Беспроводные технологии Лекция 17

Классификация беспроводных сетей. 1 Общего пользования DECT пейджинг сотовые компьютерные Wi-Fi WiMAX Фиксированный и мобильный 1G 2G, 2G+ 3G (UMTS, CDMA) Bluetooth ZigBee (LTE)

Классификация беспроводных сетей. 2 Специального назначения диспетчерские транкинговые оптические Магистральные радиорелейные спутниковые сенсорные Радио (УКВ, ФМ, АМ) Эфирное телевидение

Сотовые сети связи 1G: аналоговые сети. Идея: покрытие пространства «сотами» (зонами действия одной базовой станции) и организация кластеров сот. Поддерживали только телефонию. Стандарты: NMT, AMPS. 2G: цифровые сети с коммутацией каналов. Используется метод доступа с временным разделением каналов. В основе также лежит сотовая структура. Поддерживают телефонию и передачу данных. Для организации более быстрого доступа может использоваться GPRS (2G+).Стандарты: GSM, D-AMPS, PDC. 3G: цифровые сети с коммутацией каналов/пакетов. Используется широкополосный метод доступа с кодовым разделением каналов, поддерживают передачу мультисервисного трафика. Стандарты: CDMA, WCDMA, cdma2000, i-mode, LTE (3G+). 4G: цифровые сети с коммутацией пакетов.

Стандарт GSM В 1980 г. стандартизирован диапазон 900 МГц, позже – 1800 и 1900 МГц. Будет поддерживаться до 2018 года. Множественный доступ с временным разделением каналов (TDMA) Структура кадров: 8 временных позиций на 124 несущих. Защита от ошибок: –Блочное и сверточное кодирование с перемежением. –Переключение рабочих частот в процессе сеанса связи (217 скачков в с.) Скорость кодека: 13 кбит/с Максимальное количество базовых станций: 16 Радиус соты: до 35 км

Разделение частот Для диапазона 900Мгц: –Частота ПС на передачу (нисходящий канал): МГц –Частота ПС на прием (восходящий канал): : МГц –Дуплексный разнос частот: 45 МГц –Базовая станция поддерживает до 16 частотных каналов. Для диапазона 1800 МГц: –Частота ПС на передачу (нисходящий канал): : МГц –Частота ПС на прием (восходящий канал): : МГц –Дуплексный разнос частот: 95 МГц –Базовая станция поддерживает до 16 частотных каналов. Используется частотный метод дуплексирования каналов (FDD)

Временное разделение (TDMA) в GSM Кадр, мс ,25 Канальный интервал, 577 мкс (148 бит + пауза) Полезная информация Полезная информация Пауза 30,44 мкс Ограничительные интервалы (Border Bit) Тренировочная последовательность и ограничители (Pointer Bit)

Расширения GSM (2G+) GPRS (General Packet Radio Service): позволяет пользователю производить обмен данными с другими устройствами в сети GSM и с внешними сетями. –Идея: информация собирается в пакеты и передаётся через неиспользуемые в данный момент голосовые каналы. Скорость зависит от загрузки сети голосовым трафиком.

EDGO (Enhanced Data rates for Global Evolution): относится как к 2G, так и к 3G (если очень хочется )в зависимости от реализации и скорости: –ECSD - ускоренный доступ в Интернет по каналу CSD (Circuit Switched Data – канал GSM, один временной интервал поддерживает скорость канала 9.6 кбит/с) –EHSCSD - по каналу HSCSD (High-Speed Circuit- Switched Data – скорость канала до 14.4 кбит/с) –EGPRS - по каналу GPRS Идея: использует метод модуляции 8PSK, позволяющий увеличить скорость до 48 кбит/с на слот.

Структурная схема сети GSM Центр коммутации TCE Контроллер БС Контроллер БС Контроллер БС OMC Х.25 NMC биллинг VLR HLR AUC EIR 2Мбит/с ТфОП GSM Подсистема центра коммутации Подсистема базовых станций

Центр коммутации обслуживает группу сот и является интерфейсом между сотовой сетью и другими сетями (как сотовыми, так и ТфОП и проч.). Обеспечивает маршрутизацию и управление вызовами. Контролирует эстафетную передачу при передвижении абонента из соты в соту. Сигнализация ОКС7, связь между регистрами посредством Х.25, базовые станции соединены между собой транспортными сетями (SDH или АТМ). БС – базовая станция. Подсистема БС регистрация местоположения и передача управления. Контроллер БС – передача вызовов в сотах для БС его зоны. Вызовы на другие БС идут через центр коммутации. ТСЕ – транскодер, обеспечивает преобразование речевого сигнала 64 кбит/с в 13 кбит/с (речевой шлюз).

ОМС – центр эксплуатации и технического обслуживания, обеспечивает: –Контроль и управление сетью –Оценку качества работы сети NMC – центр управления сетью на сетевом уровне, обеспечивает: –Эксплуатацию и техническое обслуживание (через OMC) –Управление трафиком –Сигнализацию (ОКС7) –Диспетчер при аварийных ситуациях HLR – регистр положения. Хранит данные об абонентах (IMSI и абонентский номер). Использует распределенную структуру хранения информации. Функции: –Опознание IMSI и аб.N –Проверка параметров подлинности –Контроль за составом услуг связи –Роуминг –Таблица маршрутизации

VLR – регистр перемещения. Обеспечивает контроль за перемещением абонента. Содержит информацию о контроллере БС, в зоне действия которой находится абонент. Содержит данные об абоненте из HLR на время пребывания абонента в данной зоне. EIR – регистр идентификации оборудования. Содержит списки идентификаторов аппаратов (IMEI, хранится в аппарате, отправляется в сеть вместе с SRES). Позволяет отслеживать несанкциони- рованное использование аппаратов с сети AUC – центр аутентификации. Содержит IMSI, обеспечивает работу механизмов аутентификации абонента. –Формирует ключи и алгоритмы аутентификации –Проверяет полномочия абонента –Осуществляет доступ к сети связи

Аутентификация абонента Для каждого абонента формируются: –IMSI: идентификатор в данной сети –Ki: ключ аутентификации –Ai: алгоритм аутентификации Эти данные записываются и хранятся на SIM! Процедура проверки: –Сеть передает случайный параметр RAND. –При получении RAND аппарат абонента производит процедуру вычисления: SRES=Ki [RAND], где - оператор аутентификации алгоритма Аi. –БС также производит процедуру вычисления SRES согласно параметрам, хранящимся в AUC. –Аппарат абонента отсылает в сеть значение SRES. –Сеть сравнивает значение SRES полученное от абонента и вычисленное на станции. При совпадении значений абонент подключается к сети.

Cети 3G Две основные линии развития: –CDMA, cdma2000, i-mode –UMTS, WCDMA Необходимость перехода от передачи речи к мультисервисным сетям и поддержка IP привела к появлению LTE.

Линия CDMA CDMA – множественный доступ с кодовым разделением каналов (Code-Division Multiple Access). Поддерживает широкий ряд технологий Три вида кодового разделения каналов: методом прямой последовательности (DS), частотных скачков (FH), временных скачков (TH). Основным стал DS. Обеспечивает высокую помехоустойчивость, качество связи и скрытность информации за счет особенностей алгоритмов.

Принцип кодового разделения каналов методом DS Логические каналы формируются за счет расширения спектра сигнала последовательностями Уолша: –каждая из последовательностей представляет собой строку матрицы Адамара –все строки матрицы и их инверсия ортогональны

Пример формирования последовательностей Уолша Матрица Адамара 1го порядка Матрица Адамара 2го порядка Матрица Адамара 4го порядка Последовательности Уолша: Канал1: 1,1,1,1 Канал2: 1,0,1,0 Канал3: 1,1,0,0 Канал4: 1,0,0,1

Алгоритм передачи в нисходящем канале (от абонента) Защитное сверточное кодирование (на вход подаются данные со скоростью до 9.6 кбит/с). Повторитель (повторение до 8 раз в зависимости от условий связи). Перемежение (защита от групповых ошибок) Маска длинного кода (или идентификатор мобильной станции: 42-разрядное число). Модуляция последовательностями Уолша (каждый бит перемножается на 64-разрядную последовательность). QPSK-модулятор (фазовая модуляция может быть 4х или 8ми позиционной).

Развитие стандартов 3G CDMA – семейство стандартов c 1995 г. Развитие получил IS-95 (cdmaOne): –скорость до 14,4 кбит/с, –64 канала –радиус соты до 20 км –Поддержка базовой станцией до 45 фиксированных и до 25 подвижных абонентов. Подразумевает эволюционный путь развития – технологии cdma2000, 1хEVDO(передача данных на одной несущей).

Поддержка разноса каналов: частотный FDD WCDMA и временной TDD WCDMA. для FDD WCDMA –Работа как в синхронном, так и асинхронном режиме –Поддержка скорости до 2 Мбит/с для малоподвижных абонентов и до 384 кбит/с для подвижных –Частотный диапазон 5 МГц Линия UMTS

для ТDD WCDMA –Совмещает временное разделение дуплексных каналов, временное мультиплексирование каналов и кодовое мультиплексирование каналов. –Интегрируется с GSM (поддержка протоколов верхних уровней и сигнализации) –Поддерживает скорости до 2 Мбит/с –Радиус соты до 40 км –Скорость движения абонента до 120 км/ч.

LTE: Long-Term Evolution Коммутация пакетов, на сетевом уровне базовый протокол IP. Собственный радиоинтерфейс. Ассиметричный канал (до 100 Мбит/с прямой, до 50 Мбит/с обратный). Радиус соты до 50 км. MIMO (многоантенные системы). Возможность вариации частотного диапазона и ширины полосы пропускания. Поддержка частотного и временного дуплексного разделения каналов.

Модуляция: OFDM (вниз) и SC-FDMA (вверх). Шаг между поднесущими 15 кГц Длительность радиокадра 10 мс

Поддерживает два типа радиокадров: для частотного (20 слотов по 0.5 мс) и временного (2 полукадра по 5мс, в каждом по 5 субкадров по 1 мс) дуплексирования отдельно. полукадр 1 Полукадр 2 Субкадр 0Субкадр Защитный интервал UpPTS DwPTS 1 мс

Требования к стандарту мобильных сетей четвертого поколения (4G) Максимальная скорость передачи данных в нисходящем радиоканале до 1 Гбит/с, в восходящем – до 500 Мбит/с; Полоса пропускания в нисходящем радиоканале – 70 МГц, в восходящем – 40 МГц; Максимальная эффективность использования спектра в нисходящем радиоканале – 30 бит/c/Гц, в восходящем – 15 бит/c/Гц (втрое выше, чем в LTE); Полная совместимость и взаимодействие с LTE и другими 3GPP системами.