گزارش کارآموزی شرکت مخابرات مرکز شهید منتظری

مقدمه

معماری شبکه  GSM یک سیستم ارتباطی سلولی دیجیتال است که با ایده سلولی کردن منطقه جغرافیایی و استفاده مجدد از GSM شبکه فرکانس [1]و پوشش دادن منطقه جغرافیایی بوسیله سلولها شروع بکارکرد.شبکه سلولی سیار را بعلت اینکه مشترکین شبکه عمومی زمینی سیار » تلفن های متحرک معمولأ در خشکی از آن استفاده میکنند (PLMN[2]) می نامند.

تکنیک استفاده مجدد از فرکانس با در نظر گرفتن کمترین تداخل فرکانسی در GSM بعلت کمبود فرکانس و پهنای باند بکار گرفته می شود. معماری شبکه GSM در شکل 1 امده است.

شبکه GSM به 4 قسمت اصلی تقسیم می شود که عبارتند از:

MS   [3] واحد سیار

BSS   [4]زیر سیستم ایستگاه ثابت

NSS   [5]زیر سیستم سوئیچینگ و شبکه

OSS   [6]زیر سیستم نگهداری و پشتیبانی

اینترفیسهایی بین قسمتهای مختلف شبکهGSM عبارتند از:

اینترفیس A بین MSCو BSC[7]

اینترفیس Abis بین BSC و BTS[8]

اینترفیس Air یا Um بین MS و BTS

واحد سیارMS))

MS شامل دو قسمت اصلی است.

ترمینال موبایل(ME  [9] )

سیم کارت یا ماژول شناسایی مشترک (SIM[10])

مشترک بوسیله گوشی (MS)  قادر است مکالمه و سرویسهای دیتا را انجام دهد.  ME بوسیله IMEI [11]شناسایی می شود و کد IMSI [12]برای SIM جهت شناسایی مشترک بکار میرود.

شکل1: معماری شبکه GSM

BSS

این 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

BTS مسئول تبادل امواج رادیویی با واحد سیار و همچنین مسئول تبادل و کنترل اطلاعات با BSC می باشد. یک  BTS شامل فرستنده وگیرنده های مستقلی می باشد که ارتباط هوایی و رادیویی را با واحد سیار بوجود می آورد وBTS 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 میتواند از یک تا شش TRX آرایش شود. معمولا برای هر BTS با توجه به طراحی پوششی برای آن منطقه میتوان 3سکتور در نظر گرفت.

وظایف عمده BTS عبارتند از:

اجرای پرش فرکانسی(Frequency Hopping)

رمزنگاری و رمزگشایی اطلاعات روی مسیر رادیویی

گزارش کیفیت کانال ترافیکی خالی

ارسال مستقیم اندازه گیریهای توان MS به سمت BSC

عمل همزمانی بین MS ها و BTS مربوطه

آشکار سازی قطار پالس های دسترسی تصادفی رسیده از MS های مختلف

مدیریت خط سیگنالینگ بین BSC و MS

تطبیق نرخ بیت و اجرای کدگذاری 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

برقراری ارتباط بین MS و MSC

BSC برای ارتباط با BTS از لینکهای سرعت بالا(T1 یا E1 ) روی اینترفیس Abis استفاده میکند و نرخ اطلاعات روی Abis،16 kpbs و روی اینترفیس A،64 kpbs است و برای سازگاری نرخ اطلاعات بین دو ند BSC و MSC، واحدی بنام TRAU [13]اطلاعات16 kpbs را به64 kpbs و برعکس تبدیل میکند.

) NSSزیرسیستم سوئیچینگ وشبکه)

وظیفه اصلی بخش NSS مدیریت بر برقراری ارتباط بین مشترکین موبایل با هم و با مشترکهای دیگر از قبیل ISDN وتلفن ثابت(PSTN [14])می باشد و قسمتهای اصلی آن عبارتند از:

AUC [15]، EIR [16]، VLR [17]، HLR [18]، GMSC[19]، MSC [20]

شکل2:  ساختار NSS

شکل3: ساختار BSS

) MSCمرکز سوئیچینگ موبایل)

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

وظیفه سوئیچینگ برعهده MSC است وبوسیله لینک E 1  با شبکه های ثابت و دیتا ارتباط برقرارمی کند و نرخ تبادل اطلاعاتی MSC،64 kpbs است و وظایف اصلی ان عبارتند از:

بروز کردن مکان مشترک( Location Updating)

ثبت و شناسایی مشترک(Registration & Authentication)

مسیر یابی مکالمه و سوئیچینگ و کنترل مکالمات

مدیریت منابع رادیویی و Handover های بین BSC ها

مشخصات فرکانسی ونواحی شبکه GSM

مشخصات فرکانسی GSM

GSM در 3 باند 1900،1800 ،900 بکار گرفته می شود بطوریکه رنج فرکانسی هریک ازآنها درجدول1 آمده است

مسیر Downlink:مسیر سیگنالینگ از طرف BTS به سمت MS می باشد.

مسیر : Uplink مسیر سیگنالینگ از طرف MS به سمت BTS می باشد.

جدول1: لیست فرکانسهای GSM

شکل4: فاصله فرکانسی بین مسیر Downlink و Uplink

نواحی شبکه

کلیه شبکه های مخابراتی بمنظور سرویس دهی تماسهای ورودی ، نیاز به ساختار مشخصی دارند و علت این امر تغییر پذیری و جابجایی مکانی مشترکین در شبکه موبایل می باشد.

ساختار جغرافیایی در شکل زیر آمده است.

شکل5: نواحی شبکه GSM

سلول

سلول کوچکترین محدوده پوششی در شبکه موبایل میباشد و بوسیله پوشش رادیویی یک سکتور BTSمشخص میشود و روش تقسیم سلولی و تعیین شعاع سلولها بستگی به شرایط جغرافیایی 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 می کنند.شبکه سلولی در شکل زیر آمده است.

شکل6: شبکه سلولار با تکنیک Frequency Reuse

ناحیه موقعیت(Location Area)

ناحیه ای از شبکه می باشد که دارای چندین سلول بوده و این سلولها می توانند متعلق به یک یا چند BSC باشند . هر MSC/VLR حاوی 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 مشترک سیگنال مربوطه در کل LA مربوط به MS ، از طریق BTS ها پخش می شود.

ناحیه سرویسMSC

ناحیه ای از شبکه که توسط یک مرکز سوئیچ سیار پوشش داده می شود و اطلاعات مربوط به این مشترکین در یک VLR که معمولأ متصل به MSCاست خیره می گردد.

ناحیه تحت پوشش شبکه(PLMN)

ناحیه ای از شبکه که توسط چندین مرکز سوئیچ سیار  (MSC) تحت سرویس می باشد و به هر اپراتور می تواند یک شبکه PLMNاختصاص 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 و تکنیک مدولاسیون QPSK در شکل نشان داده شده است. نرخ داده کانال GSM برابر با270/833 kbps میباشد.

شکل7:  دیاگرام مدولاسیون GMSK

شکل8: تکنیک مدولاسیون QPSK  که در GSM استفاده می شود.

کانال های فیزیکی ومنطقی در GSM

کانال فیزیکی و مشخصات آن

برای یک کانال ترکیبی از تعداد شیارهای زمانی و فرکانسهای 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 کانالهای منطقی متفاوتی در زمانهای متفاوت نگاشت شود .

طول زمانی یک فریم 4.645 میلی ثانیه است که به 8 شیار زمانی تقسیم میشود که هر کدام از این شیارهای زمانی بوسیله یک مشترک مستقل بکار گرفته می شود .

طول زمانی یک کانال مستقیم 577 میکرو ثانیه ایست که در شکل ( 91) ، تصویر کامل آن آمده است -

هر کانال فیزیکی، داده ترافیکی و کنترلی را به شکل Burst حمل می کنند .

شکل9: تصویری ازشیارهای زمانی برای کانال فیزیکی

قطار پالس اطلاعاتی است که در طی یک شیار زمانی ارسال میشود.

کانالهای منطقی

بر اساس توابعی که روی کانالها انجام میشود کانالها به دو نوع کانال منطقی تقسیم می شوند .

کانال ترافیکی (TCH)

کانالهای کنترلی (CCH)

شکل10: ساختار کانال های منطقی

کانالهای ترافیکی

کانالهای ترافیکی به دو دسته عمده کانالهای 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)

کانالهای کنترلی(CCH[22])

این کانالها به منظور انتقال اطلاعات سیگنالینگ و یا جهت همزمانی بکار می روند و به سه دسته تقسیم می شوند:

کانالهای مخابره ای (BCH)

کانالهای کنترل مشترک (CCCH)

کانالهای کنترل اختصاصی (DCCH)

کانالهای مخابره ای(BCH)

این کانالها به سه دسته ذیل تقسیم بندی میشوند:

کانال تصحیح فرکانسی (FCCH)

کانال همزمان کننده (SCH)

کانال پخش (BCCH)

انتشار امواج رادیویی

پلاریزاسیون

موجهایی که در هوا منتشر میشوند دارای پلاریزاسیون هستند که این پلاریزاسیون عمودی ،افقی ، دایروی باشند . امواج رادیویی در GSM

بصورت عمودی پلاریزه میشوند ولی پلاریزاسون امواج ممکن است درمسیر بعلت وجود موانع ، انعکاس،  

فیدینگ ، ... تغییر کند که برای رفع این مشکل باید از دایورسیتی استفاده کنیم .

انواع انتشار

برای انتشار در GSM ما انتشار امواج فضایی داریم که فرکانسهای باتر از 30 MHZ از این نوع انتشار استفاده میکنند.

مشخصات این نوع انتشار عبارتست از:

فرکانسهای بالاتر از (VHF,UHF,SHF BAND) 30MHZ

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 فضای آزاد

ناحیه موثر یک آنتن ایزوتروپیک برابراست با Ae = λ2 / 4π :

قدرت دریافتی برابر است با :

افت مسیر فضای آزاد برحسب db برابر است با:

D در فرمول بالا برحسب کیلومتر و فرکانس f برحسب مگاهرتز است.

اثر محیط روی انتشار امواج

کلیه اثرهای محیطی در شکل13 نشان داده شده است.

طول موج امواج رادیویی GSM

برای باند900 MHZ در حدود30 CM                           برای باند1800 MHZ در حدود15CM

                   انعکاس از سطح صاف                              -تفرق- انعکاس چندگانه از سطوح سخت

انکسار : برخورد موج به لبه مانع                  تضعیف : برخورد به موانع وکاهش قدرت سیگنال

و منحرف شدن از مسیر اصلی

چرخش پلاریزاسیون در اثر برخورد به موانع و شرایط محیطی

شکل13: اثر محیط روی انتشار امواج

بودجه لینک

مقدمه

یکی از نکات مهم در طراحی ، پوشش مناسب برای ناحیه موردنظر است.

قدرت سیگنال در مسیر Downlink  از( BTS به MS )و قدرت سیگنال در مسیر Uplink از( MS به BTS )با درنظر گرفتن افت های مسیر و موانع بقدری باشد که بتوان ارتباط با کیفیت برقرارکرد.

برای پوشش در مسیر Downlink باید به لول آستانه حساسیت موبایل توجه شود. این آستانه ، مقدار دامنه سیگنال دریافتی از سوی MSرا برای 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.برای پوشش داخل ساختمان [1]باید ، افت نفوذ ساختمان را در نظر بگیریم.

برای رسیدن سیگنال مچموع افتها را باید در نظر بگیریم و بر حسب آن مقدار قدرت سیگنال ارسالی را تعیین کنیم.

بودجه توان [2]درمسیر Downlink

دردیاگرام شکل14 مسیر سیگنال ارسالی از BTS به MS نشان داده شده است

BTS میتواند ازیک آنتن برای انتشار چند کاریر استفاده کند و برای این کارلازم است که کاریرها بوسیله کمباینر با هم ترکیب شوند که استفاده از کمباینر معمولأ3 dB افت ایجاد میکند.

اگر بخواهیم از یک آنتن هم برای ارسال و هم دریافت استفاده کنیم لازم است که دوپلکسر را بکار بگیریم. وظیفه

دوپلکسر، جداسازی و ایزولاسیون بین فرستنده و گیرنده برای جلوگیری از تداخل سیگنال در مسیر فرستنده و گیرنده ، میباشد.

شکل14:  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 MSبتواند سیگنال را با توان کمتری ارسال کند.

درمسیر بالارونده (Uplink) ، افت کمباینر نداریم

در مقصد BTS میتواند برای دریافت از تکنیک دایورسیتی استفاده کند که باعث حذف افت محوشدگی میشود.(گینی به مسیر بعنوان گین و بهره دایورسیتی اضافه میشود)

بودجه توان در مسیر بالارونده در شکل زیرنشان داده شده است.

شکل15: بودجه توان در مسیر Uplink

پارامتر در شبکه موبایل چیست؟

پارامترهای شبکه موبایل بطورکلی بصورت Database setting  یا بصورت سوئیچهای سخت افزاری در عناصر شبکه موبایل هستند که برای کنترل عملکرد عناصر شبکه بکار گرفته میشوند. انواع زیادی از پارامترها وجود دارند که در کلاسهای زیر دسته بندی می شوند.

پارامترهای شناسه (Identifier Parameter)

پارامترهای عملکردی و وظایفی (Functional Parameter)

پارامترهای تایمری (Timer Parameter)

پارامترهای شمارنده (Counter Parameter)

پارامترهای آستانه (Threshold Parameter)

پارامترهای اندازه گیری (Measurement Parameter)

پارامترهای شناسه(Identifier Parameter)

پارامترهای شناسه برای شناسایی یک عنصرخاص یا ناحیه عملکردی در شبکه بکار میروند.

پارامتر  LAC[3]

این پارامتر برای شناسایی ناحیه مکان بکار میرود.

پارامتر  CI[4]

این پارامتر برای شناسایی ناحیه پوششی یک سکتورسایت بکار میرود.

پارامترهای عملکردی و وظایفی(Functional Parameter)

پارامترهای عملکردی برای فعال یا غیر فعال کردن وظایف خاصی در مورد عناصر شبکه بکارگرفته میشود و عمدتأ دووظیفه دارد.

Function فعال میشود( با On , Enable ,Y ,Yes)

Function غیر فعال میشود (با ( Off , Disable ,N ,No

پارامترهای تایمری(Timer Parameter)

تایمرها برای کنترل پریود زمانی که برای شرایط خاص و مشخصی که از قبل تعریف شده اند بکار میروند و سه وضعیت اصلی دارند.

(off / Resest ) : تایمر به صفر تنظیم میشود و غیر فعال میشود

: (Counting)  تایمر با رخد دادن یک رخداد فعال میشود و تا حداکثر مقداری که برای تایمر ست شده است شروع به اضافه شدن میکند .

: (Expired) تایمر به یک مقدار از پیش تعیین شده میرسد و ازشمارش میایستد و با یک رخداد جدید دوباره تریگر میشود.

پارامترهای شمارنده(Counter Parameter)

پارامترهای شمارنده شبیه تایمرها هستند که می توانند که هر کدام از آنها سه وضعیت را داشته باشند و بر اساس رخداد مورد نظر آن شمارنده اضافه شود.

پارامترهای آستانه(Threshold Parameter)

این نوع پارامتر در یک حد پایین یا بالا تعریف میشود و بعد از گذشتن از حد آستانه ، یک رخداد تریگر میشود و رخ میدهد.

پارامترهای آستانه میتوانند به دو صورت زیر باشند .

ثابت : برای مثال در سخت افزار طراحی میشوند.

متغیر : بوسیله اپراتور در یک شرایط عملیاتی خاصی تنظیم میشوند.

پارامترهای اندازه گیری(Measurement Parameter)

پارامترهایی هستند که مقادیر اندازه گیری شده یا متوسط آنها را ذخیره میکند.

برای مثال اندازه گیری سطح قدرت سیگنال دریافتی

پارامترهای شناسه شبکه GSM

تعداد زیادی از شناسه ها در سیستم GSM برای برقراری یک شناسایی منحصرفرد هر یک از عناصرشبکه و نواحی و مشترکها بکارمیرود.

تعدادی از این شناسه ها بعنوان پارامترهایی برای کنترل راندمان عناصرشبکه بکار میرود.

پارامترهای شناسه مشترک

شناسه مشترک موبایل بین المللی( IMSI )

وقتی یک مشترک با اپراتور شبکه ریجستر میشود ، یک شناسه IMSI منحصربفرد در SIM گوشی مشترک(MS) دخیره شده است. یک مشترک بوسیله SIM با IMSI  معتبر و یک گوشی با IMEI معتبر می تواند در شبکه ریجستر شود.

شناسه مشترک موبایل موقتی( TMSI )

یک شماره شناسایی موقتی است که بوسیله MSC/VLR  اختصاص داده می شود. آن بعد از تعیین هویت موفق به هوایی مشترک، بجای IMSI اختصاص داده می شود و TMSI بدلیل امنیت و اجتناب از پخش IMSI روی اینترفیس RF بکار می رود TMSI در VLR ذخیره میشود و در دو صورت بجای IMSIبه مشترک اختصاص داده میشود که عبارتند از:

وقتی یک IMSI Attach صورت میگیرد. (موبایل روشن میشود)

وقتی که از ناحیه یک LAC وارد ناحیه LAC دیگری میشود.

TMSI صادرشده در LAC فقط برای همان ناحیه اعتبار دارد

 TMSI شامل 4 اکتا است و فقط در شکل رمز شده تخصیص می یابد.

شماره بین المللی ( MSIDN ) MS

MSISDN : شماره بین المللی MS می باشد و جهت شماره گیری بکار میرود و این شماره از دو قسمت تشکیل شده است:

کد کشور CCبرای ایران 98 ))

شماره کامل ملی مشترک  (در ایران 9121335899)پارامترهای شناسه تجهیزات

شناسه تجهیزات موبایل بین المللی( IMEI )

IMEI بمنظورتشخیص دستگاه موبایل مشخص و شناسایی شده در شبکه بکار میرود IMEI در حافظه دستگاه گوشی قرار داده شده است و رنج آن در سه لیست در EIR تعریف شده است.

IMEI از 15 رقم دسیمال که ترکیبی از بخشهای زیر است تشکیل شده است.

6 رقم کد ثابت TAC

2 رقم کد کارخانهای که گوشی در آن اسمبل شده است

6 رقم عدد سریال

یک رقم ذخیره

پارامترهای شناسه مسیریابی مکالمه

پارامتر LAC

این پارامتردو اکتا میباشد و میتواند از عدد 0 تا 65535 تخصیص یابد و برای ناحیه از مکان این کد اختصاص می یابد.

پارامتر LAI[5]

LAI=MCC-MNC-LAC

MCC [6] این کد سه رقمی و نشان دهنده کد کشوری موبایل است.

MNC  [7] کد شبکه موبایل مختص اپراتور

LAI بطور منظم بوسیله BTS ها روی کانال کنترلی پخش BCCH پخش میشود.

پارامتر شماره مسیر یابی مشترک موبایلMSRN

MSRN برای مسیریابی مکالمات هدایت شده به یک MS بکار میرود.

MSRN شماره موقتی است که بوسیله VLR به همه MS هایی که در محدوده آن قراردارند ، صادرمیشود. با درخواستی که از طرف GMSC  ازطریق MSRN ، HLR موقتأ به یک MS بوسیله VLR با MS ای که ریجستر شده است تخصیص می یابد MSRN بوسیله HLR برای مسیر یابی مکالمه به GMSC پاس میشود.

MSRN=CC & NDC & SN

پارامترهای سلول مشترک

این پارامترها مختصبه یک سایت یا سلول خاصی می باشد و مقدار واحدی دارد.

پارامتر شناسه سلول

CI

این پارامتر دو اکتا میباشد و میتواند از عدد 0 تا 65535 تخصیص یابد و برای شناسایی سلول اختصاص می یابد و سلول در LA قرار دارد.

CGI [8]

ترکیبی از LAI  و CI میباشد.

BSIC [9]

BSIC یک کد رنگی محلی است که به یک MS اجازه میدهد تا بین BTS های همسایه ، تمایزی قائل شود.

BSIC یک کد 6 بیتی می باشد و 64 مقدار قبول میکند

BSIC=NCC & BCC

BCC توالی سیگنال آموزشی که بوسیله MS بکار میرود را مشخص میکند.

پارامترهای ساختار کانال سلول

در مسیر Downlink  کانال CCCH ترکیبی از پیغامهای PCH [10]و AGCH [11]میباشد ،

شکل16: آرایش کانال BCH

عملکرد MS در Idle Mode

در طول Idle Mode موبایل بایستی قادر باشد بین سلول ها در شبکه حرکت کند و اندازه گیریهای لازم را انجام دهد.دراین مد نیازی نیست که موبایل یک مکالمه برقرار کند.

فعالیتهایی که یک موبایل در مد Idle میتواند انجام دهد عبارتست از:

مونیتور کردن اطلاعات روی BCCH

انتخاب سلول یا سلول جدید با وارد شدن به ناحیه پوششی سلول دیگر با دریافت قدرت سیگنال دریافتی قویتر Cell Selection /Reselection

بروز کردن از نظر مکانی Location Updating

گوش دادن به پیغامهایی که از سوی BTS در مسیر Downlink ارسال میشود(Paging)

اطلاعات BCCH

پیغامهای روی BCCH  شامل دیتا مرتبط به دو موضوع است :

انتخاب /انتخاب دوباره سلول

دسترسی سلول

موبایل در Cell Selection لول های قدرت و کیفیت را در مسیر Downlink و Uplink مونیتور میکند.

موبایل در Cell Reselection با مقدار هیسترزیسی که بین سلول ها در نظرمی گیرد از سوئیچ سریع بین سلول ها جلوگیری میکند.

(نمودار و تصاویر و جداول در فایل اصلی موجود است)