Высокоскоростная передача данных по коммутируемым каналам по технологии HSCSD

Размещено на http://www.allbest.ru/

Высокоскоростная передача данных по коммутируемым каналам по технологии HSCSD

Общие замечания

Службы в сети GSM можно разделить на службы передачи речевой информации и службы передачи данных. Службы передачи данных включают:

· CSD - CircuitSwitchingData - Передача данных в режиме коммутации каналов (КК);

· SMS - Short Massage Service - служба коротких сообщений;

· GPRS - GeneralPacketRadioService - Передача данных в режиме коммутации пакетов (КП).

Первоначально сети GSM имели относительно низкие скорости передачи данных - 9,6 или 14,4 кбит/с, при этом MS выполняла функции модема. Для повышения скорости передачи данных была предложена технология высокоскоростной передачи данных (HSCSD - High Speed Circuit Switched Data), которая использует существующую сеть с коммутацией каналов, а для увеличении скорости передачи данных абоненту выделяется нескольких временных каналов на одной несущей частоте.

При использовании четырех временных каналов пользователь может достичь скорости передачи данных до 40-50 кбит/с. Принятый в сетях GSM метод начисления платы - за время соединения, а не за реальное использование канала - стал одним из основных тормозов на пути внедрения услуг передачи данных HSCSD. Кроме того, интерфейс U_m с коммутацией каналов является симметричным интерфейсом, а большая часть трафика передачи данных ассиметрична по своей природе.

Служба SMS в мобильных сетях стандарта GSM

Служба коротких сообщений SMS (Short Message Center) позволяет передавать небольшие объемы данных (короткие сообщения) по ядру сети с помощью ОКС №7. Служба SMS предоставляет абонентам возможность глобального проникновения во все типы и виды сетей передачи данных: Интернет (службы WWW и электронная почта), мобильные сети других операторов и стандартов, информационно-справочные сети различных поставщиков услуг, факсимильная связь и др. Отличительной особенностью службы SMS является гарантированная доставка сообщения адресату.

Для организации службы SMS на СПСС создается центр обработки сообщений (Short Message Service Center - SMSC), который и выполняет все функции, связанные с получением, промежуточным хранением и контролем за доставкой сообщений абонентам (рис. 1)

Стандарт GSM предусматривает возможность реализации двух режимов услуги SMS: режим индивидуального обмена сообщениями (по схеме «точка - точка») и широковещательный режим (по схеме «точка - многоточка»). Первый режим предназначен для односторонней передачи сообщений мобильным пользователям. Для передачи таких сообщения используется канал управления PCH (Paging Channel). Широковещательный режим предназначен для односторонней передачи SMS общего характера. Они адресованы одновременно всем абонентам и подтверждения факта приёма не требуется, поэтому сообщения поступают (непосредственно или через контроллер) на BTS, минуя MSC. От BTS до MS сообщения передаются по служебному каналу BCCH (Broadcast Control Channel).

Для организации маршрута доставки сообщения центр SMS взаимодействует с базой данных HLR. В случае невозможности доставить сообщение в данный момент времени центр SMS периодически возобновляет попытки передачи.

Обычно короткие сообщения - это текстовые сообщения длиной 140 байт. Если сообщение пишется латинскими буквами, то нем используются кодовые комбинации ASCII с длиной равной 7 бит. Если текст сообщения пишется на кириллице, то используется Unicode Standard, в котором каждый символ кодируется с помощью двух байт.

Пакетная передача данных. Технология GPRS

Технология GPRS была разработана в 2001 году. Сеть GPRS представляет собой сеть с КП, наложенную на существующую сеть GSM Такая технология предполагает более эффективное использование ресурсов сети GSM. При передаче информации через GPRS абоненту не выделяется отдельная линия, а пакеты данных передаются одновременно по нескольким свободным временным каналам, расположенных на одной частоте и в паузах передачи речи. При этом система работает с переменной скоростью, которая определяется условиями распространения сигнала и наличием свободных каналов в пределах заданной соты. Соблюдается приоритет голосовых каналов, т.е. система автоматически выделяет под пакетную передачу все каналы, не занятые передачей голоса. Таким образом, реальная скорость приема и передачи данных зависит от загруженности голосовых каналов в пределах каждой конкретной соты. Причем допустимо ассиметричное назначение ресурсов.

Основное отличие технологии GPRS от высокоскоростной передачи HSCSD - новый механизм тарификации, допускающий возможность совместного использования несколькими абонентами одного канала (интервала времени) и одновременного предоставления нескольких видов услуг, например, прием сообщения от третьего абонента во время сеанса связи со вторым. Фактически абонент платит не за время занятия канала, а только за объем передаваемой информации.

Архитектура системы GPRS

На рис. 2 изображена обобщенная архитектура системы GPRS

Передаваемые данные отделяются от остального трафика в BSC, в котором устанавливается модернизированое программное обеспечение и добавлен блок управления пакетами PCU. Этот блок решает какие ресурсы динамически назначаются для использования в режиме с КК, а какие в режиме с КП. В функции PCU входят управление доступом к каналам, их связывание, а также сегментация и восстановление пакетов.

Обслуживающий узел GPRS - SGSN (Serving GPRS Support Node) выполняет функции аутентификации авторизации, контроля доступа, маршрутизации пакетов и управления мобильностью. Он является аналогом MSC/VLR в домене с КК и выполняет эквивалентные функции в домене с КП. который находится на том же иерархическом уровне, что и в домене с КК. Интерфейс между SGSN и BSC обозначается Gb и используется для передачи сигнализации и трафика пользователя. Также SGSN по протоколу MAP взаимодействует через интерфейс Gr с регистром HLR. Функции регистра HLR расширены, так как в нем хранятся новые данные об абоненте, связанные с услугой GPRS.

Интерфейс Gr используется блоком SGSN для обеспечения обновления в HLR информации о местонахождении абонентов GPRS, который находится в зоне обслуживания данного SGSN.

Узел SGSN взаимодействует с SMSC через интерфейс Gd, что позволяет абонентам GPRS передавать и принимать короткие сообщения по сети GPRS. Интерфейс Gd использует также протокол МАР.

Шлюзовый узел GPRS (Gateway GPRS Support Node - GGSN) обеспечивает взаимодействие с IP-сетью. Он расположен на том же иерархическом уровне, что и шлюзовый центр коммутации GMSC. Узел отвечает за маршрутизацию входящих пакетов данных, при поступлении которых он передает запрос в HLR, чтобы определить какой узел SGSN в данное время обслуживает абонента. Узлы системы GPRS связаны со своей собственной сетью с помощью внутренней опорной сети (intra-PLMN backbone network).

Для полного набора функций GPRS необходимо дополнительное оборудование, такое как брандмауэр для обеспечения безопасности, сервер доменных имен DNS для маршрутизации запросов в сети GPRS, сервер динамической конфигурации хоста для присваивания сервером IP - адресов.

Скорость передачи данных в сети GPRS

Для оптимального использования ресурса частотного канала в GPRS реализованы четыре схемы кодирования (CS - Coding Schemes), основанные на свёрточных кодах, от CS1 до CS4 со скоростями 9,05; 13,4; 15,6 и 21,4 кбит/с соответственно. При увеличении номера схемы кодирования возрастает обеспечиваемая ею скорость, но вместе с тем кодирование становится менее помехоустойчивым. Та или иная схема кодирования выбирается в зависимости от вида передаваемой информации, характеристик радиоканала и уровня помех.

Скорость передачи данных в сетях GPRS теоретически может достигать 171,2 кбит/сек. На самом деле, скорость зависит от количества каналов, которые предоставляются службе GPRS и от выбранной схемы кодирования сигналов. Обычно для передачи пакетного трафика на одной частоте объединяются ресурсы до четырех временных каналов. Тогда при использовании схемы кодирования CS-4 данные могут передаваться со скоростью до 85,6 кбит/с. Во время пакетной передачи ресурсы линии связи «вверх» и «вниз» могут определяться независимо друг от друга, т.е. в системе допускается реализация симметричного и асимметричного режимов пакетной передачи.

Технология EDGE

Дальнейшим развитием службы GPRS явилась система радиодоступа EDGE, которая позволяет значительно увеличить скорость передачи до 384 кбит/с на несущую. Это стало возможно благодаря изменению способа модуляции передаваемых данных на радиоинтерфейсе. В службе GPRS применялась Гауссовская модуляция с минимальным частотным сдвигом (GMSK), а в EDGE 8-позиционная фазовая модуляция 8-PSK (8 - state Phase Shift Keying). В ней применяется девять схем кодирования, скорость в самой высокой схеме кодирования составляет 59,2 кбит/с.

Для технологии разработано девять схем кодирования, основные характеристики которых приведены в таблице 1. Смена режима кодирования происходит каждый раз, когда декодируемый предыдущий блок принят с низкой достоверностью.

Таблица 1. Основные характеристики схем кодирования для технологии EDGE

Как показано в табл. 1., все множество схем кодирования разбито на группы (серии А, В, С), и при ухудшении качества передачи сигнала переход от одной схемы кодирования к другой, более помехоустойчивой, происходит только в пределах одной группы.

Типы модуляции, применяемые в сети GSM

речевой информация модуляция мобильный

При передаче данных в режиме GPRS используется гауссовская манипуляция с минимальным частотным сдвигом GMSK - Gaussian Minimum Shift Keying, которая является разновидностью фазовой модуляции. При передаче бита «0» или «1» фаза сигнала получает положительное или отрицательное приращение. Каждый передаваемый символ содержит один бит информации, то есть каждый фазовый сдвиг представляет один бит.

Для EDGE была выбрана восьмипозиционная фазовая модуляция 8PSK (8-Phase Shift Keying) (рис. 3.3). Различия между двумя методами модуляции в основном состоит в числе битов, передаваемых на один символ. При GMSK модуляции один символ передается одним битом, а при 8PSK модуляции - тремя битами. На слайде изображена действительная и мнимая часть комплексного сигнала. Этот вид модуляции в 3 раза эффективнее, чем GMSK.

Рис. 3. Методы модуляции, используемые в EDGE и в GPRS

Для того чтобы иметь возможность эффективно работать при любом соотношении сигнал/шум, в схемах кодирования EDGE применяются оба типа модуляции.

Если в подсистеме BSS реализована технология EDGE, то уже измененную сеть радиодоступа GSM/EDGE называют GERAN (GSM/EDGE Radio Access Network).

Размещено на Allbest.ru