Website TemplatesJoomla TemplatesWeb Hosting
آخرین مطالب

ورود به انجمن سایت

به جمع هواداران آی آر پرشین بپیوندید

خبرنامه

نام:

ایمیل:

خانه مجموعه مطالب وایرلس آشنایی با ساختار شبکه های GSM

آشنایی با ساختار شبکه های GSM

میانگین امتیار کاربران: / 14
ضعیفعالی 

 در این مطلب به بررسی کامل ساختار شبکه های gsm میپردازیم.

امروزه ميليون‌ها نفر در سراسر جهان از تلفن‌هاي سلولي (همراه) استفاده مي‌كنند . در واقع تلفن‌‌هاي همراه نوع پيشرفته راديو تلفن‌هاي دهه 1880 هستند كه در آن زمان روي خودروها نصب و استفاده مي‌شد . اين سامانه داراي يك يا چند دكل آنتن مركزي براي هر شهر بود وهر دكل مي‌توانست تا 25 كانال ارتباطي را تا شعاع 40 الي 50 مايل پوشش دهد . اما به علت محدوديت كانال‌هاي ارتباطي امكان مشترك شدن براي همه وجود نداشت. تلفن همراه سامانه اي سلولي است زيرا مناطق تحت پوشش آن به سلول‌هاي تقريباً 6 گوش تقسيم بندي مي شود. بدين ترتيب كل فضاي مورد نظر تحت پوشش سلول‌هاي مختلف قرار مي‌گيرند .

در مركز هر سلول يك دكل آنتن به نام (BTS) نصب مي‌شود و بر حسب ظرفيت هر سلول تعداد مشتركان تغييرمي كند.معمولاً هر سلول آ‌نالوگ قادر است تا 56 كانال راديويي را پشتيباني كند به عبارت ديگر هر سلول مي‌تواند همزمان مكالمه‌ي 56 نفر با تلفن همراه را در محدوده‌ي تحت پوشش خود اداره نمايد . اما اين ظرفيت در روش‌هاي ارتباطي ديجيتالي امروزه افزايش يافته است . براي مثال درسامانه ي ديجيتالي TDMA مي توان تا سه برابر ظرفيت آنالوگ يعني تقريباً 168 كانال را پوشش داد.

تلفن همراه يك سامانه ي كم توان راديويي است . اكثر تلفن هاي همراه داراي دو سطح توان خروجي 0.6 وات و 0.3 وات هستند. به همين ترتيب ايستگاه‌هاي مبناي هر سلول نيز با توان كم كار مي‌كنند. عملكرد با توان كم داراي دو مزيت است:

1-تبادل سيگنال‌ در محدوده‌ي هر سلول بين ايستگاه و گوشي با آنتن همان سلول انجام مي‌پذيرد و سيگنال‌ها از حيطه‌ي سلول فراتر نرفته بنابر اين هر گوشي فقط با يك دكل آنتن ارتباط برقرار مي‌سازد و از اين جهت كانال‌هاي BTS‌هاي ديگر براي يك نفر اشغال نخواهد شد.

2- مصرف انرژي باتري گوشي تلفن بهينه و نسبتاً كم مي‌شود.

شبكه‌ي سلولي همچنان كه گفته شد نيازمند نصب دكل‌هاي زيادي است. يعني يك شهر بزرگ ممكن است داراي هزاران دكل جهت پوشش سرتاسري باشد و هزينه‌ي سنگيني را در بر دارد، ولي از جهتي كه امكان استفاده از اين سامانه براي تعداد زيادي از مردم را فراهم مي‌آورد هزينه‌ي لازم به مرور جبران خواهد شد.

جابجايي سلولي
هر تلفن يك كد شناسه‌ي مختص خود دارد. اين كد‌ها جهت شناسايي مالك تلفن و شركت خدمات دهنده است. هنگامي‌كه گوشي روشن مي‌شود، منتظر دريافت سيگنال‌ از يك كانال كنترل مي‌ماند. اين كانال يك كانال ارتباطي مخصوص جهت ارتباط گوشي و نزديك‌ترين ايستگاه BTS است. اگر تلفن به هر دليلي نتواند چنين سيگنالي را دريافت و شناسايي نمايد، پيغام خارج از محدوده « No Service» خواهد داد. در صورت دريافت اين سيگنال گوشي آماده‌ي برقراري ارتباط مي‌شود. كاربر چه در حال صحبت و چه در حال آماده باش حركت و جابجايي داشته باشد، ممكن است از حيطه‌ي يك سلول خارج و وارد محدوده‌ي سلول ديگر شويد. سامانه‌هاي سلولي مي توانند بدون قطع ارتباط تلفني، آن را از سلولي به سلول ديگر هدايت نمايد.

سامانه ‌هاي آنالوگ اوليه در سال 1983 با عنوان (سامانه پيشرفته تلفن متحرك) Amps مجوز ايجاد خود را از كميسيون فدرال ارتباطات آمريكا دريافت نموده و با بسامد 824 الي 894 مگاهرتز آغاز به كار كردند. اين تلفن‌ها داراي 832 كانال به صورت جفت بودند، 790 كانال براي انتقال صوت و 42 كانال جهت تبادل داده، در واقع هر جفت بسامد (يكي جهت ارسال و ديگري جهت دريافت) در اين سامانه ‌ها تشكيل يك كانال ارتباطي را مي‌دادند كه پهناي باند هر كانال نيز برابر 30 كيلوهرتز تعيين شده بود.

نسل جديد
تلفن‌‌هاي سلولي ديجيتالي مشابه نوع آنالوگ اما متفاوت از آن كار مي‌كنند و قادر به ايجاد كانال‌هاي ارتباطي بيشتر و با كيفيت مطلوب‌تري هستند. اين سامانه ‌ها اطلاعات مورد تبادل را به صورت 0 و 1 و فشرده شده ارسال و دريافت ميكنند به اين دليل حجم سيگنال اشغالي در شبكه‌ي ديجيتالي توسط هر گوشي برابر 1/3 تا 1/10 سامانه آنالوگ است.

فناوري دسترسي سلولي

سه نوع روش معمول جهت انتقال اطلاعات توسط شبكه‌هاي تلفن سلولي عبارتنداز:

- دسترسي چند‌گانه‌ي تقسيم بسامدي (FDMA): كه هر تماس را برروي يك بسامد مجزا قرار مي‌دهد.

- دسترسي چندگانه‌ي تقسيم زماني (TDMA): هر تماس را به بخشي از يك زمان روي يك بسامد واگذار مي‌كند.

- دسترسي چندگانه‌ي تقسيم كدي (CDMA): كه به هر تماس يك كد منحصر اختصاص داده و به كل طيف پخش مي‌كند. در قسمت اول هر يك از اين سه روش عبارت «دسترسي چندگانه» را مي‌بينيم، اين بدين مفهوم است كه هر سلول امكان برقراري ارتباط بيش از يك نفر را در يك زمان فراهم مي‌آورد.

1- FDMA: در اين روش كل طيف بسامد به چندين كانال تقسيم مي‌شود، اين روش اكثراً جهت سامانه‌هاي آنالوگ به كار مي رود ولي قابليت طراحي به صورت ديجيتال را نيز دارد، اما جهت سامانه ‌هاي ديجيتالي كارآيي موثر نخواهد داشت.

2- TDMA: از يك پهناي باند نازك 30khz كيلوهرتز و به طول 6.7 ميلي‌ثانيه جهت تقسيم زمان به سه بخش استفاده مي‌كند. هر مكالمه 1/3 حجم زماني معمول را در اين حالت اشغال نموده و موجب فشرده‌سازي و افزايش بهره‌وري مي‌گردد و باعث افزايش تعداد كانال‌هاي هر سلول خواهد شد. اين سامانه در باند‌هاي 900 و 1800 مگاهرتز در اروپا و آسيا و نيز 1900 مگاهرتز در آمريكا مورد استفاده قرار دارد. متأسفانه باند 1900 GSM)) كه در آمريكا كاربرد دارد با سامانه ‌هاي جهاني همساز نيست.

3- CDMA: يك تفاوت كلي با سامانه TDMA دارد. در اين روش بعد از تبديل سيگنال‌ها به ديجيتال آن‌ها را بر روي كل پهناي باند موجود انتشار مي‌دهند و همچنين به هر تماس و سيگنال‌ يك كد منحصر به فرد اختصاص مي‌دهند. در اين حالت گيرنده‌ نيز جهت بازيابي اطلاعات از كد مشابه مختص هر تلفن استفاده مي‌نمايد. بازده‌ي اين سامانه 8 الي 10 برابر سامانه ‌هاي آنالوگ (AMPS) است و ظرفيت را به ميزان چشم‌گيري افزايش خواهد داد.


ویکی پدیا :

GSMیک اختصار پذیرفته شده برای استاندارد «سیستم بین‌المللی ارتباطات همراه» محسوب می‌شود که در اصل از عبارتی فرانسوی گرفته شده‌است وو همانندPALM و Mobiletex GPRS، HICAP از محبوبترین و رایجترین استانداردهای تلفن همراه در سراسر دنیا به شمار می‌رود.

این استاندارد در حال حاضر توسط بیش از ۲ میلیارد نفر در ۲۱۲ کشور استفاده می‌شود که در نوع خود یک رقم باورنکردنی است و باعث می‌شود تا کاربران با استفاده از قابلیت Roaming یا امکان حضور همزمان در دو نقطهٔ متفاوت ارتباطی، بتوانند از گوشی همراه خود در هر شهر و کشوری استفاده کنند. این استاندارد با نمون ههای مشابه قبلی خود تفاوتهایی عمده دارد و از جملهٔ آنها می‌توان به کیفیت دیجیتالی برقراری مکالمات با تلفن همراه اشاره کرد که به عبارتی یک سیستم نسل دوم تلفن همراه تلقی می‌شود.

از دیدگاه اکثر مصرف کنندگان و کاربران، مزیت اصلی و عمدهٔ GSM در افزایش کیفیت برقراری تماسهای تلفنی و همچنین کاهش نرخ مکالمات و نیز سرویسهای جانبی مثل پیام کوتاه یا SMS است.

همچنین از دید اپراتورهای شبکه، مزیت و برتری این استاندارد، امکان به کارگیری لوازم و تجهیزات جانبی گوشیهای همراه با مارکهای مختلف در یک مجموعه‌است چرا که طراحی باز این استاندارد به عملکرد چندوجهی ارتباطی کاربر کمک می‌کند.

گسترش گوشی‌های سلولی تلفن همراه در اوایل ده هی هشتاد میلادی در اروپا، رو به زوال نهاد. عدم وجود استانداردسازی‌های

تکنولوژیکی، سران اجلاس وزرای ارتباطات و فناوری اطلاعات کشورهای اروپایی را در سال ۱۹۸۲ با هدف توسع هی یک استاندارد واحد برای گوشی‌های همراه که در سراسر قاره، قابل استفاده باشد، وادار ساخت تا به ساخت گروه ویژهٔ تلفن همراه (GSM) مبادرت ورزند.

شبکه GSM یک سیستم ارتباطی سلولی دیجیتال است که با ایده سلولی کردن منطقه جغرافیایی و استفاده مجدد از فرکانس ۱ و GSM شبکه

پوشش دادن منطقه جغرافیایی بوسیله سلولها شروع بکارکرد.شبکه سلولی سیار را به علت اینکه مشترکین تلفن‌های متحرک معمولأ در خشکی از آن استفاده می‌کنند شبکه عمومی زمینی سیار PLMN می‌نامند.

سلول

سلول کوچکترین محدوده پوششی در شبکه موبایل می‌باشد و بوسیله پوشش رادیویی یک سکتور BTS مشخص می‌شود و روش تقسیم سلولی و تعیین شعاع سلولها بستگی به شرایط جغرافی ایی منطقه تحت پوشش و درنظر گرفتن ساختمانها و موانع مصنوعی، قدرت فرستنده، بهره آنتن و نوع آن و حساسیت گیرنده دارد و معمولأ برای پوشش رادیویی هر سلول از آنتنهای سکتورایز استفاده می‌کنند.

شبکه GSM به ۴ قسمت اصلی تقسیم می‌شود که عبارتنداز: واحد سیار MS

زیر سیستم ایستگاه ثابت BSS

زیر سیستم سوئیچینگ و شبکه NSS

زیر سیستم نگهداری و پشتیبانی OSS

اینترفیسهایی(Interface)بین قسمتهای مختلف شبکه GSM عبارتند از :

اینترفیس A بین BSC و MSC

اینترفیس Abis بین BTS و BSC

اینترفیس Um یا Air بین Air BTS و MS

MS (واحد سیار)

MS شامل دو قسمت اصلی است.

‐ترمینال موبایل (ME)

‐سیم کارت یا ماژول شناسایی مشترک (SIM)

مشترک بوسیله گوشی (MS)قادر است مکالمه و سرویسهای دیتا را انجام دهد ME به وسیله IMEI شناسایی می‌شود. و کد IMSI برای SIM جهت شناسایی مشترک بکار می‌رود.

این قسمت وظیفه رادیویی سیستم را بعهده داشته‌است و ارتباط رادیویی MSها را کنترل می‌کند BSS از دو قسمت BTS و BSC تشکیل شده‌است و اینترفیس Abis را بین BTS و BSC و همچنین اینترفیس A را بین MSC و BSC بکار می‌گیرد.

BTS مسئول تبادل امواج رادیویی با واحد سیار و همچنین مسئول تبادل و کنترل اطلاعات با BSC می‌باشد. یک BTS شامل فرستنده وگیرنده‌های مستقلی می‌باشد که ارتباط هوایی و رادیویی را با واحد سیار بوجود می‌آورد و BTS کوچکترین واحد تامین کننده سرویس در شبکه رادیویی سیار می‌باشد که بوسیله امواج رادیویی می‌تواند منطقه معینی از شبکه را که سلول نامیده می‌شود تحت پوشش قراردهد و هر BTS با توجه به چگالی مشترکین در سلول می‌تواند از یک تا شش TRX آرایش شود. معمولاً برای هر BTS با توجه به طراحی پوششی برای آن منطقه می‌توان ۳ سکتور در نظر گرفت.

وظایف عمده BTS عبارتند از :

•اجرای پرش فرکانسی

•رمزنگاری و رمزگشایی اطلاعات روی مسیر رادیویی

•گزارش کیفیت کانال ترافیکی خالی

•ارسال مستقیم اندازه گیریهای توان MS به سمت BSC

•عمل همزمانی بینذ MSها و BTS مربوطه

•آشکار سازی قطار پالس‌های دسترسی تصادفی رسیده از MSهای مختلف

•تطبیق نرخ بیت و اجرای کدگذاری انتقال

BSC دربخش رادیویی شبکه GSM قرار دارد و وظایف اصلی BSC عبارتند از :

مدیریت شبکه رادیویی

مدیریت BTSها

ایجاد ارتباط باMS

مدیریت شبکه انتقال

برقراری ارتباط با MSC و MS

BSC برای ارتباط با BTS از لینکهای سرعت بالا(E۱ یا ۱ T)روی اینترفیس Abis استفاده می‌کند.برای سازگاری نرخ اطلاعات بین دو MSC و BSC واحدی به نام TRAU اطلاعات ۱۶kbps را به ۶۴kbps و برعکس تبدیل می‌کند. 

وظیفه اصلی بخش NSS مدیریت بر برقراری ارتباط بین مشترکین موبایل با هم و با مشترکهای دیگر از قبیل ISDN وتلفن ثابت می‌باشد و قسمتهای اصلی آن عبارتند از :

AUC، EIR، VLR، HLR، GMSC، MSC

قسمت اصلی زیر سیستم شبکه، مرکز سوئیچینگ موبایل MSC می‌باشد.

وظیفه سوئیچینگ برعهده MSC است وبه وسیله لینک E۱ با شبکه‌های ثابت و دیتا ارتباط برقرارمی کند و نرخ تبادل اطلاعاتی kpbs ۶۴، MSC است و وظایف اصلی ان عبارتنداز :

‐بروز کردن مکان مشترک

‐ثبت و شناسایی مشترک

‐مسیر یابی مکالمه و سوئیچینگ و کنترل مکالمات

‐مدیریت منابع رادیویی و Handoverهای بین BSCها

فهرست اختصارات:

GSM: Global System for mobile

FR:Frequency Reuse

PLMN: Public Land Mobile Network

MS:Mobile Station

BSS:Base Station Subsystem

NSS: Network Switching Subsystem

OSS:Operation and Support Subsystem

BSC: Base Station Controller

BTS: Base Tranciver system

ME: Mobile Equipment

SIM: Subscriber Identity Module

IMEI: International Mobile Equipment Identity

IMSI: International Mobile Subscriber Identity

TRAU: Transcoder Rate Aduption Unit

PSTN: Public Switching Telephony Network

MSC: Mobile Switching Center

GMSC : Gateway Mobile Switching Center

HLR: Home Location Register

VLR: Visitor Location Register

EIR: Equipment Identity Register

http://www.wikipedia.org/


شبکه هایی که دارای هسته GPRS

شبکه هایی که دارای هسته GPRS می باشند به وسیله سیستمهای IS-136TDMA(3G) توسعه یافته اند و پیش بینی می شود که برای سیستمهای نسل سوم (3G) به صورت شبکه مرکزی درآیند. برای این که شبکه های موجودبا سرویس GPRS سازگاری داشته باشند.         
با توجه به این که اپراتورهای GSM برای هماهنگ بودن با تقاضاهای مشترکین می باید سرویسهای مهیج و بهتری را پیشنهاد نمایند و با در نظر گرفتن این که تا اوایل سال 1999 تنها بخش کوچکی از مشترکین شبکه GSM به دلایلی از قبیل هزینه بالا، سرعت انتقال پایین و عدم دسترسی آسان از سرویس دیتا استفاده می نمودند، متخصصین را بر آن داشت تا نسبت به مرتفع نمودن مشکلات و ترغیب مشترکین برای استفاده از سرویس دیتا راهکار جدیدی را ارایه نمایند و به همین منظور سرویس جدیدی به نام GPRS معرفی گردید. GPRS یا خدمات رادیویی مربوط به بسته های اطلاعات (General Packet Radio Service) با به کارگیری زیرساخت شبکه GSM به شکل انتها به انتها سرویسهای راهگزینی بسته های داده را در اختیار ما قرار می دهد.
استانداردسازی GPRS ابتدا در سال 1994 توسط ETST/SMG انجام شد و سپس در سال 1997 مجموعه مشخصات آن توسط SMG#25 مورد تایید قرار گرفت و سرانجام در سال 1999 تکمیل گردید . خدمات GPRS در سال 1999 رو به توسعه و تکامل نهاد و در واقع خدمات مربوط به این پدیده از شکل رشد طولی خارج و در شکل رشد عرضی جریان یافت.
● کارایی و عملکرد GPRS
شبکه هایی که دارای هسته GPRS می باشند به وسیله سیستمهای IS-136TDMA(3G)
توسعه یافته اند و پیش بینی می شود که برایسیستمهای نسل سوم (3G) به صورت شبکه مرکزی درآیند. برای این که شبکه های موجودبا سرویس GPRS سازگاری داشته باشند
کانالهای رادیویی به شکل جدیدی تعریف شده و عمل تخصیص این کانالها از انعطاف پذیری بالایی برخوردار می باشند به این معنی که یک تا هشت تایم اسلات را می توان به یک کاربر و یا چندین کاربر فعال را به صورت اشتراکی به یک تایم اسلات اختصاص داد.
در کنار انعطاف پذیری اختصاص کانالها عمل تخصیص Downlink , Uplink نیز به صورت جداگانه انجام می شود. منابع رادیویی به طور دینامیکی بین سرویسهای مکالمه و دیتا می تواند به اشتراک گذاشته شود و به عنوان تابعی از، بار ترافیکی، علایق و ترجیحات اپراتور عمل نماید. در سرویس GPRS برای این که بتوان به ازای هر کاربر میزان bit rate را به جای ¹¯9kbs تا بیش از ¹¯150kbs ارایه نمود روشهای کدینگ گوناگونی ارایه شده و همچنین ذخیره سازی GPRS به صورت سریع (GPRS fast reservation) به شکلی طراحی شده که بتوان انتقال بسته ها را در فاصله زمانی 0.5 تا 1 ثانیه شروع نمود.
عملیات امنیتی در مورد GPRS معادل امنیت سازی در شبکه GSM می باشد به شکلی که عملیات تصدیق اطلاعات مشترکین و الگوریتمها رمزنگاری Ciphering Algorithms برای انتقال بسته های داده به شکل بهینه مشابه با GSM انجام می شود.
با توجه به سرعت و کارایی بالای GPRS در تحویل اطلاعات در مقصد باید ازعان نمود که این سرویس نسبتا ارزانتر از CSD , SMS (Circuit Switched data) تمام می شود.
● معماری و ساختار GPRS
در شکل زیر گره های شبکه GPRS و واسطهای متناظر آنها را مشاهده می نمایید، که در آن مولفه های مرتبط با SMS و ثبات هویت MS یعنی (EIR) نیزنشان داده شده اند.
در ساختار GPRS باید توجه داشت که در MSC/VIR, BSS, MS وHLR که از اجزاء شبکه GSM هستند اصلاحاتی انجام گردیده، برای مثال اطلاعات سرویس GPRS به اطلاعات مربوط به مشترک در HIR اضافه شده است وهمچنین دو گره جدید نیز در شبکه معرفی شده است که عبارتنداز :
1) گره پشتیبانی خدمات برای :
GPRS که (Serving support node) SGSN نامیده می شود و برای GPRS معادل MSC است و عملیات سوییچینگ را انجام می دهد.
2) گره پشتیبانی Gateway برای :
GPRS که (Gateway GPRS Support Node) GGSN نامیده می شود و برای برقراری ارتباط و انجام کنش های لازم با شبکه های خارجی راهگزین بسته های اطلاعات، بکار می رود و از طریق Backbone شبکه GPRS که بر اساس IP عمل می کند، به SGSN متصل می شود. واسط های Gi, Gp, Gn, Gb, Um مرتبط کننده عناصر مختلف شبکه GPRS می باشند که هم برای سیگنالینگ و هم برای انتقال دیتا بکار می روند. دیگر واسط های Gc, Gr, Gs مرتبط کننده SGSN وGGSN با BSS و HLR می باشند.
پروتکلهایی که در طرح سیگنالینگ GPRS برای کنترل و پشتیبانی عملیات طرح انتقال مطرح میباشند عبارتند از :,LLC ,SNDCP BSSAP+BSSGP ,MAC ,RLC و GTP و همچنین پروتکلهای MAP, GMM/SM نیز که از پروتکلها GSM می باشند، پروتکلهای ویژه GPRS را نیز در خود دارند.
● کلاسهای مشترکین GPRS
به طور کلی سه کلاس برای مشترکین GPRS (GPRS MS) مطرح می باشد.
▪ کلاس A : در این کلاس MS می تواند به طور همزمان برای GPRS و دیگر سرویسهای GSM به کار گرفته شود.
▪ کلاس B : در این کلاس MS می تواند شخصا کانلها را جهت GPRS و یا دیگر سرویسهای GSM کنترل نماید.
▪ کلاس C : در این کلاس MS منحصرا برای سرویس GPRS به کار گرفته می شود.
● پیاده سازی شبکه GPRS
ساده ترین روش پیاده سازی GPRS استفاده از ساختار شبکه GSM می باشد. به همبن منظور نیاز به تغییرات سخت افزاری و نرم افزاری در ساختار موجود شبکه GSM می باشد که مهم ترین تغییر سخت افزاری اضافه نمودن یونیت (Packet Control Unit)PCU در گره BSC می باشد. در گره های BTS,HLR و MSC/VLR تنها نیاز به تغییرات نرم افزاری می باشد که با توجه به گستردگی گره های BTS اعمال تغییرات نرم افزاری را می توان به صورت Remote و بدون حضور فیزیکی در سایت انجام داد. در خصوص GPRS MS به جز تغییرات نرم افزاری مهم ترین تغییر سخت افزاری عبارت است از تغییراتی بر روی پاور MS تا بتواند سرویسهای GPRS را پشتیبانی نماید.
● سرویسهای GPRS
علاوه بر سرویسهای Basic که در فاز یک GPRS وجود دارند می توان به سرویسهای زیر که در فاز دو GPRS مطرح می باشند اشاره نمود. 

شبکه GSM

مطابق با اصول و تعاريف , بر قراری يک ارتباط تلفنی بين ايستگاههای راديويی متحرک, مانند تلفنهايی که در اتومبيل نصب می شوند ويا توسط اشخاص حمل و نقل می شوند به نام شبکه راديويی سيار معروف است.

در راستای تکامل و پيشرفت سريع تکنيکی شبکه های راديويی سيار که مرهون بکارگيری روشهای ارسال ديجيتالی می باشد شبکه راديويی GSM پديد آمده است.

در اين نوع ارتباط که از مدل ارتباط بين سيستمی باز (OSI) استفاده می شود , BSC تعدادی از BTS ها را کنترل می کند, HLR اطلاعات مشترکين و اطلاعات درجه سرويس و همچنين اطلاعاتی که نشانگر عدم اجازه دسترسی به سرويسهای معين است را دارا می باشد . در ارتباط با هم MSC يک VLR وجود دارد که اطلاعات جزئی تر ,از محل واحدهای سيار فعال هر MSC را دارا می باشد.

مرکز تأييد هويت (AUC) اعتبر شناسايی مشترک را کنترل می کند و در واقع بانک اطلاعاتی ديگری است که شامل پارامترهای تأييديه و الگوريتم رمز کردن های مختلف می باشد که در هنگام اشتراک علاوه بر AUC در کارت الکتريکی به نام SIM که در دستگاه ترمينال دستی نصب می شود و نيز ذخيره می گردد.

در شبکه GSM واحد ديگری نيز وجود دارد که مسؤول نگهداری کل سيستم می باشد که به آن OMC گفته می شود.

اطلاعات بين MSC و BTS با حجم زيادی رد و بدل می شوند و باتوجه به نوع اطلاعات طی
ساختارهای خاصی ارسال می شوند که به آنها کانالهای منطقی می گويند.

کانالهای منطقی به دو دسته اصلی کانالهای ترافيکی و کانالهای کنترلی تقسيم می شوند.
سلول منطقه ای است که هر کدام از ايستگاهها ناحيه ای را پوشش می دهد. برای پوشش راديويی هر سلول از دونوع آنتن می توان استفاده کرد.


1- آنتن همه جهته

2- آنتن جهت دار

آنتن همه جهته پرتو يکسان در تمام جهات و بهره يکسان داشته ولی آنتن جهت دار دارای پوشش منطقه ای تحت زاويه سلولها می باشد.

در طراحی سلولی پارامترهای اصلی ذيل در نظر گرفته می شوند:

1- تعداد مشترکين سيار با پيش بينی افزايش آن در آينده

2- رفتار ترافيکی مشترکين (ميزان و مدت تقاضا)

3- کيفيت سرويس دهی از لحاظ ميزان سر شدن

4- منطقه جغرافيايی


در صورتيکه دو ايستگاه ثابت با آنتن های همه جهته داشته باشيم , مرز بين اين دو را که در آن قدرت سيگنال دريافتی از هر دو ايستگاه برابر باشد يک خط مستقيم در نظر می گيرند. بنابراين سلولها را به صورت شش ضلعی منظم در نظر می گيرند . رأس مشترک سه شش ضلعی مجاور به عنوان سايت در نظر گرفته می شود.

از کنار هم قرار گرفتن سلولهايی که دارای فرکانس يکسانی نمی باشند دسته هايی شکل می گيرند که به آنها خوشه سلولی می گويند.

اگر دو سلول با فرکانس يکسان را در دو خوشه سلولی متفاوت در نظر بگيريم يکی از پارامترهای مهم در طراحی, نسبت فاصله دو سلول هم فرکانس (D) به شعاع سلولی ® ميباشد که با q نشان می دهند و معادل است با:

Q=D/R=Sqrt (3K)

براساس فرمول فوق می توان فاصله دو سلول که از يک فرکانس استفاده می کنند را از فرمول ذيل محاسبه می کنند:

D=Sqrt (3k) R
اگر ارسال در نواحی سلولی دارای قدرت يکسان باشد و K فزايش يابد, فاصله استفاده فرکانس D نيز افزايش می يابد و اين فزايش D باعث می شود تا تداخل هم کانال کاهش يابد.
  

: معماري شبکه GSM
شبکه GSM یک سیستم ارتباطی سلولی دیجیتال است که با ایده سلولی کردن منطقه جغرافیایی و استفاده مجدد از فرکانس 1 و پوشش دادن منطقه جغرافیایی بوسیله سلولها شروع بکارکرد.شبکه سلولی سیار را به علت اینکه مشترکین تلفن هاي متحرك معمولأ در خشکی از آن استفاده میکنند ] شبکه عمومی زمینی سیار [ 2(PLMN) می نامند.
تکنیک استفاده مجدد از فرکانس با در نظر گرفتن کمترین تداخل فرکانسی در GSM بعلت کمبود فرکانس و پهناي باند بکار گرفته می شود. معماري شبکه GSM در شکل (1-1) آمده است.
شبکه GSM به 4 قسمت اصلی تقسیم می شود که عبارتنداز:
• MS3 واحد سیار
• BSS 4 زیر سیستم ایستگاه ثابت
• NSS 5 زیر سیستم سوئیچینگ و شبکه
• OSS 6 زیر سیستم نگهداري و پشتیبانی
اینترفیسهایی(Interface) بین قسمتهاي مختلف شبکه GSM عبارتند از:
• اینترفیس A بین MSC و BSC7
• اینترفیس Abis بین BSC و BTS8
• اینترفیس Um یا Airبین MS و BTS
MS (واحد سیار)
MS شامل دو قسمت اصلی است.
- ترمینال موبایل (ME9)
- سیم کارت یا ماژول شناسایی مشترك (SIM10)
مشترك بوسیله گوشی (MS) قادر است مکالمه و سرویسهاي دیتا را انجام دهد. ME به وسیله IMEI11 شناسایی می شود. و کد 12 IMSI براي SIM جهت شناسایی مشترك بکار میرود.

 

BSS 
قسمت وظیفه رادیویی سیستم را بعهده داشته است و ارتباط رادیویی MS ها را کنترل میکند. BSS از دو قسمت BSC و BTS تشکیل شده است و اینترفیس Abis را بین BSC و BTS و همچنین اینترفیس A را بین BSC و MSC بکار میگیرد.  
BTS مسئول تبادل امواج رادیویی با واحد سیار و همچنین مسئول تبادل و کنترل اطلاعات با
BSC می باشد . یک BTS شامل فرستنده وگیرنده هاي مستقلی می باشد که ارتباط هوایی و رادیویی را با واحد سیار بوجود می آورد و BTS کوچکترین واحد تامین کننده سرویس در شبکه رادیویی سیار میباشد که بوسیله امواج رادیویی می تواند منطقه معینی از شبکه را که سلول نامیده میشود تحت پوشش قراردهد و هر BTS با توجه به چگالی مشترکین در سلول می تواند از یک تا شش TRX آرایش شود. معمولا براي هر BTS با توجه به طراحی پوششی براي آن منطقه میتوان 3 سکتور در نظر گرفت.
وظایف عمده BTS عبارتند از :
• اجراي پرش فرکانسی (Frequency Hopping)
• رمزنگاري و رمزگشایی اطلاعات روي مسیر رادیویی
• گزارش کیفیت کانال ترافیکی خالی
• ارسال مستقیم اندازه گیریهاي توان MS به سمتBSC
• عمل همزمانی بین MS ها و BTS مربوطه
• آشکار سازي قطار پالس هاي دسترسی تصادفی رسیده از MS هاي مختلف
• مدیریت خط سیگنالینگ بین BSC و MS
• تطبیق نرخ بیت و اجراي کدگذاري انتقال
BSC
BSC دربخش رادیویی شبکه GSM قرار دارد و وظایف اصلی BSC عبارتند از:
مدیریت شبکه رادیویی
مدیریت BTS ها
ایجاد ارتباط با MS
مدیریت شبکه انتقال
برقراري ارتباط با MS و MSC
BSC براي ارتباط با BTS از لینکهاي سرعت بالا (E1 یا T1) روي اینترفیس Abis استفاده میکند و نرخ اطلاعات روی Abis ، 16kbps و روي A اینترفیس ، 64kbps است و براي سازگاري نرخ اطلاعات بین دو BSC و MSC ، واحدي به نام 13 TRAU اطلاعات 16kbps را به 64kbps و برعکس تبدیل میکند.
3-1-1 : NSS (زیرسیستم سوئیچینگ وشبکه)
وظیفه اصلی بخش NSS مدیریت بر برقراري ارتباط بین مشترکین موبایل با هم و با مشترکهاي دیگر از قبیل ISDN وتلفن ثابت(PSTN14)می باشد و قسمتهاي اصلی آن عبارتند از:
• MSC15 ،GMSC16، HLR17،VLR18 ،EIR19 ، AUC20

 


MSC (مرکز سوئیچینگ موبایل) :
قسمت اصلی زیر سیستم شبکه ، مرکز سوئیچینگ موبایل MSC میباشد .
وظیفه سوئیچینگ برعهده MSC است وبه وسیله لینک E1 با شبکه هاي ثابت و دیتا ارتباط برقرارمی کند و نرخ تبادل اطلاعاتی MSC ، 64 kpbs است و وظایف اصلی ان عبارتند از:
- بروز کردن مکان مشترك ( Location Updating)
- ثبت و شناسایی مشترك (Registration & Authentication)
- مسیر یابی مکالمه و سوئیچینگ و کنترل مکالمات
- مدیریت منابع رادیویی و Handover هاي بین BSC ها 
مشخصات فرکانسی ونواحی شبکه GSM 
مشخصات فرکانسی GSM
GSM ، در 3 باند 900 ،1800 ، 1900 بکار گرفته می شود .
مسیر : Downlink مسیر سیگنالینگ از طرف BTS به سمت MS می باشد.
مسیر Uplink : مسیر سیگنالینگ از طرف MS به سمت BTS می باشد.

 نواحی شبکه
کلیه شبکه هاي مخابراتی به منظور سرویس دهی تماسهاي ورودي ، نیاز به ساختار مشخصی دارند و علت این امر تغییرپذیري و جابجایی مکانی مشترکین در شبکه موبایل می باشد.
 سلول : سلول کوچکترین محدوده پوششی در شبکه موبایل میباشد و بوسیله پوشش رادیویی یک سکتور BTS مشخص میشود و روش تقسیم سلولی و تعیین شعاع سلولها بستگی به شرایط جغرافی ایی منطقه تحت پوشش و درنظر گرفتن ساختمانها و موانع مصنوعی، قدرت فرستنده ، بهره آنتن و نوع آن و حساسیت گیرنده دارد و معمولأ براي پوشش رادیویی هر سلول از آنتنهاي سکتورایز استفاده می کنند.
 شبکه سلولار با تکنیک Frequency Reuse

 ناحیه موقعیت (Location Area)
ناحیه اي از شبکه می باشد که داراي چندین سلول بوده و این سلولها می توانند متعلق به یک یا چند BSC باشند . هر MSC/VLR حاوي یک یا چند LA می باشد. در واقع یک LA قسمتی از ناحیه سرویس دهی است که MS بدون احتیاج به گزارش موقعیت خویش (Location Updating) میتواند درآن منطقه جابجا شود. هنگام فراخوانی مشترك سیگنال مربوط در کل LA مربوطه به MS ، از طریق BTS ها پخش می شود. 
ناحیه سرویس MSC
ناحیه اي از شبکه که توسط یک مرکز سوئیچ سیار پوشش داده می شود و اطلا عات مربوط به این مشترکین در یک VLR که معمولأ متصل به MSC است ذخیره می گردد. 
ناحیه تحت پوشش شبکه (PLMN)
ناحیه اي از شبکه که توسط چندین مرکز سوئیچ سیار (MSC) تحت سرویس می باشد . و به هر اپراتور می تواند یک شبکه PLMN اختصاص می دهند. 
مدولاسیون در GSM
نوع مدولاسیونی که در GSM استفاده میشود GMSK وتکنیک مدولاسیون QPSK می باشد ، GMSK یک نوع خاصی از مدولاسیون FM دیجیتال است . دیاگرام مدولاسیون GMSK در شکل(7-1) و تکنیک مدولاسیون QPSK  نرخ داده کانال GSM برابر با kbps 270/833 میباشد.

دیاگرام مدولاسیون GMSK  

تکنیک مدولاسیون QPSK که در GSM استفاده می شود.


 کانال هاي فیزیکی ومنطقی در GSM 
کانال فیزیکی و مشخصات آن
براي یک کانال ترکیبی از تعداد شیارهاي زمانی و فرکانسهاي یک کانال فیزیکی، در جهت مسیر بالارونده و پائین
رونده 21 در نظر گرفته می شود .
هر کانال فیزیکی در سیستم GSM می تواند در داخل کانالهاي منطقی متفاوتی در زمانهاي متفاوت نگاشت شود . طول زمانی یک فریم 4.645 میلی ثانیه است که به 8 شیار زمانی تقسیم میشود که هر کدام از این شیارهاي زمانی بوسیله یک مشترك مستقل بکار گرفته می شود .
طول زمانی یک کانال مستقیم 577 میکرو ثانیه ایست .
هر کانال فیزیکی، داده ترافیکی و کنترلی را به شکل Burst حمل می کنند .

  کانالهاي منطقی
بر اساس توابعی که روي کانالها انجام میشود کانالها به دو نوع کانال منطقی تقسیم می شوند .
• کانال ترافیکی(TCH)
• کانالهاي کنترلی (CCH)

کانالهاي ترافیکی
کانالهاي ترافیکی به دو دسته عمده کانالهاي صحبت و داده تقسیم می شوند که هرکدام آنها از نظر نرخ ارسال به دو نوع تقسیم می شوند.
نرخ بیت کامل (FULL RATE) .
نرخ بیت نیمه (HALF RATE) •
:کانالهاي کنترلی (22 CCH)
این کانالها به منظور انتقال اطلاعات سیگنالینگ و یا جهت همزمانی بکار می روند و به سه دسته تقسیم می شوند :
کانالهاي مخابره اي (BCH)
کانالهاي کنترل مشترك (CCCH)
کانالهاي کنترل اختصاصی (DCCH)
کانالهاي مخابره اي (BCH)
این کانالها به سه دسته ذیل تقسیم بندي میشوند:
کانال تصحیح فرکانسی(FCCH) •
کانال همزمان کننده(SCH) •
کانال پخش (BCCH).

پلاریزاسیون
موجهایی که در هو ا منتشر میشوند داراي پلاریزاسیون هستند که این پلاریزاسیون عمودي ،افقی ، دایروي باشند . امواج رادیویی در GSM بصورت عمودي پلاریزه میشوند ولی پلاریزاسون امواج ممکن است درمسیر بعلت وجود موانع ، انعکاس، فیدینگ ، ... تغییر کند که براي رفع این مشکل باید از دایورسیتی استفاده کنیم .

انواع پلاریزاسیون امواج

انواع انتشار
براي انتشار در GSM ما انتشار امواج فضایی داریم که فرکانسهاي باتر از MHZ300 از این نوع انتشار استفاده میکنند.

مشخصات این نوع انتشار عبارتست از:
فرکانسهاي بالاتر از 30MHZ (VHF,UHF,SHF BAND)
در تروپسفر پائین ترین لایه اتمسفر منتشر میشود.
از طریق یونسفر منعکس نمی شود .
برد آن با توجه به باند انتشار درحد چند کیلومتر است.
بیشتر از طریق دید مستقیم منتشر میشود. 
محاسبه افت مسیر فضاي آزاد
ناحیه موثر یک آنتن ایزوتروپیک برابراست با Ae = λ2 / 4π :
قدرت دریافتی برابر است با :
Pr = P x Ae
Pr = (Pt / 4πd2) x (λ2 / 4π)
= Pt x (λ / 4πd)2
                                                                                                                                             
افت مسیر فضاي آزاد برحسب dB برابر است با :
L = 20 log ( 4πd / λ ) dB
L = 32.5 + 20 log d + 20 log f dB
در فرمول بالا D برحسب کیلومتر و f فرکانس برحسب مگاهرتز است.
1-5-4 : اثر محیط روي انتشار امواج
کلیه اثرهاي محیطی در شکل (13-1) نشان داده شده است.
طول موج امواج رادیویی GSM
براي باند 900MHZ در حدود 30cm براي باند 1800MHZ در حدود 15cm

مدل هاتا- اکومارا براي انتشار در موبایل
Lp(urban) = 69.55 + 26.16 log(f) - 13.82 log(hb) - a(hm)+ (44.9 - 6.55 log(hb)) log(d)
 a(hmضریب تصحیح براي تفاوت شهرهاي کوچک با شهرهاي بزرگ میباشد و وابسته به ارتفاع آنتن MS است .

 بودجه لینک 
مقدمه
یکی از نکات مهم در طراحی ، پوشش مناسب براي ناحیه موردنظر است.
قدرت سیگنال در مسیر Downlink (از BTS به MS) و قدرت سیگنال در مسیر Uplink (از MS به BTS) با در نظر گرفتن افت هاي مسیر و موانع به قدري باشد که بتوان ارتباط با کیفیت برقرارکرد.
براي پوشش در مسیر Downlink باید به لول آستانه حساسیت موبایل توجه شود . این آستانه ، مقدار دامنه سیگنال دریافتی از سوي MS را براي داشتن یک حداقل کیفیت قابل قبول معین میکند.
چون سیگنال در مسیر دچار فیدینگ میشود باید یک مقدار حاشیه اطمینان در نظر بگیریم که
(Fade Margin) نامیده میشود . براي پوشش داخل ساختمان باید ، افت نفوذ ساختمان 23 را در نظر بگیریم.
براي رسیدن سیگنال مچموع افتها را باید در نظر بگیریم و بر حسب آن مقدار قدرت سیگنال ارسالی را تعیین کنیم.
BTS میتواند ازیک آنتن براي انتشار چند کاریر استفاده کند و براي این کارلازم است که کاریرها به وسیله کمباینر با هم ترکیب شوند که استفاده از کمباینر معمولأ 3db افت ایجاد میکند.
اگر بخواهیم از یک آنتن هم براي ارسال و هم دریافت استفاده کنیم لازم است که دوپلکسر را بکار بگیریم . وظیفه دوپلکسر، جداسازي و ایزولاسیون بین فرستنده و گیرنده براي جلوگیري از تداخل سیگنال در مسیر فرستنده و گیرنده ، میباشد.

بودجه توان در مسیر Downlink

 بودجه توان در مسیر Uplink
بودجه توان در مسیر بالارونده دو فرق و امتیاز با بودجه توان درمسیر پائین رونده دارد که باعث میشود تا در مسیر بالارونده MS بتواند سیگنال را با توان کمتري ارسال کند.
درمسیر بالارونده (Uplink) ، افت کمباینر نداریم .
در مقصد BTS میتواند براي دریافت از تکنیک دایورسیتی استفاده کند که باعث حذف افت محوشدگی میشود.


***********************************************************************************************************************************************
  1Frequency Reuse
2 Public Land Mobile Network
3 Mobile Station
4 Base Station Subsystem
5 Network Switching Subsystem
6 Operation and Support Subsystem
7 Base Station Controller
8 Base Tranciver system
9 Mobile Equipment
10 Subscriber Identity Module
11 International Mobile Equipment Identity
12 International Mobile Subscriber Identity
13 Transcoder Rate Aduption Unit
14 Public Switching Telephony Network
15 Mobile Switching Center
16 Gate Mobile Switching Center
17 Home Location Register
18 Visitor Location Register
19 Equipment Identity Register
20 Authentication Center
21 Uplink & Downlink
22 Control Channel
23 penetration loss

 

 منابع:

/http://www.gsmaria.com/

  /http://www.noorportal.net/

/http://www.daneshema.com/

http://www.fars-gsm.com/ 

http://www.wikipedia.org/

 

 

 

 بررسی کامل ساختار شبکه های gsmشبکه های GSM GSM NETWORK بررسی تخصصی شبکه های GSM  ,    IR PERSIAN    

آخرین بروزرسانی (دوشنبه, 22 آذر 1389 ساعت 21:20)