Цифровые ССПС стандарта GSM. 3 страница

При пакетной связи сообщения передаются блоками - ядрами. Кроме информации в кадре содержатся данные о назначении кадра, адресах отправителя, получателя и ретранслятора, через которые должно пройти сообщение, а также данные о контрольной сумме, позволяющей проверить правильность принятых кадров.

Формат кадров. Каждая законченная часть информации представляет собой кадр. Он имеет определенный формат.

Каждый кадр (рис. 4.2) начинается с уникальной последовательности бит 01111110, которая называется флагом и позволяет распознать начало кадра. Далее идут адресное поле размером от 14 до 70 байт, управляющее - 1 байт, информационное - от 0 до 256 байт, контрольное - 2 байта.

Рис. 4.2

При использовании сетевого третьего уровня протокола образуется дополнительное идентификационное поле, которое выступает как часть информационного поля. Заканчивается кадр также флагом.

Флаговое поле. Как уже было отмечено, флаговое поле представляет собой уникальную последовательность бит 01111110. Если далее в кадре встретится такая же последовательность, то для того, чтобы корреспондент ее не принял за признак окончания пакета, после пятого бита вставляется ноль.

Адресное поле (рис. 4.3). Оно может содержать от двух до десяти радиолюбительских позывных. Простейший случай - два позывных, если два корреспондента работают между собой непосредственно. Если эти корреспонденты находятся вне зоны радиовидимости, то они могут использовать станции других операторов в качестве ретранслятора. В одной линии их может быть до восьми. Позывные ретрансляторов также входят в адресное поле. Таким образом, оно делится на три подполя: получателя, отправителя и ретранслятора. Позывные, занесенные в него, могут состоять не более чем из шести символов. Если позывной состоит менее чем из шести символов, то он дополняется соответствующим количеством пробелов.

Рис. 4.3

После позывного в каждом подполе идет вторичный идентификатор станций. Это некоторое число от 0 до 15. Оно обозначает, что оператор имеет несколько станций пакетной связи, аппаратуру BBS, а также NET/ROM. Обычно сам оператор работает с позывным без номера или с номером один. К позывному "почтового ящика" и узловой станции дополнительно прибавляются цифры от двух до девяти, а при прохождении сигнала транзитом через NET/ROM - от 10 до 15 в зависимости от того, через сколько узловых станций прошел пакет.

Число идентификатора в двоичном виде занимает четыре бита со второго по пятый в байте, следующем после каждого позывного. На рис. 4.3 эти биты обозначены как SSID (SECONDARY STATION IDENTIFIER). Первый бит этого байта используется как признак конца адресного поля. Если он обозначен единицей, то это признак последнего байта адресного поля. Для шестого и седьмого битов нет определенного назначения, и они могут использоваться в локальных сетях по договоренности пользователей. Восьмой бит в подполе отправителя и получателя устанавливается в ноль. В подполе ретранслятора его обозначают единицей, если пакет прошел через ретранслятор, и нулем, если нет.

Установление бита ретранслятора необходимо для того, чтобы ретрансляторы, находящиеся в зоне радиовидимости друг друга, следовали очередности передачи пакетов через себя и выполняли эту процедуру строго в порядке, заданном отправителем пакета.

Управляющее поле. В нём содержится информация кадра, которая используется для определения назначения сообщения. Все кадры пакета можно разделить на три основных типа: I -информационные кадры, содержащие символьную или цифровую информацию; S - служебные, подтверждающие, что кадр принят, или содержащие запрос на выдачу очередного информационного кадра; ненумерованные кадры - запрос на соединение-разъединение. К этому типу относятся и сигналы маяков.

Кроме того, в этом поле записан номер отправляемого кадра или при подтверждении о получении сообщения номер следующего кадра, который готов принимать TNC корреспондента. Подобная нумерация введена потому, что через канал может подряд передаваться несколько кадров от одного до семи , и она может помочь разобраться при сбое. Если произойдет ошибка в каком-либо из кадров, то контроллер получателя сообщит контроллеру отправителя о том, что он готов к приёму того номера кадра, который еще не принят или был принят с ошибкой. Например, одна станция отправила другой подряд четыре пакета и при приеме третьего произошла ошибка, в этом случае контроллер получателя сообщит отправителю: "готов к приему третьего пакета".

Информационное поле. В нем размещается поле, информация объемом 256 байт, представленная в кодах, которая при приеме корреспондентами отображается на экране дисплея ЭВМ.

Иногда первый бит информационного поля выступает в качестве самостоятельного подполя - идентификатора протокола. Это происходит в случае использования третьего (сетевого) уровня при прохождении пакета через NET/ROM.

Контрольное поле служит для проверки правильности радиообмена. Оно представляет собой шестнадцатиразрядное число, которое подсчитывается с помощью полинома X¹⁶+X¹⁵+X²+1 в соответствии с алгоритмом HDLC (Hiqht Level Data Link Central Procedures).

TNC отправителя просчитывает контрольную сумму по всему кадру и помещает ее в конец кадра. На приемном конце по тому же алгоритму она просчитывается вновь и сверяется с суммой, помещенной в конце кадра. Если эти два числа совпадают, то кадр считается принятым верно.

Существуют два способа подсчета контрольной суммы: аппаратный и программный. При аппаратном способе кадр проходит через некоторое устройство (сумматор), в результате чего в его регистре оказывается записанным число, которое и является контрольной суммой. При программном способе подсчет контрольной суммы выполняется с помощью специальной про­граммы. При этом кадр сначала полностью принимается в оперативную память, а затем производится подсчет. Первый способ реализует высокое быстродействие, но требует дополнительных аппаратных средств. Второй способ имеет низкое быстродействие, но дополнительных аппаратных затрат не требует.

Структура станции (рис. 4.4) пакетной связи, реализующая протокол АХ.25, содержит компьютер, модем TNC, приемопередатчик и антенно-фидерное устройство А. При работе на станции пакетной связи оператор набирает информацию на клавиатуре, а получает ответы в виде символов на экране монитора. Информация, передаваемая оператором, может быть командой для TNC или текстом.

После нажатия на клавишу компьютер определяет код, соответствующий этой клавише, и посылает его по последовательному каналу. Обмен по этому каналу происходит побайтно. Вид передаваемого байта показан на рис. 4.5. Некоторые параметры, которые характеризуют передаваемый байт, могут быть различными, но необходимо, чтобы параметры, установленные в

Стартовый бит Стоповые биты

Рис. 4.4

TNC и в компьютере, совпадали. Их характеризуют следующие параметры: длина информационного слова (7 или 8 бит), наличие проверки на четность или нечетность, стартовый бит (один), стоповым бит (один, полтора или два), скорость обмена (50, 75, 150, 300, 1200, 2400, 4800 или 9600 бит/с).

Рис. 4.5

Уровни напряжений, используемых в данном интерфейсе: единица - от +З до +12 В, ноль - от -3 до -12 В. Информация в направлении от компьютера передается по линии TXD, а в обратном направлении - по линии RXD. Кроме того, существуют еще две дополнительные линии CTS и RTS, по которым подается сигнал о готовности компьютера или TNC к приему очередного байта. Преждечем передать байт по линии TXD, компьютер проверяет линию CTS. Если на ней уровень сигнала характеризует готовность TNC к приему байта, то компьютер посылает его, если нет, то ожидает изменения уровня. Аналогичную процедуру производит TNC с использованием линии RXD для передачи информационного байта и линии RTS для проверки готовности.

Последовательность нескольких байт, поступивших в TNC, может быть либо командой, либо информацией, предназначенной для отправления по радиоканалу. В первом случае команда декодируется и исполняется, во втором - формируется кадр в соответствии с протоколом АХ.25 и переводится из стандартного кода в код NRZ-1 (Nопе Return to Zeroinverted). В этом стандарте предусмотрено, что перепад физического уровня сигнала происходит в том случае, если в последовательности передаваемых бит встречается ноль. Временная диаграмма, поясняющая этот процесс, показана на рис. 4.6, где показана исходная посылка, и она же в виде кода NRZ-1.

Обычно модем конструктивно выполняется в одном корпусе с TNC. Его цифровую часть, как правило, называют ассемблером-дизассемблером кадров. Ассемблер-дизассемблер кадров и модем связаны между собой четырьмя линиями: TXD - для передачи кадров в коде NRZ-I, RXD - для приема кадров в коде NRZ-1, РТТ -для включения модулятора и DCD, по которой подается сигнал с демодулятора о занятости канала.

РИС. 4.6

Модем представляет собой совокупность двух устройств: модулятора и демодулятора. Перед отправлением пакета ассемблер-дизассемблер кадров включает модем с помощью сигнала на линии РТТ и по линии TXD посылает кадр в коде NRZ-1. Модулятор производит заполнение полученной последовательности двумя звуковыми частотами. Единица соответствует частоте F1, а нуль - частоте F2. Сигнал, промодулированный звуковой частотой, по линии MIC поступает на микрофонный вход передатчика.

При приеме кадров последовательность импульсов, заполненных звуковой частотой, с выхода приемопередатчика по линии EAR поступает на вход демодулятора. Демодулятор производит обратный процесс: из последовательности импульсов звуковой частоты выделяет огибающую, которая и представляет собой кадр в виде кода NRZ-1. Этот кадр поступает в ассемблер-дизассемблер пакетов. При появлении в канале сигнала, промодулированного одной из частот F1 или F2, специальный детектор формирует на выходе сигнал, свидетельствующий о занятости канала.

Сигнал РТТ кроме включения модулятора выполняет еще одну функцию - управляет транзисторным ключом, который переключает приемопередатчик с приема на передачу.

В пакетной связи используются два типа модемов: для коротких и ультракоротких волн. На коротких волнах используется однополосная модуляция, а скорость передачи по радиоканалу 300 бит/с, при этом разнос звуковых частот, соответствующих нулю и единице, должен составлять 200 Гц. В Европе приняли стандарт, по которому установлено, что нулю соответствует частота модуляции 1350 Гц, а единице - 1650 Гц.

На ультракоротких волнах (УКВ) работают на скорости передачи 1200 бит/с при разносе частот 1000 Гц. Так как в диапазоне УКВ используется частотная модуляция, то частоты строго фиксированы. Принято, что нулю соответствуют 1200 Гц, а единице - 2200 Гц.

Встроенный в модем контроллер осуществляет функции управления радиостанцией. Процесс управления передачей в последовательной линии RS 232 происходит по протоколу АХ.25 сигналами RTS/CTS. В модемах имеются микросхемы ПЗУ с прошивками установок протокола АХ.25 (табл. 4.1). Протокол АХ.25 передачи данных обеспечивает помехоустойчивое кодирование и полную достоверность передаваемой информации за счет того, что выполняется следующее:

- радиосредства постоянно контролируют занятость эфира и осуществляют передачу пакетов данных только при отсутствии в эфире сигналов и помех;

- если проверка правильности передаваемой цифровой информации дает отрицательный результат, то производится повтор передачи "испорченного" радиопомехой пакета данных.

Заключение

В рамках настоящего учебного пособия, состоящего из трех частей, невозможно было достаточно подробно изложить все аспекты, принципы построения и номенклатуру существующих телекоммуникационных систем. Поэтому авторы ограничились изложением лишь общих вопросов построения наиболее используемых и перспективных систем радиосвязи, реализующих основные тенденции развития телекоммуникаций - глобализацию и персонализацию предоставления услуг связи.

Приведенный в пособии материал свидетельствует о том, что за
последние годы системы радиосвязи по существу превратились в
высокоразвитые интеллектуальные пространственно-

распределенные структуры массового обслуживания, использующие сетевые принципы построения, и их дальнейшее совершенствование и развитие связывают с решением ряда задач, главными среди которых являются задачи обеспечения глубокой интеграции всех видов связи и задачи надежного обеспечения необходимого трафика в условиях существенного возрастания объемов информационных потоков и числа абонентов. Решение первой группы задач неразрывно связано с необходимостью совершенствования методов частотно-территориального планирования, методов обеспечения электромагнитной совместимости, создания эффективных универсальных протоколов обмена информацией между различными системами. Решение второй группы задач в условиях существенной нестационарности и случайного характера трафика, а также ограниченности ресурса системы требует использования оптимальных методов сетевых технологий, совершенствования маршрутизаторов и других сетевых элементов и устройств.

Понятно, что решение этих, а также большинства других задач, связанных с совершенствованием и дальнейшим развитием радиосистем связи, возможно лишь на основе использования и совершенствования цифровых методов и устройств обработки информационных потоков. Вот почему цифровые системы связи уже в настоящее время не только успешно конкурируют с аналоговыми, но и начинают все больше и больше заполнять мировое информационное пространство.

Лекция 11-12

Основные положения концепции ССПС 3G

Сравнение возможностей предоставляемых услуг всех поколений ССПС Стандарты CDMA-2000

Основные положения концепции ССПС 3G

Главное отличие 3G от эксплуатируемых сейчас сетей второго поколения (2G) -передача большого объема информации на высоких скоростях. Это переводит связь на новый качественный уровень. С одной стороны, абонент получает в свое распоряжение полноценный доступ в Интернет, видеоконференц-связь и прочие блага. С другой -оператор начинает зарабатывать не только за счет предоставления услуг связи, как это происходит сейчас, но и за счет разнообразного контента - полезной информации и сервисов.

Возможности сетей 3G открывают новые горизонты в использовании мобильной связи, причем как частным абонентам, так и крупным корпорациям. Изменится само понятие мобильного телефона, он станет многофункциональным устройством, предназначенным для всех случаев жизни.

Помимо уже упоминавшихся услуг доступа в Интернет и видеоконференц-связи, клиенты 3G смогут воспользоваться удаленным доступом к корпоративной сети. Третье поколение сотовой связи в корне изменит такое понятие, как мобильная работа. Сотрудник сможет выполнять свои задачи в любом месте, даже не выходя из дома. Представьте себе, что вы находитесь в поезде, который мчит вас в незнакомый город, и при этом проводите видеоконференцию со своими коллегами или получаете всю информацию о незнакомом месте, включая подробную карту местности, да к тому же все время остаетесь на связи с коллегами и родными.

Важным элементом услуг 3G станет мобильная электронная коммерция, когда оплатить товары и услуги можно будет с помощью мобильного телефона. Он тем самым превратится в виртуальный кошелек. Кроме того, телефон может стать и персональным мобильным доктором -разработчики всерьез задумываются о запуске такой услуги, как удаленная медицинская диагностика. Безопасность человека и жилища тоже поднимется на новый уровень: 3G позволяет предоставлять услуги, основанные на определении местоположения абонента. И вы никогда не заблудитесь в незнакомом городе. Можно будет наблюдать за домом или офисом, получая изображение от установленной в помещении камеры прямо на дисплей мобильного телефона.

Придумать массу полезных решений на основе сетей 3G не сложно. Скажем, крупную мерчандайзинговую компанию заинтересует возможность снабдить своих торговых агентов телефонами 3G в комплекте с мини-ПК. Благодаря чему они, приехав в любой магазин, смогут с помощью телефона 3G подключиться к локальной сети компании, посмотреть запасы на складе и заказать необходимое количество товара.

В настоящее время в Международном союзе электросвязи (МСЭ) завершается процесс стандартизации новых технологий, участие в которой принимали многие региональные и национальные организации Европы, Северной Америки и Азиатско-Тихоокеанского региона. После ряда безуспешных попыток выработать и согласовать единые требования к системам 3-го поколения МСЭ решил подойти к этой проблеме с других позиций. Суть новой концепции состоит в сохранении идеи глобального роуминга, но лишь в качестве идеологической основы для объединения существующих аналоговых и цифровых сетей с системами, базирующимся на новом семействе стандартов 3-го поколения, которое получило обозначение IFS (IMT-2000 Family of Systems). Приняв как данность не один, а семейство стандартов и отказавшись тем самым от принципа глобального международного стандарта, МСЭ активизировал свои усилия на их гармонизации.

Для начала рассмотрим основные стандарты сотовой связи, на основе которых строиться сети связи третьего поколения.

Стандарт CDMA - Code Division Multiple Access - множественный доступ с кодовым делением. В CDMA системах каждый голосовой поток отмечен своим уникальным кодом и передается на одном канале одновременно со многими другими кодированными голосовыми потоками. Принимающая сторона использует тот же код для выделения сигнала из шума. Единственное отличие между множественными голосовыми потоками это уникальный код. Канал, как правило, очень широк и каждый голосовой поток занимает целиком всю ширину диапазона. Эта система использует наборы каналов шириной 1.23МГц. Голос кодируется на скорости 8.55кбит/с, но определение голосовой активности и различные скорости кодирования могут урезать поток данных до 1200бит/с. В системах CDMA могут установливаться очень прочные и защищенные соединения, несмотря на экстремально низкую величину мощности сигнала, теоретически - сигнал может быть слабее чем уровень шума.

WCDMA (Wideband Code Division Multiple Acces) - Широкополосный многостанционный доступ с кодовым разделением каналов. Сети WCDMA надстраиваются над существующими сетями GSM. При этом сети работают параллельно: старые пользователи сети используют сеть GSM, а новые в зависимости от ситуации -GSM либо WCDMA. Абонентский терминал автоматически переключается между сетями, причем возможно переключение с одной сети на другую без обрыва связи. Главным преимуществом WCDMA перед GSM является высокая скорость передачи данных - теоретически до 2 Мбит/с, реально достижимая 384 Кбит/с (для сравнения максимальная теоретически достижимая скорость GPRS 115 Кбит/с, расчетная 64 Кбит/с, а практически достижимая 48 Кбит/с). Кроме того, возможна мобильная видеотелефонная связь и загрузка полноценных аудио и видеофайлов на мобильный терминал. Поддержка WCDMA увеличивает стоимость телефона. На сегодняшний день сети третьего поколения работают в России в тестовом режиме на ограниченной территории.

UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), Универсальная Система Мобильных Телекоммуникаций - это один из стандартов, разрабатываемый Европейским Институтом Стандартов Телекоммуникаций (ETSI) для внедрения 3G в Европе. Сегодня основным фактором, определяющим развитие мобильной связи, является голосовая телефония. Появление GPRS и EDGE, а затем переход к UMTS открывают дорогу ко многим дополнительным возможностям помимо голосовой связи. UMTS - это высокоскоростная передача данных, Мобильный Интернет, различные приложения на основе Интернета, интранета и мультимедиа. Ключевой технологией для UMTS является Широкополосный Многостанционный Доступ с Кодовым Разделением (WCDMA). Эта революционная технология радиодоступа, выбранная в сентябре 1998 года Европейским Институтом Стандартов Телекоммуникаций, поддерживает все мультимедийные услуги 3G. Системы WCDMA/UMTS включают усовершенствованную базовую сеть GSM и радиоинтерфейс по технологии WCDMA. Скорость передачи в радиоканале для мобильного абонента достигает 2 Мбит/с. WCDMA предназначена для использования в системах, работающих в частотном диапазоне 2 ГГц, который позволит в полной мере использовать все преимущества этой технологии. Например, всего одна несущая WCDMA шириной 5 МГц обеспечит предоставление смешанных услуг, требующих скоростей передачи от 8 кбит/с до 2 Мбит/с. А мобильные терминалы, совместимые с WCDMA смогут в соответствии с рекомендациями ITU работать сразу с несколькими услугами.

Сравнение возможностей предоставляемых услуг всех поколений ССПС

Поколения мобильной связи: "первое" (1G), "второе" (2G, 2.5G), "третье" (3G). Cравнение возможности всех поколений приведено в таблице 15.

В наборе услуг третьего поколения добавляются видеотелефон, видеоконференции, видео-почта, высокоскоростной доступ в Интернет, TV/видео плеер, удаленная медицинская диагностика, обучение, автомобильная и городская навигации, видео/фото съемка. Существенно возрастает скорость передачи данных.