setul de modemuri de care dispune, cînd terminalul de date GSM realizează
transferul de date cu un terminal de date terestru conectat la o linie analogică. IWF
asigură, de asemenea, interfeţe de conectare directă pentru echipamente de date
proprii abonatului, cum ar fi X.25 PAD.
EC - modul de elimenare a ecourilor, se foloseşte în MSC din partea PSTN
pentru toate canalele telefonice. EC poate asigura elimenarea ecourilor în intervalul
CoalăMod. Coala N. Document Semnat Data
TL 021.007 N.E
de 68 ms pe intervalul dintre ieşirea EC şi telefonul reţelei telefonice fixe.
Reţinerea în timp în canalul GSM la emisie în canal direct şi invers produsă de
prelucrarea semnalului, codarea / decodarea mesajului, codarea în canal şi a.m.d.t.
este aproximativ de 180 ms.
OMC - centru de exploatare şi deservire tehnică, asigură controlul şi
dirijarea cu componentele reţelei şi controlul calităţii de lucru a ei. OMC se
conectează cu alte componente a reţelei GSM prin canale de transmitere a
protocolului X.25. OMC asigură prelucrarea semnalelor de avarie, destinate pentru
informarea personalului de deservire şi înregistrează date despre situaţii de avarie
în alte secţii a reţelei. În dependenţă de caracterul defectelor OMC permite
lichidarea lor automată sau prin acţiunea personalului tehnic.
NMC - centru de management a reţelei, permite administrarea reţelei GSM
la nivel ierarhic superior. El asigură exploatarea şi deservirea tehnică la nivelul
întregii reţele susţinute de centrele OMC, care răspund de controlul reţelelelor
regionale. NMC asigură controlul traficului în toată reţeaua şi asigură controlul de
către dispecerat a reţelei pentru cazuri de avarie complicate. Totodată el
controlează starea tehnică a dispozitivelor şi reflectă pe ecran starea reţelei pentru
operatorul NMC. Aceasta permite operatorilor de a controla problemele regionale
şi după necesitate acordă ajutor OMC. NMC supraveghează trunchiurile şi liniile
de semnalizare, cu scopul de a preveni apariţia supraîncărcării reţelei. La fel NMC
controlează şi liniile dintre reţeaua GSM şi PSTN. NMC are capacitatea de a
controla traficul la nivelul subsistemului staţiilor de bază. În cazuri extremale,
operatorii NMC pot activa comunicaţii cu acces prioritar, ca exemplu ale
serviciilor de salvare, pompieri etc. NMC este un element important în procesul de
planificare a reţelei deoarece deţine elemente de sinteză la nivel de reţea naţională.
BSS - utilaj a staţiei de bază, constă din controlerul staţiei de bază (BSC) şi
emiţător - receptorul BS (BTS). Un BSC poate controla cu câteva blocuri BTS.
BSS controlează distribuirea radio canalelor, controlează conectările, reglează
consecutivitatea lor, asigură regim de lucru cu frecvenţa de salt modularea şi
CoalăMod. Coala N. Document Semnat Data
TL 021.007 N.E
demodularea semnalelor, codarea şi decodarea semnalelor, adaptarea vitezei de
transmisie pentru conversaţie determină ordinea de transmitere a informaţiei
apelului personal. BSS împreună cu MSC, HLR, VLR execută următoarele funcţii:
eliberează canalul, în caz general de MSC, însă MSC poate cere de la BSS să
asigure eliberarea canalului, dacă apelul nu trece din cauza zgomotului, BSS şi
MSC efectuiază transmiterea informaţiei cu prioritate pentru unele categorii a MS.
TCE - transcodor, asigură convertarea semnalelor de ieşire a canalului de
transmitere a mesajelor şi datelor MSC (64 kbiţi/s) la tipul corespunzător
recomandaţiilor GSM pentru radio interfeţe (GSM 04.08). În corespondeţă cu
aceste cerinţe viteza de transmitere a mesajelor, reprezentată în formă digitală, este
de 13 kbiţi/s. Standardul prevede utilizarea canalelor cu viteză înjumătăţită (6,5
kbiţi/s). Micşorarea vitezei de transmitere se asigură pe baza folosirii unui
transcodor de semnal special, ce foloseşte codarea linear predicativă (LPC), preciza
îndelungată (LTP).
1.3. CANALELE DE TRANSMISIUNE TDMA
1.3.1 Structura cadrelor TDMA şi formarea semnalelor în standardul GSM
În rezultatul analizei a diferitor standarde de comunicaţie în standardul GSM
sa acceptat acces multiplu cu divizare în timp a canalelor (TDMA). În GSM,
banda de frecvenţă de 25 MHz este divizată, folosind FDMA, în 124 de
frecvenţe purtătoare, aflate la o distanţă de 200 KHz una de alta. (În mod
normal, o bandă de frecvenţă de 25 MHz poate furniza 125 de frecvenţe
purtătoare, dar prima este folosita ca bandă de gardă între GSM şi alte servicii
ce lucrează la frecvenţe mai mici.) Fiecare frecvenţă purtătoare este apoi
divizată în timp, folosind TDMA. Astfel, canalul radio, cu o lăţime de 200
KHz, este împărţit în 8 intervale temporale. Un interval temporal este unitatea
de timp într-un sistem TDMA şi are o durată de aproximativ 0,577 ms. Un
cadru TDMA este format din 8 intervale temporale consecutive şi are o durată
CoalăMod. Coala N. Document Semnat Data
TL 021.007 N.E
de 4,615 ms. Fiecărui utilizator i se aribuie unul dintre cele 8 intervale
temporale, ce formează un cadru TDMA
Schema structurală este reprezentată mai jos
1 Hipercadru = 2048 Supercadru = 2715648 TDMA cadreT = 3 ore 28 min. 760 ms = 12533,76 s
10 2046 2047
1 supercadru = 1326 TDMA cadre =51 multicadre
(cîte 26 cadre) sau 26 multicadre (cîte 51 cadre)
0
0
1
1
2 3 47 48 49 50
24 25
1 multicadru = 26 TDMA- cadre
T = 6,12 s
Tm = 120 ms
1 multicadru = 51 TDMA- cadre
Tm = 235,385 ms
0 0 1 1 24 25 49 50
CoalăMod. Coala N. Document Semnat Data
TL 021.007 N.E
Supercadru constă din multicadre. Pentru organizarea a diferitor canale de
comunicaţie se folosesc două tipuri de multicadre:
1 TDMA cadru = 8 poziţii temporale (ferestre)
0
Tm = 4,615 ms
1 6 7
Start Stop
TV
3biţi
Biţi codaţi
57
Segvenţă recuperare
26
Biţi codaţi
57
TV
3biţi
GP
8,25
1 1
Biţi codaţi
TV
3biţi
TV
3biţi
TV
3biţi
GP
8,25
TV
3biţi
TV
3biţi
GP
8,25
Biţi nuli 142
Biţi codaţi
39
Biţi codaţi
39
Secvenţă sincronizare 64
39Secvenţă
sincronizare 41
39
Biţi codaţi
36
TV
3biţi
GP
68,251 interval temporal = 156,25 biţi(15/26 = 0,577 ms)
Durata unui bit = 48/13 = 3,69 s
TB- Tail Bits - combinaţie de final
GB - Guard Period - interval de protecţie
NB
FB
SB
AB
Figura 1.5 Schema bloc a cadrelor TDMA
CoalăMod. Coala N. Document Semnat Data
TL 021.007 N.E
1) 26 - TDMA cadre a multicadrului.
2) 51 - TDMA cadre a multicadrului.
Supercadru poate include în sine 51 multicadre de tipul 1 sau 26 multicadre
de tipul 2. Lungimea multicadrelor este:
1) Tm= 6120 / 51 = 120 ms
2) Tm= 6120 / 26 = 235, 385 ms
Lungimea fiecărui TDMA cadru:
Tk = 120 / 26 = 235, 385 / 51 = 4,615 ms
Succesiv fiecare TDMA a cadru posedă al său număr de ordine (NF) de la 0
pînă la NFmax unde: NFmax = (26 512048) - 1= 2715647
Astfel hipercadru constă din 2715647 TDMA cadre. Necesitatea a unei aşa
mari perioade a hipercadrului se explică prin necesitatea utilizării protecţiei
criptografice, în care numărul cadrului NF se foloseşte ca parametru de
intrare.Cadru TDMA se împarte în 8 poziţii temporale cu perioada :
T0 = 60 / 13 8 = 576,9 s
Fiecare poziţie temporală se numeşte TN cu numărul de la 0 pînă la 7.
Sensul fizic a poziţiilor temporale, care mai sînt numite ferestre, - timpul, în
decursul căruia se efectuiază modulaţia purtătoarei cu un flux informaţional digital,
corespunzător datelor sau convorbirilor.Fluxul informaţional digital reprezintă o
continuitate de pachete, instalate în aceste intervale de timp. Pachetele se formează
puţin mai scurte decât intervalele, lungimea lor este 0,546 ms, ce e necesar pentru
recepţia mesajului la prezenţa dispersiei temporale în canalul de distribuire.
Mesajul informaţional se transmite prin canal radio cu viteza 270,833 ms.
Aceasta înseamnă că intervalul temporal TDMA cadrului conţine 156,25 biţi.
Lungimea unui bit informaţional este 576,9 s /156,25 = 3,69 s. Fiecare interval
temporal este notat prin BN cu numărul de la 0 pînă la 155, ultimul interval are
lungimea cu 1/4 mai mare. Pentru transmiterea informaţiei pe canalele de
CoalăMod. Coala N. Document Semnat Data
TL 021.007 N.E
comunicaţie şi control, ajustarea frecvenţei purtătoare, asigurarea sincronizaţiei
temporale şi acces la canalul de comunicaţie în structura cadrului TDMA se
folosesc 5 tipuri de intervale temporale din tabelul 1.
Tabelul 1.1
Tipuri de intervale
NB se utilizează pentru transmiterea informaţiei în canale de
radiocomunicaţie şi control, cu excepţia canalului de acces RACH. FB este
destinat pentru sincronizarea după frecvenţă a MS. Toţi 142 biţi în acest interval
temporal sînt nuli, ce corespunde purtătoarei nemodulate cu defazajul 1625/24 kHz
mai mare decât valoarea nominală a frecvenţa purtătoare. SB se utilizează pentru
după timp a BS şi MS. DB asigură instalarea şi testarea canalului de radio
comunicaţie. AB asigură accesul a MS la BS nouă.
1.4 Organizarea canalelor fizice şi logice în standardul GSM
Subsistemul radio asigură un anumit număr de canale logice care pot
fi împărţite în canale de trafic (TCH) şi canale de semnalizare/control. Folosind
aceste canale, nivelul fizic realizează transmiterea informaţiei şi susţine celelalte
nivele.
1 NB (Normal Burst) Interval temporal normal
2FB (Frequency Correction Burst)
Interval temporal de reglaj a frecvenţei
3 SB (Sinchronization Burst) Interval temporal de sincronizare
4 DB (Dummy Burst) Interval temporal de instalare
5 AB (Acces Burst) Interval temporal de acces
CoalăMod. Coala N. Document Semnat Data
TL 021.007 N.E
C a nal e l e d e trafic Canalele de trafic sunt folosite exclusiv pentru comunicaţia propriuzisă,
prin ele transmiţându-se două tipuri de informaţii: voce sau date. Canalele de
trafic, la rândul lor, pot fi:
- de viteză maximă (TCH/F), viteză binară de 22,8 kb/s,
- de viteza redusă la jumătate (TCH/H), viteza binară de 11,4 kb/s.
Un canal fizic preia fie un singur canal TCH/F fie două canale TCH/H. În
pri- mul caz, canalul de trafic ocupă un canal temporal, cadru de cadru. În cel de-al
doilea caz, cele două canale de trafic sunt instalate în acelaşi canal temporal dar îl
folosesc în mod alternativ, în cadrele impare unul iar în cadrele pare celălalt.GSM
prezintă o mare varietate de canale de trafic, de viteză maximă sau redusă,
pentru comunicaţie vocală sau de date. Principala funcţie a canalelor de
semnalizare şi control este de a transfera informaţiile de semnalizare.
Aceste canale sunt divizate în trei categorii:
- canale de difuziune (BCCH - Broadcast Control Channel),
- canale comune de control (CCCH - Common Control Channel,
canale folosite de mai mulţi utilizatori) şi
- canale de control dedicate unui utilizator, asociate pe o durată de
timp finită unui singur utilizator.
C a nal e l e c omun e d e c ont r o l
Canalele comune de control (CCCH) sunt folosite de toţi utilizatorii în faza
de acces. Aceste canale sunt bidirecţionale şi permit realizarea a două tipuri
distincte funcţii: paging şi acces. Funcţia de paging este folosită pentru apelurile
din reţea destinate unei staţii mobile iar funcţia de acces este folosită pentru
apelurile iniţiate de o staţie mobilă.
Din categoria CCCH fac parte:
- de difuzie la nivelul celulei (BCCH);- de corectie a frecventei (FCCH);
CoalăMod. Coala N. Document Semnat Data
TL 021.007 N.E
- de sincronizare (SCH);
Canalul logic BCCH este folosit pentru a transmite catre toti abonatii mobili
informatii generale de sistem referitoare la celula in care se afla statia mobila si
celulele invecinate.Aceste informatii sunt folosite in procesul de selectie a
celulei ,sau pentru a cunoaste configuratia canalelor de control din celula ceruta.
Canalul logic FCCH este folosit pentru corectia de frecventa astfel in cit
statia mobila sa fie acordata corect pe frecventa purtatoare a statiei de baza.
Informatia transmisa prin FCCH este echivalenta cu o purtatoare nemodulata
decalata cu o valoare fixa de frecventa nominala a purtatoarei utilizate .
Prin canalul logic SCH se transmit:numarul cadrului (FN) si codul de
identificare al statiei de baza (BSIC).Aceste informatii fac posibila sincronizarea de
cadru la nivelul statiei mobile si identificarea statiei de baza.
C a nal e l e d e c ont r o l d e di c a te
Canalele de control dedicate pot fi:
- autonome (SDCCH - Standalone Dedicated Channel) sau
- asociate unui canal dat (ACCH - Associate Control
Channel). Ambele tipuri sunt bidirecţionale.
La rândul lor, canalele autonome se clasifică după numărul de subcanale în:
- canale cu 4 (SDCCH/4) subcanale,
- canale cu 8 (SDCCH/8) subcanale.
Canalele de control autonome sunt folosite în procesul de stabilire a unui
canal de comunicaţie în conformitate cu serviciul solicitat de utilizator.
Canalele de dirijare asociate întotdeauna se unifică cu canalele de comunicaţie sau
canalele de dirijare individuale.În acelaşi timp, se deosibesc şase tipuri de canale
unificate de dirijare; FACCH/F,unit cuTCH/F;
FACCH/H, unit cu TCH/H;
SACCH/TF, unit cu TCH/F;
CoalăMod. Coala N. Document Semnat Data
TL 021.007 N.E
SACCH/TH, unit cu TCH/H;
SACCH/C4, unit cu SDCCH/4;
SACCH/C8, unit cu SDCCH/8.
Pe fig.1.6 este reprezentată componenţa canalelor de dirijare şi
sincronizare.Precăutăm particularităţile de organizare a canalelor fizice în
standardul GSM. Pentru organizarea canalelor de comunicaţie TCH şi canalelor de
dirijare asociate FACCH şi SACCH se utilizează multicadru ce conţine 26 TDMA
- cadre. Canalele unificate de comunicaţie cu viteza deplină TCH/FC şi canalul de
dirijare asociat cu viteza redusă pe jumătate SACCH este reprezentată pe fig.1.6
T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T
1 multicadru=26TDMA cadre=120 mc
T t T t T t T t T t A t T t T t T t T T T t T t
Fig.1.6 Structura canalelelor de comunicaţii şi a celui asociat
În canal de comunicaţie cu viteaza deplină în fiecare al treisprezecelea TDMA -
cadru a multicadrului se transmite pachetul informaţional, ce corespunde canalului
SACCH. Fiecare al 26-lea TDMA - cadru este liber.Pentru un canal fizic în fiecare
TDMA - cadru i se atribuie 114 biţi, întru cât în multicadru pentru organizarea
canalului de comunicaţie TCH se utilizează 24 TDMA -cadre din 26 şi durata
multicadrului este egală cu 120 ms., viteza comună de transmitere a mesajelor
informaţionale prin canalul TCH constituie 114*24/120*10-3=22,S kbiţi/s. Canalul
SACCH ocupă în canalul de comunicaţie cu viteza deplină numai un singur
TDMA - cadru, adică 114 biţi. Viteza de transmitere a informaţiei prin canalul
CoalăMod. Coala N. Document Semnat Data
TL 021.007 N.E
SACCH este egal cu 114/120*10-3=0,950 kbiţi/s. Viteza deplină de transmitere în
canalul unificat TCH/SACCH luând în evidenţă al 26-lea TDMA -cadru este egal
cu 22,8+0,950+0,950=24,7 kbiţi/s.Fig.2.4 reprezintă organizarea într-un canal fizic
a două canale TCH cu viteza redusă pe jumătate, fiecare a câte 12 TDMA - cadre
(T şi t).În al 13-lea şi al 26-lea TDMA - cadre a multicadrului se transmit pachetele
informaţionale, ce corespund canalului SACCH (A şi a). Pentru fiecare canal TCH
cu viteza redusă pe jumătate viteza de transmitere o constituie 11,4 kbiţi/s., însă
viteza deplină în canalul unificai rămâne aceeaşi - 24,7 kbiţi/s.
1.5 Aspecte de securitate in standardul GSM
1.5.1 Caracteristicile generale privind securitatea
Sistemele de comunicaţii mobile a noii generaţii sunt în stare să accepte toţi
utilizatorii potenţiali, dacă va fi garantată securitatea comunicaţiei: securitatea,
confidenţialitatea, autentificarea.Securitatea trebuie să excludă posibilitatea
extragerii informaţii din canalul de comunicaţii de către terţe persoane, în afară de
destinatarul sancţionat. Problema autentificării constă în a impedica terţe persoane
în afara de expeditorul sancţionat, de a schimba canalul, adică destinatarul trebuie
să fie sigur, ca la momentul curent el primeşte informaţia de la expeditorul
sancţionat. Metoda de bază ce asigură securitatea o constituie codificarea. O
concepţie nouă este utilizarea codării ca metodă de autentificare
mesajelor.Autentificarea masajelor prin codare se realizează prin introducerea în
text, aşa numitului, cod de identificare. Destinatarul descifrează mesajul, prin
comparare, primeşte confirmarea, că datele recepţionate reprezintă anume datele
expeditorului.
La sistema de codificare sunt înaintate următoarele cerinţe de bază:
1. Legături neliniare între textul iniţial şi textul codificat;
2. Schimbarea parametrilor de codificare în timp;
CoalăMod. Coala N. Document Semnat Data
TL 021.007 N.E
Dacă algoritmii de codificare se referă la prima cerinţă, atunci, neştiind cheia
se exclude posibilitatea de a schimba codul codificării, pentru a evita descoperirea
accesului nesancţionat. A doua cerinţă exclude posibilitatea de încălcare a lucrului
în memorie.
Algoritmii de codificare se împart în două clase:
- Algoritmii clasici;
- Algoritmii cu cheie deschisă;
Algoritmii clasici utilizează o cheie pentru codare - decodare.
Algoritmii cu cheie deschisă utilizează două chei: prima cheie - pentru trecerea de
la textul necodat la cel codat, a doua - pentru trecerea de la cel codat la necodat, în
afara de aceasta cunoaşterea unei chei nu trebuie să asigure descoperirea celei dea
doua.În aceşti algoritmi una din chei, utilizată, de obicei pentru codare poate
deveni comună şi numai cheia utilizată pentru decodare, trebuie să fie declarată o
cheie confidenţială. Acest specific este foarte util pentru reducerea complexităţii
protocolului şî integrarea structurilor de codare in reţelele de comunicaţii.Primul
algoritm de codificare cu cheie comună a fost numit RSA (primele litere ale
numelor de familii a autorilor Rivest, Shamir, Adiema). Algoritmul se bazează pe
două funcţii E şi D, legate prin relaţia: D
(E(*) = E (D(*)) (1.1)
Una din aceste funcţii se utilizează pentru codificarea mesajelor, alta pentru
decodificarea. Securitatea algoritmului se bazează pe faptul că cunoaşterea
funcţiilor E sau D nu prezintă un mijloc uşor de determinare a funcţiilor D sau E.
Fiecare utilizator tace comună funcţia E şi păstrează în secret funcţia D, adică
pentru utilizatorul x este cheia deschisă E*x şi cea secretă Dx.Doi utilizatori A şi B
pot utiliza algoritmul RSA pentru a transmite orice mesaj codificat. Dacă abonatul
A doreşte să transmită mesajul M abonatului B, atunci el poate face acest lucru în
felul următor:
CoalăMod. Coala N. Document Semnat Data
TL 021.007 N.E
- Să codeze mesajul M;
- Să semneze mesajul M;
- Să codifice şi să semneze mesajul M.
În primul caz: A asigură transformarea M, folosind cheia deschisă:
C=ES(M) (1.2)
şi îl transmite abonatului B. B primeşte C şi determină:
db (C) = db (Ee (Ml) = M (1.3)
în al doilea caz: A semnează M prin mijlocul determinării
F = Da(M) (1.4)
şi transmite M abonatului B (aceste operaţiuni le poate realiza doar utilizatorul A,
ce cunoaşte cheia secretă Da). B primeşte F şi determină:
Ea(F)=Ea(Da(M))=M (1.5)
B acum ştie că mesajul M este cu adevărat trimis de utilizatorul A. În acest caz
securitatea mesajului M nu este garantată, întru-cât oricine poate realiza astfel de
operaţiune prin utilizarea cheii comune Ea.
În ai treilea caz: A determină:
F=Da(M) şi C=EB(F)=EB(Da(M) )) (1.6)
A transmite C către B. B primeşte C şi determină db(c)=db(EB(F))=Da(M);
acum B poate primi uşor M, determinând Ea(Da(M))=M.
Până la operaţia de codificare fiecare mesaj M trebuie împărţit în blocuri de
lungime fixă, apoi fiecare bloc se codifică ca o unitatea de numere fixă. RSA coder
operează cu aşa blocuri separate în fiecare ciclu de codificare.
CoalăMod. Coala N. Document Semnat Data
TL 021.007 N.E
Algoritmul de codificare cu cheie deschisă RSA asigură un nivel înalt de
securitate privind transmiterea mesajelor vocale şi este recomandat pentru
utilizarea în sisteme de comunicaţii mobile digitale a noii generaţii.În standardul
GSM termenul "securitate" se înţelege ca excluderea utilizării nesacţionate a
sistemei şi asigură securitatea comunicaţiei abonaţilor mobili. Sunt determinate
următoarele mecaisme de securitate în standardul GSM:
- Autentificarea;
- Securitatea transmiterii datelor;
- Securitatea abonatului;
- Securitatea sensului comunicaţiei abonaţilor.
Protecţia semnalelor de dirijare şi a datelor utilizatorului se realizează doar
pe canalul radio. Regimurile de securitate se determină de Recomandările,
prezentate în tab.1.2.
Tabelul.1.2
GSM02.09 Aspectele
confidenţialităţii
Determină caracteristicile securităţii, utilizate
în reţelele GSM. Se reglementează utilizarea
lor în staţiile mobile şi reţele.
GSM03.02 Confidenţialitatea,
în legătură cu
funcţiile reţelei
Determină funcţiile reţelei, necesare pentru
asigurarea caracteristicilor de securitate,
precăutate în Recomandările GSM02.09
GSM03.21 Algoritmul
confidenţialităţii
Determină algoritmii criptografici în
sistemele de comunicaţii.
GSM02.17 Modulele de
autentificare
abonatului (SIM)
Determină caracteristicele de bază a
modulului SIM
CoalăMod. Coala N. Document Semnat Data
TL 021.007 N.E
2. Proiectarea reţelei celulare pentru comunicaţii mobile GSM-1800 în oraşul Chişinău.
Pentru calculul mărimilor al parametrilor indicate sunt necesari următorii parametri ai standardului GSM:
- Banda de frecvenţă alocată sistemului, F = 75 MHz,
− Numărul de abonaţi ai reţelei celulare mobile Na = 100 mii;
Suprafaţa deservită S0 = 161 km2;
Banda de frecvenţă ocupată de un canal al sistemului, F = 200 KHz;
Numărul de abonaţi care pot concomitent utiliza unul şi acelaşi canal radio,
na =8;
Durata de convorbire a unui abonat în timpul de trafic maximal, = 0,03 Erl;
Durata de timp (în procente) în care raportul semnal / zgomot a semnalului
la intrarea receptorului poate să fie mai mic decât valoarea 0, Pt = 10%;
Parametrul, ce determină gama de fluctuaţii aleatoare a nivelului semnalului în
punctul de recepţie (pentru reţelele celulare 4...10 dB), = 5 dB;
Proiectarea reţelei incepe utizind datele initiale de calcul din tabelul 5 ce
sunt enumerate mai sus si marcate in tabel conform varianteidin carnetul de
sutudent.
CoalăMod. Coala N. Document Semnat Data
TL 021.007 N.E
Tabelul 1.3
2.1. Calculul razei celulei pentru GSM 1800
Calculul se începe cu determinarea numărului de canale alocate pentru
reţeaua necesară de proiectat:
(3.1)
canale.
După aceasta se alege mărimea cluster-ului. Pentru sistemul GSM se
recomandă de a utiliza celule sectorizate cu 3 sectoare, ceea ce permite o
reutilizare mai bună a canalelor radio sau micşorarea interferenţelor izocanal.
Pentru a determina mărimea minimală a grupului de reutilizare este necesar de dat
valori lui K (K.=.7) .
Din condiţiile iniţiale cunoaştem că banda de frecvenţă alocată sistemului
CoalăMod. Coala N. Document Semnat Data
TL 021.007 N.E
F= 75MHz numărul de abonaţi care pot utiliza concomitent unul şi acelaşi canal
radio ;Numărul de canale radio, care se utilizează pentru deservirea abonaţilor
într-un sector a unei celule se determină conform relaţiei (3.9):
(3.2)
canale.
Cunoscând parametrii na 8, ns 17, determinăm numărul total de canale :
. (3.3)
canale.
Pentru determinarea sarcinii telefonice (în Erl.) admisibile într-un
sector a unei celule dupa urmatoarele relatii:
, dacă (3.4)
sau
daca (3.5)
Calculind obtinem:
Relatia de calcul in cazul nostru este;
Erl.
CoalăMod. Coala N. Document Semnat Data
TL 021.007 N.E
Ştiind mărimea admisibilă a sarcinii telefonice A într-un sector a unei
celule, se poate de determinat numărul de abonaţi deserviţi de o staţie de bază
BTS, dacă se ştie durata medie de convorbire a unui abonat în ora de trafic
maximal β:
Conform relaţiei aflam numărul de abonaţi deserviţi de o staţie de bază BTS:
(3.6)
abonaţi
Numărul de staţii de bază în reţea vom obţinem:
(3.7)
statii de baza;
Raza medie a unei celule în reţea se determină conform relaţiei (3.14).
(3.8)
km
2.2 Amplasarea teritorială a staţiilor de bază pe teritoriul oraşului Chişinău
Proiectarea iniţială a celulelor reprezintă o bază teoretică iniţială. Însăşi
proiectarea necesită estimarea proprietăţilor de propagare a semnalului radio pentru
localitatea analizată astfel, procesul de proiectare necesită măsurarea puterii
semnalului recepţionat pe suprafaţa ariei de acoperire.
CoalăMod. Coala N. Document Semnat Data
TL 021.007 N.E
Încheiere
Reţeaua de telefonie mobilă celulară GSM trebuie să rezolve următoarele
obiective:
- Să asigure o acoperire naţională prin intermediul staţiilor de bază, care sunt
asociate unor zone numite celule;
- Să asigure interfaţa între subsistemul de reţea şi subsistemul radio;
- Reţeaua de transmisie între componentele reţelei GSM să necesite un cost de
exploatare redus;
- Realizarea unei reţele de gestiune care să asigure centralizarea funcţiilor de
exploatare şi întreţinere cu costuri reduse.
Printre principalele avantaje pe care le prezintă sistema GSM putem enunţa
următoarele:
- Mobilitatea: abonatul are posibilitatea să utilizeze toate priorităţile sistemei
pan-europene (Pan - European System), ce permite să telefoneze de unde şi
unde doreşte (în cadrul regiunilor deservite de reţeaua celulară GSM),
utilizând unu şi acelaşi număr de telefon. Interlocutorul lui nu-i obligat să fie
informat despre poziţionarea abonatului, întrucât însăşi reţeaua GSM
răspunde pentru aflare corectă a abonatului. Cu ajutorul cartelei sale
personale, abonatul poate utiliza şi alte mijloace de comunicaţie mobilă.
- Confidenţialitatea: metodele de asigurarea a confidenţialităţii, standardizate
pentru sistemele GSM ne permit să spunem, că sistemele GSM la momentul
dat reprezintă cele mai confidenţiale din toate sistemele de comunicaţii
celulare accesibile.
În afară de acestea GSM-ul posedă o protecţie puternică contra intervenţiilor
nesancţionate şi asigură transmisiunea în mod secret a datelor.
CoalăMod. Coala N. Document Semnat Data
TL 021.007 N.E
Pentru excluderea utilizărilor nesancţionate a resurselor sistemului de
comunicaţii sunt introduse şi determinate mecanisme de autentificare şi de
identificare a abonatului. Deci fiecare abonat posedă modulul standard al
originalităţii abonatului – cartela SIM care conţine:
- Numărul internaţional de identificare a abonatului mobil IMSI;
- Cheia proprie de autentificare K;
- Algoritmul de autentificare A3.
Protecţia semnalelor de comandă şi a datelor utilizatorului are loc numai la
transmisiunea prin canale radio. În acest standard se utilizează algoritmi de
codificare cu cheie deschisă RSA, care asigură un grad mare de securitate a
transmisiunii.
Aceste avantaje au determinat utilizarea pe larg a standardului GSM de
comunicaţii mobile celulare.
- Serviciile: lista serviciilor oferite abonaţilor GSM de obicei includ în sine
convorbirile propriu zise, serviciile faximile, mesageria vocală, transmiterea
mesajelor scurte SMS, transmiterea datelor şi alte servicii.
BIBLIOGRAFIE
CoalăMod. Coala N. Document Semnat Data
TL 021.007 N.E
1. Ion Bănică, „Reţele de comunicaţii între calculatoare”, Bucureşti,
Teora 1998.
2.Reţeaua internet
3.Iancu Ceapă, „Sisteme numerice de transmisiuni prin fibra optică”,
Bucureşti, Matrix Rom 1998.
4. Borcoci Eugen, „Sisteme de comutaţii digitale”, Bucureşti, Europa
Nova 1995.
5. Tatiana Rădulescu, „Telecomunicaţii”, Bucureşti, Matrix Rom 1999.
CoalăMod. Coala N. Document Semnat Data
TL 021.007 N.E
Anexa
Un nou portal informaţional!
Dacă deţii informaţie interesantă si doreşti să te imparţi cu noi
atunci scrie la adresa de e-mail : [email protected]
CoalăMod. Coala N. Document Semnat Data
TL 021.007 N.E