Исследования технологий GPRS на основе стандарта GSM

В статье представлена технология GPRS на основе стандарта GSM

The article presents the GPRS technology based on GSM standard

В 1982 году CEPT (Почтовая и телеграфная Европейская конференция) в целях разработки общеевропейской системы сотовой мобильной связи создала рабочую группу, получившую название GSM (Groupe Special Mobile — Специальная мобильная группа). Разрабатываемая система должна была удовлетворять следующим критериям:

-        высокое качество передачи речевой информации;

-        низкая стоимость оборудования и предоставляемых услуг;

-        поддержка портативного пользовательского оборудования; т. е. возможности использования абонентом мобильного телефона при перемещении в другую сеть GSM. В 1990 году были опубликованы спецификации первой фазы GSM. К середине 1991 года начали поддерживаться коммерческие услуги мобильной связи в этом стандарте, а к 1993 году функционировало уже 36 сетей GSM в 22 странах, и еще 25 стран выбрали направление GSM или поставили вопрос о его принятии. Несмотря на то, что система GSM была стандартизована в Европе, на самом деле она не является исключительно европейским стандартом. Существует несколько отличительных черт влияющих на качество предоставляемых услуг и на стоимость самой сети:

-        из-за более высокой частоты уменьшается максимально возможный радиус соты, а точнее — максимальное удаление абонента от базовой станции. Для GSM-900 это расстояние равно 35 км. Для GSM-1800 — около 10 км;

-        на частотах 1800–2000 МГц радиоволны имеют несколько иные проникающие свойства;

-        GSM-1800 имеет, куда больший диапазон частот. Кроме этого в диапазонах 1800 и 1900 частотное планирование выполняется гибче в силу большего числа каналов и меньшего радиуса сот.

Максимальная излучаемая мощность мобильных телефонов стандарта GSM-1800–1Вт, для сравнения у GSM-900–2Вт. Не большая излучаемая мощность позволяет экономить заряд батареи мобильного телефона, однако высокая частота увеличивает вредное воздействие на организм человека т. н. «эффект микроволновой печи». Система сотовой связи стандарта GSM в эволюционной модели развития относится к поколению 2G. Первым поколением сотовой связи была — аналоговая. На сегодняшний день развитие мобильной связи стоит на пороге 3G — третьего поколения. Также существует так называемое промежуточное поколение — 2,5G. В него вошли такие технологии, как GPRS и EDGE.

В стандарте GSM используется узкополосный многостанционный доступ с временным разделением каналов (NB ТDМА). В структуре ТDМА кадра содержится 8 временных позиций на каждой из 124 несущих. Для защиты от ошибок в радиоканалах при передаче информационных сообщений применяется блочное и сверточное кодирование с перемежением. Повышение эффективности кодирования и перемежения при малой скорости перемещения подвижных станций достигается медленным переключением рабочих частот (SFH) в процессе сеанса связи со скоростью 217 скачков в секунду.

В стандарте GSM выбрана гауссовская частотная манипуляция с минимальным частотным сдвигом (GMSK). Обработка речи осуществляется в рамках принятой системы прерывистой передачи речи (DTX), которая обеспечивает включение передатчика только при наличии речевого сигнала и отключение передатчика в паузах и в конце разговора. В качестве речепреобразующего устройства выбран речевой кодек с регулярным импульсным возбуждением/долговременным предсказанием и линейным предикативным кодированием с предсказанием (RPE/LTR-LTP-кодек). Общая скорость преобразования речевого сигнала — 13 кбит/с.(Рис. 1.)

Рис. 1. Структурная схема сети GSM

Функциональное сопряжение элементов системы осуществляется рядом интерфейсов. Все сетевые функциональные компоненты в стандарте GSM взаимодействуют в соответствии с системой сигнализации МККТТ SS N 7 (CCITT SS N 7).

Значительно более широкие возможности могут быть обеспечены при реализации в рамках стандарта GSM технологий GPRS и EDGE. Эту фазу развития стандарта GSM принято обозначать «2G+» или «2,5G». В настоящее время уже очевидно, что модернизация GSM и развитие UMTS будут происходить в течение длительного времени, при этом обе технологии будут развиваться параллельно. Первым шагом на этом пути было внедрение технологии HSCSD, ориентированной на передачу данных с коммутацией каналов.

Протокол GPRS (General Packet Radio Service) используется для передачи данных в любых сетях GSM. Это позволяет сетям GSM быть совместимым с Internet. GPRS использует пакетную технологию для эффективной передачи неравномерного трафика. Протокол поддерживает скорость передачи от 9,6 Кб/с до более чем 150 Кб/с на одного пользователя. Основными характеристиками протокола GPRS являются эффективное использование радио- и сетевых ресурсов, а также полностью прозрачная поддержка протокола IP. GPRS оптимизирует использование сетевых и радиоресурсов. Протокол адаптирован к неравномерному характеру графика пользовательских приложений. Еще одной важной характеристикой GPRS является обеспечение немедленного соединения и высокая пропускная способность. Поддерживаются приложения, базирующиеся на стандартных протоколах передачи данных, таких, как IP и Х.25. В GPRS обесточиваются 4 различных уровня качества обслуживания (Рис. 2).

Рис. 2. Маршрут передачи GPRS

Доработку GSM-сети для предоставления услуг высокоскоростной передачи данных GPRS можно условно разделить на две формы — программную и аппаратную. Если говорить о программном обеспечении, то оно нуждается в замене или обновлении практически всюду — начиная с реестров HLR-VLR и заканчивая базовыми станциями BTS (Рис. 3). В частности, вводится режим многопользовательского доступа к временным кадрам каналов GSM, а в HLR, например, появляется новый параметр Mobile Station Multislot Capability (количество каналов, с которыми одновременно может работать мобильный телефон абонента).

Рис. 3. Структурная схема GSM с GPRS

В ходе построения сети было осуществлено частотное и территориальное планирование. Были рассчитаны основные параметры сети, включая возможную абонентскую нагрузку, зону покрытия базовой станции, качественные показатели, помехоустойчивость модуляции GMSK.

Литература:

1.      Громаков Ю. А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи. — М.: Радио и связь, 2005.-238с.

2.      Варакин Л. Е. Теория систем сигналов. — М.: Радио и связь, 2003. — 330с.

3.      Ульн Т. Техника подвижной систем связи. — М.: РиС, 2000. — 223с.

4.      Баскаков С. И. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Высшая школа, 2004.-448с.