Systemy radiokomunikacji

ruchomej

Charakterystyka ogólna (1)

Najważniejsze elementy ogólnej architektury systemu

radiokomunikacji ruchomej:



System zarządzania – pełniący funkcje administracyjne,



Część komutacyjno–sieciowa – podstawowy element

systemu łączności,



Stacje bazowe - pełniące rolę zakończenia części

komutacyjno-sieciowej, umożliwiają nawiązanie

łączności ze stacjami ruchomymi



Interfejs radiowy – stanowi łącze pomiędzy zespołami

urządzeń nadawczo-odbiorczych części stałej oraz

terminalami abonenckimi,



Interfejs centralowy – zespół styków do sterowania

stacjami bazowymi oraz do współpracy z innymi

systemami łączności,



Interfejs utrzymaniowy – umożliwia zarządzanie

systemem przez zespół operatorów

Charakterystyka ogólna (2)

Rys.1. Uogólniona architektura systemu radiokomunikacji ruchomej

Charakterystyka ogólna (3)

Rodzaje usług:

1.

Podstawowe:



Transmisja głosu, danych binarnych i alfanumerycznych,



Transmisja faksowa,



Transmisja tonowych sygnałów sterujących,

2.

Dodatkowe:



Telekonferencje,



Przekazanie połączeń szyfrowanie danych,



Połączenia alarmowe, priorytetowe,



Blokowanie połączeń, ich kolejkowanie lub

zawieszanie,



Wyświetlanie informacji taryfikacyjnych,



Identyfikacja numerów abonentów wywołujących,



Poczta głosowa

Charakterystyka ogólna (4)

Rodzaje usług:

3.

Zaawansowane:



Operacje bankowe,



Praca zdalna,



Usługi multimedialne,



Telezakupy, transmisja video, videokonferencje,



Rozsiewacze serwisy informacyjne, połączenia
wielokanałowe,



Szerokopasmowa transmisja danych,

Charakterystyka ogólna (5)

Zagrożenia:



Dostęp do usług przez
osoby nieuprawnione,
podsłuch informacji,



I formacja o tożsamości
abonenta i jego lokalizacji,



Użycie nieuprawnionego
sprzętu,



Destrukcja systemy
sterowania lub zarzadzania.

Sposoby przeciwdziałania:



Personalizacja usług,



Ograniczona współpraca z
siecią PSTN,



Elektroniczny podpis
identyfikacja terminali,



Identyfikacja elementów
części stałej (stacji
bazowych),



Ukryta numeracja abonentów
oraz obszarów (komórek),



Szyfrowanie połączeń,
zmiana częstotliwości pracy
w trakcie połączenia,

Charakterystyka ogólna (6)

Rys.2. podział systemów radiokomunikacji ruchomej lądowej

Architektura systemu GSM
(1)

Rys.3. Schemat architektury systemu GSM

Architektura systemu GSM
(1a)

Podstawowe elementy architektury GSM:



MS – terminal ruchomy,



BTS – stacja bazowa,



BSC – sterownik stacji bazowej,



MSC – centrala sieci GSM,



SC – moduł usług dodatkowych,



GMSC – centrala dostępowa do sieci przewodowej PSTN,



VLR – rejestr stacji obcych,



HLR – rejestr stacji własnych,



EIR – rejestr identyfikacji wyposażenia,



AuC – centrum sprawdzania autentyczności,



OMC – centrum eksploatacji i utrzymania.

Architektura systemu GSM
(2)



BTS – stacja bazowa, jest elementem sieci, który jest
interfejsem pomiędzy telefonem komórkowym a siecią
GSM. Dzięki systemowi anten transmituje i odbiera na kilku
częstotliwościach (liczba zależąca od konfiguracji
sprzętowej i oprogramowania) zakodowany cyfrowo sygnał.
Częstotliwości używane przez stacje bazowe obsługujące
sąsiadujące komórki różnią się, aby nie dochodziło do
interferencji fal radiowych.



BSC – sterownik stacji bazowej danych pomiędzy stacjami
bazowymi a resztą sieci. Z poziomu BSC Operator zarządza
radiową częścią sieci, zmieniając parametry
poszczególnych stacji bazowych. BSC odpowiedzialne też
jest za przydzielanie telefonowi komórkowemu wolnej
szczeliny czasowej na odpowiedniej częstotliwości oraz za
śledzenie jakości rozmowy

Architektura systemu GSM
(3)



MSC – centrala sieci GSM, jest cyfrową centrala

telefoniczną przystosowaną do pracy w sieci GSM. Jest

odpowiedzialna za zestawianie połączeń i koordynacje

współpracy pomiędzy elementami sieci. Liczba MSC w sieci

zależy od ilości abonentów i generowanego przez nich

obciążenia sieci.



GMSC – centrala dostępowa do innych sieci, jest to

centrala MSC z dodatkową funkcjonalnością

odpowiedzialną za kontaktowanie się z HRL. Każda

rozmowa podczas zestawiania połączenia do abonenta

danej sieci musi być przeroutowana do jednego z GMSC

należącego do niej (nawet gdy abonent jest w tym czasie w

roamingu w innej sieci) w celu zebrania informacji o

użytkowniku, którego numer wybrano w celu rozpoczęcia
rozmowy

Architektura systemu GSM
(4)



HLR – rejestr stacji własnych, jest bazą danych, która
przechowuje informacje o abonentach, którzy należą do
danej sieci. Między innymi numer IMSI, MSISDN, informacje
o wykupionych usługach, informacje o MSC, które aktualnie
obsługuje abonenta, informacje o jego statusie (np. telefon
jest wyłączony, telefon jest włączony do sieci).



VLR – rejestr stacji obcych, baza danych związana z MSC.
W sieci istnieją zawsze pary MSC-VLR. Baza ta przechowuje
informacje o abonentach, którzy w danym momencie
znajdują się na obszarze obsługiwanym przez to MSC.
Część z tych informacji jest kopiowana z HLR w momencie,
gdy abonent pojawia się w "zasięgu" danego MSC, inne,
takie jak jego lokalizacja są zmieniane już później.

Architektura systemu GSM
(5)



AuC – centrum sprawdzania autentyczności, o element
sieciowy przechowujący dane abonentów danej sieci, na
bazie których dokonuje uwierzytelnienia numeru IMSI i
zezwala danemu abonentowi logującemu się do sieci na
korzystanie z zasobów radiowych. AuC powiązane jest z
HLR, ich liczba zależy od ilości użytkowników danej sieci.



Numer MSISDN – numer abonenta w ogólnoświatowej
sieci komunikacyjnej, dostępny dla innych użytkowników
(np. [phone]);

Architektura systemu GSM
(6)



IMSI ( International Mobile Subscriber Identity) - unikalny

numer przypisany do każdej karty SIM w sieci GSM lub

UMTS, jednoznacznie ją identyfikujący (max. 15 cyfr).

Numer zapisany jest na karcie SIM oraz w rejestrze HLR.

IMSI składa się z trzech części:



kodu kraju stacji ruchomej MCC (Mobile Country

Code), obejmującego trzy cyfry (np. Francja: 208,

Niemcy: 262, Polska: 260). MCC identyfikuje

jednoznacznie macierzysty kraj abonenta ruchomego,



kodu sieci MNC, zawierającego dwie cyfry identyfikujące

sieć, MNC identyfikuje macierzystą sieć danego abonenta

ruchomego,



numeru identyfikacyjnego abonenta ruchomego

MSIN identyfikującego go w danej sieci komórkowej.

Architektura systemu GSM
(7)



IMEI (International Mobile Equipment Identity) -

indywidualny numer identyfikacyjny telefonu

komórkowego GSM lub UMTS. Można wyświetlić go w

każdym telefonie po wybraniu sekwencji *#06#.



Numer IMEI jest używany przez sieć GSM, aby

zidentyfikować konkretne urządzenia, zatem może być

używany do zatrzymania skradzionych telefonów z

dostępnej sieci. Na przykład, jeśli telefon został

skradziony, właściciel może zadzwonić do swojego

operatora sieci i zlecić im zablokowanie telefonu

używając swojego numeru IMEI. To sprawia, że telefon

jest bezużyteczny, niezależnie od tego czy karta SIM

zostanie zmieniona.

Architektura systemu GSM
(7a)



Składnia numeru IMEI jest następująca:

XXXXXX

XX

XXXXXX

X



TAC (Type Approval Code) - 6 cyfr - kod homologacji

(pierwsze dwie cyfry to kod kraju, gdzie dokonano

homologacji),



FAC (Final Assembly Code) - 2 cyfry - kod montażu:



01, 02 – AEG,



10, 20, 35, 70 – Nokia,



35 – Motorola,



41, 44 – Siemens,



51 - Sony Ericsson lub Siemens,



SNR (Serial Number) - 6 cyfr - numer seryjny,



CD (Check Digit) - 1 cyfra - suma kontrolna.

Architektura systemu GSM
(8)

Rys.4. Organizacja kanałów w systemach GSM

Architektura systemu GSM
(9)

System GSM 900



Organizacja pasm:



Pasmo w w górę (w stronę stacji bazowej) – 890-915 MHz;



Pasmo w dół (w stronę telefonu) – 935-960 MHz;



Odstęp miedzy kanałowy – 45 MHz;



Każdy kanał (w górę i w dół) jest podzielony na 124
podkanały każdy o szerokości 200 kHz;



Każdy podkanał 200 kHz składa się z 8 kanałów (szczelin)
rozmównych o pełnej prędkości transmisji lub 16 kanałów o
zmniejszonej prędkości;



Zatem jeżeli nadajnik stacji bazowej może pracować tylko
na jednej częstotliwości to maksymalnie może on obsłużyć 8
lub 16 rozmów;

Architektura systemu GSM
(10)

System DCS 1800



Organizacja pasm:



Pasmo w w górę (w stronę stacji bazowej) – 1710-
1785 MHz;



Pasmo w dół (w stronę telefonu) – 1805-1880 MHz;



Odstęp miedzy kanałowy – 95 MHz;



Każdy kanał (w górę i w dół) jest podzielony na 374
podkanały;



Przeniesienie systemu z pasma 900 MHz na 1800 MHz
powoduje zmniejszenie zasięgu komórek , zwiększenie
pojemności systemu oraz spadek maksymalnej
prędkości terminala ruchomego (ze 250 km/h do 130
km/h)

Architektura systemu GSM
(11)

Rys.5. Ramka systemu GSM.
Rys.6. Transmisja pakietu w szczelinie czasowej

Architektura systemu GSM
(12)

Rys.7. Realizacja transmisji dupleksowej w systemie GSM

Architektura systemu GSM
(13)

Rys.8. Struktura hierarchiczna ramek w systemie GSM.

Podstawowe procedury
systemowe (1)



Zestawienie kanałów logicznych,



Uaktualnienie informacji o położeniu abonenta,



Skakanie po częstotliwościach,



Sterowanie mocą,



Nadawanie z wyprzedzeniem,



Transmisja przerywania,



Zabezpieczenia przed nieuprawnionym dostępem.

Podstawowe procedury
systemowe (2)

Rys.9. Procedury

systemowe w czasie

migracji abonenta w

sieci GSM.

(1) Przełączanie w ramach

tego samego sterownika

BSC,

(2) Przełączanie pomiędzy

sterownikami BSC,

(3) Przełączanie pomiędzy

centralami MSC,

(4) Przełączanie pomiędzy

dwoma systemami GSM

Systemy telefonii komórkowej

trzeciej generacji UMTS

Systemy telefonii komórkowej II i III
generacji (GSM i UMTS) (12)

Cechy charakterystyczne sytemu telefonii komórkowej

UMTS:



Parametry techniczne,



Charakterystyczne usługi,



Obszar występowania.

Systemy telefonii komórkowej II i
III generacji (GSM i UMTS) (13)

Cechy systemu UMTS:



ogólno globalny zasięg (segment satelitarny),



w pełni multimedialny (szeroki zakres usług),



odporny na zakłócenia,



lepsze wykorzystanie dostępnego widma (pozwala na
pracę wielu abonentów w tym samym kanale),



Ograniczona pojemność systemu (przy jednoczesnej
pracy wielu abonentów w tym samym obszarze spada
przepływność binarna),

Systemy telefonii komórkowej II i III
generacji (GSM i UMTS) (13)

Częstotliwość pracy systemu UMTS:



1900-1920 MHz – łączność dupleksowa na zasadzie
podziału czasu TDM;



1920-1980 MHz oraz 2110-2170 MHz - łączność
dupleksowa na zasadzie podziału częstotliwości FDM, z
odstępem miedzy kanałowym 5 MHz;



1980-2010 MHz oraz 2170-2200 MHz – połączenia
satelitarne.

Systemy telefonii komórkowej II i III
generacji (GSM i UMTS) (14)

Typowe usługi charakterystyczne dla sieci UMTS:



szybki dostęp do Internetu (nawet do 2Mb/s),



videofonia, videokonferencje,



radio, muzyka, video, telewizja,



Usługi związane z nawigacją np. lokalizacja, aktywne
mapy itp.

Systemy telefonii komórkowej II i III

generacji

(GSM i UMTS) (15)

Rys.3. Zasięg sieci UMTS dla PLUS GSM

Systemy telefonii komórkowej II i III

generacji

(GSM i UMTS) (16)

Rys.4. Zasięg sieci UMTS dla ERA

Systemy telefonii komórkowej II i III

generacji

(GSM i UMTS) (17)

Rys.5. Zasięg sieci UMTS dla ORANGE

Standard telefonii bezprzewodowej

DECT

Cechy standardu (1)



Telefonia bezprzewodowa – pod tym pojęciem
rozumiemy klasę rozwiązań, w których zapewniona jest
dupleksowa łączność telefoniczna o wysokiej jakości, w
niewielkiej odległości od stacji bazowej (typowo rzędu
kilkudziesięciu, kilkuset metrów).

Cechy standardu (2)

Rozwój telefonii bezprzewodowej odbywa się obecnie w

dwojaki sposób:



Poprzez instalowanie całkowicie nowych systemów
bezprzewodowych,



Poprzez rozszerzenie istniejącej konfiguracji telefonii
przewodowej o dodatkowe moduły sterujące
bezprzewodową częścią systemu.

Cechy standardu (3)

Rys.1. organizacja systemu całkowicie bezprzewodowego

Cechy standardu (4)

Rys.2. Rozwiązanie zintegrowanie z publiczna siecią przewodową.

Architektura standardu
DECT (1)



Standard telefonii bezprzewodowej DECT powstał w latach
1988-1992.



Najistotniejsze cechy standardu:



Wysoka jakość przesyłanego sygnału mowy,



Duża pojemność systemu,



Stosowanie procedur służących do identyfikacji
użytkowników oraz szyfrowania przesyłanego sygnału,



Mała złożoność systemu,



Możliwość tworzenia systemów jedno- i
wielokomórkowych wraz z możliwością przełączania
rozmów pomiędzy stacjami bazowymi w trakcie
trwającego połączenia,



Zdolność do współpracy z przewodowymi centralami
abonenckimi (PBX)

Architektura standardu
DECT (2)

Zasady funkcjonowania:



Standard zbliżony do systemów telefonii komórkowej GSM,



Wykorzystuje czasowy dostęp wielokrotny TDM oraz
czasowy podział dupleksowy TDD,



Pojedyncza ramka trwa 10 ms,



Ramka jest podzielona na 24 szczeliny czasowe (12 dla
każdego kierunku),



Pojedyncza szczelina czasowa trwa 0,417 ms



Wykorzystywanych jest 10 częstotliwości nośnych w
paśmie 1880-1900 MHz,



Szerokośc pojedynczego kanału 1,728 MHz,



Całkowita przepływność kanału grupowego wynosi 1152
kbit/s,

Architektura standardu
DECT (2)



Tabela 1. Zakres przydzielonych częstotliwości
poszczególnym kanałom w standardzie DECT.



Rys.4. Spektrum częstotliwości wykorzystywanej w DECT.

Usługi w standardzie DECT (1)



Usługi podstawowe:



Realizacja połączeń telefonicznych,



Transmisja telefaksowa z prędkością 4,8 kbit/s,



Transmisja danych z prędkością 4,8 kbit/s,



Szyfrowanie przekazywanych informacji.



Usługi dodatkowe:



Identyfikacja abonenta wywoływanego,



Obsługa sygnalizacji DTMF,



Przerwa kalibrowana Flash,



Zawieszanie rozmowy Hold,



Przesyłanie wiadomości tekstowych,



Wywołanie grupowe,



Automatyczne przenoszenie wywołań