Материал: Радионавигационные системы и комплексы. лабораторный практикум. Федоров С.М., Сиваш М.А

Максимальное расстояние связи для системы GSM ограничено задержкой сигнала и максимально равно 35 км, однако при применении режима extended cell способно увеличиться до 75 км, но применение данного режима возможно только в пустынях, горах и морях.

В состав GSM входят три подсистемы (рис. 1):

1)подсистема базовых станций (ПБС или BSS);

2)подсистема коммутации (NSS), в состав которой входит: центр коммутации, домашний реестр местоположения, гостевой реестр местоположения, реестр идентификации оборудования;

3)подсистема технического обслуживания (OMC). Отдельным классом оборудования для работы в GSM

являются подвижные станции (MS) или мобильные телефоны.

Рис. 1. Структура системы сотовой связи GSM

Подсистема базовых станций (ПБС)

Подсистема Базовых станций включает в себя базовые станции (БС или BTS) и контроллеры базовых станций (BSC). Область, накрытая сетью GSM, разбивается на шестиугольники, которые получили название – соты или ячейки. Диаметр каждой из них может быть разным и составлять от 0,4 км до 50 км, а максимальный теоретический радиус со-

10

ставляет 120 км, что обусловлено ограниченной возможностью системы синхронизации компенсировать время задержки сигнала. Каждая зона покрыта БС, которая расположена в центре, при этом соседние ячейки частично перекрывают друг друга, что обеспечивает возможность обслуживания абонента без разрывов связи, когда он попадает в зону действия соседней ячейки. На самом деле каждая БС покрывает площадь в виде круга, а не шестиугольника, который является лишь упрощенным вариантом представления зоны покрытия. У каждой БС есть шесть соседних, что обусловлено минимизацией стоимости, так как использование большего числа БС приводило бы к большему «перехлесту» зон покрытия и позволило бы избежать «мертвых зон», но это привело бы к увеличению расходов на дополнительные станции при достаточно незначительном преимуществе в качестве связи.

БС обеспечивает прием и передачу между сотовым телефоном и контроллером БС. Базовая станция является автономной и модульной, а антенны БС могут быть расположены на крышах зданий, вышках и т. д.

Контроллер базовых станций занимается контролем соединений между БС и подсистемой коммутации, а также очередностью соединений, скоростью передачи данных, сбором статистики, распределением радиоканалов, контролем разных радиоизмерений, назначением и управлением процедурой хэндовер для плавного переключения абонентов между БС.

Подсистема коммутации (NSS)

Подсистема коммутации состоит из следующих компонентов:

1. Центр коммутации – контролирует определенную территориальную зону с расположенными на ней базовыми станциями и контроллерами базовых станций. Устанавливает соединение между абонентами в сети GSM, обеспечивает связь GSM и ТфОП, а также с другими системами радиосвязи

11

и сетями рередачи данных, осуществляет функции маршрутизации и управления вызовами, передачи обслуживания мобильного телефона при перемещении абонента из одной ячейки в другую. После завершения вызова центр коммутации обрабатывает информацию по нему и передает ее в центр расчетов для того, чтобы сформировать счет за предоставленные услуги связи, а также собирает статистику. Центр коммутации постоянно следит за расположением сотового телефона, используя данные, которые получены из домашнего регистра и гостевого регистра абонента, что позволяет быстро найти и установить соединение с сотовым телефоном в случае вызова.

2.Домашний регистр местоположения - содержит базу данных абонентов, которые приписаны к нему. В домашнем регистре содержится важная информация об абоненте, каждый из которых приписан к своему домашнему регистру:

1) предоставляемые услуги;

2) информация о состоянии абонента (важна при совершении вызовов); 3) международный Идентификатор Мобильного Абонента (IMSI).

3.Гостевой регистр местоположения – временная база абонентов, которая обеспечивает мониторинг сотового телефона при перемещении абонента из одной зоны в другую, и при этом хранит базу данных о перемещающихся абонентах, находящихся в домашнем регионе, и об абонентах из других сетей (находящихся в роуминге). Данные об абоненте автоматически удаляются из гостевого регистра, если абонент переместился в другую зону, что позволяет сократить число запросов на домашний регистр абонента, уменьшая тем самым время обслуживания вызова.

4.Регистр идентификации оборудования – содержит данные, которые необходимы для определения сотовых телефонов по IMEI. Этот регистр формирует три списка сотовых телефонов: белый (допущен к использованию), серый (возникают некоторые проблемы с идентификацией устрой-

12

ства), черный (запрещен к использованию). У российских операторов и операторов из стран СНГ используются исключительно белые списки, что не позволяет решить проблему кражи сотовых телефонов.

5.Центр аутентификации – в этом центре происходит определение абонента, а точнее SIM-карта. Доступ в сеть разрешается только если SIM-карта проходила процедуру проверки подлинности, в процессе которой с центра аутентификации на телефон приходит случайное число (RAND), которое в телефоне и центре аутентификации шифруется с использованием специального алгоритма ключом Ki для данной SIM-карты; после чего с мобильного телефона и центра аутентификации на центр коммутации возвращаются «подписанные отклики» (SRES), которые являются результатом шифрования. На центре коммутации отклики сравниваются,

ипри их совпадении аутентификация считается успешной.

6.Подсистема OMC – связана со всеми частями сети и занимается контролем качества работы, управляет работой всей сети, занимается обработкой аварийных сигналов, проверяет состояние сети и возможность совершения вызова, обновляет ПО на элементах сети и выполняет ряд других важных функций.

Прикладное программное обеспечение для анализа радиосигналов системы сотовой связи GSM и качества покрытия абонента базовыми станциями

RF DSP GSM SCANNER RTL-SDR – сканер сетей GSM выполняет обнаружение нисходящих каналов и отображает информацию об уровне сигнала, а также определяет принадлежность канала одному из операторов большой тройки: «МТС», «ВымпелКом» («Билайн») или «Мегафон». Сканер позволяет сохранить базу идентификаторов БС MCC, MNC, LAC и Cl для всех анализируемых каналов. Его также можно использовать для того, чтобы оценить уровень и качество

13

сигнала разных мобильных операторов, оценить покрытие, что необходимо для принятия решения об установке усилителей сигналов связи и установки их параметров (в образовательных целях и др.). Сканер работает под ОС Windows не ниже 7 версии на базе цифрового тюнера RTL-SDR. Для работы сканера требуется установка драйверов RTL-SDR, если они еще не были установлены, это удобно сделать с помощью программы «Zadig».

Параметрами RTL-SDR и определяются основные характеристики сканера. Безусловно GSM-сканер не является заменой нормального измерительного оборудования. Сканер распространяется бесплатно, без каких-либо ограничений на использование.

Текущая версия поддерживает диапазон GSM-900, но не поддерживает GSM-1800. Это определяется тем, что рабочая частота RTL-SDR с тюнером R820T ограничена значением 1760 МГц. Есть надежда, что применение экспериментального драйвера RTL-SDR позволит реализовать работу хотя бы в части диапазона 1800 МГц. Ниже представлен вид окна программы сканера (рис. 2):

Рис. 2. Внешний вид программы сканера

14