Іс жүзінде бар жүйені талдау және техникалық

GSM стандарты техниклық жағынана жетілдіріле отырып, 1989 жылы жаңа 1800 МГц жиіліктік ауқымға көшті. Бұл бағыт дербес байланыс жүйе атымен белгілі.

GSM технологиясына үлкен инвестициялар салынған, бұл оның дамуының эволюциялық жолын алдын ала айқындады. Желілік элементтердің біртіндеп өсуі, контроллерлер мен базлық станцияларды жетілдіру және екі режимді аьоненттік терминалдарды жасау жүріп жатыр.

Екінші сатылы жүйелердің даму сәттілігіне  қарамастан жаңа талаптардың бір  қатары олардың мүмкіншіліктерінен тыс жатыр. Олардың санына мультимедия  қызметтерін ұсынуды, тура және кері арнада икемді үлестірілген 2048 кбит/с жылдамдықпен асимметриялы таратуды жатқызуға болады.

 

1.1.2 GSM стандартты ұялы байланыс жүйесінің құрылымдық сұлбасы және жабдықтарының құрамы

 

1980жылғы 862-960 МГц ауқымында жылжымалы  байланыстың жиіліктерді қолдану  туралы СЕРТ ұсынысына сәйкес, GSM стандарты таратқыштардың жұмысын екі жиілік ауқымында жүруін көздейді. 890-915 мГц жылжымалы станциядан базалық станцияға, ал 935-960 МГц тарату базалық станциядан жылжымалы станцияға тарату үшін қолданылады.

Байланыс сеансы уақытында арналарды қайта қосу кезінде бұл жиіліктер арасындағы айырма тұрақты және 15 кГц-ке тең. Көршілес арналар арасында жиіліктердің үлестірілуі 200 кГц-ке тең. Осылайша қабылдау/тарату үшін бөлінген 25 МГц жиіліктер жолағында 124 байланыс арналары орналасады.

GSM стандартында TDMA қолданылады, бұл бір тасушы жиілікте бір уақытта 8 дыбыстық арнаны орналастыруға мүмкіндік береді. Дыбыс түрлендіруші құрылғы ретінде тұрвқты импульстік қозуы бар және жылдамдығы 13 кбит/с болып келетін RPE –LTP дыбыстық кодегі қолданылады.

Радиоарналарда  пайда болатын қателерден қорғау үшін блоктық және жиылтқыш кодалау  қолданылады. Интерференциялық тынулармен күресу үшін байланыс аппартурасында импульстік сигналдарды кідіріс  уақытының орташа квадраттық ауытқуы 16 мкс болатын эквалайзер қолданылады. Жабдықтың синхрондалу жүйесі 233 мкс-ке дейін сигналдардың абсолютті кідіріс уақытын компенсациялау үшін арналған. Бұл 35 км максималды байланыс қашықтығына сәйкес келеді.

GSM стандартында қабылданған функционалды құрылым ықшамдалған құрылымдық сұлбамен белгіленеді. GSM жүйесі негіңзгі 3 ішкі жүйелерден құрылады: [19]

• базалық станция  BSS (Base Station Subsystem);
• коммутация SSS (Services Switching Subsystem);
• эксплуатация және техникалық қызмет көрсету OMC (Operation and Maintenance Centre);

 

1.1 сурет - GSM стандартты ұялы байланыс жүйесінің құрылымдық сұлбасы

 

Базалық станция ішкі жүйесі

Базалық станция  ішкі жүйесі (BSS) екі бөліктен тұрады: базалық қабылдау таратқыш станциясы BTS (BTS –Base Transceiver Station) және базалық станция контроллері BSC (BSC – Base Station Controller). Қызмет көрсету аймағы ұяшықтарға бөлінеді, олардың әрқайсысы бір BTS-пен жаймаланады және бақыланады.

Базалық қабылдау таратқыш радиостанциясы жылжымалы  мтанциялар (MS – Mobile Station) мен сәйкес контроллер (BSC) арасында физикалық радиоинтерфейсті қамтамасыз етеді.

Базалық қабылдау таратқыш құрамына қабылдау таратқыштар  жиыны,базалық станцияның құрылғысына орналастырылатын цифрлық процессорлер, әр түрлі қызметтерге арналған коммутациялық шиналар кіреді. BTS жабдығы модульдік принцип бойынша құрылады, бұл радиожиіліктік блоктарды өсіру мүмкіндігімен қамьамасыз етеді. Барлық қажетті жабдықтар, цифрлық құрылғылар және қорек көздері конструктивті автономды болып табылады. Базалық станцияда бір антеннамен жұмыс істеу үшін жоғары жиілікті блоктарды комбайнер арқылы біріктіру көзделеді.

BTS-те горизонталь жазықтықта сәлелену диаграммасының ені 120° болатын бағытталған антенналар және бағыты дөңгелек диаграмма болатын бағытталмаған антенналр қолданылады. Сонымен қатар BTS жабдығының құрамына жұмыс режимінің және күйінің индикаторы бар диагностикалық құрылғылар кіреді. BTS-ті тестілеу және баптау үшін сыртқы терминалды қосу мүмкіндігі бар.

Базалық станция контроллері (ВSC) әдетте бірнеше BTS-ті басқарады. Ол базалық радиостанциялармен жылжымалы байланыскоммутациялық орталығы (MSC) арасындағы қосылыстарды бақылайды, және BTS-тен алынған мәліметтер негізінде қызметті эстафеталық түрде тарату процедурасын немесе басқаша айтқанда хандоверді (handover) жүзеге асыру үшін шешім қабылдайды.

ВSC радиоарналарды үлестіруді басқарады, қосылыстарды бақылайды,олардың кезектігін реттейді, жиіліктің секірісімен  жұмыс режимін, дыбыс, деректемелер және шақыру үшін тарату адаптациясын қамтамасыз етеді, дербес шақырудың хабарламаларын таратудың кезектігін анықтайды.

 

Коммутация ішкі жүйесі

Коммутация ішкі жүйесіне (SSS) келесі жабдықтар кіреді:

• жылжымалы байланыстың коммутациялық орталығы MSC (Mobile Switching Centre);
• Орналасудың үй регистрі HLR (Home Location Register);
• Орналасудың қонақ регистрі VLR (Visitor Location Register);
• Жабдықты идентификациялау регистрі EIR (Equipment Identify Register);
• Аутентификация орталығы AUC (Authentification Centre).

 

Жылжымалы байланыстың  коммутациялық орталығы (MSC)

Жылжымалы байланыстың коммутациялық  орталығы MSC аймағында орналасқан жылжымалы абонентке қажет коммутация функциясын орындайды.

MSC жылжымалы  абонентке және одан қосылысты  орнатады, сонымен қатар ақпаратты  жеткізу бойынша, байланысты ұсыну  бойынша  сәйкес қызметтерді  және қосымша қызметтерді көрсетеді.

MSC келесі қосылыстарды  орнатады:

• GSM желісінің радиожүйесі мен ЖҚТфЖ арасында;
• GSM желісінің радиожүйесі мен басқа жылжымалы радиобайланыс желілері (PLMN) арасында;
• GSM желісінің радиожүйесінің ішінде жыжымалы абоненттер арасында.

Жылжымалы байланыстың коммутация орталығы ұяшықтар тобына қызмет көрсетеді және жұмыс үрдісінде жылжымалы станцияға қажет барлық қосылыстармен қамтамасыз етеді. MSC ISDN (ISDN – қызметтер интеграциясы бар цифрлық жүйе) коммутациялық станциясына ұқсас, және ол бекітілген желілер (жалпы қолданыстағы телефон желілері –  ЖҚТфЖ,деректемелерді дестелеп тарату желілері, қызметтер интеграциясы бар цифрлық желілер және т.б) мен жылжымалы байланыс желілері арасындағы интерфейс болып табылады. MSC шақыруларды және шақыруларды басқару функциясын маршруттауды қамтамасыз етеді. Кәдімгі ISDN коммутациялық станциясының функцияларын орындаудан басқа MSC-ке радиоарналарды коммутациялау, мобильділікті басқару және т.б. функциялары жүктеледі. Оларға қызметті «эстафеталық түрде тарату» (немесе «handover»)жатады, оның үрдісіндежылжымалы станция бір ұяшықтан екінші ұяшыққа көшкен кезде байланыс үздіксіздігіне жетеді.

Әр MSC белгілі географиялық аймақ  шеінде орналасқан жылжымалы абоненттерге қызмет көрсетуді жүзеге асырады. MSC шақыруды орнату және маршрутизация процедураларын басқарады. Жалпы қолданыстағы телефон желілері MSC ОКС №7 хаттамасы бойынша сигнализация функциясын және нақты желінің функцияларына сәйкес интерфейстердің басқа түрлерін қамтамасыз етеді.

MSC болған сөйлесулер бойынша  деректерді өңдейді және қалыптастырады және оларды желі ұсынған байланыс қызметтері үшін есептерді шығару үшін есептеме орталығына (биллинг-орталығы) жібереді. MSC сонымен қатар жұмысты бақылау және желіні тиімділеу үшін қажетті статистикалық мәліметтерді құрайды.

MSC радиоарналарға қатынауды басқару үшін қолданылатын қауіпсіздік процедураларын қолдайды. MSC тек қана шақыруларды басқаруға қатысып қана қоймай, сонымен қатар орналасуды тіркеу  және қызметті тарату процедураларын басқарады.

Жылжымалы станциялардыңорналасу  жерін тіркеу орын ауыстыратын жылжымалы абоненттерге жалпы қолданыстағы телефон желілері абоненттерінен немесежылжымалы абоненттерден түсетін шақыруларды жеткізуді қамтамасыз ету үшін қажет. Қызмет көрсетуді иараиу процедурасы жылжымалы станция бір қызмет көрсету аймағынан басқа аймаққа ауысқандабайланысты сақтауға және сөйлесудің жүргізілуін қамтамасыз етуге мүмкіндік береді. Бір базалық станцияның контролллерімен (BSC – Base Station Controller)  басқарылатын шақыруларды ұяшықтарда тарату сол BSC-мен басқарылады. Егер шақыруларды тарату әр түрлі BSC-мен басқарылатын екі желі арасында жүзеге асырылса, онда бастапқы басқару  MSC-де жүзеге асырылады. Сонымен қатар GSM стандартында әр түрлі MSC-ге жататын желілер (контроллерлер) арасында қызметті тарату процедуралар көзделген.

Коммутация орталығы HLR мен VLR-ді қолданып жылжымалы станцияларды үнемі тексеріп отырады. HLR-де коммутация орталығына станция  шақыруын жеткізуге мүмкіндік беретін  жылжымалы станцияның орналасужөнінде ақпараттың бір бөлігі сақталады.

 

Орналасудың үй регистрі (HLR)

Орналасудың үй регистрінің (HLR) құрамына әрекеттегі жылжымалы абоненттер туралы дерекқор кіреді. Жазылған деректер абонентке  жүйе қамтамасыз ететін белгілі негізгі және қосымша қызметтерді қолдануға мүмкіндік береді. Дерекқор құрамында сонымен қатар әр жылжымалы абонент күйі жөнінде роуминг кезінде оған шақыруды жіберуге қажетті ақпарат бар. Жылжымалы абонент бір HLR-ге жазылған және берілген уақыт моментінде аймағында жататын VLR-ге тіркеледі.

HLR регистрінің құрамында жылжымалы абоненттің халықаралық идентификациялық нөмірі (IMSI – International Subscriber Identify) бар. Ол жылжымалы станцуияны аутентификация орталығында (AUC - Authentification Centre) тану үшін қолданылады.

HLR желіде үнемі тіркелген абоненттер  жөніндеанықтамалық дерекқор болып табылады. Мұнда абоненттердің айырым нөмірі мен адрестері, сонымен қатар түпнұсқалылықпараметрлері, байланыс қызметтерінің құрамы, маршрутизация туралы арнайы ақпарат бар. Абонент роумингі жөніндегі мәліметтердің, жылжымалы абоненттің уақытша идентификациялық нөмірі (TMSI – Temporary Mobile Subscriber Identify) туралы деректерді қоса тіркеу жүреді.

HLR-дегі деректерге  барлық MSC және VLR желілер дистанциялық қатынау жасай алады. Егер желіде бірнеше HLR болса, онда әр HLR абоненттер жөнінде желінің жалпы дерекқорыныңбелгілі бөлігі болып табылады. Абоненттер жөніндегі дерекқорға IMSI немесе MSISDN (ISDN желісіндегі жылжымалы абоненттің нөмірі) нөмірі арқылы жүзеге асырылады. Дерекқорға басқа желілерге жататын MSC және VLR желі аралық роумингті қамтамасыз ету  мақсатымен қатынау ала алады.

 

Орналасудың қонақ регистрі (VLR)

Жылжымалы станцияның аймақтан аймаққа ауысуын бақылауын  қамтамасыз ететін екінші негізгі құрылғы - орналасудың қонақ регистрі VLR. VLR құрамына оның аймағындағы жылжымалы  абоненттер, соның ішінде роумерлер (роумер – «роуминг» процедурасының шеңберінде берілген жүйенің қызметтерін уақытша пайдаланатын басқа GSM жүйесінің абоненттері)  жөнінде барлық ақпарат бар абоненттік дерекқор кіреді. VLR-ге жазылған бұл ақпарат жылжымалы абоненттермен байланыс орнату үшін қолданылады. Жылжымалы абоненттер жөніндкегі деректер үш бөлікке бөлінуі мүмкін:

• жалпы деректер (мысалы, жылжымалы станцияның халықаралық идентифткаторы);
• аутентификация деректері;
• шақыруды қайта адрестеу деректері.

Абоненттер жөніндегі бұд деректер жылжымалы абонент бұл VLR-мен бақыланатын аймаққа орын ауыстырғанда әрдайым VLR регистріне жазылады,және ол басқа VLR аймағына көшкенде жойылады.

VLR келесі абоненттік  адрестерді қолданып жылжымажы  абоненттерді танм алады:

• жылжымалы станцияның халықаралық идентифткаторы;
• жылжымалы станцияның роумингтік нөмірі.

VLR көмегіменжылжымалы станцияның  НLR-мен бақыланатын аймағының  шеңберінде функционалдануы жүзеге  асады.

Орын ауыстыру үрдісінде жылжымалы станция  базалық станциялар тобын біріктіретін  BSC базалық станцияның бір контроллерінің әрекетінің аймағынан басқа BSC әрекетінің аймағына көшкен кезде ол жаңа BSC-пен тіркеледі де, VLR-ге жылжымалы станцияның шақыруларының жеткізілуін қамтамасыз ететін байланыс облысының нөмірі жөнінде ақпарат енгізіледі. Осылайша, VLR-де деректер абонент сол VLR-мен бақыланатын аймақта болғанша сақталады.

GSM жылжымалы байланыс желісінде  ұяшықтар географиялық аймақтарға (LA – Location Area) топталады, олардың әрқайсысына жеке идентификациялық нөмір беріледі. Әр VLR  бірнеше Laабоненттері жөнінде деректерді сақтайды. Жылжымалы абонент бір LA-дан екіншіге ауысқанда, оның мекені жөнінде деректер VLR автоматты түрде жаңартылады. Сонымен қатар VLR жылжымалы станцияның роумингтік нөмірінің (MSRN – Mobile Station Roaming Number) берілуін қамтамасыз етеді. Жылжымалы станция кіріс шақыруды қабылдағанда, VLR оған MSRN-ді тағайындайды және оны MSC-ге береді, ол бұл шақырудың жылжымалы абоненттің жанында орналасқан базалық станцияға маршрутизациясын қамтамасыз етеді.

Жалпы алғанда VLR жылжымалы абонент жөнінде ол орналасқан аймақ үшін жергілікті дерекқор болып табылады, бұл НLR-ге үнемі  сұранымдарды болдырмауға және шақыруларғы қызмет көрсетуге кететін уақытты қысқартуға мүмкіндік береді. MSC және VLR элементтері бір блокқа біріктірілген.

 

Жабдықты идентификациялау регистрі (EIR)

EIR (Жабдықты идентификациялау регистрі) құрамына жылжымалы станция жабдығының халықаралық идентификациялық нөмірінің (IMEI – International Mobile Equipment Identify) түпнұсқалылығын растауға арналған орталықтандырылған дерекқор кіреді. Бұл дерекқор тек қана жылжымалы станцияның жабдығына қатысты. EIR регистрі жылжымалы станция жабдықтарының айырымдарын сақтайды. Бұл ақпаратты қолданып MSC жылжымалы абоненттің жабдықы қолданысқа жіберілді ме әлде оның қолданысына тыйым салында ма екендігін тексере алады. EIR-де жылжымалы станция үш тізімде тіркеледі:

• жылжымалы станцияға қолданысқа жіберілген ақ тізімде;
• тіркелумен проблемасы бар, бірақ қара тізімге көшірілмеген жылжымалы абоненттерге арналған сұр тізімде;
• жылжымалы станцияға қолданысқа тыйым салынған қара тізімде.