сколько первичных и вторичных скремблирующих кодов базовых станций используют в стандарте umts

Принципы канального кодирования в UTRAN – ЧАСТЬ 1

6.3.4.1. Каналообразующие и скремблирующие коды в UTRAN. Для обе­спечения идентификации физических каналов разных пользователей каждому абонентскому терминалу в технологии WCDMA выделяется уникальный ка­нальный код. В случаях, когда для увеличения скорости передачи БС передает АС сообщение по нескольким каналам сразу, желательно использовать ортого­нальные между собой каналообразующие коды.

Возможность адаптации системы UMTS к различным потребностям абонентов в скоростях передачи данных обеспечивается кодированием ка- налообразующими кодами (channelization codes) с переменным коэффициен­том расширения спектра – Orthogonal Variable Spreading Factor (OVSF) [14]. Особенностью схемы кодирования, реализованной в WCDMA, является воз­можность варьирования коэффициента расширения спектра через каждые 10 мс (от фрейма к фрейму) путем «скольжения» по дереву кодов влево/впра­во (см. п. 2.5.2.5.). Это обеспечивает значительную гибкость в организации физических каналов. Ортогональность сигналов разных пользователей со­блюдается в пределах соты, в то время как взаимные корреляции сигналов разных сот имеют случайный характер.

В качестве альтернативы для мобильных станций предусмотрено примене­ние скремблирующих кодов из числа последовательностей большого семейства Касами длины 256. В этом множестве более миллиона кодовых последователь­ностей, что также исключает потребность в тщательном кодовом планировании сети. При этом каждой соте назначается предварительно отобранная группа по­следовательностей с наименьшими взаимными корреляциями. Канальный код (channel code) образуется путем комбинирования каналообразующего и скрем- блирующего кодов.

6.3.4.2. Канальное кодирование в восходящем направлении • Каналообразующее кодирование для линии «вверх». Для передачи дан­ных каждая АС может использовать несколько выделенных каналов DPDCH. Поэтому необходимы меры, гарантирующие их разделяемость в приемнике БС. Выделенный канал управления DPCCH формируется из одной кодовой после­довательности длиной N=256, состоящей из «единиц». В то же время каналы данных DPDCH могут формироваться на основе кодов различной длины в со­ответствии с реализованным в UTRAN механизмом динамического управления скоростью передачи. Временная протяженность элемента кода (чипа) имеет фиксированную величину, так что изменение скорости передачи приводит к из­менению длительности информационного бита с пропорциональным изменени­ем коэффициента расширения спектра.

Идентификатором выделенного физического канала является его уни­кальный каналообразующий код. На рис. 6.13 символом c_dJ обозначается код, формирующий /’-й выделенный канал данных, а символом с. – код, форми­рующий канал управления. Каналы данных и каналы управления мульти­плексируются перед поступлением в модулятор. Для этого битовые потоки перемножаются с весовыми коэффициентами регулировки мощности P_t/ (для DPDCH) и (5 (для DPCCH), а затем распределяются между ветвями модуля­тора. Эта процедура позволяет обеспечить разный уровень мощности в кана­лах данных и управления, удовлетворяя разным требованиям к качеству при­ема сообщения и служебной информации. Наибольший коэффициент (> равняется единице, а промежуточные значения изменяются от 0 до 1, с ша­гом 1/15. Изменение весовых коэффициентов может происходить с каждым новым фреймом.

Рис. 6.13. Мультиплексирование выделенных каналов в Uplink [10]

В UMTS предусмотрен также вариант мультиплексирования общих кана­лов, PRACH и РСРСН, с выделенными каналами DPDCH и DPCCH. Алгоритм выбора OVSF-кодов описан в [16].

• Скремблирующее кодирование для линии «вверх». Завершающим ша­гом в процедуре расширения спектра и реализации кодового разделения в вос­ходящем направлении является скремблирование, которое представляет собой перемножение мультиплексированного сигнала со скремблирующим кодом, выполняющим роль идентификатора АС. Повторяясь с каждым фреймом про­тяженностью 10 мс, эти коды предназначены для разделения сигналов АС при­емником БС, так что критерием для их отбора является малый уровень взаимной корреляции.

Зависимость скорости передачи данных по радиоинтерфейсу UMTS от коэффициента расширения спектра сигналов

I Коэффициент рас­ширения спектра

Скорость передачи, символов/с xlO 3

Скорость передачи линия «вниз», кбит/с

Скорость передачи линия «вверх», кбит/с

Источник

Общая характеристика стандарта UMTS

Как было сказано в гл.1, европейский стандарт 3-го поколения UMTS развертывают на базе действующих сетей GSM. Структура интегрированной сети приведена на рис. 3.1. К существующей в GSM подсистеме пользовательских услуг и коммутации, которая включает как коммутаторы каналов MSC/VLR, GMSC, так и коммутаторы пакетов SGSN, GGSN, и образует ядро сети CN (Core Network), подключены как действующие подсети базовых станций GSM BSS, так и наложенные на них новые сети радиодоступа UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network).

Рис. 3.1. Архитектура интегральной сети UMTS и GSM

При работе UTRAN с коммутируемыми каналами, следующими от MSC/VLR, включают промежуточный блок IWF/TC (Interworking Function/ Transcoder). Этот блок выполняет функции сопряжения разных интерфейсов и преобразует скорости сигналов телефонии и данных. В состав CN входит также модуль CSE (CAMEL Service Environment) предоставления интеллектуальных услуг CAMEL.

Базовый вариант на основе технологии UTRA-FDD (W-CDMA) предусматривает передачу информации с чиповой скоростью 3,84 Мчип/с в полосе 5 МГц при дуплексном разносе сигналов двух направлений 190 МГц. Эффективная полоса обработки сигнала в приемнике составляет 3,84 МГц. Различным скоростям передачи информации соответствуют различные значения коэффициента расширения спектра SF.

Соотношения между скоростью передачи символов и коэффициентом расширения спектра при В_чип = 3,84 Мчип/с приведены в табл. 3.1.

Рис. 3.2. Принцип формирования ортогональных кодов

При увеличении SF в 2 раза для образования следующей группы кодов используем алгоритм Адамара:

.

Так, при SF=4 получим 4 кода

,

а при SF=8 будет 8 кодов

.

Кроме каналообразующих, в UTRA–FDD применяют различные скремблирующие коды – длинные и короткие. Чиповая скорость скремблирующих кодов, как и каналообразующих, составляет 3,84 Мчип/с.

Рассмотрим длинные скремблирующие коды вниз, которыми закрыты BTS. Это коды Голда (предложены Р. Голдом). Код Голда образуют путем сложения по mod2 двух различных m-последовательностей x(n) и y(n). Обе последовательности имеют одну и ту же длину L и их тактирует единый тактовый генератор. Результирующая последовательность также является m-последовательностью длиной L. Меняя начала циклических сдвигов последовательностей x(n) и y(n), получаем L=2 n –1 последовательностей Голда. Скремблирующие коды вниз реализованы на основе двух генераторных полиномов 18 степени:

g₁(x) = 1 + X 7 + X 18 (3.1)

где значок “+” означает сложение по mod2. Схема формирования скремблирующих последовательностей вниз представлена на рис. 3.3.

Обозначая коды, генерируемые полиномами (3.1) и (3.2) как x(i) и y(i), а n – начальный сдвиг генератора x(i) относительно y(i), получаем n-ую последовательность Голда

Комплексный скремблирующий длинный код вниз обозначим как S_dl,n(i):

Этим скремблирующим кодом закрывают кадры длиной 10 мс (38400 чипов).

Рис.3.3. Формирователь скремблирующих кодов вниз

В направлении вниз используют модуляцию 4-ФМ[1], то есть сигнал передают на двух ортогональных поднесущих в виде

s(n) = I(n) cos wt + j Q(n) sin wt,

где I(n) и Q(n) – заполненные чипами синфазный и квадратурный информационное сигналы. Процесс получения закодированного сигнала поясняет рис. 3.4.

Рис.3.4. Кодирование сигналов “вниз”

В направлении вниз (BSÞUE) использованы 512 первичных скремблирующих кодов. Первичные коды открывают 512 кодовых рядов (set), каждый из которых, кроме первичного, содержит еще 15 вторичных кодов. Таким образом в направлении вниз используют 512*16 = 8192 скремблирующих кодов, нумеруемых 0…8191. При SF = 256 каждый первичный (вторичный) скремблирующий код может поддерживать вместе с каналообразующим кодом до 256 каналов.

Характеристики каналообразующих и скремблирующих кодов и их использование сведены в табл. 3.2.

Другой важнейшей характеристикой стандарта UTRA-FDD является кадровая структура. Передача по всем каналам синхронизирована во времени. Сообщения (поток данных) разбивают на отдельные сегменты, внутри которых производят предварительную обработку сигналов.

Базовая длительность кадра составляет 10 мс. Кадр разбит на 15 временных интервалов (time slots): TS0 …TS14, каждый длительностью 2/3 мс (рис. 3.5). В одном TS размещено 2560 чипов. При SF=256 в одном TS передают 10 символов. Кадры объединены в суперкадры; в одном суперкадре 72 кадра, а его длительность составляет 720 мс. Это длина 6 мультикадров каналов трафика стандарта GSM.

При передаче информации по выделенным каналам длительность информационных кадров может составлять 10, 20, 40 и 80 мс. При пакетной передаче данных используют кадры разной длины. Так при высокоскоростной пакетной передаче передают пакеты длительностью 3 TS (2 мс).

. Рабочие диапазоны стандарта UTRA-FDD и соответствующие им абсолютные номера каналов UARFCN (UTRA Absolute Frequency Channel Number) приведены в табл.3.3. Сетка несущих частот в UTRAN равна 200 кГц. Каждый канал имеет номера “вверх” и “вниз”. Частоты F_UL и F_DL даны в мегагерцах. Основным диапазоном, где осуществляют развертывание UTRAN, является диапазон I.

Рис. 3.5. Временные характеристики UTRA-FDD

Расположение каналов UTRAN относительно каналов других сетей в районе 2000 МГц показано на рис. 3.6.

Рис. 3.6. Распределение радиочастот для систем подвижной связи

Источник

Процедуры физического уровня в системе UMTS – ЧАСТЬ 1

К процедурам физического уровня в сети UMTS относят процедуры вызо­ва и случайного доступа, синхронизацию, управление мощностью передатчика передачу обслуживания в другую соту (сектор) (эстафетную передачу), и не­которые другие [8, 19]. Рассмотрим кратко основные процедуры из вышепере­численного.

Синхронизация и поиск соты в WCDMA

Стремясь по возможности удешевить оборудование UMTS, ее разработчи­ки отказались от привязки сети к единому времени, характерной для системы cdmaOne. Асинхронный режим, поддерживаемый стандартом WCDMA, стал одним из важных отличий от cdma2000, где предполагается наличие внешней синхронизации для всех базовых станций. Источником точного времени здесь могут быть сигналы GPS, что позволяет мобильной станции использовать для различения соседних БС временные сдвиги одного и того же скремблинг-кода.

В асинхронной сети каждая базовая станция имеет свою независимую шка­лу времени, а мобильная станция не располагает предварительной информа­цией об относительной разнице распространения сигнала между разными БС. Преимущество асинхронной системы состоит в отсутствии необходимости син­хронизации всех БС с помощью единого внешнего источника точного времени.

6.4.1.1. Каналы синхронизации в UMTS. Каналу синхронизации SCH в системной архитектуре UMTS отводится ключевая роль. Этот канал, создавае­мый в нисходящей линии, используется при инициализации МС в сети, поиске соты и для определения границ кадров (слотов), передаваемых базовой станци­ей. Канал SCH реализуется как совокупность пары синхронизирующих кана­лов: первичного канала (Primary) P-SCH и вторичного (Secondary) S-SCH [10]. Оба эти канала используются базовой станцией для передачи синхропоследо- вательности для МС. Передаваемые в этих каналах сигналы не подвергаются перемножению с каналообразующим кодом или скремблированию, поскольку этап инициализации имеет место до того, как МС получит сведения о скрембли- рующем коде конкретной БС, применяемом в данной зоне обслуживания.

Каналы P-SCH и S-SCH всегда занимают начальные 256 чипов каждого слота. Первичный SCH формируется в виде немодулированной посылки из усеченного кода Голда длиной 256 чипов, передаваемого единожды на протяжении временного интервала длиной 2560 чипов. Синхрокод канала P-SCH одинаков для всех базовых станций сети. Поэтому, выполняя поиск сигнала, МС не имеет возможности выбора той или иной БС: то, с которой из них удалось войти в контакт, выясняется только после завершения процедуры синхронизации. Захват синхросигнала канала P-SCH позволяет МС определить границы отдельных слотов, но не границы кадра [19].

Вторичный канал синхронизации S-SCH используется для передачи одной из 15 различных последовательностей (по одной в каждом слоте) для разных кодовых групп, повторяющихся после каждого кадра. Эти последовательности используются при идентификации кодовой группы.

Третий участвующий в процедуре синхронизации общий пилот-канал CPICH служит для передачи по линии «вниз» общих пилот-символов, скрем- блированых кодом базовой станции. Каждый из слотов канала CPICH содержит 10 символов протяженностью по 256 чипов каждый.

Структура слотов и кадров (фреймов) трех типов каналов синхронизации, используемых при поиске соты в системе WCDMA, показана на рис. 6.21.

Рис. 6.21. Каналы синхронизации, используемые при выполнении процедуры поиска соты в системах стандарта WCDMA

6.4.1.2. Синхрокоды и их назначение. Первичный синхронизирующий код – primary synchronization code (PSC) [16], в спецификации UMTS определя­ется как двоичная последовательность длиной 256 чипов, формируемая путем 16-кратного повторения последовательности а длиной 16 элементов:

в соответствии с шаблоном

Вторичный синхрокод также имеет длину 256 элементов и строится на основе 16-элементной последовательности, совпадающей сев первых восьми символах, и с ее инверсией – в оставшихся:

в соответствии с шаблоном

после чего поэлементно перемножается с каждой 16-й строкой матрицы Адама­ра размерности 256.

Полученные таким образом 16 ортогональных векторов длиной 256 являют­ся алфавитом для построения 64-х 16-ичных кодовых слов длины 15. Каждое из таких кодовых слов используется затем в качестве вторичного синхросигнала

Такой алгоритм построения синхрокода имеет целью обеспечить как можно меньший уровень взаимной корреляции между циклическими сдвигами различ­ных вторичных синхросигналов, а также наименьшие боковые пики автокорре­ляционной функции каждого конкретного вторичного синхросигнала.

С целью упрощения процедуры поиска соты скремблинг-коды объединены в кодовые группы. Число скремблинг-кодов фиксировано и равно 512. Количе­ство же самих кодовых групп может быть различным – от 32 до 256. Так, если на втором этапе выполнения алгоритма поиска соты используются 32 кодовых группы, число альтернативных скремблинг-кодов, определяемых на третьем этапе, составляет 16 (32 кодовые группы х 16 кодов в каждой группе = 512 ко­дов). Аналогично, если используются 64 кодовых группы, в группе будет по 8 кодов (64 кодовые группы х 8 кодов в группе = 512 кодов).

6.4.1.3. Алгоритм поиска соты. При отсутствии внешней синхронизации различение базовых станций путем использования разных временных сдвигов одного и того же скремблинг-кода невозможно. Поэтому в асинхронной систе­ме WCDMA смежные базовые станции идентифицируются за счет применения разных скремблинг-кодов. Как следствие, поиск соты в асинхронной системе занимает более длительный период времени, чем в синхронной. Он, кроме того, усложняется наличием непреднамеренных помех от других мобильных стан­ций.

Каждая сота в сети UTRA идентифицируется за счет применения в ней сво­его скремблинг-кода, из которого формируется фрейм длиной 38 400 чипов и который, в свою очередь, разбивается на 15 слотов по 2560 чипов. Поиск соты осуществляется как непосредственно при включении мобильной станции (по­иск первичной соты), так и в процессе ее работы (целевой поиск соты). Послед­ний осуществляется при поиске кандидатных сот для осуществления хэндовера (передачи обслуживания). При целевом поиске МС получает из сети список и скремблинг-коды соседних сот, что заметно упрощает процедуру поиска соты в целом. Решение о выборе новой соты МС принимает по стандартизированным критериям.

Процесс взаимной синхронизации МС и БС реализуется в несколько этапов [20], на протяжении которых осуществляется:

– кадровая («пофреймовая») синхронизация и идентификация кодовой группы;

– идентификация применяемого скремблинг-кода;

– синхронизация по частоте;

Первоначальная синхронизация МС и сети начинается в момент включения питания мобильного терминала и состоит из трех этапов. I. Сразу после включения МС начинает поиск первичного синхросигнала, мо­дулированного первичным кодом синхронизации. Эта последовательность,

состоящая из 256 чипов, передается в начале каждого слота всеми базовыми станциями сети. Синхросигналы одинаковы для всей сети, вследствие чего они не могут выполнять роль идентификаторов БС. Зато их поиск и прием может осуществляться с помощью единственного согласованного фильтра, пиковые выбросы на выходе которого определяют временные границы слотов для МС.

2. На втором этапе МС осуществляет кадровую синхронизацию (т.е. устраняет неоднозначность относительно временных границ кадра) и идентификацию кодовой группы (соты). Для этого МС использует определенный на первом этапе вторичный код синхронизации SSC. Кадр или фрейм содержит 15 сло­тов, а общее число различных SSC равняется 64, поэтому в общей сложности имеется 15×64 конкурирующих гипотез. Сравнивая отклики согласованных фильтров на все 15 циклических сдвигов каждого из 64 SSC, приемник МС принимает решение в пользу пары «сдвиг-код», обеспечивающей максималь­ный отклик. Поскольку содержащий SSC сигнал жестко засинхронизирован с кадром (фреймом) и связан с некоторой группой первичных скремблинг- кодов, по завершении второго этапа МС может опознать группу скремблинг- кодов БС, с которой вступила в контакт, и определить границы фрейма.

3. На третьем этапе МС осуществляет идентификацию первичного скремблинг- кода базовой станции данной соты. Обычно это осуществляется путем по­символьной корреляционной обработки канала CPICH с использованием всех кодов кодовой группы, идентифицированной на втором этапе. Каждая кодовая группа содержит 8 возможных первичных скремблинг-кодов. Чтобы устранить эту неопределенность, МС должна проверить 8 конкурирующих гипотез. Завершив этот этап, МС «знает» конкретный первичный скрембли- рующий код данной БС. Таким образом, сочетание процедур кадровой син­хронизации и идентификации кодовых групп уменьшает в целом сложность алгоритма поиска соты.

Последние два этапа в алгоритме поиска соты (частотная синхронизация и идентификация соты) выполняются только при осуществлении поиска первичной соты после включения терминала и не выполняются при целевом поиске соты.

По завершении описанной выше трехэтапной процедуры кодовой и времен­ной синхронизации осуществляется установка частоты и окончательная иденти­фикация соты. Для обеспечения робастности процедуры синхронизации к ошибке по частоте алгоритм поиска первичной соты изначально предполагает ее нали­чие. Практически при поиске первичной соты целесообразно насколько возможно уменьшить ошибку по частоте. В этом случае целевой поиск соты состоит из вре­менной синхронизации и идентификации скремблинг-кода базовой станции.

6.4.2. Вызов и процедура доступа мобильной станции к базовой станции

В UMTS любая однажды зарегистрировавшаяся в сети МС автоматически «приписывается» к некоторой группе вызова. Каждой такой группе присваивается некоторый индикатор вызова, который отныне всякий раз, при появлении вызова от абонента данной группы, будет передаваться по каналу индикации вызова PICH.

Определив наличие сигнала вызова своей группы, МС начиная со сле­дующего временного кадра анализирует состояние вторичного общего канала управления S-CCPCH, откуда узнает, адресован ли вызов именно ей. Подобная двухступенчатая процедура исключает для МС необходимость постоянного про­слушивания канала управления и введена из соображений энергосбережения.

Процесс установления соединения (с БС) по инициативе мобильной станции называют процедурой случайного доступа. Перед тем, как инициировать процедуру случайного доступа, мобильная станция входит в синхронизм с базовой, реализуя описанную в предыдущем подразделе трехэтапную процедуру синхронизации. Собственно процедура доступа состоит из следующих этапов:

1) из сообщений широковещательного канала ВССН мобильная станция из­влекает сведения о:

действующих на текущий момент идентификаторах (signatures) и доступных ей временных «окнах» канала RACH; скремблирующих кодах каналов случайного доступа RACH; текущем уровне помех на входе приемника БС;

2) произвольно (случайным образом) МС выбирает один из разрешенных для ее группы субканалов RACH, окно доступа, один из допустимых идентифи­каторов, а также определяет коэффициент расширения спектра для инфор­мационной части сообщения;

3) МС оценивает потери по мощности в линии «вниз» по первичному кана­лу ССРСН и определяет требуемый уровень мощности в линии «вверх» на основании полученной от БС информации о помеховой обстановке. Затем она устанавливает начальный уровень мощности передачи по каналу RACH с достаточным запасом на неточность измерения (поскольку схема контроля мощностью по замкнутой петле на этом этапе еще не функционирует, во избежание нежелательных помех МС может установить минимальное на­чальное значение мощности передатчика);

4) МС передает преамбулу длительностью 1 мс, содержащую идентификатор;

5) МС декодирует передаваемый БС сигнал в канале индикации захвата AICH (acquisition indication channel), чтобы узнать, принята ли посланная ей пре­амбула;

6) в течение установленного времени МС ожидает подтверждения приема от БС. При отсутствии подтверждения захвата в канале AICH, с шагом, кратным 1 дБ, МС увеличивает мощность и вновь посылает преамбулу и идентификатор;

7) при наличии подтверждения от базовой станции МС начинает передачу сег­мента сообщения (длительностью 10 или 20 мс).

Источник

Как устроена сеть сотовой связи GSM/UMTS

В комментариях к постам про сеть WiMAX (1, 2) и про GPRS был выражен интерес к сетям сотовой связи, поэтому решил реализовать свою давнюю задумку и описать хабрасообществу как же устроены современные сети сотовой связи.

На приведённой картинке изображена общая структура сетей сотовой связи. Изначально сеть разделяется на 2 больших подсети — сеть радиодоступа (RAN — Radio Access Network) и сеть коммутации или опорную сеть (CN — Core Network).

Хочу подчеркнуть, что буду описывать именно существующие сети сотовой связи для СНГ, потому что в Европе, Америке и Азии сети более развиты и их структура несколько отличается от наших сетей, про это напишу как-нибудь позже, если будет интерес.

Сперва, хотелось бы рассказать в общих словах про сеть, а потом более подробно расскажу про функции каждого из элементов сети.

Сеть радиодоступа

Существующие сети радиодоступа у наших операторов — продукт долгой эволюции, поэтому они состоят из сети радиодоступа к GSM (GERAN — GSM EDGE Radio Access Network) и сеть радиодоступа к UMTS (UTRAN — UMTS Terrestrial Radio Access Network). Сверху слева на картинке вы видите GERAN, внизу слева, соответственно UTRAN. Наибольшие изменения при переходе от GSM к UMTS происходят как раз в сети радиодоступа — оператору нужно построить вторую сеть и заново покрыть уже имеющиеся территории.

Сеть радиодоступа — эта та паутина, которой охвачены огромные территории городов и открытых местностей, за счёт неё как раз и обеспечивается то огромное погрытие, которое предоставляют сети сотовой связи.

Опорная сеть

Опорная сеть — ядро сетей сотовой связи. Название опорная — мой вольный перевод, в GSM эту часть сети называют сетью коммутации, в UMTS — Core Network, что по сути можно перевести как ядро сети. К этому ядру, как периферийные устройства к системному блоку, могут подключаться различные сети радиодоступа. Опорная сеть мало эволюционирует в связи с эволюцией от GSM к UMTS, эта сильная эволюция происходит немного позже — её уже прошли западные и азиатские операторы, у нас же она только начинается.

Опорная сеть на приведённой выше картинке разделена на 2 части — верхняя правая часть отвечает за голосовые соединения, или CS-соединения (Circuit Switch), нижняя правая часть отвечает за пакетные соединения, или же PS-соединения (Packet Switch).

Опорная сеть сосредоточена в одном или нескольких зданий, принадлежащих оператору сотовой связи, в больших машинных залах — проще говоря огроменнейшая серверная, где стоит большое количество шкафов оборудования, их ещё холодильниками иногда называют, потому что с виду очень похожи 🙂

HLR — Home Location Register, Регистр положения домашних абонентов.
По сути это большая база данных, в которой хранится всё об абоненте данной сети. В крупных сетях, таких, как у операторов большой тройки, таких узлов несколько — они разбросаны по регионам. Их количество измеряется единицами штук. Для того, чтобы понимать порядки — в Питере такой узел один, в Москве другой, на Урале ещё один, ещё на Кавказе, в Сибири — 3-4 штучки… На практике это может быть распределённая БД, потому что ёмкости одного HLR может не хватить для хранения данных обо всех абонентах. Тогда оператор докупает ещё один HLR (физическое устройство) и организует распределённую БД.

Какая же информация там хранится? По большей части, это информация об услугах, подключенных у абонента:
— может ли абонент совершать исходящие звонки
— может ли абонент отправлять/принимать SMS
— разрешена ли услуга конференц-связи
— ну и все остальные возможные услуги
Также здесь хранится такая важная информация, как идентификатор того MSC, в зоне действия которого сейчас находится абонент. Позже мы увидим для чего это может быть нужно.

MSC/VLR

MSC — Mobile Switching Center, центр коммутации для мобильных абонентов;
VLR — Visitor Location Register, регистр положения гостевых абонентов.
Логически это 2 раздельных узла, но на практике, это реализовано в одном и том же устройстве.
VLR хранит в себе копию тех данных, которые записаны в HLR с той лишь разницей, что тут уже нет информации о том MSC, в зоне действия которого находится абонент. Здесь хранится информация о том, в зоне действия какого BSC находится данный абонент. Ну и здесь, естественно, хранятся данные только о тех абонентах, которые сейчас находятся в зоне действия того MSC, к которому подключен данный VLR.

MSC — классический коммутатор (конечно, не такой классический, который можно увидеть в музеях, где сидели бабушки и перетыкали проводки). Основные его функции — для исходящего вызова — определить куда переключить вызов, для входящего же соединения — определить на какой BSC отправить вызов. Для выполнения этих то функций он и обращается в VLR за хранящейся там информацией. Здесь стоит заметить, что это плюс разнесения HLR и VLR — MSC не будет стучаться в HLR каждый раз, когда абоненту что-то нужно, а будет всё делать своими силами. Также MSC собирает данные для биллинга, далее эти данные скармливаются соответствующим системам.

AUC — AUthentication Center, центр аутентификации абонентов. Этот узел отвечает за то, чтобы злоумышленник не мог получить доступ к сети от вашего лица. Также этот узел генерирует ключи шифрования, с помощью которых шифруется ваше соединение с сетью в самом уязвимом месте — на радиоинтерфейсе.

GMSC — Gateway MSC, шлюзовой коммутатор. Этот узел сети используется только при входящих вызовах. У операторов есть определённая номерная ёмкость, этой номерной ёмкости сопоставляются шлюзовые коммутаторы сетей связи (сотовых, фиксированных). Когда вы набираете номер друга, ваш звонок доходит до коммутатора (MSC) вашей сети и он определяет куда дальше отправить этот вызов на основе имеющихся у него соответствий между номерами и шлюзами сетей. Звонок отправляется на GMSC сотового оператора, которым пользуется ваш друг. Далее GMSC делает запрос в HLR и узнаёт в зоне действия какого MSC сейчас находится вызываемый абонент. Туда дальше и перенаправляется вызов.

SGSN — Serving GPRS Support Node, обслуживающий узел поддержки GPRS. Этот узел отвечает за то, чтобы определить каким образом предоставлять услуги на основе запрошенной APN (Access Point Name, точки доступа, например, mms.beeline.ru). Также на этом узле осуществляется посчёт трафика.

GGSN — Gateway GPRS Support Node, шлюзовой узел поддержки GPRS. Ну это шлюз, отвечает за правильную доставку пакетов до пользователя.

BSC — Base Station Controller, контроллер базовых станций. Узел, к которому подключаются базовые станции, дальше он осуществляет управление базовыми станциями — назначает какому абоненту где сколько ресурсов выделить, определяет каким образом осуществляются хэндоверы. Когда с MSC приходит сигнал о входящем соединении для абонента, контроллер осуществляет процедуру пейджинга — через все подчинённые ему базовые станции посылает вызов данному абоненту, который должен отозваться через одну из базовых станций.

TRC — TRansCoder, транскодер. Устройство, отвечающее за перекодирование речи из формата GSM в стандартный формат телефонии, используемый в фиксированных сетях связи и обратно. Таким образом, получается, что речь передаётся в формате сетей фиксированной связи в сети GSM на участке от GMSC до TRC.

BTS — Base Transceiver Station, базовая приёмопередающая станция. Это то, что непосредственно находится близко к самому пользователю. Именно базовые станции образуют ту самую паутину, которой накрывают операторы сотовой связи, именно от их количества зависит территория, на которой предоставляют услуги операторы сотовой связи. По сути — довольно глупое устройство, оно обеспечивает выделение пользователям отдельных каналов связи, преобразует сигнал в высокочастотный, который будет передаваться в эфир, ну и выдаёт этот самый высокочастотный сигнал на антенны. А вот антенны то мы и можем наблюдать каждый день.

Хочу заметить, что антеннки — это не есть базовая станция 🙂 Базовая станция похожа на холодильник — шкафчик с модулями, который стоит в специальном месте. Это специальное место — например, синенькие вагончики, которые ставятся под красно-белыми вышками где-нибудь в пригороде.

Более подробно можно почитать в недавно опубликованной статье про базовые станции.

RNC — Radio Network Controller, контроллер сети радиодоступа. По сути выступает в той же роли, что BSC в GERAN.

NodeB

NodeB, базовая станция в UMTS. Аналог BTS в GSM.

В целом, здесь описаны все жизненно важные элементы сети GSM/UMTS. Здесь я не упоминал ещё некоторые узлы, такие как SMS-C (SMS-Center), MMS-C (MMS-Center), WAP-GW (WAP-Gateway).

Если статья вызовет интерес, то в дальнейшем могу рассказать более подробно про сети радиодоступа GERAN и UTRAN, потому что я занимаюсь по большей части именно радийными вещами.

Также уже есть идеи для ряда статей на основе вопросов, вызвавших интерес, в комментариях к статьям по телекоммуникациям, пока не буду раскрывать интригу — задавайте интересные вопросы — будут интересные статьи! 😉

UPD: в комментариях отписались эксперты в своих областях, что очень интересно почитать:
1. Ветка про ПО, устанавливаемом на оборудовании;
2. Ветка про отличия наших (СНГшных) сетей и сетей в Европе/США/Азии;
3. Комментрии от пользователя DeSh с поправлениями и уточнениями: тыц, тыц.
Да и вообще в комментариях довольно много всего интересного всплыло помимо выделенных мной комментариев.

Источник