Введение

Раздел сети сотовой связи

Подсистема базовой станции (BSS) — это часть традиционной сети сотовой связи, отвечающая за обработку трафика и сигналов между мобильным телефоном и подсистемой коммутации сети. BSS осуществляет транскодирование речевых каналов, выделение радиоканалов мобильным телефонам, постраничную связь, передачу и прием по радиоинтерфейсу и множество других задач, связанных с радиосетью.

Базовая станция приемника-передатчика

Базовая станция (BTS) содержит оборудование для передачи и приема радиосигналов (трансиверы), антенны и оборудование для шифрования и дешифрования связи с контроллером базовой станции (BSC). Обычно BTS, за исключением пикоячейки, имеет несколько трансиверов (TRX), позволяющих обслуживать несколько различных частот и секторов ячейки (в случае секторизированных базовых станций). BTS управляется родительской BSC через функцию управления базовой станцией (BCF). BCF реализуется как отдельный модуль или даже встроен в TRX в компактных базовых станциях. BCF обеспечивает подключение к системе управления сетью (NMS) для операций и обслуживания (O&M), управляет рабочими состояниями каждого TRX, а также обработкой программного обеспечения и сбором аварийных сообщений. Функции BTS варьируются в зависимости от используемой технологии сотовой связи и оператора сотовой связи. Некоторые производители предлагают BTS как простой трансивер, который принимает информацию от мобильной станции (MS) через воздушный интерфейс Um и затем преобразует ее в интерфейс на основе TDM (PCM) – интерфейс Abis – и отправляет в BSC. Другие производители разрабатывают BTS таким образом, чтобы информация предварительно обрабатывалась, формировались списки целевых ячеек и даже могла полностью выполняться внутриячейковая передача (HO). В этом случае преимущество заключается в снижении нагрузки на дорогостоящий интерфейс Abis. BTS оснащены радиоустройствами, способными модулировать первый уровень интерфейса Um; для GSM 2G+ тип модуляции – гауссовский минимальный сдвиг фазы (GMSK), а для сетей с поддержкой EDGE – GMSK и 8 PSK. Эта модуляция является разновидностью непрерывной фазовой манипуляции частотой. В GMSK сигнал, предназначенный для модуляции несущей, сначала сглаживается с помощью гауссовского фильтра нижних частот перед подачей на частотный модулятор, что значительно снижает помехи соседним каналам (взаимные помехи по соседним каналам). Антенные сумматоры используются для работы с одной и той же антенной для нескольких TRX (несущих); чем больше TRX объединено, тем выше будут потери сумматора. Сумматоры с коэффициентом до 8:1 встречаются только в микро- и пикоячейках. Часто используется переключение частот для повышения общей производительности BTS; это включает быстрое переключение голосового трафика между TRX в секторе. TRX и абонентские устройства следуют последовательности переключений частот, используемой в секторе. Доступно несколько последовательностей переключений частот, и последовательность, используемая для конкретной ячейки, постоянно транслируется этой ячейкой, чтобы она была известна абонентским устройствам. TRX передает и принимает данные в соответствии со стандартами GSM, которые определяют восемь временных слотов TDMA на радиочастоту. TRX может терять часть этой пропускной способности, поскольку некоторая информация должна транслироваться абонентским устройствам в зоне обслуживания BTS. Эта информация позволяет абонентским устройствам идентифицировать сеть и получить к ней доступ. Для этого используется канал, известный как канал управления широковещанием (BCCH).

Контроллер базовой станции

Контроллер базовой станции (BSC) традиционно обеспечивает функциональность управления базовыми станциями (BTS). Как правило, под управлением одного BSC находится несколько десятков или даже сотен BTS. BSC выполняет распределение радиоканалов, получает измерения от мобильных телефонов и управляет передачами между BTS (за исключением передачи между BSC, в случае которой контроль частично лежит на якорном MSC). Ключевая функция BSC заключается в том, чтобы выступать в качестве концентратора, где множество низкоскоростных соединений с BTS (с относительно низкой загрузкой) сводятся к меньшему числу соединений с мобильным коммутационным центром (MSC) (с высокой загрузкой). В целом, это означает, что сети часто структурированы с множеством BSC, распределенных по регионам вблизи их BTS, которые затем подключаются к крупным централизованным узлам MSC. BSC, несомненно, является самым надежным элементом в подсистеме базовых станций (BSS), поскольку он является не только контроллером BTS, но и, для некоторых производителей, полноценным коммутационным центром, а также узлом SS7 с соединениями к MSC и узлу поддержки GPRS (SGSN) (при использовании GPRS). Он также предоставляет все необходимые данные подсистеме поддержки эксплуатации (OSS) и центрам измерения производительности. BSC часто базируется на распределенной вычислительной архитектуре, с применением резервирования к критически важным функциональным блокам для обеспечения доступности в случае возникновения неисправностей. Резервирование часто распространяется за пределы самого оборудования BSC и обычно используется в источниках питания и в передающем оборудовании, обеспечивающем интерфейс Ater к PCU. В BSC хранятся базы данных для всех объектов, включая информацию, такую как несущие частоты, списки переключения частот, уровни снижения мощности, уровни приема для расчета границы ячейки. Эти данные поступают непосредственно из радиопланирования, которое включает моделирование распространения сигнала и прогнозирование трафика.

Транскодер

Транскодер отвечает за транскодирование кодирования голосового канала между кодированием, используемым в мобильной сети, и кодированием, используемым в глобальной наземной сети с коммутацией каналов, в общедоступной телефонной сети (PSTN). В частности, GSM использует кодер с регулярным импульсным возбуждением и долгосрочным предсказанием (RPE-LTP) для передачи голосовых данных между мобильным устройством и BSS, но импульсно-кодовую модуляцию (закон A или закон μ, стандартизированную в ITU G.711) выше по потоку от BSS. Кодирование RPE-LPC обеспечивает скорость передачи данных для голоса 13 кбит/с, в то время как стандартное кодирование PCM – 64 кбит/с. Из-за этого изменения скорости передачи данных для одного и того же голосового вызова, транскодер также выполняет функцию буферизации, позволяющую перекодировать 8-битные слова PCM для формирования трафиковых блоков GSM длительностью 20 мс. Хотя функциональность транскодирования (сжатия/разжатия) определяется соответствующими стандартами как функция базовой станции, некоторые производители реализовали это решение за пределами BSC. Некоторые производители внедрили его в автономную стойку с использованием проприетарного интерфейса. В архитектуре Siemens и Nokia транскодер представляет собой отдельную, идентифицируемую подсистему, которая обычно располагается совместно с MSC. В некоторых системах Ericsson он интегрирован в MSC, а не в BSC. Причина таких решений заключается в том, что если сжатие голосовых каналов выполняется на стороне MSC, то можно уменьшить количество фиксированных каналов передачи между BSS и MSC, что снижает затраты на сетевую инфраструктуру. Эта подсистема также называется блоком транскодирования и адаптации скорости (TRAU). Некоторые сети используют ADPCM со скоростью 32 кбит/с на наземной стороне сети вместо PCM со скоростью 64 кбит/с, и TRAU выполняет соответствующее преобразование. Когда трафик не является голосовым, а представляет собой данные, такие как факс или электронная почта, TRAU активирует свою функцию адаптации скорости для обеспечения совместимости между скоростями передачи данных BSS и MSC.

Устройство управления пакетами

Устройство управления пакетами (PCU) — относительно позднее дополнение к стандарту GSM. Оно выполняет часть функций обработки BSC, но уже для пакетной передачи данных. Распределение каналов между голосовой связью и данными контролируется базовой станцией, однако после выделения канала PCU, управление этим каналом полностью переходит к PCU. PCU может быть интегрировано в базовую станцию, в BSC или, в некоторых предлагаемых архитектурах, даже размещено на площадке SGSN. В большинстве случаев PCU представляет собой отдельный узел, активно взаимодействующий с BSC по радиоинтерфейсу и с SGSN по интерфейсу Gb.

Интерфейсы BSS

Ум Воздушный интерфейс между мобильной станцией (МС) и базовой станцией (БС). Этот интерфейс использует протокол LAPDm для сигнализации, управления вызовами, отчетов об измерениях, передачи (handover), управления мощностью, аутентификации, авторизации, обновления местоположения и т.д. Трафик и сигнализация передаются импульсами длительностью 0,577 мс с интервалом 4,615 мс, формируя блоки данных каждые 20 мс.
Abis Интерфейс между БС и контроллером базовой станции (КБС). Обычно передается по линиям DS 1, ES 1 или E1 TDM. Использует подканалы TDM для трафика (TCH), протокол LAPD для контроля БС и телекоммуникационной сигнализации, а также передает синхронизацию от КБС к БС и МС.
A Интерфейс между КБС и мобильным коммутационным центром (МКЦ). Он используется для передачи каналов трафика и пользовательской части BSSAP стека SS7. Хотя между КБС и МКЦ обычно располагаются транскодеры, сигнальная связь осуществляется между этими двумя конечными точками, а транскодер не обрабатывает информацию SS7, только голос или данные CS кодируются или адаптируются по скорости.
Ater Интерфейс между КБС и транскодером. Это проприетарный интерфейс, название которого зависит от производителя (например, Ater от Nokia), он передает информацию интерфейса A от КБС, не изменяя ее.
Gb Соединяет подсистему BSS с SGSN в ядре сети GPRS.