БС - базовая станция; ПС - подвижная станция (абонентский радиотелефонный аппарат)

 

, так как рубеж передачи обслуживания подвижной станции из одной ячейки в соседнюю может в некоторых пределах смещаться с изменением условий распространения радиоволн и в зависимости от направления движения подвижной станции. Точно так же и положение базовой станции лишь приближенно совпадает с центром ячейки, который к тому же не так просто определить однозначно, если ячейка имеет неправильную форму. Если же на базовых станциях используются направленные (не изотропные в горизонтальной плоскости) антенны, то базовые станции фактически оказываются на границах ячеек. Далее, система сотовой связи может включать более одного центра коммутации, что может быть обусловлено, в частности, эволюцией развития системы или ограниченностью емкости коммутатора. Возможна, например, структура системы типа показанной на рис.2.4 - с несколькими центрами коммутации, один из которых условно можно назвать «головным» или «ведущим». В такой ситуации может возникнуть вопрос: что же такое система сотовой связи, чем определяются, ее границы? Иначе говоря, как понять, где заканчивается одна система и начинается другая? Ответ такой: система - это то, что замыкается на один общий домашний регистр (см. разд. 2.2.4 и 2.3.4, 2.3.5). В простейшей ситуации система содержит один центр коммутации (рис.2.3), при котором имеется домашний регистр, и она обслуживает относительно небольшую замкнутую территорию («небольшой город»), с которой не граничат территории, обслуживаемые другими системами. Если, условно говоря, «город побольше», то система может содержать два или более центров коммутации (рис.2.4), из которых только при «головном» имеется домашний регистр, но обслуживаемая системой территория по-прежнему не граничит с и

Рис.2.4. Система сотовой связи с двумя центрами коммутации

 

территориями других систем. В обоих этих случаях при перемещении абонента между ячейками одной системы происходит передача обслуживания, а при перемещении на территорию другой системы - роминг. Наконец, если «город совсем большой», на его площади может оказаться несколько систем с граничащими территориями, каждая система - со своим домашним регистром. В таком случае

при перемещении абонента из одной системы в другую может иметь место и так называемая межсистемная передача обслуживания. Как для роминга, так и для межсистемной передачи обслуживания необходима аппаратурная совместимость систем (принадлежность их к одному и тому же стандарту сотовой связи), а также

наличие соответствующих соглашений между компаниями-операторами.

Еще одна особенность связана с построением базовой станции. В стандарте GSM используется понятие система базовой станции (СБС), в которую входит контроллер базовой станции (КБС) и несколько, например до шестнадцати, базовых приемопе-

редающих станций (БППС) - рис.2.5. В частности, три БППС, расположенные в одном месте и замыкающиеся на общий КБС, могут обслуживать каждая свой 120-градусный азимутальный сектор в пределах ячейки (соты) или шесть БППС с одним

КБС - шесть 60-

 

Рис.2.5. Система базовой станции стандарта GSM:

СБС - система базовой станции; КБС - контроллер базовой станции;

БППС - базовая приемо-передающая станция; ПС - подвижная станция

в одном месте и работающих каждая на свою секторную антенну;

для обозначения такой «строенной» или «ушестеренной» конфигурации иногда употребляется термин позиция ячейки, или позиция соты (cell site), хотя чаще наименование cell site является синонимом базовой станции. Число примеров такого рода схематизма и упрощений на самом деле гораздо больше, но мы ограничимся пока приведенными пояснениями к функциональной схеме и, имея их в виду, перейдем к рассмотрению отдельных элементов системы. При этом, если не оговаривается иное, будем адресоваться к простейшей схеме рис.2.3, чтобы не потерять за деталями основной логической нити рассуждений.

 

2.2.2. Подвижная станция

 

Рассмотрение элементов системы сотовой связи начнем с подвижной станции - наиболее простого по функциональному назначению устройства, и к тому же единственного элемента системы, который не только реально доступен пользователю, но и находится у него в руках в буквальном смысле этого слова.

Блок-схема подвижной станции приведена на рис.2.6. В ее состав входят:

- блок управления;

- приемопередающий блок;

- антенный блок.

 

 

 

Рис.2.6. Блок-схема подвижной станции

(абонентского радиотелефонного аппарата)

 

Приемопередающий блок, в свою очередь, включает передатчик, приемник, синтезатор частот и логический блок. Наиболее прост по составу антенный блок: он включает собственно антенну - в простейшем случае четвертьволновой штырь

- и коммутатор прием-передача. Последний для цифровой станции может представлять собой электронный коммутатор, подключающий антенну либо на выход передатчика, либо на вход приемника, поскольку, как будет ясно из дальнейшего, подвижная станция цифровой системы никогда не работает на прием и передачу одновременно.

Функционально несложен и блок управления. Он включает микротелефонную трубку - микрофон и динамик, клавиатуру и дисплей. Клавиатура (наборное поле с цифровыми и функциональными клавишами) служит для набора номера телефона вызываемого абонента, а также команд, определяющих режим работы подвижной станции. Дисплей служит для отображения различной информации, предусматриваемой устройством и режимом работы станции. Некоторое представление как о типах команд, так и о характере отображаемой информации дает содержание разд. 3.2.

Приемопередающий блок значительно сложнее.

В состав передатчика входят:

- аналога-цифровой преобразователь (АЦП) - преобразует в цифровую форму сигнал с выхода микрофона и вся последующая обработка и передача сигнала речи производится в цифровой форме, вплоть до обратного цифро-аналогового

преобразования;

- кодер речи осуществляет кодирование сигнала речи - преобразование сигнала, имеющего цифровую форму, по определенным законам с целью сокращения его избыточности, т.е. с целью сокращения объема информации, передаваемой по каналу связи;

- кодер канала - добавляет в цифровой сигнал, получаемый с выхода кодера речи, дополнительную (избыточную) информацию, предназначенную для защиты от ошибок при передаче сигнала по линии связи; с той же целью информация подвергается определенной переупаковке (перемежению); кроме того, кодер канала вводит в состав передаваемого сигнала информацию управления, поступающую от логического блока;

- модулятор — осуществляет перенос информации кодированного видеосигнала на несущую частоту. Приемник по составу в основном соответствует передатчику,

но с обратными функциями входящих в него блоков:

- демодулятор выделяет из модулированного радиосигнала кодированный видеосигнал, несущий информацию;

- декодер канала выделяет из входного потока управляющую информацию и направляет ее на логический блок; принятая информация проверяется на наличие ошибок, и выявленные ошибки по возможности исправляются; до последующей об-

работки принятая информация подвергается обратной (по отношению к кодеру) переупаковке;

- декодер речи восстанавливает поступающий на него с кодера канала сигнал речи, переводя его в естественную форму, со свойственной ему избыточностью, но в цифровом виде;

- цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) преобразует принятый сигнал речи в аналоговую форму и подает его на вход динамика;

- эквалайзер служит для частичной компенсации искажений сигнала вследствие многолучевого распространения; по существу, он является адаптивным фильтром, настраиваемым по обучающей последовательности символов, входящей в

состав передаваемой информации; блок эквалайзера не является, вообще говоря, функционально необходимым и в некоторых случаях может отсутствовать.

Заметим, что для сочетания кодера и декодера иногда употребляют наименование кодек (например, канальный кодек, речевой кодек).

В разд. 2.4.4 мы вернемся к методам кодирования и модуляции, используемым в сотовой связи, и рассмотрим их подробнее, а в разд. 2.4.5 познакомимся с принципом работы эквалайзера. Помимо собственно передатчика и приемника, в приемопередающий блок входят логический блок и синтезатор частот. Логический блок - это по сути микрокомпьютер со своей оперативной и постоянной памятью, осуществляющий управление работой подвижной станции. Характер выполняемых им функций будет примерно понятен после знакомства с разд. 2.3. Синтезатор является источником колебаний несущей частоты, используемой для пере-

дачи информации по радиоканалу. Наличие гетеродина и преобразователя частоты обусловлено тем, что для передачи и приема используются различные участки спектра (так называемое дуплексное разделение по частоте). Конкретные значения частот и полосы каналов, используемые в различных стандартах, мы приведем в

разд. 2.3.1 и 5.1.

В заключение раздела отметим еще несколько моментов:

Блок-схема рис.2.6 является существенно упрощенной. На ней не показаны усилители, селектирующие цепи, генераторы сигналов синхрочастот и цепи их разводки, схемы контроля мощности на передачу и прием и управления ею, схема управления частотой генератора для работы на определенном частотном канале и т.п. Для обеспечения конфиденциальности передачи информации в некоторых системах возможно использование режима шифрования; в этих случаях передатчик и приемник подвижной станции включают соответственно блоки шифрования и дешифровки сообщений. В подвижной станции системы GSM предусмотрен спе-

циальный съемный модуль идентификации абонента (Subscriber Identity Module - SIM). Некоторая дополнительная информация по режиму шифрования и использованию модуля SIM будет приведена в разд. 2.3.3 и 3.4.

Подвижная станция системы GSM Включает также так называемый детектор речевой активности (Voice Activity Detector), который в интересах экономного расходования энергии источника питания (уменьшения средней мощности излучения), а также снижения уровня помех, неизбежно создаваемых для других станций при работающем передатчике, включает работу передатчика на

излучение только на те интервалы времени, когда абонент говорит. На время паузы в работе передатчика в приемный тракт дополнительно вводится так называемый комфортный шум. В необходимых случаях в подвижную станцию могут входить отдельные терминальные устройства, например факсимильный аппарат, в том

числе подключаемые через специальные адаптеры с использованием соответствующих интерфейсов. Если представить блок-схему аналоговой подвижной станции, то она будет проще рассмотренной цифровой за счет отсутствия блоков АЦП/ЦАП и кодеков, но сложнее за счет более громоздкого дуплексного антенного переключателя, поскольку аналоговой станции приходится одновременно работать на передачу и на прием.

 

2.2.3. Базовая станция

 

Многие элементы, входящие в состав базовой станции, по функциональному назначению не отличаются от аналогичных эле­ментов подвижной станции, но в целом базовая станция сущест­венно больше и сложнее подвижной, что соответствует ее месту в системе сотовой связи.

Блок-схема базовой станции приведена на рис.2.7. Первая особенность базовой станции, которую следует отметить, - это использование разнесенного приема (разд. 2.4.5), для чего стан­ция должна иметь две приемные антенны (на схеме рис.2.7 эта особенность не отражена). Кроме того, базовая станций может иметь раздельные антенны на передачу и на прием (схема рис.2.7 соответствует этому случаю). Вторая особенность - наличие не­скольких приемников и такого же числа передатчиков, позволяю­щих вести одновременную работу на нескольких каналах с различ­ными частотами.

Одноименные приемники и передатчики имеют общие пере­страиваемые опорные генераторы (не показанные на рис.2.7), обеспечивающие их согласованную перестройку при переходе с одного канала на другой; конкретное число N приемопередатчи­ков зависит от конструкции и комплектации базовой станции. Для обеспечения одновременной работы N приемников на одну прием­ную и N передатчиков на одну передающую антенну между приём­ной антенной и приемниками устанавливается делитель мощности на N выходов, а между передатчиками и передающей антенной -сумматор мощности на N входов.

Приемник и передатчик имеют в общем ту же структуру, что и в подвижной станции (рис. 2.6), за исключением того, что здесь в них отсутствуют соответственно ЦАП и АЦП, поскольку и входной сигнал передатчика, и выходной сигнал приемника имеют цифро­вую форму! Возможны варианты, когда кодеки - либо только кодек речи, либо и кодек речи, и канальный кодек - конструктивно реа­лизуются в составе центра коммутации, а не в составе приемопе­редатчиков базовой станции, хотя функционально они остаются элементами приемопередатчиков.

Блок сопряжения с линией связи осуществляет упаковку ин­формации, передаваемой по линии связи на центр коммутации, и распаковку принимаемой от него информации. В качестве линии связи базовой станции с центром коммутации обычно использует­ся радиорелейная или волоконно-оптическая линия, если базовая станция и центр коммутации не располагаются территориально в одном месте.

Контроллер базовой станции, представляющий собой доста­точно мощный и совершенный компьютер, обеспечивает управле­ние работой станции, а также контроль работоспособности всех входящих в нее блоков и узлов.

Рис.2.7. Блок-схема базовой станции

 

Для обеспечения достаточной степени надежности многие блоки и узлы базовой станции резервируются (дублируются), в состав станции включаются автономные источники бесперебойно­го питания (аккумуляторы). Поскольку аппаратура базовой станции потребляет значительную мощность, и соответственно выделяет заметное количество тепла, в ней предусматриваются специаль­ные устройства охлаждения. Все эти элементы, как и ряд других, не являющихся в известном смысле существенными для поясне­ния принципов работы станции, на схеме рис.2.7 не показаны.

2.2.4. Центр коммутации

Центр коммутации является мозговым центром и одновре­менно диспетчерским пунктом системы сотовой связи, на который замыкаются потоки информации со всех базовых станций и через который осуществляется выход на другие сети связи - стационар­ную телефонную сеть, сети междугородной связи, спутниковой связи, другие сотовые сети. В состав центра коммутации входит несколько процессоров (контроллеров), и он является типичным примером многопроцессорной системы.

Блок-схема центра коммутации представлена на рис.2.8. Собственно коммутатор осуществляет переключение потоков ин­формации между соответствующими линиями связи. Он может, в частности, направить поток информации от одной базовой станции к другой, или от базовой станции к стационарной сети связи, или наоборот - от стационарной сети связи к нужной базовой станции.

 

 

Рис.2.8. Блок-схема центра коммутации

 

Коммутатор подключается к линиям связи через соответствующие контроллеры связи, осуществляющие промежуточную об­работку (упаковку/распаковку, буферное хранение) потоков ин­формации. Общее управление работой центра коммутации и сис­темы в целом производится от центрального контроллера, который имеет мощное математическое обеспечение, включающее перепрограммируемую часть (software). Работа центра коммутации предполагает активное участие операторов, поэтому в состав цен­тра входят соответствующие терминалы, a также средства отобра­жения и регистрации (документирования) информации. В частно­сти, оператором вводятся данные об абонентах и условиях их об­служивания, исходные данные по режимам работы системы, в не­обходимых случаях оператор выдает требующиеся по ходу работы команды.

Важными элементами системы являются базы данных - до­машний регистр, гостевой регистр, центр аутентификации, регистр аппаратуры (последний имеется не во всех системах). Домашний регистр (домашний регистр местоположения - Home Location Register, HLR) содержит сведения обо всех абонентах, зарегистри­рованных в данной системе, и о видах услуг, которые могут быть им оказаны (при заключении договора на обслуживание для раз­ных абонентов может быть предусмотрено, вообще говоря, оказа­ние различных наборов услуг). Здесь же фиксируется местополо­жение абонента для организации его вызова и регистрируются фа­ктически оказанные услуги. Гостевой регистр (гостевой регистр местоположения - Visitor Location Register, VLR) содержит пример­но такие же сведения об абонентах-гостях (ромерах), т.е. об або­нентах, зарегистрированных в другой системе, но пользующихся в настоящее время услугами сотовой связи в данной системе. Орга­низацию процедуры роминга мы рассмотрим в разделе 2.3.5. Центр аутентификации (Authentication Cente,-) обеспечивает проце­дуры аутентификации абонентов и шифрования сообщений. Ре­гистр аппаратуры (регистр идентификации аппаратуры -Equipment Identity Register), если он существует, содержит сведе­ния об эксплуатируемых подвижных станциях на предмет их ис­правности и санкционированного использования. В частности, в нем могут отмечаться украденные абонентские аппараты, а также аппараты, имеющие технические дефекты, например являющиеся источниками помех недопустимо высокого уровня. Как и в базовой станции, в центре коммутации предусматривается резервирование основных элементов аппаратуры, включая источник питания, про­цессоры и базы данных.

В заключение этого раздела еще раз отметим, что структу­ра, показанная на рис.2.8, весьма схематична. В частности, базы данных часто не входят в состав центра коммутации, а реализуют­ся в виде отдельных элементов. Кроме того, устройство центра коммутации может быть существенно различным в исполнении разных компаний-изготовителей. Если интерфейс между центром коммутации и базовыми станциями не соответствует общеприня­тому стандарту, или такой общепринятый стандарт вообще отсут­ствует, возникает необходимость использовать базовые станции и центр коммутации одной и той же компании-изготовителя.

 

2.2.5. Эфирный интерфейс

 

2.2.5.1. Интерфейсы сотовой связи и их стандартизация

 

В каждом стандарте сотовой связи используется несколько интерфейсов, в общем случае различных в разных стандартах.

Так, предусмотрены свои интерфейсы для связи подвижной станции с базовой, базовой станции - с центром коммутации (а в стандарте GSM - еще и отдельный интерфейс для связи прие­мопередатчика базовой станции с контроллером базовой стан­ции), центра коммутации - с домашним регистром, с гостевым ре­гистром, с регистром аппаратуры, со стационарной телефонной сетью и другие. Все интерфейсы подлежат стандартизации для обеспечения совместимости аппаратуры разных фирм-изготовите­лей, что не исключает, однако, возможности использования разли­чных интерфейсов, определяемых разными стандартами, для од­ного и того же информационного стыка. В некоторых случаях ис­пользуются уже существующие стандартные интерфейсы, напри­мер, соответствующие протоколам обмена в цифровых информа­ционных сетях.

Из всех интерфейсов, используемых в сотовой связи, один занимает особое место - это интерфейс обмена между подвижной и базовой станциями. Он носит наименование эфирного интерфейса (английский термин air interface) и для обоих основных стандартов цифровой сотовой связи - D-AMPS -и GSM - иногда обозначается одинаково - Urn, хотя организован совершенно по-разному.

Эфирный интерфейс обязательно используется в любой сис­теме сотовой связи, при любой ее конфигурации и в единственном возможном для своего стандарта сотовой связи варианте. Послед­нее обстоятельство позволяет подвижной станции любой фирмы-изготовителя одинаково успешно работать совместно с базовой станцией той же или любой другой фирмы, что удобно для компа­ний-операторов и практически необходимо для организации роуминга, в том числе международного. Стандарты эфирного интер­фейса отрабатываются весьма тщательно, чтобы обеспечить воз­можно более эффективное использование полосы частот, выде­ленной для канала радиосвязи.

В двух следующих разделах Мы рассмотрим эфирные интер­фейсы стандартов D-AMPS и GSM и в дальнейшем неоднократно будем ссылаться на приведенные в этих разделах сведения и ри­сунки. Дополнительные сведения по организации работы эфирно­го интерфейса мы приведем в разд. 2.3.1.

 

2.2.5.2. Эфирный интерфейс системы D-AMPS

 

Начнем со стандарта IS-54. Временная структура его эфир­ного интерфейса отличается сравнительной простотой (рис.2.9).

Передача информации в канале трафика организуется сле­дующими один за другим кадрами (английский термин frame; ино­гда и в русском языке употребляется наименование фрейм) дли­тельностью 40 мс. Каждый кадр состоит из шести временных ин­тервалов - слотов; длительность слота (6,67 мс) соответствует 324 битам, т.е. длительность одного бита составляет 20,55 мкс. При полно скоростном кодировании (английское full rate coding) на один речевой канал в каждом кадре отводится два слота, т.е. 20-миллисекундный сегмент речи упаковывается в один слот, дли­тельность которого втрое меньше. При полу скоростном кодирова­нии (английское half rate coding) на один речевой канал отводится один слот в кадре, т.е. упаковка сигнала речи оказывается вдвое более плотной, чем при полно скоростном кодировании; однако, хотя полускоростное кодирование и предусмотрено стандартом, в настоящее время оно еще не реализовано.

Слот имеет несколько различную структуру в прямом канале трафика (английское downlink) - от базовой станции к подвижной и в обратном канале трафика (английское uplink) - от подвижной станции к базовой. В обоих случаях на передачу информации соб­ственно речи отводится 260 бит. Еще 52 бита занимает управляю­щая и вспомогательная информация, назначение которой будет понятно из последующего изложения.

Рис.2.9. Структура кадра и слота системы D-AMPS (канал трафика; стандарт IS-54):

Data - информация речи; Sync (Sc) - синхронизирующая (обучающая) последо­вательность; SACCH - информация медленного совмещенного канала управле- • ния; CDVCC (СС) - кодированный цифровой код окраски; G - защитный бланк (Guard time); R - интервал фронта импульса передатчика (Ramp up time); V, W, X, Y - шестнадцатеричные нули; Res - резерв

 

Пока отметим лишь, что она включает: 28-битовую обучаю­щую последовательность, используемую для идентификации слота в пределах кадра, синхронизации слота во времени и настройки эквалайзера; 12-битовое сообщение сигнализации (контроля и уп­равления) канала SACCH (Slow Associated Control Channel - мед­ленный совмещенный канал управления); 12-битовое поле коди­рованного цифрового кода окраски (CDVCC - Coded Digital Verification Color Code), служащего для идентификации подвижной станции при приеме ее сигнала базовой станцией (код назначает­ся базовой станцией индивидуально для каждого.канала, т.е. для каждой подвижной станции и ретранслируется последней обратно на базовую), при этом собственно цифровой код окраски занима­ет 8 бит, а 4 бита контроля добавляются при кодировании его уко­роченным ко- дом Хэмминга для защиты от ошибок.

 

 

Рис.2.10. Структура эфирного интерфейса системы D-AMPS (канал управления; стандарт 18-136):

Data - информация управления; Sync - синхронизирующая (обучающая) после­довательность; Sync+ - дополнительная синхронизирующая последователь­ность; SCF - общий канал обратной связи (Shared Channel Feedback); CSFP -закодированная фаза суперкадра (Coded Super Frame Phase); G - защитный бланк (Guard time); R - интервал фронта импульса передатчика (Ramp up time); AG - дополнительный защитный бланк укороченного слота; Pream - преамбула (Preamble); Res - резерв.

 

Оставшиеся 12 бит в прямом канале не используются (со­ставляют резерв), а в обратном канапе выполняют функцию за­щитного интервала, в течение которого не передается никакой по­лезной информации. Этот интервал включает 6-битовый защитный бланк, позволяющий выравнивать задержку сигнала с не слишком жестким допуском, и 6-битовый интервал фронта, в течение кото­рого мощность передатчика подвижной станции выводится на но­минальный уровень. В прямом канапе необходимости в защитном интервале не возникает, поскольку выравнивание задержки произ­водится при передаче информации по обратному каналу, а пере­датчик базовой станции работает непрерывно.

При полно скоростном кодировании слоты 1 и 4 содержат первый канал речи, слоты 2 и 5 - второй канал речи, слоты 3 и 6 -третий канал речи. При полу скоростном кодировании каждый из шести слот соответствует своему каналу речи. При передаче информации быстрого совмещенного канала управления FACCH эта информация замещает в слоте информацию речи (поле Data).

На начальном этапе установления связи используется укоро­ченный слот, в котором многократно повторяются синхронизирую­щая последовательность и код CDVCC, разделяемые нулевыми чи­слами различной длины. В конце укороченного слота имеется до­полнительный защитный бланк. Подвижная станция передает укороченные слоты до тех пор, пока базовая станция не выберет не­обходимую временную задержку, определяемую удалением подви­жной станции от базовой.

Кроме того, в стандарте IS-54 используются каналы управле­ния, общие с аналоговым стандартом AMPS. Организацию работы этих каналов мы рассмотрим в разд. 2.3.1.

Перейдем к стандарту IS-136. Структура его эфирного ин­терфейса несколько сложнее. Это определяется тем, что вместо каналов управления, общих с аналоговым стандартом AMPS, введены новые «цифровые» каналы управления с более высокой.про­пускной способностью и большей функциональной гибкостью (рис.2.10). Для каналов трафика сохранена структура эфирного интерфейса стандарта IS-54 (рис.2.9).

Для цифровых каналов управления принята значительная степень преемственности с каналами трафика, облегчающая тех­нологически переход от IS-54 к IS-136.

Та же длительность кадра, состоящего из шести слотов, с сохранением возможности полно­скоростного и полускоростного кодирования; та же длительность бита и соответственно те же 324 бита в слоте; сохранены прежние алгоритмы канального кодирования и модуляции, в значительной мере сохранена структура слота. При этом обеспечивается со­вместимости стандартов снизу вверх. Поясним основные особен­ности цифровых каналов управления (рис. 2.10). Прежнее на­значение осталось у поля синхронизации (Sync) и у защитного ин­тервала обратного канала (поля G, R); резервное поле прямого канала (Res) сокращено до двух бит. Остальные поля слота цифрового канала управления отличаются от полей слота канала тра­фика. Здесь отсутствуют поля SACCH и CDVCC. Добавлено поле Sync+, содержащее дополнительную синхронизирующую последо­вательность.

В полях Data передается основной объем информации управления, причем в прямом канале объем этой информации в слоте составляет 260 бит, а в обратном - 244 бита. В полях об­щего канала обратной связи (поля SCF) передается ответная (от базовой станции) информация схемы случайного доступа; эта схема реализует вызов со стороны подвижной станции.

Поле CSFP содержит информацию о фазе суперкадра, кото­рая позволяет определить начало суперкадра, что необходимо для корректного приема управляющей информации; кроме того, по содержанию этого поля, отличающегося от соответствующего по­ля цифрового канала трафика (поле CDVCC), подвижная станция отличает канал управления от канала трафика. В течение интерва­ла преамбулы, не несущего информации, производятся автомати­ческая регулировка усиления приемника базовой станции и сим­вольная синхронизация, предшествующие приему последующей информации. В укороченном слоте общий объем управляющей информации составляет 200 бит, а в конце слота введен дополни­тельный 44-битовый защитный интервал (дополнительные поля R и АG).

2.2.5.3. Эфирный интерфейс системы GSM

 

Временная структура эфирного интерфейса системы GSM еще "сложнее (рис.2.11). Передача информации организуется кад­рами, которые имеют длительность 4,615 мс. Каждый кадр состо­ит из восьми слотов по 577 мкс, и каждый слот соответствует сво­ему каналу речи, т.е. в каждом кадре передается информация восьми речевых каналов. При полно скоростном кодировании все последовательные кадры содержат информацию одних и тех же восьми речевых каналов. При полу скоростном кодировании, пока также не реализованном, четные и нечетные кадры содержат ин­формацию разных речевых каналов, т.е. информация одного и то­го же речевого канала передается через кадр, так что в общей сложности передается информация шестнадцати речевых каналов. Возвращаясь к используемой в настоящее время схеме полноско­ростного кодирования, заметим, что информационный кадр может быть одного из двух видов - кадр канала трафика или кадр канала управления (рис.2.11). В обоих случаях он имеет одну и ту же дли­тельность и состоит из 8 слотов, но слоты имеют различную стру­ктуру и разное информационное содержание"

На рис.2.11 представлена структура кадра канала трафика при передаче речи. Длительность слота соответствует 156,25 би­там, т.е. длительность одного бита составляет 3,69 мкс.

 

Рис.2.11. Структура эфирного интерфейса (канал трафика) системы GSM:

ED - закодированная информация (Encripted Data); TS - обучающая последо­вательность (Training Sequence); Т - защитный бланк (Tail bits - хвостовые биты); S -скрытый флажок (Stealing flag) - признак речь/управление; G - защитный интервал (Guard period)

 

Первые 148 бит слота составляют информационный пакет, или информационную пачку (английский термин burst - вспышка); оставшиеся 8,25 бит - защитный интервал. Из 148 бит пачки на передачу информации речи отводится 116 бит (из них 114 бит - на передачу собственно речи и 2 бита - на скрытые флажки, опреде­ляющие тип передаваемой информации), 26 бит занимает обучаю­щая последовательность, и. оставшиеся 6 бит образуют два 3-би­товых защитных бланка по краям пачки.

Структура слота для каналов управления приведена на рис.2.12. При полно скоростном кодировании каждый слот кадра соответствует своему каналу речи. При полу скоростном кодирова­нии слоты, соответствующие одному и тому же каналу речи, пере­даются через кадр.

Рис.2.12. Варианты структуры слота каналов управления системы GSM:

ED - закодированная информация (Encripted Data); TS - обучающая после­довательность (Training Sequence); ETS - расширенная обучающая по­следовательность (Extended Training Sequence); Т - защитный бланк (Tail bits - хвосто­вые биты); ЕТ - расширенный защитный бланк (Extended Tail); G - защитный интервал (Guard period).

 

Из верхней части рис. 2.11 следует, что информационные кадры объединяются в мультикадры. 26 кадров канала трафика образуют мультикадр канала трафика длительностью 120 мс. При этом в 24 кадрах передается информация речи - это кадры 1...12 и 14.„25, в кадре 13 передается информация медленного присое­диненного канала управления (канала SACCH), а кадр 26 остается пустым (он зарезервирован для передачи второго сегмента ин­формации канала SACCH при полу скоростном кодировании). Мультикадр канала управления имеет длительность 235 мс и со­стоит из 51 кадра канала управления.

Мультикадры, в свою очередь, объединяются в суперкадры: один суперкадр состоит из 51 мультикадра канала трафика или 26 мультикадров канала управления. Длительность суперкадра в обо­их случаях составляет 6,12 с, или 1326 кадров. Наконец, 2048 су­перкадров образуют один гиперкадр (криптографический гипер­кадр), имеющий длительность 3 ч 28 мин 53,760 с, или 2715648 кадров. Номер кадра в пределах гиперкадра используется в про­цессе шифрования передаваемой информации.

 

2.3. Организация работы системы сотовой связи

 

2.3.1. Частотные, физические и логические каналы

 

Прежде чем приступить к описанию организации непосред­ственно процедур и режимов работы системы сотовой связи, нам придется уделить некоторое внимание организации информацион­ного обмена по эфирному интерфейсу, с которым мы познакоми­лись в разделе 2.2.5. Дело в том, что кроме собственно информа­ции речи по каналу связи должна передаваться так называемая сигнальная информация, или информация сигнализации (англий­ский термин signaling), включающая информацию управления и ин­формацию контроля состояния аппаратуры для ее обозначения бу­дем употреблять также наименование управляющая информация или просто управление. Поэтому в настоящем разделе рассмотр­им, как организуется использование каналов связи, и начнем с оп­ределения часто употребляемых при этом понятий частотных, фи­зических и логических каналов.

Частотный канал - это полоса частот, отводимая для пере­дачи информации одного канала связи. Правда, как мы фактичес­ки уже отмечали ранее, при использовании метода ТОМА в одном частотном канале передается информация нескольких каналов связи, т.е. в одном частотном канале размещается несколько фи­зических каналов, но это не противоречит приведенному опреде­лению частотного канала, а подробнее мы рассмотрим это ниже -при определении понятия физического канала. Поясним понятие частотного канала конкретными примерами.

 

В стандарте D-AMPS в США для передачи информации прямого канала (от базовых станций к подвижным) отводится полоса частот 869...894 МГц, а для передачи информации обратного канала - полоса 824...849 МГц, т.е. прямой и обратный каналы разне­сены по частоте на 45 МГц (дуплексный разнос по частоте). Один частотный канал занимает полосу Df = 30 кГц, так что в пределах выделенного диапазона, с учетом защитных полос по краям, размещается 832 частотных канала. Частотным каналам присвоены номера от 1 до 799 (включительно) и от 991 до 1023; иногда фигурирует и канал с номером 990, но фактически он не используется и не входит в указанное выше число 832 каналов. Центральная ча­стота канала (в МГц) связана с его номером N соотношениями:

обратный канал:

f₀ = 825,000 + 0,030 N, 1 £ N £ 799,

f₀= 825,000 + 0,030 (N - 1023), 991 £ N £1023;;

 

прямой канал:

f_п= 870,000 + 0,030 N, 1 £ N £ 799,

f_п= 870,000 + 0,030 (N - 1023), 991 £ N £ 1023.

 

Принятое в США распределение частотных каналов поясня­ется табл. 2.1.

 

 

Таблица 2.1. Распределение частотных каналов стандарта D-AMPS в США.

Номера каналов	Число каналов	Полоса частот, Мгц	Оператор
Обратный канал	Прямой канал
991-1023		824,025...825,015	869,025...870,015	А
1-312		825,015...834,375	870,015...879,375	А
313- ЗЗЗ1		834,375…835,005	879,375...880,005	А
334- 3541		835,005...835,635	880,005...880,635	В
355- 666		835,635...844,995	880,635...889,995	В
667- 695		844,995...845Г865	889,995...890,865	А
696- 7162		845,865...846,495	890.865...891,495	А
717- 7372		846,495...847,125	891,495...892,125	В
738- 799		847,125...8481985	892,125...893.985	В
1 Первичные выделенные каналы управления; 2 Вторичные выделенные каналы управления

 

В качестве пояснения к табл. 2.1 отметим следующее. Поня­тия «оператор А» и «оператор В» - специфически американские. Они связаны с тем, что в соответствии с законодательством США лицензии на операторскую деятельность в любом регионе выдают­ся сразу двум компаниям, между которыми и делится пополам от­веденный под сотовую связь частотный диапазон. Исторически од­на из двух компаний обычно была компанией, оказывающей одно­временно услуги проводной телефонной связи (wireline provider, или wireline carrier), - э<