بررسی موضوع سیستم GSM

دسته بندي : فنی و مهندسی » برق، الکترونیک، مخابرات
سيستم GSM
1 .3 تاريخچه
در اوايل دهه 1980 تعداد زيادي شبكه راديويي مستقل با استانداردهاي مربوط به خود در كشورهاي مختلف اروپايي توسعه يافته بودند. از نظر مشتركين سرويس هاي اين شبكه ها گران و از كيفيت خوبي برخوردار نبودند. بطوريكه CEPT در سال 1982 تصميم گرفت يك شبكه سلولي راديويي را در سطح اروپا پياده سازي كند. بدين منظور يك گروه كاري تحت عنوان گروه مخصوص سيار(GSM) زير نظر CEPT تشكيل شد. تصميم بر اين بود كه گروه GSM يك شبكه سلولي تحت عنوان GSM را با تكنولوژي هاي جديد مخابراتي معرفي و به استاندارد سازي آن بپردازد. گروه GSM تعدادي سيستم راديويي سلولي ديجيتالي را مورد آزمايش قرار داد و در سال 1987 به اين نتيجه رسيد كه استانداردي را معرفي كند كه تركيبي از مشخصات سيستم هاي مختلف را در بر گرفته است. در اين راستا يك جدول زمانبندي جهت اجراي طرح ها مشخص گرديد. در همان سال با امضاء Mou ، سيزده كشور مشاركت كننده در طرح، تعهد خود را جهت پايه گذاري يك سيستم راديويي براساس توصيه هاي GSM تائيد كردند. با تاسيس موسسه ETSI در سال 1988 كه هدف ان بهبود و گسترش استانداردهاي مخابراتي در اروپا بود، گروه كاري GSM نيز تحت نظارت ETSI قرار گرفت و سرانجام در سال 1990 اولين مجموعه جامع از مشخصات سيستم GSM معرفي گرديد.
2 .3 خصوصيات سيستم GSM
خصوصيات عمده سيستم GSM عبارتند از :
1-سيستمي كاملا ديجيتالي در باند فركانسي MHz 900 .
2-بازه فركانسي MHz 935 تا MHz 980 براي لينك رو به پايين يعني براي ارسال اطلاعات از ايستگاه پايگاه به واحد سيار و بازده فركانسي MHz 890 تا MHz 915 براي لينك رو به بالا، يعني براي ارسال اطلاعات از واحد سيار به ايستگاه پايگاه .
3-پهناي باند KHz 200 براي كانالهاي فركانسي يعني قرار گرفتن حاملهاي فركانسي به فواصل KHz 200 .
4-تقسيم زماني هر كانال مخابراتي (شكاف زماني) به هشت قسمت .
5-كد كردن صوت و داده در مسير راديويي .
6-توانايي تحرم پذيري وسيع واحد سيار.
7-امكان سرويس هاي داده سرعت پايين .
8-سازگار بودن با ISDN و امكان سرويس پيغام كوتاه .
توجه طراحان شبكه GSM عمدتا بر روي سرويس هاي تلفني بوده است. سرويس هاي گرفته شده از سرويس هاي تلفني نيز كه در سيستم GSM در نظر گرفته شده اند عبارتند از پيغام صدا، مكالمات ضروري .
سرويس هاي حامل كه در سيستم GSM در نظرگرفته شده است سرويس هاي داده سنكرون و آسنكرون براي انتقال داده بين GSM و ديگر شبكه ها ( …,ISDN,PSTN ) در سرعت نسبي 300 تا Kbit/s 9600 مي باشد . يكي از سرويس هايي كه بر اين اساس پايه گذاري شده است سرويس پيغام كوتاه مي باشد.
امروزه توانايي انتقال داده در سيستم GSM گسترش يافته است و سرويس هاي پيشرفته اي از قبيل سرويس داده سرعت بالا براساس سوئيچينگ خط (HSCSD ) و سرويس راديويي بسته اي كلي (GPRS ) معرفي گرديده است. نسخه ديگري از GSM در MHz 1800 تحت عنوان DSC1800 در اروپا بصورت استاندارد درآمده است. استاندارد DSC1800 در ايالات متحده نيز براساس استانداردهاي اروپايي DSC1800 ايجاد شده است.
3 .3 ساختار سيستم GSM
ساختمان سيستم GSM به سه بخش عمده تقسيم مي شود. كه عبارتند از: بخش سيستم راديويي( RSS ) بخش سيستم سوئيچينگ و شبكه (NSS ) بخش سيستم هاي عملياتي( OSS ) .
3 .3 .1 سيستم راديويي
اين بخش از دو قسمت عمده تشكيل شده است:
1-واحد سيار (MS )
2-ايستگاه پايگاه (BS ) يا (BSS ) مي باشد .
3. 3. 1 .1 واحد سيار
واحد سيار به کليه تجهيزاتي كه يك مشترك براي ارتباط با شبكه نياز دارد اتلاق مي شود. اين تجهيزات شامل يك ترمينال سيار كه شامل اجزاي سخت افزاري و نرم افزاري است و يك رابطي كه به مشترك امكان استفاده از سرويس هاي شبكه از طريق ترمينال سيار را مي دهد و تحت عنوان مدول شناسه مشترك (SIM ) شناخته مي شود مي باشد. SIM کليه اطلاعات شخصي مشترك را در خود ذخيره مي نمايد. SIM يا در داخل ترمينال از قبل نصب شده و يا بصورت يك كارت هوشمند قابل نصب بر روي ترمينال است. مشترك واحد سيار از ظطريق اين كارت خود را به شبكه سيار معرفي مي نمايد. علاوه براين هر واحد سيار داراي يك شناسنامه اي است كه تحت عنوان هويت تجهيزات شناخته مي شود. تعدادي شماره شناسه جهت نظارت بر واحد سيار در شبكه GSM به واحد سيار اختصاص مي يابد كه عبارتند از:
شناسه بين المللي مشترك سياره IMSI
شناسه موقت مشترك سيار TMSI
شماره ISDN بين المللي واحد سيار MSISDN
شماره سياحتي واحد سيار MSRN
واحدهاي سيار بر حسب قدرت فرستنده شان به پنج كلاس عمده دسته بندي مي شوند. كه در سيستم GSM از توان حدود 8/0 تا W 20 را پوشش مي دهد. عمده واحدهاي سيار در كلاس چهار كه توان (W 2 -8/0 ) را پوشش مي دهد قرار دارند .
اطلاعاتي كه بطور دائم در SIM كارت قرار مي گيرند، عبارتند از:
1-نوع SIM كارت
2-مشخصات IC مربوط به SIM كارت، شماره سريال .
3-ليستي از سرويس هاي كلي كه مشترك مي تواند استفاده كند .
4-TMSI
5-شماره مشخصه شخصي (PIN )
6-كليد باز كردن قفل PIN ( PUK )
7-كليد تصديق صحت Ki
يكسري اطلاعات پويا نيز در SIM تعريف شده است كه هنگام روشن شدن واحد سيار مدام بروز مي شوند. اين اطلاعات عبارتند از:
1. اطلاعات موقعيت شامل TMSI و LAI
2. كليد رمز كردن Kc براي از كد خارج كردن اطلاعات و شماره سريال آن
3 . اطلاعات BCCH : ليستي از فركانس هاي حامل براي انتخاب سلول مناسب طي عمل تحويل دهي .
4. ليستي از شبكه ها PLMN قدغن شده .
PIN
اگر SIM كارت در واحد سيار نباشد، ترمينال سيار هيچ سرويسي را بجز مكالمات ضروري آن هم در صورتي كه شبكه امكان آن را فراهم سازد، نمي تواند ارائه دهد. اگر SIM كارتي براي اولين بار نصب گردد، امكان دستيابي به شبكه در صورتي فراهم مي گردد كه مشترك شماره كد PIN را وارد كند. اين شماره بين چهار تا هشت رقم است كه مشترك مي تواند آن را تغيير دهد. وجود چنين كدي، ريسك دزديده شدن واحد سيار را كم مي نمايد. چرا كه اگر واحد سيار خاموش شود، پس از روشن كردن نياز به PIN كد مي باشد. با سه بار اشتباه وارد كردن اين كد، SIM كارت بلوكه شده و مشترك نياز به كليد از قفل در آمدن يا PUKرا دارد. بعضي ازSIM كارت هاي استفاده از PIN كد دومي را نيز امكان پذير مي سازند كه در صورت وارد كردن اين شماره، نام ها، شماره تلفن هاي شخصي در دسترس استفاده كننده قرار مي گيرد.
PUK
SIM كارتي كه بلوكه شده، فقط با PUK باز مي شود. PUK يك عدد هشت رقمي است. مشترك مجاز است، حداكثر 10 بار تلاش نمايد تا PUK درست را وارد كند در غير اين صورت SIM كارت بطور دائم بسته مي شود .
3 . 3. 1 .2 ايستگاه پايگاه (BS )
ايستگاه پايگاه کليه عمليات راديويي را انجام مي دهد. اين بخش شامل دو قسمت عمده مي باشد:
ايستگاه ارسال و دريافت (BTS )
كنترل كننده ايستگاه پايگاه (BSC )
 BTS
BTS شامل امكانات ارسال و دريافت از قبيل آنتن ها و همه سيگنالينگ هاي مربوط به ارتباط راديويي بين BTS و BSC مي باشد. قدرت فرستنده BTS محدود بوده وسطح يك سلول را پوشش ميدهد .
3 .3 . 2 سيستم سوئيچينگ و شبكه (NSS )
اين سيستم پل ارتباطي بين BSC با شبكه هاي مختلف از قبيل شبكه سوئيچ تلفن عمومي (PSIN )، شبكه سرويس هاي ديجيتال مجتمع (ISDN ) و شبكه سوئيچ داده عمومي (PSDN ) مي باشد.
اجزاي اصبي اين شبكه عبارتند از مركز سوئيچ سرويس سيار (MSC ) ، ثبات موقعيت خانگي (HLR ) و ثبات موقعيت ديد(VLR ) .
 مركز سوئيچينگ سرويس هاي سيار (MSC )
اين بخش مسئوليت سوئيچ كردن و مديريت شبكه را بر عهده دارد. هر مركز سوئيچ مي تواند چند BSC را سرويس دهي كند. بنابراين، اين مركز عمل ارتباط واحدهاي سيار مختلف را در موقعيت هاي مختلف جغرافيايي انجام مي دهد. از طرف ديگر اين مركز امكان ارتباط با شبكه هاي با سيم مخابراتي از قبيل PSIN ، PSDN ، ISDN و نيز شبكه هاي مخابراتي سيار ديگر را فراهم مي سازد. تمام سيگنالهاي لازم براي برقراري، نگهداري و خاتمه ارتباط براساس CCS7 انجام شده و تصحيح و آزاد سازي كانال راديويي و نيز مسير يابي مجدد هنگامي كه سيگنال تداخل قوي است(بخشي از فرآيند تحويل دهي) از وظايف اين بخش است. يكي ديگر ازوظايف MSC ارائه سرويس هاي تكميلي است كه اين سرويس ها از ISDN گرفته شده است.
عمليات انتقال داده در سرويس هاي داده نيز از طريق واحد عمليات بين شبكه اي (IWF ) كه در MSC قرار گرفته است انجام مي شود. عمليات مربوط به كانالهاي مخابراتي توسط واحد DSU انجام مي شود. اين واحد عملياتي از قبيل تطبيق سرعت، مدولاسيون و دمدولاسيون، كد و دكدكردن را فراهم مي سازد .
 ثبات موقعيت خانگي (HLR )
تمام اطلعات مهم مربوط به مشترك واحد سيار از قبيل شماره تلفن ، شماره شناسه MS ، نوع تجهيزات سرويس هاي تكميلي، اولويت هاي دستيابي به سرويس ها و كليد رمز نگاري در بانك اطلاعاتي كه تحت عنوان ثبات موقعيت خانگ ناخته مي شود نگهداري مي گردد. داده هاي مربوط به موقعيت مشتركين از قبيل موقعيت محلي (LA ) ، شماره سياحتي مشترك سيار(MSRN ) كه براي برقراري ارتباط لازم است نيز در اين بانك ذخيره مي شود. هنگاميكه واحد سيار موقعيت محلي خود را تغيير مي دهد، داده هاي HLR به روز مي شود. معمولا در هر شبكه GSM فقط يك HLR وجود دارد و اطلاعات تمام مشتركين فقط در يك HLR ذخيره مي شود .