Скачать презентацию Кафедра Радиопередающих устройств и средств подвижной связи СИСТЕМЫ
СМС_магистры.pptx
- Количество слайдов: 65
Кафедра «Радиопередающих устройств и средств подвижной связи» СИСТЕМЫ РАДИОДОСТУПА Никитина А. В.
Список литературы 1. 2. 3. 4. 5. Бабков В. Ю. , Цикин И. А. Сотовые системы мобильной радиосвязи: учеб. пособие – СПб. : Изд-во Политехн. ун-та, 2011. Бабков В. Ю. , Никитина А. В. Методические указания к лабораторным и практическим занятиям по дисциплине «Системы связи с подвижными объектами" GPRS-технология пакетной передачи данных в сетях GSM / М. А. Кузнецов и др. СПб. : Судостроение, 2002. UMTS. Стандарт сотовой связи третьего поколения: Учебное пособие для вузов/ Волков А. Н. , Рыжков А. Е. , Сиверс М. А. СПб. : Издательство «Линk» , 2008. Кузнецов М. А. , Рыжков А. Е. Современные технологии и стандарты подвижной связи / – СПб. : Линk, 2008.
РЕСУРСЫ СЕТИ ИНТЕРНЕТ http: //www. netmonitor. ru/ http: //www. femtoclub. ru/ http: //www. gsmforum. ru http: //www. 3 gpp. org/ http: //www. 3 gpp 2. org/ http: //electronix. ru/
Классификация систем связи с подвижными объектами q Назначение системы и размер зоны радиопокрытия § Транкинговые системы связи (ТСС); § Системы персонального радиовызова (СПРВ); § Системы персональной спутниковой связи (СПСС); § Сотовые системы мобильной связи (ССМС). q Метод множественного доступа § Множественный доступ с частотным разделением каналов (МДЧР или FDMA - frequency division multiple access); § Множественный доступ с временным разделением каналов (МДВР или TDMA - time division multiple access); § Множественный доступ с кодовым разделением каналов (МДКР или CDMA - code division multiple access). q Схема дуплексирования каналов радиолинии § Симплекс (поочередная передача от абонента к базовой станции и обратно); § Дуплекс - одновременная передача и прием в каждом из двух направлений.
Стандарты мобильной связи • 1 поколение NMT, AMPS • 2 поколение DAMPS, GSM (GPRS, EDGE) • 3 поколение UMTS(HSPA), CDMA-2000 (EV-DO) • 4 поколение Wi. Max, LTE
GSM
Характеристики стандарта GSM Характеристика Значение GSM-900 GSM-1800 Частоты передачи подвижной станции и приема базовой станции, МГц 890 -915 1710 -1785 Частоты приема подвижной станции и передачи базовой станции, МГц 935 -960 1805 -1880 Дуплексный разнос частот приема и передачи, МГц 45 95 Максимальное количество каналов связи 124 374 Скорость преобразования речевого кодека, кбит/с 13 Ширина полосы канала связи, к. Гц 200 Скорость передачи сообщений в радиоканале, кбит/с Вид модуляции Индекс модуляции ВТ Ширина полосы предмодуляционного гауссовского фильтра, к. Гц Количество скачков по частоте в секунду Схема организации каналов Временное разнесение в интервалах ТDМА кадра (передача/прием) для подвижной станции Максимальный радиус соты, км Требуемое отношение С/П, д. Б 270, 833 GMSK 0, 3 81, 2 217 TDMA/FDMA 2 до 35 9
Диапазоны частот GSM 900 890 -915 MS и приема BS, GSM 1800 Частоты передачи GSM-R E-GSM 1900 1710 - 1850 -1910 876 -880 880 -915 1930 -1990 921 -925 925 -960 80 45 45 1785 МГц Частоты приема 935 -960 MS и передачи BS, 18051880 МГц Дуплексный разнос частот приема и передачи, МГц 45 95
Кодеки GSM Тип кодека Скорость кодирования речи, кбит/с Алгоритм предсказания GSM FR 13. 0 LTP GSM HR 5. 6 VSELP GSM EFR 12. 2 ACELP FR AMR 10. 2 или 12. 2 HR AMR MR-ACELP 4. 75, 5. 15, 5. 90, 6. 70, 7. 40, 7. 95 MR-ACELP FR (Full Rate) – полноскоростной HR (Half Rate) – полускоростной EFR (Enhanced FR) – улучшеннный FR AMR(Adaptive Multi Rate) – адаптивный мультискоростной
Архитектура сети GSM Base Station Subsystem Network subsystem BTS – Base Transceiver Station MSC– Mobile Switching Center BSC – Base Station Controller VLR – Visit Location Register TCE – Transcoder Equipment HLR – Home Location Register AUC– Authentication Center EIR – Equipment Identity Register Operation subsystem ОМС – Operations and Maintenance Center NMS – Network Management Center ADC – Administration Center
Функции BTS • передача сигналов к абонентским станциям, • прием радиосигналов абонентских станций, • связь с контроллером базовых станций по каналам цифровой связи, • кодирование и декодирование сигналов, • шифрация и дешифрация сигналов. Функции BSC • распределяет канальный ресурс, (назначает радиоканалы MS и выделяет каналы для передачи сигналов управления); • коммутирует каналы к MS через соответствующие BTS; • организует эстафетную передачу (handover); • управляет мощностью и корректирует временную синхронизацию (время упреждения) MS, находящихся в зоне его действия, • управляет сигнализацией на радиолиниях, • осуществляет сбор и передачу телеметрии в • подсистему управления и обслуживания.
Функции TRAU (Transcoder and Rate Adaptation Unit) Транскодирование - преобразование информации ИКМ (АЦП) в кодированную информацию стандарта GSM. Адаптация по скорости - преобразование информации, приходящей из MSC/VLR со скоростью 64 кбит/сек, в информацию, передаваемую в BSC со скоростью 16 кбит/сек. (для FR) 16 кбит =13 кбит трафика + 3 кбит сигнальной информации. В одном временном интервале передается информация четырех источников нагрузки: 64 / 16 = 4 кбит/сек. *Общий пул, поддержка DTX
Функции MSC • связь с другими сетями передачи информации, непосредственно или через шлюзовой коммутатор GMSC, • коммутация вызовов абонентов подвижной связи, находящихся в сотах, обслуживаемых данным MSC, • обработка потоков данных для передачи по каналам подвижной связи, • отслеживание перемещений (локализацию) абонентов, находящихся в зоне действия MSC (совместно с VLR), • сбор информации об оказанных абонентам услугах и передача ее в биллинговый центр, • управление подсистемами базовых станций, • сбор и передачу телеметрии в подсистему управления и обслуживания. Адресный регистр HLR представляет базу данных обо всех абонентах данного оператора, независимо от их местоположения. Визитный регистр VLR – это база данных об абонентах находящихся в зоне обслуживания данного MSC/VLR (при этом не имеет значения, принадлежат ли абоненты к данной сети, или являются гостями – роумерами).
Номер мобильной станции (MSISDN) • • • CC (Country Code) - код страны NDC (National Destination Code) - национальный код пункта назначения SN (Subscriber Number) – номер абонента * Максимальная длина составляет 15 цифр, префиксы (+7) не включаются.
Интернациональный идентификатор мобильного абонента (IMSI) • • • MCC (Mobile Country Code) - код мобильной связи для страны MNC (Mobile Network Code) – код сети мобильной связи MSIN (Mobile Station Identification Number) – идентификационный номер MS * Максимальная длина IMSI составляет 15 цифр. ** IMSI хранится в SIM, в HLR и в обслуживающем VLR. *** Во время сеанса связи заменяется временным номером TMSI
Идентификационный номер оборудования MS (IMEI) International Mobile Equipment Identity (IMEI) используется для уникальной идентификации мобильного оборудования в сети. Данный код используется в процедурах обеспечения безопасности связи для идентификации украденного оборудования и предотвращения неавторизованного доступа в сеть. Согласно спецификациям GSM длина IMEI составляет 15 цифр: • TAC (Type Approval Code) - код утвержденного типового образца. • FAC (Final Assembly Code) - код окончательно собранного изделия, присваивает производитель. • SNR (Serial Number) - индивидуальный серийный номер. Идентифицирует полностью все оборудование с учетом кодов TAC и FAC • Spare - свободные цифры. Зарезервированы для будущего использования. Когда данный код передается в MS, значение данного кода должно быть всегда « 0» .
Физический канал GSM FI (n) = 890, 2 + 0, 2 (n-1), МГц; Fu (n) = FI (n) + 45, МГц; 1 < n < 124 (для GSM-900).
Принцип Frequency Hopping (медленные скачки по частоте) Скорость скачков - 217 раз в секунду Mobile Allocation Index Offset (MAOI) – это число, которое показывает, с какой частоты в данном секторе начинаются скачки по частоте. Hopping Sequence Number (порядковый номер скачков) – определяет порядок, в котором позволено производить скачки по частоте из листа разрешенных частот. Принимает значения от 0 до 63, ( 0 –циклические скачки, 1 – 63 – случайные последовательности перескоков).
Структура кадра
Классификация логических каналов GSM Логические каналы Каналы трафика TCH (Traffic Channel) • TCH/FS (Full Rate Traffic Channel for Speech) • TCH/HS (Half Rate Traffic Channel for Speech) Каналы управления CCH (Control Channel) • ВССН (Broadcast Control Channels) • СССН (Common Control Channels) • DССН (Dedicated Control Channels)
Логические каналы GSM ВССН (Broadcast Control Channels) – широковещательные каналы передачи сигналов управления; СССН (Common Control Channels) - общие каналы управления; DССН (Dedicated Control Channels) - выделенные каналы управления;
ВССН FCCH (Frequency Correction Channel) - канал подстройки частоты, который используется для синхронизации несущей в подвижной станции. По этому каналу передается немодулированная несущая с фиксированным частотным сдвигом относительно номинального значения частоты канала связи; SCH (Synchronization Channel) - канал синхронизации, по которому передается информация на подвижную станцию о кадровой (временной) синхронизации: ВССН (Broadcast Control Channel) - канал управления передачей, обеспечивает передачу основных команд MS в режиме ожидания (IDLE) (1. Описание каналов соты. Параметры, отвечающие за контроль доступа по RACH каналу; 2. Описание соседних сот. Разрешенные NCC. Параметры, отвечающие за контроль доступа по RACH каналу; 2 ter. Дополнительная информация для многодиапазонной сети. Описание соседних сот (в других диапазонах); 3. Идентификация географической зоны (LAC). Идентификатор соты (Cell. ID) Описание каналов управления. Опции соты. Параметры выбора соты. ).
СССН РСН (Paging Channel) - канал вызова, используется только в направлении от базовой станции к подвижной для ее вызова; RACH (Random Access Channel) - канал случайного доступа, используется только в направлении от подвижной станции к базовой для запроса о назначении индивидуального канала управления; AGCH (Access Grant Channel) - канал разрешенного доступа, используется только для передачи с базовой станции на подвижную (для выделения специального канала управления, обеспечивающего прямой доступ к каналу связи).
DССН SDCCH(Stand-alone Dedicated Control Channel)- индивидуальный канал управления (SDCCH/4 состоит из четырех подканалов, SDCCH/8 - из восьми) SACH FACH
Интервал доступа (Access Burst)
Структура мультикадров
Процедура хэндовера • Хэндовер при ухудшении качества связи (хэндовер спасения). • Хэндовер для минимизации потребляемой MS мощности (хэндовер бюджета мощности). • Хэндовер перераспределения нагрузки между соседними сотами (хэндовер перегрузки). • Хэндовер в сетях с многослойной архитектурой сот.
Хэндовер спасения Причины: • уменьшение уровня сигнала • наличие ошибок в радиоканале • интерференция (удаление от передатчика, наличие помех, многолучевость)
Этапы хэндовера 1. MS и BTS проводят измерения уровня напряженности поля и коэффициента ошибок в восходящем и нисходящем каналах и передают эти измерения BSC. 2. BSC предварительно обрабатывает результаты измерений, укрупняет, усредняет и взвешивает их. 3. BSC сравнивает обработанные результаты измерений со значениями параметров хэндовера и принимает решение о его необходимости. 4. BSC формирует список сот-кандидатов на хэндовер и выбирает из этого списка лучшую соту, которой и будет передан вызов.
Измерения в сети GSM MS • уровень принимаемого сигнала обслуживающей соты (RXLEV_DL – LEVel of Received signal in Down. Link ), • параметр качества принимаемого сигнала обслуживающей соты (RXQUAL_DL – QUALity of Received signal in Down. Link), • уровни принимаемых сигналов сот-соседей (RXLEV_NCELL(n) – LEVel of Received signal from Neighbouring CELL). BTS • уровень принимаемого сигнала на линии вверх (RXLEV_UL - LEVel of Received signal in Up. Link), • параметр качества принимаемого сигнала на линии вверх (RXQUAL_UL - QUALity of Received signal in Up. Link), • расстояние от BTS до MS (DISTANCE) , • уровень аддитивных помех (интерференции) на незанятых каналах.
Кодирование уровня принимаемого сигнала Значение Уровень принимаемого RXLEV сигнала в д. Бм 0 менее – 110 1 – 110. . – 109 2 – 109. . – 108 … … 62 – 49. . – 48 63 более – 48 Абсолютная точность оценки 4 д. Бм в диапазоне от – 110 до – 70 д. Бм при нормальных условиях 6 д. Бм во всем диапазоне как при нормальных, так и при экстремальных условиях.
Кодирование качества принимаемого сигнала Значение RXQUAL Значение BER, % Принимаемое значение BER, % 0 менее 0. 2 0. 14 1 0. 2 – 0. 4 0. 28 2 0. 4 – 0. 8 0. 57 3 0. 8 – 1. 6 1. 13 4 5 1. 6 – 3. 2 – 6. 4 2. 26 4. 53 6 6. 4 – 12. 8 9. 05 7 более 12. 8 18. 1 Качество принимаемого сигнала оценивают на основании среднего значения коэффициента ошибок (BER – Bit Error Rate) перед канальным декодированием.
Влияние величины окна усреднения Window. Size на обработку результатов измерений Window. Size = 1. . 32
Процедура управления мощностью pwr. Control. Interval = 0. . 30 с – интервал между измерениями pwr(Incr/Red)Step. Size = 2, 4, 6 д. Б – шаг изменения мощности Для изменения мощности в ту или иную сторону необходимо, чтобы из Nx (1. . 32) усредненных значений результатов измерений, Px (1. . 32) отсчетов удовлетворяли требованиям изменения мощности. (Px
Процедура управления мощностью НОРМАЛЬНЫЙ РЕЖИМ 2) Мощность будет уменьшена на pwr. Red. Step. Size, если AV_RXLEV_UL/DL_PC > pc. Upper. Thresholds. Lev. UL/DL, , AV_RXQUAL_UL/DL_PC < pc. Upper. Thresholds. Qual. UL/DL, AV_RXLEV_UL/DL_PC > pc. Lower. Thresholds. Lev. UL/DL + + pwr. Red. Step. Size + 6 d. B, (2´) (2´´) (3) pc. Upper. Thresholds. Lev. UL/DL ( -110. . -47 д. Бм ) - верхний порог сравнения уровня принимаемого сигнала в восходящем/нисходящем направлении, д. Бм, pc. Upper. Thresholds. Qual. UL/DL ( <0. 2%. . >12. 8% BER ) - верхний порог сравнения параметра качества в восходящем/нисходящем направлении.
Экстренный режим Мощность передатчика MS будет повышена до максимума, если выполняется неравенство (4´): AV_RXLEV_UL_PC < MS_TXPWR - ms. Tx. Pwr. Max + + pc. Lower. Thresholds. Lev. UL, (4’) MS_TXPWR – текущая мощность MS, д. Бм Ms. Tx. Pwr. Max – максимальная мощность MS, д. Бм. Мощность передатчика BTS будет повышена до максимума, если выполняется неравенство (4´´): AV_RXLEV_DL_PC < BS_TXPWR - bs. Tx. Pwr. Max + + pc. Lower. Thresholds. DL, BS_TXPWR – текущая мощность BTS, д. Бм, bs. Tx. Pwr. Max – максимальная мощность BTS, д. Бм. (4´´)
ТЕХНОЛОГИЯ GPRS
Логическая структура сети GSM/GPRS
Структура туннельного протокола Уровни Физический - L 1 Соединения: • L 2 (например, АТМ) • TCP(UDP)/IP • GTP – туннельный протокол (GPRS Tunnelling Protocol).
Активизация PDP контекста HLRRRR R 2 A AP Po MS SS BTS BSC GPRS SGSN магистраль Internet GGSN N Intranet 1 3 5 DNS 4
ЧАСТОТНО-ТЕРРИТОРИАЛЬНОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ СЕТЕЙ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ (ЧТП) Цель: Обеспечить требуемое качество связи в зоне обслуживания с минимальными затратами частотного и аппаратурного ресурсов.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ЧТП 1. Характеристики абонентской нагрузки – – – Число абонентов Типы трафика (речь, данные) Распределение абонентов по зоне обслуживания 2. Выделенный частотный ресурс (условия лицензии)
ПОРЯДОК ПОЛУЧЕНИЯ РАЗРЕШЕНИЯ НА ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЧАСТОТ ДЛЯ РЭС СУХОПУТНОЙ ПОДВИЖНОЙ СЛУЖБЫ
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ЧТП 3. Характеристики зоны обслуживания • • Площадь зоны обслуживания Цифровая карта местности 1: 25 000, 1: 5000 (рельеф, водные объекты, растительность, застройка)
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ЧТП 4. Параметры оборудования Мощность передатчиков (БС GSM 40 Вт, UMTS 20(60) Вт ; АС GSM 2(1) Вт, UMTS 125 м. Вт ) Чувствительность приемников Потери в трактах передачи и приема ДН, коэффициент усиления, высота подвеса антенны
Повторное использование частот в сетях мобильной связи Сеть регулярной структуры (кластеры 3× 9, 4 х12, 7 х21) Требуемое отношение С/П в сети GSM = 9 д. Б
Расчет абонентской нагрузки на сеть (голос) Средняя нагрузка от одного абонента в ЧНН в сети GSM = 0, 03 Эрл
Расчет абонентской нагрузки Число частотных каналов Число физических каналов Используют под каналы управления Число каналов трафика 1 8 1 2 16 2 3 24 2 4 32 3 5 40 3 - 4 7 14 22 29 36 -37 Число частот в соте Число частот в сети: 1 2 3 4 кластер 3/9, 9 18 27 36 12 2, 935 147 24 8, 2 410 36 14, 9 745 48 21, 04 1052 кластер 4/12, Трафик в соте, Асот Число абонентов в соте, Мсот
Алгоритм частотного планирования с использованием САПР «One. Plan RPLS XML»
АРХИТЕКТУРА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ ЧТП
UMTS
Принцип CDMA m = 8 (на практике 4. . . 256) c 1(t) v(t) = u(t) x c 1(t) uпр(t) = v(t) x c 1(t) = u(t) c 2(t) u'пр(t) = v(t) x c 2(t) c 3(t) u''пр(t) = v(t) x c 3(t)
Функции Уолша
Функция корреляции m-последовательности
Спектр сигнала на входе приемника BTS Сложение сигналов на приемнике базовой станции
Принцип построения Rake приемника
Характеристики каналообразующих и скремблирующих кодов в системе UMTS Каналообразующие коды Скремблирующие коды Назначение Вверх. Разделение каналов данных и управления одного UE. Вниз. Разделение каналов различных пользователей. Вверх. Разделение UE. Вниз. Разделение секторов (сот). Длина Вверх. 2 – 256 чипов. Вниз. 4 – 512 чипов. Вверх. 38400 (10 мс) или 256 (0, 667 мс) чипов. 256 чипов применяют, когда на BS стоят приемники с оптимальной обработкой. Вниз. 38400 чипов. Число кодов SF (коэффициент расширения с одним скремблирующим кодом. Вверх. Несколько миллионов. Вниз. 512 16 Тип кода Ортогональный с переменным коэффициентом расширения. Длинные: коды Голда. Короткие: расширенное семейство S(2).
Частотные диапазоны UMTS GSM-1800 (вниз) DECT UTRA TDD UTRA FDD (вверх) MSS (вверх) UTRA TDD 1805 1880 1900 1920 UTRA FDD (вниз) 1980 MSS (вниз) 2110 2170 2200 “Вверх” Диапазон 2010 “Вниз” Tx – Rx частотное разнесение F, МГц Номер канала I 1920 - 1980 9612 - 9888 2110 - 2170 10562 - 10838 190 II 1850 - 1910 9262 - 9538 1930 - 1990 9662 - 9938 80 III 1710 - 1785 8562 - 8913 1805 - 1880 9037 - 9388 95 IV 1710 - 1755 8562 - 8763 2110 - 2155 10562 - 10763 400 V 824 - 849 4132 - 4233 869 - 894 4357 - 4458 45 VI 830 - 840 4162 - 4188 875 - 885 4387 - 4413 45 Nu = 5 FUL - номер канала вверх Nd = 5 FDL - номер канала вниз. 2025
Требование к отношению сигнал/помеха
Архитектура интегральной сети GSM/UMTS
Временные характеристики UTRA-FDD