Страница 63 из 64
Все 832 канала можно разделить на четыре категории.
1. Управляющие каналы (от базовой станции к мобильному телефону) для управления системой.
2. Пейджинговые каналы (от базовой станции к мобильному телефону) для передачи сообщений мобильным пользователям.
3. Каналы доступа (двунаправленные) для установления соединения и назначения каналов.
4. Каналы данных (двунаправленные) для передачи голоса, факса или данных.
Для управления резервируется 21 канал. Поскольку одни и те же частоты не могут
использоваться в соседних сотах, то число голосовых каналов, доступных в пределах одной ячейки, значительно меньше 832 — обычно около 45.
Управление вызовом
Каждый мобильный телефон в системе AMPS снабжается 32-разрядным порядковым номером и 10-значным телефонным номером, которые записываются в ППЗУ телефона. Телефонный номер состоит из 3-значного кода области, занимающего 10 бит, и 7-значного номера абонента, занимающего 24 бит. При включении телефон сканирует запрограммированный список из 21 управляющего канала, в котором он ищет наиболее сильный сигнал. Затем телефон передает в эфир свой 32-разрядный порядковый номер и 34-разрядный телефонный номер. Как и вся управляющая информация в системе AMPS, этот пакет посылается в цифровой форме, несколько раз, с применением помехоустойчивого кодирования, хотя сами голосовые каналы являются аналоговыми.
Когда базовая станция слышит этот сигнал, она передает сообщение коммутатору мобильного центра, который фиксирует появление нового пользователя, а также информирует «домашний» коммутатор абонента о его новом местоположении. Обычно мобильный телефон регистрируется примерно каждые 15 минут.
Чтобы позвонить с мобильного телефона, его владелец включает телефон, вводит номер и нажимает клавишу SEND. При этом телефон посылает набранный телефонный номер вместе со своими идентификаторами по каналу доступа. Если при этом происходит коллизия, то телефон повторяет попытку позже. Когда базовая станция получает запрос, она информирует об этом коммутатор. Если звонящий является клиентом оператора связи, которому принадлежит данный коммутатор (или одного из ее партнеров), тогда коммутатор ищет для него свободный канал. Если такой канал находится, то номер этого канала посылается обратно по управляющему каналу. Затем мобильный телефон автоматически переключается на выбранный голосовой канал и ждет, пока тот, кому звонят, ответит.
Входящие звонки обрабатываются иначе. Находящиеся в режиме ожидания телефоны постоянно прослушивают пейджинговый канал, ожидая адресованных им сообщений. Когда поступает звонок на мобильный телефон (с обычного или другого мобильного телефона), то пакет посылается на «домашний» коммутатор вызываемого, которому должно быть известно текущее местонахождение абонента. Этот пакет пересылается на базовую станцию в его текущей ячейке, которая посылает по пейджинговому каналу сообщение типа: «Элемент 14, вы здесь?» При этом телефон, которому звонят, по управляющему каналу отвечает: «Да». Тогда базовая станция ему сообщает: «Элемент 14, вам звонок по каналу 3». После этого сотовый телефон переключается на канал 3 и начинает издавать звуковые сигналы (или проигрывать мелодию, которую владельцу подарили на день рождения).
2.7.2. Второе поколение мобильных телефонов: цифровая передача голоса (G2)
Первое поколение сотовых телефонных систем было аналоговым. Второе поколение является цифровым. Оно обеспечивало увеличение пропускной способности, позволяя голосовым сигналам быть оцифрованными и сжатыми. Сжатие и шифровка голоса и управляющих сигналов улучшает безопасность. Это, в свою очередь, защищает от мошенничества и подслушивания, как от намеренного поиска, так и эха других звонков из-за распространения радиоволн. Наконец, это позволяет предоставлять новые сервисы, такие как обмен текстовыми сообщениями.
Как не было никаких четких стандартов в первом поколении мобильных телефонов, так они и не появились ко второму поколению. Было разработано несколько различных систем, три из которых были широко распространены.
D-AMPS (Digital Advanced Mobile Phone System — цифровая усовершенствованная система мобильного телефона) является цифровой версией AMPS, которая сосуществует с AMPS и использует уплотнение с разделением времени, чтобы поместить несколько вызовов в один и тот же частотный канал. Она описана в Международном стандарте IS-54 и следующем за ним IS-136. GSM (Global System for Mobile communications — глобальная система для мобильной связи,) стала доминирующей системой, и хотя она медленно завоевывает популярность в США, она теперь используется фактически всюду в мире. Как и D-AMPS, GSM основан на соединении частотного и временного уплотнения. CDMA (Code Division Multiple Access — множественный доступ с кодовым разделением каналов), описанный в международном стандарте IS-95, является абсолютно другим видом системы и не основан ни на частотном, ни на временном уплотнении. Хотя CDMA не является доминирующей системой второго поколения, эта технология стала основанием для систем третьего поколения.
Название PCS (Personal Communications Services — Персональная служба связи) иногда используется в литературе по маркетингу и означает систему второго поколения (цифровую, разумеется). Изначально так назывался телефон, работающий в диапазоне 1900 МГц, впрочем, сейчас различия почти стерлись.
Далее мы опишем GSM, так как это наиболее распространенная система 2G. В следующем разделе мы более подробно рассмотрим CDMA, когда будем говорить о 3G.
GSM — Глобальная система мобильной связи
GSM появилась в 1980-х годах как попытка создать единственный европейский стандарт второго поколения. Задача была возложена на телекоммуникационную компанию, название которой на французском языке Groupe Speciale Mobile. Первые системы GSM были развернуты начиная с 1991 года и имели быстрый успех. Скоро стало ясно, что GSM будет пользоваться огромным успехом, простираясь даже до Австралии, поэтому он был переименован, чтобы иметь больше мирового обращения.
GSM и другие системы мобильной связи, которые мы изучим, сохраняют от систем первого поколения конструкцию, основанную на сотах, повторном использовании частоты в сотах и мобильности передач при перемещении пользователей. Отличаются только детали. Ниже мы рассмотрим лишь основные свойства GSM. Печатный вариант стандарта GSM занимает свыше 5000 (sic!) страниц. Основная часть текста относится к описанию инженерных аспектов системы, в частности устройства приемников, обрабатывающих многолучевое распространение сигналов, синхронизации приемников и передатчиков. Ни о том, ни о другом мы не сможем рассказать в этой книге.
Рисунок 2.40 показывает, что архитектура GSM подобна архитектуре AMPS, хотя у компонентов другие названия. Мобильный телефон теперь разделен на телефонную трубку и сменный чип с информацией об учетной записи и абоненте, названной Сим-картой (SIM card, что является сокращением для Subscriber Identity Module — модуль идентичности абонента). Сим-карта активирует телефонную трубку и содержит секретную информацию, которая позволяют мобильному телефону и сети идентифицировать друг друга и шифровать переговоры. Сим-карта может быть удалена и включена в другой телефонной трубке, чтобы превратить эту телефонную трубку, с точки зрения сети, в ваш мобильный телефон.
Рис. 2.40. Архитектура мобильной сети GSM
Мобильные телефоны связываются с сотовыми базовыми станциям по радиоинтерфейсу, который мы опишем далее. Каждая базовая станция соты соединена с BSC (Base Station Controller — Контроллер базовой станции), который управляет радиоресурсами сот и обрабатывает передачу. Контроллер базовой станции, в свою очередь, соединен с мобильным коммутационным центром (как в AMPS), который направляет звонки и соединяется с PSTN (Public Switched Telephone Network — коммутируемая телефонная сеть общего пользования).