Конструктивно-технологические особенности средств связи. Системы подвижной связи

1. Конструктивно-технологические особенности средств связи

Конструктивнотехнологические
особенности средств связи
Системы подвижной связи

2. Содержание

Тема
Стандарты сотовых систем связи. Особенности построения систем сотовой радиотелефонной связи. Технологии множественного доступа
FDMA, TDMA, CDMA. Поколения сотовой связи (1G, 2G, 3G, 4G и далее).
Распределение частотного ресурса и его особенности. Понятие и принципы частотно-территориального планирования сотовых сетей
связи. Понятие помехоустойчивого кодирования. Особенности распространения радиоволн диапазонов UMTS в условиях городской
застройки.
Архитектура системы сотовой связи стандарта. Основные элементы и их назначение. Частотные, физические и логические каналы.
Организация каналов. Понятие прямого и обратного каналов. Команды каналов управления стандарта. Хэндовер. Роуминг. Распределение
частотного ресурса и его особенности: диапазоны частот, количество частотных каналов, полоса частот, используемые кодеки, понятие
дуплексного разноса.
Обзор технологий радиодоступа UMTS. Основные технические характеристики: частотный диапазон, методы доступа.WCDMA.
Архитектура сетей 3G. Основные элементы и их назначение. Частотные, физические и логические каналы. Организация каналов.
Архитектура каналов UMTS. Сети радиодоступа UMTS .
Структура UTRAN. Базовая станция БС (узел В). Управление радиоресурсами. Основные идентификационные параметры сотового
телефона (IMEI, IMEISV, IMSI, MSISDN, TMSI). Структура IMEI и его назначение. Структура IMSI и его назначение. Процедура
аутентификации пользователей стандарта GSM. Понятие алгоритма A3.
Организация передачи данных в системах сотовой связи стандарта GSM (HSCSD, GPRS, EDGE). Принципы передачи данных в системах
стандарта GSM. Архитектура GPRS. Основные элементы и их назначение. SMS, MMS: особенности предоставления услуг, используемые
кодировки, допустимые длины сообщений, способы передачи. Предоставляемые услуги: PTT, системы охранной сигнализации,
банкоматы, оплата услуг и т.д.).
Безопасность доступа в UMTS. Взаимная аутентификация. Шифрование в сети UTRAN. Дополнительные средства обеспечения
безопасности в системах 3GPP. Аспекты безопасности на уровне системы и сети. Типичные атаки на безопасность. Абонентский терминал:
архитектура, возможности. SIM- карта GSM : назначение устройство, характеристики, алгоритмы защиты и их уязвимости. NetMonitor:
назначение, возможности. Процедура выбора базовой станции.
Содержание

3. Литература

1.
З. Г. Закиров, А. Ф. Надеев, Р. Р. Файзуллин Сотовая связь
стандарта GSM. Современное состояние, переход к сетям
третьего поколения.
2.
Берлин А.Н. Цифровые сотовые системы связи.
3.
Тихвинский В.О., Терентьев С.В., Юрчук А.Б. Сети
мобильной связи LTE. Технологии и архитектура.
4.
Ипатов В.П., Орлов В.К., Самойлов И.М., Смирнов В.Н.
Системы мобильной связи.
5.
Маковеева М.М., Шинаков Ю.С. Системы связи с
подвижными объектами.
6.
http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/1637280
Литература

4. Определение

сеть
сотовой подвижной связи (сеть СПС)
– совокупность аппаратно-программных
средств, обеспечивающих подвижным
абонентам возможность представления услуг
связи между собой и со стационарными
абонентами телефонной сети общего
пользования, а также возможность передачи
данных от подвижного абонента к удаленному
серверу или другому абоненту сети СПС
Определение

5. Стандарты систем подвижной сотовой связи

Поколения
Стандарты
Общая характеристика
1G
NMT, AMPS,
TACS и др.
аналоговые
2G
GSM, cdma -800
(IS-95), D-AMPS
цифровые, 9,6 кбит/с
GPRS (EDGE),
cdma2000 (1x)
цифровые, пакетная передача данных,
115 (384) кбит/с /153, 6 кбит/с
3G
UMTS, cdma EVDO
Мультимедийные цифровые,
до 2,048 Мбит/с.
4G
LTE, WiMAX, EVDV
до 100 МБит/с
2,5G

6. Аналоговые СПС

AMPS (усовершенствованная мобильная телефонная служба, диапазон 800 МГц) –
широко используется в США, Канаде, Центральной и Южной Америке, Австралии;
это наиболее распространенный стандарт в мире; используется в России в качестве
регионального стандарта;
TACS (общедоступная система связи, диапазон 900 МГц) – используется в Англии,
Италии, Испании, Австрии, Ирландии, с модификациями ETACS (Англия) и
JTACS/NTACS (Япония); это второй по распространенности стандарт среди
аналоговых;
NMT-450 и NMT-900 (мобильный телефон северных стран, диапазоны 450 и 900 МГц
соответственно) - используется в Скандинавии и во многих других странах; третий по
распространенности среди аналоговых стандартов мира; стандарт NMT-450 является
одним из двух стандартов сотовой связи, принятых в России в качестве федеральных;
С-450 (диапазон 450 МГц) - используется в Германии и Португалии;
RTMS (Radio Telephone Mobile System - мобильная радиотелефонная система,
диапазон 450 МГц) - используется в Италии;
Radiocom 2000 (диапазоны 170, 200, 400 МГц) - используется во Франции;
NTT (Nippon Telephone and Telegraph system - японская система телефона и телеграфа,
диапазон 800-900 МГц) - используется в Японии.

7. Цифровые СПС (2G)

D-AMPS (Digital AMPS - цифровой AMPS; диапазоны 800 МГц и 1900 МГц);
GSM (Global System for Mobile communications - глобальная система
мобильной связи, диапазоны 900, 1800 и 1900 МГц);
CDMA (диапазоны 800 и 1900 МГц);
JDC (Japanese Digital Cellular - японский стандарт цифровой сотовой связи).

8. Сравнительные характеристики цифровых стандартов

Характеристика
GSM (DCS 1800)
D-AMPS (ADC)
JDC
CDMA
Метод доступа
TDMA
TDMA
TDMA
CDMA
Число речевых каналов на несущую
8(16)
3
3
32
Рабочий диапазон частот, МГц
935-960 890-915
(1710-1785)
(1805-1880)
824-840 869-894
810-826 940956 14291441
1447-1489
1501-1513
824-840 869894
Разнос каналов, кГц
200
30
25
1250
Эквивалентная полоса частот на один
разговорный канал, кГц
25(12.5)
10
8.3
-
Вид модуляции
0.3 GMSK
п/4 DQPSK
п/4 DQPSK
QPSK
Скорость передачи информации, кбит/с
270
48
42
57.6
Скорость преобразования речи, кбит/с
13(6.5)
8
11.2(5.6)
9.6
Алгоритм преобразования речи
RPE-LTR
VSELP
VSELP
-
Радиус соты, км
0.5-35.0
0.5-20.0
0.5-20.0
0.5-25.0

9.

Основные стандарты третьего поколения

10.

11. Основные технические характеристики стандарта LTE:

12. Эволюция СПС

13. ГОСТ 24375: обобщённая разбивка радиочастотного диапазона

1. Очень низкие частоты 3-30 кГц, соответствует сверхдлинным волнам
2. Низкие частоты 30-300 кГц, соответствует длинным волнам
3. Средние частоты 300-3000 кГц, соответствует средним волнам
4. Высокие частоты 3-30 МГц, соответствует коротким волнам
5. Очень высокие частоты 30-300 МГц, соответствует ультракоротким (или
метровым волнам)
6. Ультравысокие частоты 300-3000 МГц, соответствует дециметровым
волнам
7. Сверхвысокие частоты 3-30 ГГц, соответствует сантиметровым волнам
8. Крайне высокие частоты 30-300 ГГц, соответствует миллиметровым
волнам
9. Гипервысокие частоты 300-3000 ГГц, соответствует субмиллиметровым
волнам
ГОСТ 24375: обобщённая разбивка
радиочастотного диапазона

14. Распределение частот

15.

16.

17.

18. Частотные диапазоны сетей LTE

№
1
2
3*
4
5*
6
7
8**
9**
10**
11**
Частотный
Оператор
диапазон
(UL/DL), МГц
Yota
2500-2530 /
(Мегафон)
2620-2650
2530-2540 /
Мегафон
2650-2660
Мегафон
2575-2595
2540-2550 /
МТС
2660-2670
МТС
2595-2615
2550-2560 /
Билайн
2670-2680
Ростелеком/ 2560-2570 /
Теле2
2680-2690
Ростелеком/ 832-839.5 /
Теле2
791-798.5
839.5-847 /
МТС
798.5-806
847-854.5 /
Мегафон
806-813.5
854.5-862 /
Билайн
813.5-821
Ширина
канала, МГц
Тип дуплекса
Номер в 3GPP
30
FDD
Band 7
10
FDD
Band 7
20
TDD
Band 38
10
FDD
Band 7
20
TDD
Band 38
10
FDD
Band 7
10
FDD
Band 7
7.5
FDD
Band 20
7.5
FDD
Band 20
7.5
FDD
Band 20
7.5
FDD
Band 20
Частотные диапазоны сетей LTE

19. Общие принципы сотовой связи

20. Общие принципы функционирования

сотовая
структура
макросоты: 1 - 35 км
микросоты: 0,1 - 1 км
пикосоты: до 50 м
фемтосоты: до 10 м
принцип повторного
использования частот
передача управления между
базовыми станциями (хэндовер)
Общие принципы
функционирования

21. Обобщенная структура сети сотовой связи

Центр
коммутации
пакетов
IP
Обобщенная структура сети сотовой связи

22.

Сота
является базовым элементом сотовой
системы и определяется как область
радиопокрытия, обеспечиваемого одной
антенной одной базовой станции. Каждой соте
назначается свой уникальной номер,
называемый Глобальным идентификатором соты
(CGI).
Зона местоположения (LA) определяется как
группа сот. Местоположение абонента в
пределах сети связано с той LA, в которой в
данный момент находится абонент.
Идентификатор данной LA (LAI) хранится в VLR.
Зона обслуживания MSC (SA) состоит из
некоторого числа LA и отображает
географическую часть сети, находящуюся под
управлением одного MSC. Зона обслуживания
также отслеживается и информация о ней
записывается в базе данных (HLR).
Зона обслуживания PLMN представляет собой
совокупность сот, обслуживаемых одним
оператором и определяется как зона, в которой
оператор обеспечивает абоненту радиопокрытие
и доступ к своей сети.

23.

24. Основные положения роуминга

Роуминг – это функция или процедура
предоставления услуг системы сотовой
связи абоненту одного оператора в
системе другого оператора
Виды роуминга
-
внутрисетевой
национальный
Международный
Идентификаторы сети
-
IMSI – международный код подвижной станции
MCC – код страны подвижной станции
MNC – код сети подвижной станции
Основные положения роуминга

25. Что такое фемтосота?

Фемтосота – это сетевое решение, включающее в
себя фемтостанцию (Femtocell) и фемтошлюз
(Femtocell Gateway)
Фемтосота
характеризуется малым радиусом
действия базовой станции сети подвижной связи и
определенным способом ее подключения к сети
связи.
Не
зависит
от
технологий,
на
которых
организуются
сети
подвижной
связи
(GSM,
CDMA,3G)
Широкополосный доступ
организуется на базе
технологий xDSL/PON/Ethernet
Что такое фемтосота?

26.

27. Ключевые характеристики фемтостанции

Фемтостанция может поддерживать один из
следующих стандартов подвижной связи
• 2G (GSM, cdma2000)
• 3G (WCDMA, HSDPA, HSPA, EV-DO Rev. A)
• 4G (LTE, WiMAX)
Фемтостанция может обслуживать
одновременно от 4 до 8 пользователей
(одновременно или 4-8 телефонных вызовов,
или 4-8 сессии передачи данных)
В сети подвижной связи возможно 125 млн.
фемтостанций
Ключевые характеристики
фемтостанции

28. Типы каналов

Таблица 2 –Существующие типы
каналов
Тип
Симплекс
Полудуплекс
Полный
дуплекс
Описание
Передача в одну сторону
Применение
Телевидение, FM
радио
Возможная передача в обе стороны, не Милиция
одновременно
Возможная передача в обе стороны
одновременно
Мобильные системы
Передача радиосигнала по направлению к базовой станции называется
uplink,
а передача по направлению к мобильной станции – downlink.
Типы каналов

29. Методы множественного доступа

FDMA - множественный доступ с частотным разделением
◦ Системы с множественным доступом по частоте (Frequency Division Multiple-Access, FDMA)
или мультиплексированием по частоте получили в русском языке название системы
множественного доступа с частотным разделением МДЧР. В них выделенный общий
диапазон частот разделяется на отдельные стационарные частотные каналы. Каждый
передатчик или приемник использует отдельную частоту.
TDMA - множественный доступ с временным разделением
◦ Множественный доступ с временным разделением МДВР (Time Division Multiple Access,
TDMA) или метод мультиплексирования с разделением по времени использует разделение
пользователей по времени так, чтобы их приемопередатчики могли совместно
использовать одну несущую частоту.
◦ В отличие от систем частотного разделения, все абоненты системы TDMA работают в
одном и том же диапазоне частот, но при этом каждый имеет временные ограничения по
доступу в систему. Каждому абоненту выделяется временной промежуток или таймслот ТС
(Timeslot), в течение которого ему разрешается передача информации. После того, как
один абонент завершает передачу, разрешение дается другому, затем третьему и т.д.
Если обслужены все абоненты, процесс начинается сначала.
◦ Периодически повторяющаяся совокупность пронумерованных таймслотов образуют кадр
или фрейм (Frame) радиоканала системы ССПО.
CDMA - множественный доступ с кодовым разделением
◦ Множественный доступ с кодовым разделением МДКР или CDMA (Code Division Multiple
Access) метод доступа, где множество пользователей могут работать одновременно на
одной частоте или в одном частотном канале. Каналы трафика при таком способе
разделения среды создаются присвоением каждому пользователю специфического кода, с
помощью которого сигнал расширяется по всей полосе выделенного частотного канала. В
данном случае не существует временного разделения, и все абоненты постоянно
используют всю ширину канала, совместно используя один и тот же частотный ресурс.

30. FDMA, TDMA, CDMA

31. Недостатки TDMA

Одним из существенных недостатков TDMA является то, что каждый
пользователь имеет предварительно заданный тайм-слот. Однако
пользователи, переходящие в процессе разговора от одной сотовой ячейки к
другой не имеют возможности сохранять назначенный тайм-слот. Таким
образом, если все тайм-слоты в следующей соте в текущий момент времени
оказываются занятыми, то разговор может быть прерван. Подобным же
образом, если все тайм-слоты в конкретной соте, в которой пользователю
случилось находиться в текущий момент времени, оказываются занятыми,
пользователь не имеет возможности принять звонок.
Другой проблемой, связанной с TDMA, является то, что можно назвать
многоканальным искажением. Сигнал, приходящий с вышки на мобильный
телефон, может поступать с любого из нескольких направлений. До того, как
сигнал достигнет абонента, он может успеть отразиться от нескольких зданий
и объектов, что может вызвать интерференцию - помехи.
Одним из путей предотвращения такой интерференции является задание в
системе ограничений по времени. Система будет принимать, обрабатывать и
передавать сигнал в пределах строго определенного промежутка времени.
После истечения назначенного предела времени система будет игнорировать
сигналы. Однако надо иметь в виду, что все сотовые архитектуры, основаны
ли они на микросотах или макросотах - имеют свой собственный уникальный
набор проблем, влияющих на распространение сигнала.
Недостатки TDMA

32. Общие принципы частотно-территориального планирования

Общие принципы частотнотерриториального планирования
Общее
количество базовых станций,
определяется двумя параметрами:
◦ обеспечение непрерывного радиопокрытия;
◦ обеспечение необходимой пропускной способности.
Группа
сот с различными наборами частот
называется кластером. Определяющим его
параметром является количество
используемых в соседних сотах частот.
Базовые станции, на которых допускается
повторное использование выделенного набора
частот, удалены друг от друга на расстояние
D, называемое "защитным интервалом".

33. Частотно-территориальное планирование

F7
F6
F2
F2
F1
F5
F5
F6
F3
F1
F4
F1
F1
F3
F3
F2
F2
F1
F4
F7
F3
F2
Номиналы частот:
- в диапазоне 800 МГц
Fпрм = 890 +0,2 х n,
где n = 1,2,…, 124
Fпрд = F прм + 45 МГц;
F3
F1
- в диапазоне 1800 МГц
Fпрм = 1710,2 +0,2 х (n – 512) ,
где n = 512, 513,…, 885
Fпрд = F прм + 90 МГц;

34. Параметры, учитываемые при планировании сети

35. Примерные размеры сот

1800 МГЦ
900 МГц
Радиус соты,
км.
Расстояние
между BS, км.
Радиус
соты, км
Расстояние
между BS, км.
2.7
4.0
3.7
5.6
Пригород
5
7.5
8.1
12.2
Открытая
местность
22
33
27
41
Город
Услуга
в Кбит/с
Количество
пользователей
в соте
8 Кбит/с
1735
64 Кбит/с 250
384 Кбит/с 15
• Эти величины являются ориентировочной
мерой оценки необходимого количества BS по
критерию непрерывного покрытия.
• В местах, где предполагается большое
количество абонентов BS необходимо
располагать несколько ближе друг к другу, чем
в местах меньшей концентрации трафика.

36. Зависимость числа базовых станций от используемого частотного диапазона

37.

38. передача управления вызовом или эстафетная передача канала

Основные процедуры ССПР:
передача управления вызовом
или эстафетная передача канала

39. Архитектура системы сотовой связи

PL M N
M SC /
VLR
M A P -E
W AP
G a te w a y
S M -S C
In tern et
W AP
S e rv e r
P S T N (IN )
O M S
X .2 5
O M S
SS № 7
SC P
IS U P
SM P
SS № 7
M A P -H
X .2 5
W M L (W M L S )
IN U P -R
SS № 7
A
M T
S M S -G M S C
S M S -IW M S C
BS S
U m
SS № 7
PC U
SS № 7
M S C /
VLR
PSTN
IS U P
X .2 5
PD N
SS № 7
M A P -D
M A P -C
H LR /
AU C
(X .2 5 )
G s
G f
G r
SS № 7
E IR
G c
G d
G SN
SG SN
G b
PD N
G G S N
G n
G i
( IP , X .2 5 )
G p
G G SN
PL M N
Архитектура системы сотовой связи

40.

AUC
Authentication Center
Центр
аутентификации
подлинности абонента)
(проверки
BSC
Base Station Controller
Контроллер базовых станций
BTS
Base Transceiver Station
Приёмопередающая базовая станция
EIR
Equipment Identity Register
Регистр идентификации оборудования
HLR
Home Location Register
Опорный регистр местоположения
MS
Mobile Station
Мобильная станция
MSC
Mobile services Station Center
Центр коммутации мобильной связи
NMC
Network Management Center
Центр управления сетью
OMC
Operation and Maintenance Center
Центр технического обслуживания
VLR
Visitor Location Register
Визитный регистр

41. Типовой состав оборудования подсистемы базовых станций

Контроллер базовых станций
(BSC): центральный узел,
контролирующий работу
транскодеров и базовых станций.
Транскодер (TRC): транскодер
осуществляет функцию адаптации
скорости. Адаптация скорости
используется для того, чтобы
преобразовывать скорость передачи
информации между радиотрактом и
MSC/VLR. Скорость передачи по
радиотракту - 33.8 кбит/сек, а
скорость передачи информации в
MSC/VLR – 64 кбит/сек.
Базовые станции (RBS): Radio
Base Station являются интерфейсом
между MS и остальными сетевыми
узлами. RBS обеспечивают функции
радиочастотного покрытия,
используя антенные системы.

42. Базовые станции

управляет
распределением
радиоканалов;
контролирует соединения;
обеспечивает режим
работы с прыгающей
частотой;
осуществляет модуляцию и
демодуляцию сигналов;
проводит кодирование и
декодирование сообщений
и речи;
обеспечивает адаптацию
скорости передачи речи и
данных.
Базовые станции

43. Контроллер базовых станций

Управление
соединением
мобильной станции
Управление
радиосетью
Концентрация
Управление
трафика
передачей БС
Транскодирование
и
адаптация скорости
передачи
Дистанционное
управление БС

44. Центр коммутации подвижной связи

обслуживает
группу сот и обеспечивает все виды
соединений, в которых нуждается в процессе
работы подвижная станция;
обеспечивает маршрутизацию вызовов и функции
управления вызовами;
осуществляет эстафетную передачу каналов и
передачу каналов при появлении помех или
неисправностях;
формирует данные, необходимые для выписки
счетов за предоставленные сетью услуги связи;
составляет статистические данные, необходимые
для контроля работы и оптимизации сети;
поддерживает процедуры безопасности,
применяемые для управления доступами к
радиоканалам;
регистрирует местоположение подвижных станций.
Центр коммутации подвижной
связи

45. База данных EIR

содержит
серийные номера абонентских аппаратов
содержит также следующие данные об абонентском
оборудовании сети:
◦ “белый” список, содержащий номера IМЕI, о которых есть
сведения о том, что они закреплены за
санкционированными подвижными станциями;
◦ “черный” список, содержащий номера IМЕI подвижных
станций, которые украдены или которым отказано в
обслуживании по другой причине;
◦ “серый” список, содержащий номера IМЕI подвижных
станций, у которых существуют проблемы, выявленные по
данным программного обеспечения, что не является
основанием для внесения в "черный список".
База данных EIR

46. HLR, VLR, AUC

Регистры
HLR и VLR представляют собой справочную базу данных о
постоянно прописанных в сети абонентах. В ней содержатся
идентификационные номера и адреса, а также параметры подлинности
абонентов, состав услуг связи, специальная информация о маршрутизации.
В них ведется регистрация данных о роуминге абонента, включая данные о
временном идентификационном номере подвижного абонента.
С помощью VLR достигается функционирование подвижной станции за
пределами зоны, контролируемой HLR. VLR содержит такие же данные, как
и HLR, но эти данные содержатся в VLR только до тех пор, пока абонент
находится в зоне, контролируемой VLR.
В центре аутентификации AUC каждый подвижный абонент на время
пользования системой связи получает стандартный модуль подлинности
абонента (SIM), который содержит международный идентификационный
номер (IMSI), свой индивидуальный ключ аутентификации и алгоритм
аутентификации, с помощью которых и с учетом данных регистре EIR,
проверяются полномочия абонента и осуществляется доступ последнего к
сети связи.

47. Критерий выбора сот

Пока
MS находится в состоянии IDLE она постоянно
вычисляет параметр С1. Критерий выбора соты
основывается на соотношении: С1>0.
Данный параметр определяется
как:
C1 A B если B 0
C1 A 0 если B 0,
где
A RXLEV ACCMIN
B CCHPWR P
Параметр
Описание параметра
RXLEV
Уровень принимаемого сигнала MS от BTS (downlink).
Определяется оператором.
ACCMIN
Минимальный уровень принимаемого сигнала MS,
который требуется для доступа MS в систему
(downlink). Определяется оператором.
CCHPWR
Максимальный уровень сигнала, излучаемый MS,
который требуется для доступа к системе (uplink).
Определяется оператором.
P
Максимальный уровень сигнала, излучаемый MS,
соответствующий классу радиотелефона.

48. Перевыбор сот (Cell Reselection)

1.
2.
3.
4.
5.
6.
MS постоянно контролирует все несущие BCCH близлежащих сот,
которые показаны в списке BA, и несущую BCCH обслуживающей
соты, чтобы определить другую более подходящую соту (5
попыток)
Усреднение принятого уровня сигнала выполняется для каждой
несущей для списка BA.
Сообщения системной информации, переданные на несущей BCCH,
читаются один раз за 30 секунд.
MS пытается засинхронизироваться с системой, чтобы каждые 5
минут читать всю информацию, передаваемую по каналу BCCH.
Чтение информации осуществляется по каналам BCCH шести
соседних сот, от которых прием идет с наиболее высоким уровнем
сигнала. Список частот, а следовательно, и сот берется из списка
BA.
MS пытается декодировать параметр BSIC для шести близлежащих
сот, имеющих наиболее высокий уровень несущих (по крайней
мере каждые 30 сек) чтобы подтвердить, что она ещё
контролирует те же самые соты
Перевыбор сот (Cell Reselection)

49. Причины перевыбора соты

1.
2.
3.
4.
5.
Обслуживающая сота становиться запрещённой.
MS обнаруживает, что сигнал в направлении
downlink неудовлетворительный.
Параметр С1 для обслуживающей соты меньше
нуля (С1<0) в течение 5 секунд, это означает,
что потери на трассе слишком большие и для
MS требуется сменить соту.
Значение параметра С2 для близлежащих сот
превышает это же значение для
обслуживающей соты в течение 5 секунд;
MS уже пыталась войти в систему ограниченное
количество раз (определяется оператором).
Причины перевыбора соты

50. Обновление местоположения Normal Location Updating

Последний LAI и TMSI хранятся на SIM-карте
MS отслеживает в широковещательном режиме новый LAI
После обнаружения нового LAI, MS посылает старые LAI и
TMSI на VLR2, при этом VLR2 не знает IMSI
HLR посылает IMSI пользователя на VLR2 и удаляет данные
из VLR1
VLR2 посылает новый TMSI на MS (SIM). Происходит Update
Location

51.

Периодическая регистрация
MS
прослушивает системную
информацию на несущей BCCH.
Периодическая регистрация
контролируется параметром Т3212 в
BSC ( устанавливается командой RLSBC)

52. Требования, предъявляемые к 3G системам третьего поколения

Скорости передачи до 2 Мбит/с
Изменяемая скорость передачи, позволяющая предоставлять ширину
полосы частот по требованию
Мультиплексирование услуг с различными требованиями к качеству
обслуживания для одного соединения, например, передача речи,
видеоинформации и пакетированных данных
Требования по задержке, начиная от уязвимого в отношении задержек
трафика, передаваемого в реальном масштабе времени, и кончая
гибкой передачей пакетированных данных с наилучшим сервисом
Требования к качеству передачи от 10% вероятности появления
ошибок в кадре, до вероятности ошибок по битам, равной 10‾6
Совместимость систем второго и третьего поколения в части
межсистемной эстафетной передачи управления для увеличения зон
охвата и балансирования нагрузки
Поддержка асимметричного трафика по восходящим и нисходящим
каналам передачи, например, просмотр информации Web приводит к
большей нагрузке в нисходящем канале, чем в восходящем
Высокая эффективность использования спектра
Наличие режимов FDD и TDD.
Требования, предъявляемые к
3G системам третьего поколения

53.

Основные стандарты третьего
поколения
IMT 2000
TDMA
С общей
несущей
С множеством
несущих
CDMA
Прямое
расширение
3,84
Мчип/с
С множеством
несущих
3,6864
Мчип/с
TDD
3,84
Мчип/с
1,28
Мчип/с

54. Cтандартизованные радиоинтерфейсы 3G

Показатель
IMT-DS
IMT-MC
IMT-TC
IMT-SC
IMT-FT
Базовая технология
W-CDMA,
UTRA
FDD
cdma2000
UTRA TDD
UWC-136
DECT EP
Метод доступа
DS-CDMA
MC-CDMA
TDMA/CDMA
TDMA
MC-TDMA
Дуплексный разнос
FDD
FDD
TDD
FDD
FDD/TDD
Вид модуляции
QPSK/BPSK/
HPSK
QPSK/BPSK
QPSK/BPSK/HPSK
BOQAM
QOQA
M
GFSK;
p/2-DPSK;
p/4-DPSK;
p/84D8PSK;
Скорость передачи, кбит/с
-
-
-
384, 2048
1152,2304,3456
Чиповая скорость, Мчип/с
3,84
3,6884
3,84
1,288
-
-
Длина кадра, мс
10
5/20
10
10
4,6
10
Глубина перемежения, мс
10/20/40/80
5/20
10/20/40/80
10-130
0/20/40/140/
240
перемежение отсутствует
Число слотов на кадр
15
нет
15
7
6/8/16/64
12/24/48
Длина суперкадра, мс
720
нет
720
720
720/640
160

55.

3G
Эволюция WCDMA

56. 3G Развитие UMTS

R99
Определяет универсальную наземную сеть радио доступа (UTRAN) UMTS
К существующей сети GSM/GPRS добавляется подсистема сети радиосвязи (RNS)
Базовая сеть (CN) - это существующая сеть GSM/GPRS с некоторыми усовершенствованиями
Rel-4
Версия 4 вводит шлюз среды (MGW), сервер центра коммутации подвижной связи (MSC) и шлюз
сигнализации (SGW). Это позволит логически разделять пользовательские данные и информацию
сигнализации в MSC
Проводятся усовершенствования UTRAN, которые включают поддержку высоких скоростей передачи
данных даже в локальных областях, до 2 Мбит/с
Rel-5
Добавляется подсистема IP-мультимедиа (IMS)
Домашний регистр (HLR) заменяется/дополняется сервером собственных ("домашних") абонентов
(HSS)
Вводятся усовершенствования UTRAN, обеспечивающие эффективные услуги мультимедиа на базе
IP в UMTS
Введение IubFlex (обеспечивает контроллеры сети радиосвязи (RNC) для подключения более одного
комплекта Узлов B)
Усовершенствование услуг по определению местоположения (LCS)
Универсальная IP-сеть, в конечном счете, становится реальностью
Версия 5 основана на протоколе IP версии 6 (IPv6)
Планируется версия 6 и выше со следующими особенностями: они касаются областей, подобных
усовершенствованиям IMS, интеграции беспроводных локальных сетей (WLANI), конвергенции
Интернета (касающейся протоколов и услуг), широковещательных/многоадресных мультимедийных
услуг (MBMS) и эволюции в сети только в пределах области пакетной коммутации (PS).
3G
Развитие UMTS

57. 3G Архитектура UTRAN

Uu
Iu
CS
Узел В
RNC
USIM
Узел В
Cu
ME
Iub
MSC/
VLR
GMSC
HLR
Iur
PS
Узел В
RNC
SGSN
GGSN
Узел В
UE
3G
PLMN, PSTN,
ISDN, etc.
UTRAN
CN
Internet
Внешние сети
Архитектура UTRAN

58. Архитектура системы UMTS

58

59. Архитектура сети и интерфейсы UMTS

Мобильная телефонная станция, в системе UMTS она называется UE (User
Equipment);
базовая телефонная станция (по терминологии UMTS — узел B);
контроллер базовой станции (BSC) и центр коммутации мобильной связи (MSC).
В
системе
WCDMA
вместо
термина
“BSC"
применяется
термин
"контроллер управления радиосетью" (RNC — Radio Network Controller).
UE и UTRAN (сеть наземного доступа UMTS) работают в соответствии с полностью
новыми протоколами, построение которых основано на потребностях новой
технологии радиосвязи WCDMA. И наоборот, построение основной сети CN — Core
Network — повторяет GSM.
По своим функциям сеть состоит из сети наземного радиодоступа (UTRAN
— UMTS Terrestrial RAN), которая оперирует всеми функциями, относящимися к
радиосвязи, и базовой сети (CN — Core Network). Они обеспечивают коммутацию
и маршрутизацию вызовов и каналы передачи данных во внешние сети.
Другим способом группирования элементов сети UMTS служит деление их на
подсети. Система UMTS является модульной в том смысле, что она может иметь
несколько элементов сети одного и того же типа. В принципе, минимальным
требованием для того, чтобы сеть работала и обеспечивала все свои
функциональные возможности, является наличие по крайней мере одного
логического
элемента
сети
каждого
типа.
Такая сеть называется UMTS PLMN (наземная
мобильная сеть общего
пользования). Обычно одна PLMN эксплуатируется одним оператором и может
соединяться с другими PLMN так же, как и с другими типами сетей,
например, ISDN, PSTN, Интернет(TCP/IP) и т. д.
59

60. Пользовательское оборудование (UE)

Пользовательское оборудование (UE) включает две части:
подвижное оборудование (UE) — радиотерминал, используемый для радиосвязи через интерфейс
Uu;
модуль
идентификации абонента UMTS-SIM (USIM- UMTS - Subscriber Identification Module),
представляющий собой интеллектуальную плату, которая аналогично SIM-карте служит
идентификатором абонента, выполняет алгоритм аутентификации и шифрования и содержит
некоторые данные об услугах, которыми имеет право пользоваться абонент, необходимые при
работе с терминалом.
Мобильная станция должна быть рассчитана на поддержку всех видов услуг сети третьего поколения.
Она должна обеспечивать:
передачу речи с принятым для системы набором скоростей;
услуги службы видео — видеоконференции и приложения видеотелефонии, как основанные
на коммутации каналов (от установок ISDN), так и использующие передачу пакетов (TCP/IP);
услуги сети Интернет со скоростями до 473,6 Кбит/с при работе в обычном режиме и в режиме
best effort (с максимально возможной скоростью);
удаленный доступ к корпоративным локальным сетям с передачей для работы с файловыми
серверами, базами данных приложений, для совместной работы;
приложения электронной почты.
UTRAN состоит из двух элементов:
Базовая станция (по терминологии 3GPP — узел B) преобразует поток данных между интерфейсами
Iub и Uu. Она также участвует в управлении радиоресурсами. Базовая телефонная станция должна
обеспечить пропускную способность базовых и управляющих каналов для поддержания этих служб;
Контроллер базовой станции (по терминологии 3GPP — контроллер радиосети — RNC) обеспечивает
интерфейсы со станциями с коммутацией каналов — I-CS или пакетной коммутацией I-PS.
60

61. UMTS Re’5

3G

62. 3G

Архитектура универсальной наземной сети радио доступа (UTRAN)
Для UMTS R99 была введена новая сеть радио доступа UTRAN. Сеть
UTRAN основана на технологии WCDMA
Сеть UTRAN подключается к базовой сети GSM Этап 2+ через интерфейс
Iu; интерфейс между UTRAN и доменом PS базовой сети (Iu-PS)
используется для передачи данных методом коммутации пакетов, а
интерфейс между UTRAN и доменом CS базовой сети (Iu-CS)
используется для передачи данных методом коммутации каналов.
Фактически существует третий домен - домен широковещательной
передачи (BC), который может использоваться для трансляции
короткого сообщения в заданной географической зоне ("зона
обслуживания", состоящая из одной или более ячеек).
Подсистема сети радиосвязи (RNS)
Сеть UTRAN включает в себя одну или более RNS, подключаемых к CN
через интерфейсы Iu. Каждая RNS состоит из контроллера сети
радиосвязи (RNC) и одного или более Узлов B (Node B). Узлы B
подключаются к RNC через интерфейс Iub. Узлы B обеспечивают радио
доступ (т.е. антенны) к сети. Контроллеры RNC каждого RNS могут
взаимодействовать через интерфейс Iur.
3G

63. 3G

64. Основные различия между воздушными интерфейсами WCDMA и GSM

WCDMA
Разнесение несущих
5 МГц
Коэффициент
повторного
1
использования частоты
Частота
управления
1500 Гц
мощностью
Управление качеством
Алгоритмы
управления
радиоресурсами
Разнесение частот
Ширина полосы 5 МГц
обеспечивает
борьбу
с
многолучевостью
Пакетированные данные
Планирование
передачи
пакетов в зависимости от
нагрузки
Разнесение
(асимметрия) Обеспечивается
для
при
передаче
для повышения
пропускной
нисходящего канала
способности
нисходящего
канала
GSM
200 КГц
1-18
2 Гц или ниже
Частотно-территориальное
Скачкообразная перестройка
частоты
Стандартом
предусматривается,
может применяться
Основные различия между воздушными
интерфейсами WCDMA и GSM
не
но

65. Сравнение основных параметров UTRA FDD и TDD на физическом уровне

. на физическом уровне
Сравнение основных параметров UTRA FDD и TDD
UTRA TDD
UTRA FDD
Метод множественного доступа
TDMA, CDMA
(присущий FDMA)
CDMA
(присущий FDMA)
Дуплексный метод
TDD
FDD
Разнесение каналов
5 МГц (номинальное)
Скорость передачи чипов на несущей
3,84 Мчип/с
Структура временного слота
15 слотов/фрейм
Длина фрейма
10 мс
Концепция множества скоростей
Мультикод, мультислот и переменный коэффициент расширения
спектра в ортогональной системе (OVSF)
Коды с прямым исправлением
ошибок (FEC)
Сверточное кодирование R = 1/2 или 1/3. Ограниченная длина К = 9, турбокодирование (8 состояний,
параллельный усеченный сверточный кодер, R = 1/3) или кодирование, связанное с услугами
Перемежение
Перемежение между фреймами (10, 20, 40 и 80 мс)
Модуляция
QPSK
Типы пакетов
Три типа: информационные пакеты, пакеты с произвольной
выборкой и пакеты синхронизации
Не классифицируются
Обнаружение
Когерентное, основанное на мидамбуле
Когерентное, основанное на
пилот-символах
Управление мощностью выделенного
канала
Восходящий канал:
открытый контур; 100 Гц или 200 Гц
Нисходящий канал:
замкнутый контур; скорость 800 Гц
Быстрое, замкнутый контур;
1500 Гц
Внутричастотный хэндовер
Жесткий хэндовер
Мягкий хэндовер
Межчастотный хэндовер
Распределение каналов
Коэффициенты расширения спектра
Мультикод и OVSF
Жесткий хэндовер
Медленное и быстрое динамическое назначение каалов (DCA)
1…16
DCA не требуется
4…512

66. 5G

1)
Массивные MIMO
Технология MIMO означает использование нескольких антенн на приемопередатчиках. Технология, успешно
применяемая в сетях четвертого поколения, найдет применение и в сетях 5G. При этом если в 2014 году в сетях
используется MIMO 2x2, то в будущем число антенн должно увеличиться. Эта технология имеет сразу два весомых
аргумента для применения: скорость передачи данных возрастает практически пропорционально количеству
антенн, при этом качество сигнала улучшается за счет приема сигнала сразу несколькими антеннами.
2)
Переход в сантиметровый и миллиметровый диапазоны
На данный момент сети LTE работают в частотных диапазонах ниже 3 ГГц и считается, что переход в более
высокие диапазоны будет совершен лишь в стандарте 5G. При повышении частоты, на которой передается
информация, уменьшается дальность связи. Однако считается, что базовые станции сетей пятого поколения будут
располагаться плотнее, чем сейчас, что вызвано необходимостью создать гораздо бОльшую емкость сети.
Преимуществом диапазонов десятков ГГц является наличие большого количества свободного спектра.
3)
Мультитехнологичность
Для обеспечения высококачественного обслуживания в сетях 5G необходима поддержка как уже
существующих стандартов, таких как UMTS, GSM, LTE, так и других, например, Wi-Fi. Базовые станции,
работающие по технологии Wi-Fi могут использоваться для разгрузки трафика в особо загруженных местах.
4)
D2D (Device-to-device)
Технология device-to-device позволяет устройствам, находящимся неподалеку друг от друга, обмениваться
данными напрямую, без участия сети 5G, через ядро которой будет проходить лишь сигнальный трафик.
Преимуществом такой технологии является возможность переноса передачи данных в нелицензируемую часть
спектра, что позволит дополнительно разгружать сеть.
5G

67.

Методы
определения местоположения в
системах подвижной связи

68. СПРАВОЧНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

69.

Частоты 3G в России:
Частоты 3G для всех регионов России одинаковые: Uplink 1920 – 1980 МГц и Downlink 2110 – 2170 М
Частоты репитеров:
Если Вам нужна только голосовая связь, то выбирайте репитеры GSM с частотами 900 МГц или DCS 1800 МГц. Если нужен и интернет, то
частота репитера должна совпадать с частотами 3G/UMTS.
Диапазон частот GSM:
GSM 900: uplink 890-915 МГц, downlink 935-960 МГц. Существует дополнительный диапазон частот GSM, так называемый E-GSM – это
дополнительные 10 МГц. E-GSM: uplink 880-890 МГц, downlink 925-935 МГц.
Всего 124 канала в GSM900. В каждой области России частоты GSM распределяются между сотовыми операторами индивидуально.
Частоты GSM 1800:
Стандарт GSM 1800 правильнее называть DCS1800. Его частоты - Uplink 1710-1785 МГц и Downlink 1805-1880 МГц.
Частота 3G МТС:
Uplink 1950 – 1965 МГц и Downlink 2140 – 2155 МГц. МТС как и другие сотовые операторы в 3G диапазоне имеет ширину 15 МГц.
3G мегафон частоты:
Мегафон в диапазоне 3G/UMTS работает на частотах: Uplink 1935 – 1950 МГц и Downlink 2125 – 2140 МГц
На какой частоте работает 3G:
3G работает на частотах UMTS - Uplink 1920 – 1980 МГц и Downlink 2110 – 2170 МГц. Например, сотовый оператор Билайн в Московском
регионе тестирует свой 3G в частотном диапазоне GSM900.
Гц
Частоты 3G модемов:
Как правило, все модемы 3G работают на частотах 3G/UMTS: Uplink 1920 – 1980 МГц и Downlink 2110 – 2170 МГц., и поддерживают
частоты сетей 2G, то есть GSM900: uplink 890-915 МГц, downlink 935-960 МГц и DCS 1800 (он же GSM1800) Uplink 1710-1785 МГц и
Downlink 1805-1880 МГц.
Диапазон частот 3G:
3G – в России это CDMA450 (Скайлинк) и UMTS 2100. Частотный диапазон UMTS: Uplink 1920 – 1980 МГц и Downlink 2110 – 2170 МГц, a
CDMA450 - uplink 453-457.5 МГц и downlink 463-467.5 МГц
Частота Скайлинк:
Существующая сеть CDMA450 - uplink 453-457.5 МГц и downlink 463-467.5 МГц. В Сентябре 2010 года Скайлинк получил лицензию на
частоты 2100, а именно 1920 – 1935 МГц и Downlink 2110 – 2125 МГц.

70. Сравнительные характеристики цифровых стандартов

Характеристика
GSM (DCS 1800)
D-AMPS (ADC)
JDC
CDMA
Метод доступа
TDMA
TDMA
TDMA
CDMA
Число речевых каналов на несущую
8(16)
3
3
32
Рабочий диапазон частот, МГц
935-960 890-915
(1710-1785)
(1805-1880)
824-840 869-894
810-826 940956 14291441
1447-1489
1501-1513
824-840 869894
Разнос каналов, кГц
200
30
25
1250
Эквивалентная полоса частот на один
разговорный канал, кГц
25(12.5)
10
8.3
-
Вид модуляции
0.3 GMSK
п/4 DQPSK
п/4 DQPSK
QPSK
Скорость передачи информации, кбит/с
270
48
42
57.6
Скорость преобразования речи, кбит/с
13(6.5)
8
11.2(5.6)
9.6
Алгоритм преобразования речи
RPE-LTR
VSELP
VSELP
-
Радиус соты, км
0.5-35.0
0.5-20.0
0.5-20.0
0.5-25.0

71. 2G GSM

72. Распределение частот GSM

один дуплексный
частотный канал
200 кГц - ширина полосы
частотного канала
890
+
...
16 кГц
защитная полоса
25 МГц
полоса частот
от ПС к БС
915
...
935
...
960
f
МГц
25 МГц
от БС к ПС
45 МГц
расстояние между прямым и
обратным каналом
25000 кГц : 216 кГц = 124 частотных канала

73. Основные характеристики стандарта GSM

Метод множественного доступа
TDMA
Частоты передачи подвижной станции приема базовой
станции, МГц
890-915
Частоты приема подвижной станции и передачи базовой
станции, МГц
935-960
Дуплексный разнос частот приема и передачи, МГц
Скорость передачи сообщений в радиоканале, кбит/с
Скорость преобразования речевого кодека, кбит/с
Максимальное количество каналов связи
Максимальное количество каналов, организуемых в
базовой станции
Вид модуляции
Вид речевого кодека
Максимальный радиус соты, км
45
270,833
13
124
16-20
GMSK
RPE/LTP
35

74. Услуги стандарта GSM

Услуги телефонии (телеф