Мобильная связь плотно вошла в нашу повседневную жизнь. Мобильный телефон есть у всех от мала до велика, будь-то первоклассник или же пенсионер - все имеют при себе хотя бы простенькую нокию.
Но понимание о том, как работает мобильная связь, и что представляет из себя мобильный оператор изнутри знают немного. В основном познания ограничивается только тем, что человек может видеть "снаружи" - приемо-передающая аппаратура, именуемая базовой станцией. Но о том оборудовании, которое скрыто в машинных залах мобильного оператора, знают немногие.
Как устроена мобильная связь стандарта GSM?
Схему сети стандарта GSM можно разделить на две основные части:
- Подсистема базовых станций (англ. BSS - Base Station Subsystem).
- Подсистема коммутации (англ. Network switching subsystem).
Подсистема базовых станций, или же просто - радиосеть, отвечает за организацию радиопокрытия на той территории, которую обслуживает оператор мобильной связи, и в нее входят такие элементы сети, как BTS (Base Transceiver Station) - базовая станция, BSC(Base Station Controller) -котролер базовых станций, TRAU (Transcoding Rate Adapter Unit) - транскодер.
Что представляет из себя базовая станция (BTS)?
Базовая станция, BTS - это совокупность оборудования одного оператора, установленного на одной площадке и предназначенного для непосредственной связи сети оператора мобильной связи с мобильными терминалами абонентов. BTS - это тот элемент сети, который чаще всего можно обнаружить на крышах зданий, трубах котельных, телевизионных антенных и других возвышающихся местах. Если быть точнее, то визуально мы видим только антенны, которая так же является частью BTS, чаще всего в виде вертикальных белых прямоугольников.
В большинстве случаев, базовая станция обслуживает несколько секторов, работающих на разных частотах, антенны которой направлены в разные стороны, с углом раскрыва 90 или 120 градусов. Каждый сектор имеет свой идентификатор - Cell ID, отличающийся от рядом лежащего сектора только одной цифрой, но бывают и исключения.
Cell ID, CID, CI — «идентификатор соты». Это параметр, который присваивается оператором каждому сектору каждой BTS, и служит для его идентификации. Он обязательно передаётся в управляющем канале этого сектора.
Например, BTS, которая обслуживает сектора с Cell ID 1101, 1102, 1103.
Базовая станция, обслуживающая несколько секторов
Сектор BTS — структурно-функциональная единица базовой станции, которая представляет собой совокупность приёмопередатчиков, излучающих сигнал через одну антенну. Один или более из этих каналов является управляющим (CCH), остальные - каналами данных или кодированной речи (TCH).
BTS включает в себя следующие компоненты:
- Transceiver (TRX) - приемопередатчик, служащий для приема и передачи сигнала.
- Усилитель мощности - усиливает сигнал TRX для передачи через антенну.
- Комбайнер - позволяет передавать сигнал нескольких TRX через одну антенну.
- Антенна.
Емкость соты определяется количеством используемых в ней частот. Каждый оператор должен иметь лицензию на определенное количество частот, которые могут быть использованы в определенных районах. Оператору нельзя самовольно приписывать частоты той или иной BTS, а назначаются согласно частотному плану и разрешению соответствующего контролирующего органа в государстве.
На этом этапе нашего изучения мобильной сети стандарта GSM необходимо рассмотреть, как организовано взаимодействие мобильного телефона (прим. мобильный телефон является не совсем корректным названием пользовательского оборудования, т.к. пользователь может использовать устройство, которое не позволяет осуществлять разговоры, а предназначено для передачи данных. Например: GPRS-модем или оборудование для снятия измерений с какого-либо устройства и передающие показания по каналу данных - CSD) и базовой станции.
В стандарте GSM определены 4 диапазона частот:
ХарактеристикиGSM-900GSM-1800Частоты передачи MS и приёма BTS, МГц890 - 9151710 - 1785Частоты приёма MS и передачи BTS, МГц935 - 9601805 - 1880Дуплексный разнос частот приёма и передачи, МГц4595Количество каналов связи124374Ширина полосы канала связи, кГц200200
- Для передачи информации от мобильного терминала к BTS в стандарте GSM900 выделена полоса 890 - 915 МГц
- Для передачи информации (GSM900) от BTS к мобильному терминалу в стандарте GSM900 выделена полоса 935 - 960 МГц
По причине ограниченности ресурсов радио соединения, предоставляемых в совместное использование большому количеству пользователей, метод управления радиоресурсами должен позволять разделять радиоресурсы на максимально возможное количество частей. Метод, избранный GSM, представляет из себя комбинацию методов разделения времени и частоты (Time-Division Multiple Access и Frequency-Division Multiple Access - TDMA/FDMA).
Выделенная полоса частот, шириной 25МГц (915 - 890 = 25 - uplink, 960 - 935 = 25 - downlink), разбивается на частотные несущие по 200КГц - FDMA (множественный доступ с разделением каналов по частоте). Всего получается 25 000 000 Гц / 200 000 Гц = 125 частотных каналов, но первый из них используется, как граничные барьер. Одна или несколько несущих частот приписываются к каждой базовой станции. Т.к. стандарт GSM предусматривает метод повторного использования частот, то разным BTS может назначаться одинаковые несущие частоты, но с тем условием, что эти BTS будут находиться друг от друга на таком расстоянии, которое позволит избежать частотную интерференцию. Поэтому граничащим BTS назначаются различные наборы частот.
Дальше, каждая частота делится на 8 временных интервалов, которые нумеруются от 0 до 7. Это значит, что для каждого мобильного терминала выделяется временной промежуток, в течении которого терминал может передавать и получать информацию от базовой станции в выделенный ему временной интервал (англ. timeslot), длительностью 0,577 мс. 8 таймслотов составляют TDMA-кадр продолжительностью 4,615 мс. Повторение отдельно взятого таймслота каждые 4,615 мс образует один физический канал.
??Каждый временной интервал - timeslot внутри кадра (frame) TDMA называется физическим каналом. На одной несущей полосе используется 8 физических каналов. По физическому каналу могут передаваться любые типы логических сообщений, в зависимости от которых, физический канал подразделяется на различные типы логических каналов. Например, кодированная речь или данные передаются по логическому каналу TCH в виде трафиковых сообщений (traffic messages), в то время, как служебные сообщения, например - хэндоверные комманды передаются?, используя сообщения канала управления с быстрым доступом (Fast Associated Control Channel - FACCH)
В системах связи стандарта GSM различают два вида логических каналов - каналы трафика TCH (Traffic CHannels) для передачи информации пользователя - кодированной речи или данных и каналы управления CCH (Control Channel), которые в сети резервируют для передачи сообщений при ее обслуживании. Считается, что для передачи речи достаточно скорости 13 кбит/с.
Итак, вернемся к рассмотрению устройства BTS. Как говорилось выше, количество обслуживаемых абонентов в секторе зависит от количества TRX, обслуживающих данный сектор. Один TRX предоставляет 8 таймслотов, но 0 таймслот на 0 несущей в секторе всегда резервируется для сигнальной информации.