Похожие публикации

Развития Творчества «арт-талант» (1)
Документ
2. Организаторы конкурсов: ООО «ЦРП», в лице генерального директора Ковалевой Л.А. и Академия Развития Творчества «АРТ-талант», в лице главного админи...полностью>>

Темы лабораторных или практических работ необходимый минимум (в расчете 1 комплект на 2 чел.) 8
Документ
Оснащенность образовательного процесса учебным оборудованием для выполнения практических видов занятий, работ по химии в МБОУ «Булановская средняя общ...полностью>>

М. С. Патрина в «новый год» с новыми сроками и правилами кадастрового учета. Филиал фгбу «фкп росреестра»
Документ
Филиал ФГБУ «ФКП Росреестра» по Красноярскому краю информирует о том, что с 1 января 2015 года сокращены сроки и правила кадастрового учета. Изменение...полностью>>

(подпись) "__" 2015 г Информационно-аналитическая записка о результатах оперативно-служебной деятельности участкового уполномоченного полиции капитана полиции Рыжова Юрия Алексеевича
Документ
Обслуживаемый административный участок № 5 находится на территории участкового пункта полиции № 2, расположенного по адресу: г. Москва, ул. Вавилова, ...полностью>>



Конспект лекций по учебной дисциплине системы связи с подвижными объектами (наименование учебной дисциплины) по специальности (направлению подготовки)

7.2. Модель Окамуры-Хата

Результаты экспериментальных измерений Окамуры положены в основу модели Хата. Эмпирические зависимости, используемые в модели Окамуры в виде графиков, в этой модели представлены в виде аппроксимирующих их формул. Согласно этой модели представим уровень УММС как:

где – суммарное ослабление радиосигнала при распространении для модели Хата при статистическом учете параметров местности (а выражено в децибелах, r – в километрах).

Для города:

Для пригородной зоны:

Для открытой местности:

Здесь аппроксимирующие коэффициенты:

– параметр, учитывающий влияние высоты антенны АС.

Для крупных городов этот параметр слабо зависит от частоты однако используются две аппроксимирующие формулы:

, при f > 200 МГц

, при f > 400 МГц

Для средних и малых городов этот параметр зависит от частоты:

В формулах для аппроксимирующих коэффициентов принято:
f – частота излучения БС, МГц;

и – высоты установки антенн БС и АС.

Модель Хата применяют при изменении значений параметров в пределах, указанных в табл. 7.3.

Табл. 7.3. Области применения модели Хата

Параметр

Область применения модели Хата

Основная

Расширенная

Рабочая частота, МГц

150 .. 1500

150 .. 1500

Протяженность трассы, км

1 .. 20

1 .. 80

Высота антенны БС, м

30 .. 200

1,5 .. 400

Высота антенны АС, м

1 .. 10

1 .. 10

Область использовании модели Хата меньше области использования модели Окамуры, аппроксимирующие выражения по модели Хата совпадают с результатами Окамуры с точностью до 1 дБ в пределах основной области и с меньшей точностью в пределах расширенной области. Для предсказания уровня сигнала на трассах короче 1 км существуют другие модели.

Краткие итоги лекции 7
  1. В системах подвижной связи для расчетов параметров сигналов базовых станций получили применение статистические методы прогнозирования уровня сигнала, при которых рельеф местности считается случайной величиной.

  2. В сотовых системах радиосвязи для характеристики энергетичесих параметров сигнала используется усреднение по двум параметрам: по времени и расположению. Эта характеристика называется усредненной медианной мощностью.

  3. «Квазигладкая трасса» по Окамуре – это трасса протяженностью несколько километров, на которой средняя высота неровностей не превышает 20 м.

  4. Модель Окамуры предназначена для расчета уровня сигнала на «квазигладкой» местности, учитывает высоты подвеса антенн и частоту несущей, на которой происходит передача, а также тип местности.

  5. Модель Окамуры позволяет для местности, которая не относится к «квазигладкой», для расширения модели вводятся дополнительные поправочные коэффициенты.

  6. В ходе промежуточных вычислений используются специальные графики, из-за чего модель, предложенная Окамурой, является несколько неудобной в расчетах.

  7. Модель Окамуры предполагает анализ с использованием графиков, Модель Окамуры-Хаты – аналитический расчет.

  8. Модель Окамуры и Окамуры-Хаты предназначены для прогнозирования сигнала при расчете сот обслуживания, имеющих протяженность от километра до нескольких десятков.

  9. В случае если зона обслуживания составляет менее одного километра, используются модели, отличные от Окамуры и Окамуры-Хаты.

  10. Чем выше установлены антенны базовой станции, тем больше уровень принимаемого сигнала.

Вопросы по лекции 7

  1. Для чего прогнозируют уровни радиосигнала в системах подвижной радиосвязи?

  2. В чем различие между детерминированного и статистического подхода к расчету энергетических параметров?

  3. Дайте определение усредненной медианной мощности (УММС).

  4. Что такое квазигладкая местность по Окамуре?

  5. Приведите таблицу соответствия типа местности от средней высоты неровностей по классификации Окамуры.

  6. Как влияет высота подвеса антенны на уровень УММС?

  7. Как влияет рабочая частота на УММС в условиях городской застройки?

  8. В чем состоит отличие модели Окамуры от модели Окамуры-Хата?

  9. Приведите формулы расчета УММС по модели Окамуры-Хата.

  10. Для каких расстояний между АС и БС модели Окамуры и Окамуры-Хата дают удовлетворительные результаты?

Раздел 5. СИСТЕМА GSM

Лекция 8. СТРУКТУРА СИСТЕМЫ GSM

Краткая аннотация лекции: приведены элементы и устройства в системе GSM, описание механизма аутентификации, хендовера и роуминга, описан способ борьбы с межсимвольной интерференцией на основе эквалайзинга.

Цель лекции: изучить функции элементов и устройств в системе GSM, основы управления соединением между мобильной и базовой станцией и между базовыми станциями.

8.1. Структура системы GSM (Global System for Mobile Communications)

Стандарты сотовой связи второго поколения нашли широкое распространение не только на территории России, но и в других странах. Самым известным стандартом 2G является GSM (Global System for Mobile Communications – Глобальная система мобильной связи). Около 80% сетей сотовой связи по всему миру построены по этому стандарту.

Разработка стандарта GSM началась еще в 1982 году организацией по стандартизации CEPT (European Conference of Postal and Telecommunications Administrations). В 1991 году в Финляндии была введена в эксплуатацию первая в мире сеть GSM. Уже к концу 1993 года число абонентов, использующих этот стандарт, перевалило за миллион. К этому времени сети GSM были развернуты в 73 странах мира.

Сети стандарта GSM позволяют предоставлять широкий перечень услуг:

  • Голосовые соединения

  • Услуги передачи данных (до 384 кбит/сек благодаря технологии EDGE)

  • Передача коротких текстовых сообщений (SMS)

  • Передача факсов

  • Голосовая почта

  • Конференцсвязь и мн. др.

Основные элементы, входящие в состав системы GSM, представлены на рис. 8.1.

Рис. 8.1. Структура системы сотовой связи стандарта GSM

Сеть GSM делится на 2 системы. Каждая из этих систем включает в себя ряд функциональных устройств, которые, в свою очередь являются компонентами сети мобильной радиосвязи.

Данными системами являются:

  • Система коммутации – Network Switching System (NSS)

  • Система базовых станций – Base Station System (BSS)

Система NSS выполняет функции обслуживания вызовов и установления соединений, а также отвечает за реализацию всех назначенных абоненту услуг. NSS включает в себя следующие функциональные устройства:

  • Центр коммутации мобильной связи (MSC)

  • Домашний регистр местоположения (HLR)

  • Визитный регистр местоположения (VLR)

  • Центр аутентификации (AUC)

  • Регистр идентификация абонентского оборудования (EIR).

Система ВSS отвечает за все функции, относящиеся к радиоинтерфейсу. Эта система включает в себя следующие функциональные блоки:

  • Контроллер базовых станций (BSC)

  • Базовую станцию (BTS)

MS (т.е. телефон абонента) не принадлежит ни к одной из этих систем, но рассматривается как элемент сети.

8.2. Аутентификация SIM-модуля

В стандарте GSM используется алгоритм формирования ключа шифрования A8 для обеспечения конфиденциальности передаваемой по радиоканалу. A8 является одним из алгоритмов обеспечения секретности разговора в GSM вместе с A5 и A3. Его задача — генерация сеансового ключа Kc для потокового шифрования информации в канале связи между сотовым телефоном (MS — Mobile Station) и базовой станцией (BTS — Basic Transmitter Station) после аутентификации.

Механизм аутентификации

Для исключения несанкционированного использования ресурсов системы связи вводятся механизмы аутентификации. У каждого подвижного абонента есть стандартный модуль подлинности абонента (SIM-карта), которая содержит:

  • международный идентификационный номер подвижного абонента (IMSI — International Mobile Subscriber Identity)

  • свой индивидуальный 128-битный ключ аутентификации ()

  • алгоритм аутентификации (A3), и генерации сеансового ключа (А8).

Ключ аутентификации пользователя уникален и однозначно связан с IMSI, оператор связи по значению IMSI «умеет» определять и вычисляет ожидаемый результат. От несанкционированного использования SIM защищена вводом индивидуального идентификационного номера (PIN-код — Personal Identification Number), который присваивается пользователю вместе с самой картой.

Процедура проверки подлинности абонента показана на рис. 8.2.

Базовая станция генерирует случайный номер (RAND) и передаёт его на мобильное устройство. В SIM-карте происходит вычисление значения отклика (SRES — Signed Response) и сеансового ключа, используя RAND, и алгоритмы A3, А8. Мобильное устройство вычисляет SRES и посылает его на базовую станцию, которая сверяет его с тем, что вычислила сама. Если оба значения совпадают, то аутентификация пройдена успешно и мобильное устройство получает от сети команду войти в шифрованный режим работы.

Ключ также не передаётся по радиоканалу. Подвижная станция и сеть вычисляют их отдельно друг от друга.

Рис. 8.2 Схема аутентификации для сетей GSM

8.3. Идентификация абонентского оборудования

(Equipment Identity Register)

EIR – регистр идентификации абонентского оборудования. Он относится к NSS (Система коммутации) сетей стандартов GSM и UMTS. Представляет собой базу данных с информацией об оборудовании абонентов с указанием: можно ли данному оборудованию зарегистрироваться в сети или нет.

В EIR хранятся три списка (белый, серый и черный) с IMEI (international mobile equipment identity) – идентификаторами оборудования абонентов. Наличие IMEI в белом списке разрешает доступ в сеть безоговорочно. Оборудование из серого списка будет допущено в сеть, но будет непрерывно отслеживаться во время его нахождения в сети. Черный список предназначен для хранения IMEI аппаратов, которым в сеть доступ запрещен. Исходя из этого, назначение EIR очевидно: оказать помощь правоохранительным органам в поиске и отслеживании абонентов и украденного оборудования.

Во всем мире лишь один оператор установил EIR на своей сети. Причина такой непопулярности заключается в высокой стоимости оборудования, что, естественно, не выгодно операторам сотовой связи. Попытки обязать операторов устанавливать EIR предпринимались в разных странах, однако остались тщетными. Еще одной причиной, почему EIR не используется в нашей и большинстве других стран – это установка на сеть другого специализированного оборудования, получившего в русском языке название СОРМ (система оперативно-розыскных мероприятий). Этот элемент никак не описан в телекоммуникационных спецификациях 3GPP, IMT и т.п., и стандартизируется специальными отраслевыми документами. СОРМ предоставляет гораздо больше возможностей по слежению за абонентами для правоохранительных служб. Его установка в России обязательна для всех операторов сотовой связи.

8.4. Handover (Хэндовер)

Хэндовер (англ. Handover) — в сотовой связи процесс передачи сессии абонента от одной базовой станции к другой.

В сотовой связи может быть несколько причин для проведения передачи сессии:

  • когда телефон уходит с зоны покрытия одной ячейкой сети и входит в зону покрытия другой ячейкой. Хэндовер позволяет абонентам не быть привязанным к какой-либо географической точке и дает возможность передвигаться в пределах сети оператора без разрыва соединения;

  • когда ёмкость сети в текущей ячейке израсходована при существовании нового звонка с телефона, который находится в зоне, перекрытой другой ячейкой, передаётся к этой ячейке в порядке освобождения ёмкости первой ячейки для других ее пользователей, которые могут быть соединены только с первой ячейкой;

  • в не-CDMA сетях, когда канал используемый телефоном зашумлён помехами другого телефона, использующего тот же канал в другой ячейке, звонок передаётся другому каналу в той же ячейке или другому каналу в другой ячейке для устранения помех;

  • в не-CDMA сетях, когда изменяется поведение пользователя, то есть когда пользователь, быстро изменяющий местоположение, подключённый к большой зонтообразной ячейке, останавливается, звонок может быть передан макроячейке или даже микроячейке для освобождения ёмкости большой сети для других быстро передвигающихся абонентов и для уменьшения потенциальных помех другим ячейкам или пользователям. Это работает и в противоположной ситуации, когда абонент передвигается быстрее определенного порога, звонок может быть передан большей ячейке для уменьшения частоты передач.

Процесс передачи сессии может быть инициирован при переходе пользователя из зоны покрытия одной ячейки в зону покрытия другой. В случае использования традиционного метода "жёсткого" хендовера соединение с текущей ячейкой прерывается, после чего создаётся соединение с новой ячейкой. Этот метод известен как "break-before-make" хендовер. Так как все ячейки в CDMA используют общие частоты, возможно создание соединения с новой ячейкой без прерывания соединения с предыдущей. Этот метод также известен как "make-before-break" или "мягкий" хендовер. Мягкие хендоверы требуют меньших мощностей, что уменьшает интерференцию и увеличивает возможности нагрузки.