Донские РадиолюбителиОграничение возраста
Добропожаловать на новый форум р/л Ростовской области  FORUM.QRV.SU

Добропожаловать на форум р/л колл. рст. Каменска-Ш.  RK6LZQ.QRV.SU
145.050 / 145.650 @ ----.- Гц : Ростов, Сельмаш
145.125 / 145.725 @ ----.- Гц : Ростов, ЗЖМ
145.075 / 145.675 @ ----.- Гц : Зверево
145.150 / 145.750 @ ----.- Гц : Морозовск
145.100 / 145.700 @ ----.- Гц : Таганрог
Эхо-РПТ 145.275 @ ----.- Гц : Таганрог
Эхо-РПТ 145.350 @ ----.- Гц : Волгодонск
145.300 / 439.950 @ ----.- Гц : Волгодонск
145.025 / 145.625 @ ----.- Гц : Волгодонск
Эхо-РПТ 145.250 @ ----.- Гц : с.Вареновка
EchoLink 145.250 @ 88.5 Гц : Донецк (РФ)
EchoLink 145.225 @ ----.- Гц : Новочеркасск
145.125 / 145.725 @ ----.- Гц : Ейск (Красн.к-р)
145.000 / 145.600 @ 77.0 Гц : Краснодон (Укр.)
Эхо-РПТ 145.300 @ ----.- Гц : Краснодон (Укр.)
433.000  / 434.600 @ 88.5 Гц : Ростов
431.000  / 438.600 @ ----.- Гц : Ростов
431.200  / 438.800 @ ----.- Гц : Ростов, ЗЖМ
430.450  / 438.050 TG950615 : Ростов, Центр DMR
430.4375 / 435.4875 TG950615 : Ростов, Сельмаш DMR
431.225  / 438.825 TG950615 : Ростов, Военвед DMR
431.175  / 438.775 TG950615 : Ростов, ЗЖМ DMR
431.100  / 438.700 @ ----.- Гц : Зверево
430.700  / 438.300 @ ----.- Гц : Новочеркасск
Эхо-РПТ 433.475 @ ----.- Гц : Волгодонск
Эхо-РПТ 433.600 @ ----.- Гц : Азов
Эхо-РПТ 438.300 @ ----.- Гц : Таганрог
EchoLink 439.000 @ ----.- Гц : Волгодонск
431.700 / 439.300 TG950619 : Волгодонск DMR
главная
новости
статьи
частоты
репитеры
радиоклубы
форум
ссылки
литература
RK6LZQ
Статьи

СТАТЬИ : Телефония / Сотовая телефония / AMPS, DAMPS /

Сети AMPS: взгляд изнутри

Добавлено пользователем administrator 25.01.2013 в 14:05.
Изменено пользователем administrator 10.11.2016 в 11:25.
Содержание:
AMPS — Как все начиналось
Частотные каналы AMPS
Нюансы радиоинтерфейса системы AMPS
Регистрация в сети
Исходящие вызовы
Входящие вызовы
Организация эстафетной передачи абонента
Заключение
Литература

Как все начиналось

Первая сеть стандарта AMPS (Advanced Mobile Phone System), разработанная в 70-х годах ХХ в., впервые заработала в Чикаго 13 октября 1983 года. Думаю, ее можно считать "родоначальницей" всех современных сотовых систем, поскольку существовавшие ранее технологии мобильной связи следует скорее относить к транковому, нежели к сотовому типу. Основным мотивом разбиения территории на ячейки (cells) послужило стремление эффективно использовать радиоволновой ресурс — ведь достаточно удаленные друг от друга соты могут работать на одних и тех же частотах!
В начале 2000-х гг. AMPS являлся доминирующим стандартом в США и Канаде, кроме того, сети, построенные по этой технологии, можно найти на Ближнем Востоке, в Европе… В центральной части России сотовая связь стандарта AMPS развивалась и поддерживалась московским провайдером "Билайн".
Хотя эта система к настоящему моменту устарела, она все еще используется на большой территории Североамериканского континента.
AMPS относится к сетям первого поколения, то есть использует аналоговый (без цифрового кодирования) тип передачи голоса. Сейчас мы не будем касаться преимуществ и недостатков аналоговых систем связи по сравнению с цифровыми — заметим (а подробнее рассмотрим несколько ниже), что существует цифровой вариант AMPS — DAMPS (Digital AMPS), разработанный в 1990 г.
18 апреля 2008 года прекратила свою работу двустандартная сеть AMPS/CDMA-800 Fora Commmunications (принадлежала Теле2) в Санкт-Петербурге — последняя крупная сеть стандарта AMPS.

Рассмотрение принципов функционирования системы мобильной связи AMPS уместно начать с разделения частот.

Частотные каналы

В AMPS используется метод FDMA (Frequency Division Multiple Access — многопользовательский доступ с частотным разделением). Интересно, что при разработке стандарта на каждой географической территории предполагалось присутствие двух провайдеров (видимо, из антимонопольных соображений) — так называемого wireline (проводного) оператора (обычно им становилась компания, которая занималась проводной телефонной связью на данной территории) и non-wireline оператора (им могла стать любая компания или группа инвесторов, удовлетворяющая требованиям FCC — Федеральной Комиссии по Телекоммуникациям). Частотный ресурс делился между двумя компаниями поровну, диапазон non-wireline оператора получил название А-диапазона, а wireline — В-диапазона.
В А-диапазоне телефон передает на частотах 824—834 МГц и 845—846.5 МГц, а принимает на 869—880 МГц и 890—891.5 МГц. В В-диапазоне передача осуществляется на 835—845 МГц и 846.5—849 МГц, а прием — на 880—890 МГц и 891.5—894 МГц. Частотные полосы "нарезаются" на каналы (один канал занимает 30 кГц) — каждый диапазон состоит из 21 канала управления и 312 каналов (по данным из других источников — 416 каналов) передачи речи. Общее же количество каналов в AMPS равно "дьявольскому" числу 666 (624 голосовых и 42 управляющих).
Следует обратить внимание на то, что в разных странах распределение каналов может различаться. В некоторых странах услуги системы предоставляет только один оператор, поэтому там нет разделения доступных каналов между двумя поставщиками услуг.
Уже после ввода сетей AMPS в эксплуатацию Федеральная Комиссия по Телекоммуникациям (FCC) выделила 156 дополнительных частотных каналов, доведя, таким образом, общее число каналов до 832. Чтобы у владельцев старых (рассчитанных на более узкий спектр) телефонов не возникало технических проблем, тип мобильного устройства определяется сетью по четырехзначному SCM (Station Class Mark — указатель класса аппарата) — если в первом бите записан 0, значит телефон старый, а если 1 — его пользователю доступны все 832 канала (остальные три бита SCM служат для определения класса мобильного телефона и мощности его передатчика).

В системе AMPS используются кластеры из семи сот, как правило, со 120 град.- секторными антеннами для обеспечения отношения сигнал/помеха на уровне не менее 18 дБ. Каналы шириной по 30 кГц разделены на следующие категории:
  • FOVC (FOrward Voice Channel — прямой голосовой канал) — канал для передачи голоса К телефону ОТ системы, а также для передачи некоторых управляющих сигналов во время разговора.
  • REVC (REverse Voice Channel — обратный голосовой канал) — канал для передача голоса и управляющих сигналов ОТ телефона К системе.
  • FOCC (FOrward Control Channel — прямой служебный канал) — канал для передачи служебной информации К телефону ОТ системы и пейджинга подвижных станций.
  • RECC (REverse Control Channel — обратный служебный канал, иногда его называют REVCC) — канал для передачи служебной информации ОТ телефона К системе во время установления соединения.

Обычно прямой и обратный голосовые каналы объединяются в пары. Например, 207 канал А-диапазона состоит из прямого канала на частоте 876.210 МГц и обратного 831.210 МГц.
В каждой соте прямой служебный канал FOCC свой, и он постоянно передает информацию. Это необходимо для того, чтобы при регистрации (об этом чуть ниже) телефон получил необходимые данные о сети, а также для определения (по уровню сигнала) границы ячейки. В общем случае сведения, передаваемые по FOCC можно условно разделить на три типа:
  • Overhead Messages: сообщения, содержащие данные о системе (так называемый SID — System Identification Number — идентификационный номер сотовой сети), о каналах вызова; информацию, необходимую для регистрации и тому подобное.
  • Mobile Control Messages: сообщения, направляемые какому-то определенному телефону (это могут быть сигналы вызова, данные о голосовых каналах, уровень мощности и прочая информация, подразумевающая ответ со стороны мобильной станции).
  • Control Filler Messages: сигнал заполнения — передается в паузах между сообщениями двух первых типов. Сигнал заполнения содержит, например, сведения об уровне мощности, на которой телефон должен передавать данные по обратному служебному каналу RECC.

Прежде, чем перейти к рассмотрению алгоритмов регистрации телефона в сети, а также организации входящих и исходящих вызовов, мне бы хотелось сказать несколько слов об общей архитектуре сети AMPS. Мы не будем обсуждать этот вопрос подробно, так как схема сети, в общем-то, аналогична таковой для системы GSM. В AMPS не принято разделять коммутационный центр и базы данных об абонентах и телефонах — обычно сеть представляют как симбиоз базовых станций и "мозга" системы MTSO (Mobile Telecommunication Switching Office — центр коммутации мобильных телекоммуникаций), хранящего информацию и выполняющего необходимые для функционирования сети операции.

Стандартная базовая станция имеет в своем распоряжении восемь или более дуплексных речевых каналов, а также по одному прямому и одному обратному каналу управления. Тем не менее, число речевых каналов может достигать 57, что приводит к увеличению числа каналов управления. Реальная конфигурация каналов зависит от ожидаемого трафика и особенностей оборудования. Каждая базовая станция оборудована передатчиком канала управления (FCC). Этот передатчик непрерывно излучает FSK-модулированный цифровой сигнал со скоростью передачи данных, равным 10 кбит/с, содержащий системную информацию, такую, как уникальный для каждого оператора связи идентификационный номер системы (англ. System Identification Number — SID), а также другую информацию о состоянии системы — данные по управлению мощностью, возможности роуминга, а также способности системы работать со стандартами DAMPS (IS-54) и NAMPS (узкополосный AMPS). Системная и вызывная информация организованы в виде потока служебных сообщений. В США стандартизован 21 канал управления для каждого оператора связи, поэтому подвижная станция, которая хочет "войти" в сеть AMPS и настроиться на самый сильный канал FCC, должна сканировать только предустановленные каналы. Как уже упоминалось, канал RCC в основном используется подвижными станциями для инициирования звонка и подтверждения принимаемых пейджинговых сообщений.

Нюансы радиоинтерфейса системы AMPS

Нюансы радиоинтерфейса системы AMPS зависят от конкретного типа канала. Для речевых и управляющих каналов они различны. В первую очередь мы рассмотрим передачу речевых сигналов. Основная функция речевого канала — обеспечить передачу голосового сигнала абонента. Она реализована с использованием FM-модуляции. Таким образом, в канале передачи речи применяются блоки приема и передачи, типичные для всех FM-систем. Речевой сигнал поступает на вход передатчика с микрофона или из телефонной сети общего пользования. Этот сигнал уже отфильтрован и ограничен по амплитуде. Затем он поступает в компрессор. Компрессор — это схема, имеющая переменный коэффициент усиления. Она обеспечивает контроль изменения уровня и обеспечивает уменьшение динамического диапазона речевого сигнала. Применение компрессора позволяет улучшить субъективное качество передачи голоса по каналу с искажениями. Компрессия производится таким образом, чтобы увеличение мощности входного сигнала на 2 дБ приводило к увеличению мощности выходного сигнала на 1 дБ. Сжатый сигнал подвергается предварительной коррекции и ограничению по амплитуде, чтобы девиация частоты в FM-модуляторе не превышала установленного порогового значения 12 кГц. После этого сигнал направляется на полосовой фильтр, который обеспечивает ограничение спектра сигнала до известной ширины. Наконец, к сигналу добавляется специальный контрольный тональный сигнал (англ. Supervisor Audio Tone — SAT), который играет ту же самую роль, что и тестовый тон в системе NMT, после чего сигнал направляется в FM-модулятор. SAT-сигнал может иметь одну из трех возможных частот — 5970, 6000 или 6030 Гц. В каждой соте может использоваться только одна из них.

Блоки приемника выполняют действия, обратные таковым в передатчике. После преобразования с понижением частоты выделяется искомый FM-сигнал. Затем он проходит через фильтр обратной коррекции и полосовой фильтр, после чего претерпевает расширение. Характеристики экспандера соответствуют характеристикам уплотнителя, поэтому эти две операции комплементарны.

Теперь рассмотрим передачу данных. Она производится со скоростью 10 кбит/с. В системе AMPS существует два вида передачи данных: непрерывная передача и прерывистая пакетная передача. Первый из них используется в прямом канале управления. Пакетная передача производится аналогично передаче данных в системе NMT — по прямому речевому каналу и по обратному каналу управления. По каналу FVC базовая станция посылает информацию о завершении разговора, команды на передачу соединения в другую соту и сигналы контроля мощности подвижной станции. Такой метод передачи данных называется blank-and-burst signaling. Подвижная станция осуществляет дискретную передачу данных по обратному каналу передачи управляющих сигналов (RCC), когда ей требуется послать запрос на установление соединения.

Для передачи данных со скоростью 10 кбит/с используется FSK-модуляция с частотной дискриминацией в приемнике. Информация линейно кодируется Манчестерским (двухфазным) кодом. В этом коде биты данных представляются парами импульсов. Двоичной единице соответствует пара импульсов (0, 1), а двоичному нулю — (1, 0). Такой подход позволяет сосредоточить максимальное количество энергии сигнала в районе 10 кГц. Благодаря этому спектры голосовых сигналов и передаваемых в пакетном режиме данных не сильно перекрываются. Передаваемые пакеты данных едва слышны пользователю, хотя в течение их передачи голосовой сигнал отключается на 50 мс. Однако во время передачи данных по речевому каналу необходимо приостанавливать передачу создающего помеху SAT-сигнала.

При передаче данных используется прямая коррекция ошибок при помощи кодов БЧХ. В прямом канале применяется код БЧХ (40, 28), а в обратном канале код БЧХ (48, 36).

Непрерывная передача данных по прямому каналу управления осуществляется в виде блоков по 463 бита. Каждый блок начинается с 10-битовой "пунктирной" синхропоследовательности. За ней идет 11-битовое слово синхронизации. Закодированные кодом БЧХ слова A и B чередуются при передаче, чтобы избежать корреляции возможных ошибок. Каждое слово состоит из 40 бит и представляет собой кодовое слово БЧХ. Слова A и B предназначены подвижным станциям, имеющим, соответственно, четные и нечетные идентификационные номера. Остальные 42 бита 463-битового блока представляют собой, так называемые биты индикации состояния (свободно/занято). Они вставляются между синхронизирующими последовательностями и после каждого блока из 10 информационных битов. Предназначены для индикации состояния обратного канала управления и позволяют минимизировать вероятность коллизий при попытке одновременной отправки запроса на установление соединения двумя или более подвижными станциями.

Данные пересылаются по обратному каналу управления в форме пакетов. Подвижные станции конкурируют за этот канал для того, чтобы отправить запрос на установление соединения. Поэтому момент начала передачи пакета носит более или менее случайный характер. Эта случайность уменьшается при помощи мониторинга битов индикации состояния свободно/занято в канале FCC. Благодаря прерывистому характеру передачи пакетов данных, слово "пунктирной" последовательности синхронизации должно быть длиннее, чем в канале FCC. Оно состоит из 30 битов, а за ним следует 11-битовое слово синхронизации. Следующие 7 битов составляют слово, кодируемое так называемым цифровым кодом цвета (англ. Digital Color Code — DCC). После преамбулы, описанной выше, следуют кодированные слова, составляющие тело сообщения. Сообщение содержит от одного до пяти слов, каждое из которых состоит из 48 бит, повторенных пять раз. Базовая станция производит поразрядную выборку трех из пяти для того, чтобы определить вид принимаемых 48-битовых последовательностей. В конце концов, эти последовательности восстанавливаются по алгоритму декодирования из БЧХ-кода (48, 36), позволяющему исправить однократную ошибку или отбросить сообщение, если оно не подлежит восстановлению. Как уже упоминалось, передача данных производится также по каналам передачи речи в режиме blank-and-burst. В начале пакета идет последовательность битовой синхронизации длиной L бит (L = 100 для прямой передачи и L = 101 для обратной), после которой идет 11-битовая последовательность синхронизации слов. Затем следует слово сообщения (длиной 40 битов при передаче в прямом направлении и 48 битов при передаче в обратном направлении), которое перемежается с последовательностями синхронизации, причем оно повторяется K раз, где K = 11 при передаче в прямом направлении и K = 5 при передаче в обратном направлении. Такое большое количество повторов при передаче в прямом направлении необходимо для обеспечения высокой надежности передачи данных для осуществления хэндовера.


После набора номера и нажатия кнопки SEND на мобильном телефоне происходит повторная регистрация в сети с выбором наиболее сильного FOCC. В систему передаются данные об аппарате (SID, MIN и ESN), а также вызываемый телефонный номер. Система проводит проверку переданной информации и выделяет для разговора прямой голосовой канал FOVC и SAT. Данные о FOVC и SAT передаются по FOCC с помощью IVCDM (Initial Voice Channel Designation Message — информационное сообщение о голосовом канале). Одновременно включается передача SAT по выбранному FOVC.
Приняв IVCDM, мобильный телефон включает прием выделенного для разговора FOVC, распознает SAT и, если все правильно, включает передачу по соответствующему REVC. Обращаю внимание читателя на то, что телефон также начинает непрерывно (!) передавать SAT по REVC. Во время разговора и сотовая система, и мобильный телефон постоянно проверяют правильность принятого SAT (точнее, его частоты) — в случае, если SAT пропал или его частота не совпадает с заранее определенной, соединение разрывается (не сразу, а через пять секунд — за это время система пытается обнаружить правильный сигнал).
В случае, если SAT верный, телефон делает слышимым для абонента звук, передаваемые по FOVC (система, получив от телефона правильный SAT, в свою очередь начинает передавать в FOVC сигналы от вызываемого абонента). Интересно, что передача служебной информации (например, в случае необходимости переключения на другую пару FOVC-RECC) во время разговора осуществляется по голосовым каналам, а чтобы пользователь не слышал в динамике телефона посторонние звуки, он (динамик) на мгновение выключается. Сделано это, опять же, с помощью SAT — при передаче служебной информации передача SAT от системы на мгновение приостанавливается, что и служит для телефона сигналом к выключению динамика. Все это, разумеется, происходит за доли секунды и совершенно незаметно для пользователя.
Для завершения соединения мобильный абонент нажимает кнопку NO на своем аппарате. После этого телефон по REVC передает специальный ST (Signaling Tone — сигнальный тон) длительностью 1.8 секунды и частотой 10кГц, а затем переходит в режим ожидания. Получив ST, система завершает соединение. Если первым "повесил трубку" собеседник мобильного абонента, то по FOVC сотовая система посылает абонентскому устройству сигнал окончания соединения, приняв которое телефон также генерирует ST по REVC с параметрами, описанными выше, и переходит в режим ожидания.
Информация о соединении записывается в CDR (Call Detail Record — запись о параметрах соединения) и в дальнейшем используется в том числе и для формирования счета за услуги связи.
SAT необходим также и для мониторинга качества связи. По мере удаления мобильного телефона от базовой станции, с которой установлена связь, в разговорном тракте увеличивается доля шума. Ухудшается и качество SAT, о чем базовая станция информирует коммутатор MTSO. По команде коммутатора шесть ближайших к мобильному телефону базовых станций начинают слушать эфир, оценивая уровень передаваемого телефоном SAT. Сравнивая полученные результаты, коммутатор по возможности выбирает лучший и передает право взаимодействия с мобильным телефоном новой базовой станции, — происходит так называемый handover, переключение канала (применительно к AMPS эту процедуру принято называть handoff). Если новая базовая станция относится к кластеру с другим SAT, телефон начинает генерировать новый SAT. Все это происходит за мгновения (а, точнее, за 250 мс) и совершенно незаметно для пользователя.

Входящие вызовы

В случае поступления входящего вызова абоненту мобильной системы коммутатор MTSO дает сигнал оповещения по всем каналам для передачи служебной информации FOCC всех сот (хотя теоретически существует возможность настроить систему таким образом, чтобы сигнал вызова подавался сначала только в том месте, где телефон был зарегистрирован последний раз).
Приняв сообщение и распознав в нем свой MIN, телефон ищет самый сильный служебный канал FOCC (другими словами, заново выполняет регистрацию в системе) и, если соответствующий RECC свободен, посылает по нему сообщение о своей готовности. Получив эту информацию, система выделяет свободную пару FOVC-REVC для разговора, начинает передавать SAT и отправляет по FOCC специальное сообщение, при приеме которого телефон абонента начинает звонить. Одновременно со звонком, мобильный аппарат начинает передавать системе по REVC SAT и ST. Обратите внимание — пока телефон звонит, в линию выдается ST. Как только пользователь "поднятием трубки" ответил на вызов, генерация ST прекращается — именно по этому событию сотовая сеть распознает момент ответа на вызов, выполняет коммутацию и делает запись в CDR.

Немного подробнее:

Процедура установления входящего вызова в системах стандарта AMPS выполняется следующим образом. Если в центр коммутации подвижной связи поступает заявка на установление связи с подвижным абонентом от абонента телефонной сети общего пользования или другого подвижного абонента, т. е. заявка на входящий вызов, то он по проводному каналу передачи данных дает команду всем базовым станциям, находящимся в зоне обслуживания, вызвать необходимого подвижного абонента. Этот вызов по каналу управления транслируется на подвижную станцию, которая, получив его, проверяет возможность доступа в обратный канал управления с помощью флага «свободно/занято», имеющегося в принятом сообщении. Если обратный канал управления свободен, то абонентская станция выдает в центр коммутации подвижной связи MSC через базовую станцию подтверждающее сообщение, которое содержит личный номер подвижного абонента.

Центр коммутации, приняв это сообщение, анализирует поступившую информацию, определяет номер базовой станции, обслуживающей в данный момент времени вызываемого абонента, и, тем самым, определяет его местоположение. Затем он выбирает свободный разговорный канал на данной базовой станции BTS и занимает его, указывая в информационной части канала управления, что этот канал «занят». Процедура входящего вызова происходит в течение 1-4 мс, что совсем не заметно для пользователя. Реализация такой процедуры позволяет снизить до минимума вероятность конфликтной ситуации при занятии канала управления несколькими абонентами одновременно. После выполнения процедуры установления свободного канала связи и его занятия из центра коммутации по разговорному каналу посылается повторный вызов на базовую станцию с указанием номера выделенного радиоканала и номера специального сигнала SAT (Supervisory Audio Tone).

В качестве сигнала SAT в одной ячейке системы сотовой связи может использоваться сигнал одной из трех тональных частот: 5970, 6000 или 6030 Гц, который необходим для контроля за исполнением команд и качеством связи в разговорном канале.

Получив информацию от центра коммутации, абонентская станция перестраивается на частоту свободного разговорного канала и по нему ретранслирует выделенный сигнал SAT. При его распознавании на базовой станции принимается решение о готовности дуплексного радиоканала «базовая станция - абонент», о чем сообщается в центр коммутации соответствующим сигналом. Далее производится коммутация наземной телефонной линии между центром MSC и базовой станцией, радиоканала между станцией BTS и подвижной станцией MS, которая соответствующей командой приводится в готовность. Если абонент свободен, то от него по назначенному разговорному каналу на базовую станцию передается тональный сигнал ST (Signalling Tone) частотой 8 кГц, который прерывается при снятии трубки абонентского аппарата. По сигналу ST базовая станция сообщает в центр коммутации о готовности абонентского терминала, и центр MSC посылает абоненту сигнал вызова (звонок).

При прерывании сигнала ST центр коммутации подключает весь разговорный тракт, передает в канал сигнал SAT и следит за результатами контроля качества связи. По завершении разговора от абонентского терминала передается сигнал ST и сигнал о перестройке на частоту канала управления, поэтому базовая станция сообщает в центр коммутации подвижной связи об окончании сеанса связи, после чего коммутационное оборудование освобождается.

Сигнал SAT постоянно передается в канале связи во время разговора. В том случае, если обнаружено прерывание этого сигнала, абонентская станция включает таймер и, если сигнал SAT не будет обнаружен по истечении определенного времени, переключается на частоту канала управления. На этом сеанс связи заканчивается.

Следует отметить, что в отличие от алгоритма входящего вызова системы NMT в данном алгоритме контроль достоверности принимаемых сообщений частично перенесен на блок управления абонентской станции. Например, с его помощью определяется соответствие между принятым номером разговорного канала и номером канала управления, который обслуживает данную группу разговорных каналов.

Организация эстафетной передачи абонента

Одной из основных проблем при разработке систем сотовой связи является обеспечение непрерывной связи во время передвижения абонента по зоне обслуживания. Для ее разрешения используется принцип эстафетной передачи. В системах стандарта AMPS протокол обмена сообщениями в рассматриваемом режиме подобен протоколу систем стандарта NMT и отличается лишь тем, что контроль за качеством передачи ведется с помощью сигнала SAT. В процессе эстафетной передачи абонента от одной базовой станции к другой аппаратура подвижного абонента уведомляется о номере сигнала SAT специальным сообщением. По мере приближения подвижной станции к границе ячейки величина отношения сигнал/шум уменьшается. Поэтому базовая станция BTS1 может выдать в центр коммутации сигнал «ухудшение качества», по которому центр коммутации идентифицирует шесть ближайших к абоненту базовых станций и дает им команду измерить уровень сигнала SAT1 в данном радиоканале. Центр коммутации сравнивает полученные результаты и выбирает новую ячейку с более высоким уровнем сигнала, например, ячейку 2, в базовую станцию которой передается номер нового разговорного канала и номер SAT2. Это сообщение транслируется на подвижную станцию в разговорном канале, по которому ведется сеанс связи. Подтверждением получения информации является кратковременное (на 50 мс) прерывание сигнала SAT2, зафиксировав которое, BTS1 посылает сигнал исполнения на центр коммутации. В новом разговорном канале абонентский терминал передает в центр коммутации сигнал готовности, последний производит соответствующую перекоммутацию каналов, освобождая базовую станцию BTS1, и подключает новый разговорный тракт. Контроль качества передачи ведется по сигналу SAT2, дискретная информация передается в разговорном канале методом бланкирования, при котором речевые сигналы прерываются. Вся процедура эстафетной передачи занимает около 250 мс, поэтому для абонента момент переключения незаметен.

Заключение

Основной, на мой взгляд, недостаток аналоговых сотовых сетей стал очевиден их создателям очень быстро. Подобные системы не выдерживают активного роста абонентской базы, так как число одновременно говорящих пользователей в аналоговой системе по современным меркам мало — ведь при разговоре абонент занимает канал целиком. Очевидным шагом вперед стало построение систем на основе комбинации FDMA с TDMA (не только частотное, но и временное разделение каналов), одним из самых ярких примеров которых являются сети GSM .
Частично задача увеличения числа абонентов в уже существующих сетях AMPS была решена с помощью технологии, предложенной компанией Motorola и получившей название NAMPS (Narrow-band AMPS — узкополосный AMPS). Это в некотором роде экстенсивный путь — каждый канал был разбит на три (шириной 10кГц), а их общее число, таким образом, выросло до 2412.
Однако более известно (в том числе и в нашей стране) иное детище AMPS — а именно цифровые сети DAMPS (Digital AMPS — цифровой AMPS). Это уже совершенно иной уровень и качество связи — DAMPS скорее близок к GSM, чем к AMPS (хотя бы по частотно-временному разделению каналов). Так получилось, что в момент перехода всего мира на цифровые системы связи американцы не выделили новые частоты для своих сотовых сетей второго поколения. Таким образом, цифровые системы были вынуждены строится на основе существующих аналоговых, что, однако, привело не только к увеличению технических проблем на переходном этапе, но и к уменьшению затрат на смену поколений мобильной связи. Так что системы AMPS являются хорошим решением для регионов с малым числом потенциальных абонентов — сначала можно развернуть относительно дешевую аналоговую систему, а затем, по мере накопления денежных средств и увеличения абонентской базы плавно перейти на цифровой способ передачи речи. Этому способствуют и производители абонентского оборудования — большинство современных телефонов поддерживают два режима — AMPS и DAMPS (в отличие от телефонов GSM, которые принято называть "двухдиапазонными"(dualband), аппараты AMPS/DAMPS называют "двухмодовыми"(dualmode)).
В нашей же стране сети AMPS/DAMPS недавно оказались вне закона — федеральным стандартом признан GSM, а все остальные существующие системы будут действовать лишь до 2007—2010 года.

Литература

  • http://www.sbi-telecom.ru/obrabotka-vyzovov-v-sisteme-amps.html

  • Форматы сообщений в канале управления AMPS

  • Регистрация в сети

    Каждый мобильный телефон AMPS при производстве получает уникальный 32-битный серийный номер — ESN (Electronic Serial Number), который помещен а ROM-память. Помимо этого, в каждом AMPS-телефоне существует перезаписываемая память — так называемый NAM (Number Assignment Module — модуль для записи номера), в который оператор при заключении контракта с абонентом записывает пятизначный SID своей сети и десятизначный MIN (Mobile Identification Number — идентификационный номер телефона), определяющий телефонный номер абонента.
    При включении аппарат начинает "слушать эфир", а точнее сканировать его, перебирая все прямые служебные каналы (напомню, у каждого оператора двадцать один FOCC). Если телефон настроен на использование в А-диапазоне, то сканирование начинается вниз с 333 канала, а если в В-диапазоне — то вверх с 334 канала (для случая, когда общее число каналов равно 666). После нахождения самого сильного служебного канала телефон "цепляется" за него и получает от сети SID (являющийся, напомню, идентификатором сети — именно по SID телефон определяет "свою" или "чужую" сеть), а также информацию о том, какие служебные каналы ему надо просматривать в дальнейшем. Если при сканировании не найдено ни одного служебного канала, то на дисплее появляется надпись "No service". После определения самого сильного FOCC по соответствующему ему обратному каналу RECC (если он свободен) начинается передача собственных SID, MIN и ESN, хранимых в телефоне. Система сравнивает эти данные со своими и, если все в порядке, регистрирует аппарат в сети — с этого момента телефон может работать с вызовами.
    Надо сказать, что в AMPS перерегистрация происходит намного чаще, чем в GSM — каждые 10—15 минут (сравните с 6 часами в GSM). Кроме того, любое действие с телефоном (исходящий вызов, значительные перемещения относительно сети и так далее) инициализируют перерегистрацию.
    Одним из серьезнейших недостатков аналоговых систем вообще и AMSP в частности является слабая защита от несанкционированного доступа. Именно на перехвате ESN и MIN во время процесса регистрации и перерегистрации основан процесс "клонирования" сотовых телефонов. Сейчас не будем обсуждать эти темы — интересующиеся могут без труда найти в internet страницы, посвященные созданию "двойников".

    Исходящие вызовы

    Для исключения взаимного влияния голосовых каналов с одинаковыми частотами, используемых разными сотами, в AMPS существует система специальных сигналов SAT (Supervisory Audio Tone — контрольный звуковой сигнал). Иногда их еще называют "код цвета" (color code). SAT это обычный аудиотон, постоянно передаваемый вместе с речью в обоих направлениях (пользователь не слышит SAT благодаря системе фильтрации). Каждый кластер сотовой сети (рис.1) имеет определенный SAT (всего их три: SAT1-5970 Гц, SAT2-6000 Гц и SAT3-6030 Гц).


    После набора номера и нажатия кнопки SEND на мобильном телефоне происходит повторная регистрация в сети с выбором наиболее сильного FOCC. В систему передаются данные об аппарате (SID, MIN и ESN), а также вызываемый телефонный номер. Система проводит проверку переданной информации и выделяет для разговора прямой голосовой канал FOVC и SAT. Данные о FOVC и SAT передаются по FOCC с помощью IVCDM (Initial Voice Channel Designation Message — информационное сообщение о голосовом канале). Одновременно включается передача SAT по выбранному FOVC.
    Приняв IVCDM, мобильный телефон включает прием выделенного для разговора FOVC, распознает SAT и, если все правильно, включает передачу по соответствующему REVC. Обращаю внимание читателя на то, что телефон также начинает непрерывно (!) передавать SAT по REVC. Во время разговора и сотовая система, и мобильный телефон постоянно проверяют правильность принятого SAT (точнее, его частоты) — в случае, если SAT пропал или его частота не совпадает с заранее определенной, соединение разрывается (не сразу, а через пять секунд — за это время система пытается обнаружить правильный сигнал).
    В случае, если SAT верный, телефон делает слышимым для абонента звук, передаваемые по FOVC (система, получив от телефона правильный SAT, в свою очередь начинает передавать в FOVC сигналы от вызываемого абонента). Интересно, что передача служебной информации (например, в случае необходимости переключения на другую пару FOVC-RECC) во время разговора осуществляется по голосовым каналам, а чтобы пользователь не слышал в динамике телефона посторонние звуки, он (динамик) на мгновение выключается. Сделано это, опять же, с помощью SAT — при передаче служебной информации передача SAT от системы на мгновение приостанавливается, что и служит для телефона сигналом к выключению динамика. Все это, разумеется, происходит за доли секунды и совершенно незаметно для пользователя.
    Для завершения соединения мобильный абонент нажимает кнопку NO на своем аппарате. После этого телефон по REVC передает специальный ST (Signaling Tone — сигнальный тон) длительностью 1.8 секунды и частотой 10кГц, а затем переходит в режим ожидания. Получив ST, система завершает соединение. Если первым "повесил трубку" собеседник мобильного абонента, то по FOVC сотовая система посылает абонентскому устройству сигнал окончания соединения, приняв которое телефон также генерирует ST по REVC с параметрами, описанными выше, и переходит в режим ожидания.
    Информация о соединении записывается в CDR (Call Detail Record — запись о параметрах соединения) и в дальнейшем используется в том числе и для формирования счета за услуги связи.
    SAT необходим также и для мониторинга качества связи. По мере удаления мобильного телефона от базовой станции, с которой установлена связь, в разговорном тракте увеличивается доля шума. Ухудшается и качество SAT, о чем базовая станция информирует коммутатор MTSO. По команде коммутатора шесть ближайших к мобильному телефону базовых станций начинают слушать эфир, оценивая уровень передаваемого телефоном SAT. Сравнивая полученные результаты, коммутатор по возможности выбирает лучший и передает право взаимодействия с мобильным телефоном новой базовой станции, — происходит так называемый handover, переключение канала (применительно к AMPS эту процедуру принято называть handoff). Если новая базовая станция относится к кластеру с другим SAT, телефон начинает генерировать новый SAT. Все это происходит за мгновения (а, точнее, за 250 мс) и совершенно незаметно для пользователя.

    Входящие вызовы

    В случае поступления входящего вызова абоненту мобильной системы коммутатор MTSO дает сигнал оповещения по всем каналам для передачи служебной информации FOCC всех сот (хотя теоретически существует возможность настроить систему таким образом, чтобы сигнал вызова подавался сначала только в том месте, где телефон был зарегистрирован последний раз).
    Приняв сообщение и распознав в нем свой MIN, телефон ищет самый сильный служебный канал FOCC (другими словами, заново выполняет регистрацию в системе) и, если соответствующий RECC свободен, посылает по нему сообщение о своей готовности. Получив эту информацию, система выделяет свободную пару FOVC-REVC для разговора, начинает передавать SAT и отправляет по FOCC специальное сообщение, при приеме которого телефон абонента начинает звонить. Одновременно со звонком, мобильный аппарат начинает передавать системе по REVC SAT и ST. Обратите внимание — пока телефон звонит, в линию выдается ST. Как только пользователь "поднятием трубки" ответил на вызов, генерация ST прекращается — именно по этому событию сотовая сеть распознает момент ответа на вызов, выполняет коммутацию и делает запись в CDR.

    Немного подробнее:

    Процедура установления входящего вызова в системах стандарта AMPS выполняется следующим образом. Если в центр коммутации подвижной связи поступает заявка на установление связи с подвижным абонентом от абонента телефонной сети общего пользования или другого подвижного абонента, т. е. заявка на входящий вызов, то он по проводному каналу передачи данных дает команду всем базовым станциям, находящимся в зоне обслуживания, вызвать необходимого подвижного абонента. Этот вызов по каналу управления транслируется на подвижную станцию, которая, получив его, проверяет возможность доступа в обратный канал управления с помощью флага «свободно/занято», имеющегося в принятом сообщении. Если обратный канал управления свободен, то абонентская станция выдает в центр коммутации подвижной связи MSC через базовую станцию подтверждающее сообщение, которое содержит личный номер подвижного абонента.

    Центр коммутации, приняв это сообщение, анализирует поступившую информацию, определяет номер базовой станции, обслуживающей в данный момент времени вызываемого абонента, и, тем самым, определяет его местоположение. Затем он выбирает свободный разговорный канал на данной базовой станции BTS и занимает его, указывая в информационной части канала управления, что этот канал «занят». Процедура входящего вызова происходит в течение 1-4 мс, что совсем не заметно для пользователя. Реализация такой процедуры позволяет снизить до минимума вероятность конфликтной ситуации при занятии канала управления несколькими абонентами одновременно. После выполнения процедуры установления свободного канала связи и его занятия из центра коммутации по разговорному каналу посылается повторный вызов на базовую станцию с указанием номера выделенного радиоканала и номера специального сигнала SAT (Supervisory Audio Tone).

    В качестве сигнала SAT в одной ячейке системы сотовой связи может использоваться сигнал одной из трех тональных частот: 5970, 6000 или 6030 Гц, который необходим для контроля за исполнением команд и качеством связи в разговорном канале.

    Получив информацию от центра коммутации, абонентская станция перестраивается на частоту свободного разговорного канала и по нему ретранслирует выделенный сигнал SAT. При его распознавании на базовой станции принимается решение о готовности дуплексного радиоканала «базовая станция - абонент», о чем сообщается в центр коммутации соответствующим сигналом. Далее производится коммутация наземной телефонной линии между центром MSC и базовой станцией, радиоканала между станцией BTS и подвижной станцией MS, которая соответствующей командой приводится в готовность. Если абонент свободен, то от него по назначенному разговорному каналу на базовую станцию передается тональный сигнал ST (Signalling Tone) частотой 8 кГц, который прерывается при снятии трубки абонентского аппарата. По сигналу ST базовая станция сообщает в центр коммутации о готовности абонентского терминала, и центр MSC посылает абоненту сигнал вызова (звонок).

    При прерывании сигнала ST центр коммутации подключает весь разговорный тракт, передает в канал сигнал SAT и следит за результатами контроля качества связи. По завершении разговора от абонентского терминала передается сигнал ST и сигнал о перестройке на частоту канала управления, поэтому базовая станция сообщает в центр коммутации подвижной связи об окончании сеанса связи, после чего коммутационное оборудование освобождается.

    Сигнал SAT постоянно передается в канале связи во время разговора. В том случае, если обнаружено прерывание этого сигнала, абонентская станция включает таймер и, если сигнал SAT не будет обнаружен по истечении определенного времени, переключается на частоту канала управления. На этом сеанс связи заканчивается.

    Следует отметить, что в отличие от алгоритма входящего вызова системы NMT в данном алгоритме контроль достоверности принимаемых сообщений частично перенесен на блок управления абонентской станции. Например, с его помощью определяется соответствие между принятым номером разговорного канала и номером канала управления, который обслуживает данную группу разговорных каналов.

    Организация эстафетной передачи абонента

    Одной из основных проблем при разработке систем сотовой связи является обеспечение непрерывной связи во время передвижения абонента по зоне обслуживания. Для ее разрешения используется принцип эстафетной передачи. В системах стандарта AMPS протокол обмена сообщениями в рассматриваемом режиме подобен протоколу систем стандарта NMT и отличается лишь тем, что контроль за качеством передачи ведется с помощью сигнала SAT. В процессе эстафетной передачи абонента от одной базовой станции к другой аппаратура подвижного абонента уведомляется о номере сигнала SAT специальным сообщением. По мере приближения подвижной станции к границе ячейки величина отношения сигнал/шум уменьшается. Поэтому базовая станция BTS1 может выдать в центр коммутации сигнал «ухудшение качества», по которому центр коммутации идентифицирует шесть ближайших к абоненту базовых станций и дает им команду измерить уровень сигнала SAT1 в данном радиоканале. Центр коммутации сравнивает полученные результаты и выбирает новую ячейку с более высоким уровнем сигнала, например, ячейку 2, в базовую станцию которой передается номер нового разговорного канала и номер SAT2. Это сообщение транслируется на подвижную станцию в разговорном канале, по которому ведется сеанс связи. Подтверждением получения информации является кратковременное (на 50 мс) прерывание сигнала SAT2, зафиксировав которое, BTS1 посылает сигнал исполнения на центр коммутации. В новом разговорном канале абонентский терминал передает в центр коммутации сигнал готовности, последний производит соответствующую перекоммутацию каналов, освобождая базовую станцию BTS1, и подключает новый разговорный тракт. Контроль качества передачи ведется по сигналу SAT2, дискретная информация передается в разговорном канале методом бланкирования, при котором речевые сигналы прерываются. Вся процедура эстафетной передачи занимает около 250 мс, поэтому для абонента момент переключения незаметен.

    Заключение

    Основной, на мой взгляд, недостаток аналоговых сотовых сетей стал очевиден их создателям очень быстро. Подобные системы не выдерживают активного роста абонентской базы, так как число одновременно говорящих пользователей в аналоговой системе по современным меркам мало — ведь при разговоре абонент занимает канал целиком. Очевидным шагом вперед стало построение систем на основе комбинации FDMA с TDMA (не только частотное, но и временное разделение каналов), одним из самых ярких примеров которых являются сети GSM .
    Частично задача увеличения числа абонентов в уже существующих сетях AMPS была решена с помощью технологии, предложенной компанией Motorola и получившей название NAMPS (Narrow-band AMPS — узкополосный AMPS). Это в некотором роде экстенсивный путь — каждый канал был разбит на три (шириной 10кГц), а их общее число, таким образом, выросло до 2412.
    Однако более известно (в том числе и в нашей стране) иное детище AMPS — а именно цифровые сети DAMPS (Digital AMPS — цифровой AMPS). Это уже совершенно иной уровень и качество связи — DAMPS скорее близок к GSM, чем к AMPS (хотя бы по частотно-временному разделению каналов). Так получилось, что в момент перехода всего мира на цифровые системы связи американцы не выделили новые частоты для своих сотовых сетей второго поколения. Таким образом, цифровые системы были вынуждены строится на основе существующих аналоговых, что, однако, привело не только к увеличению технических проблем на переходном этапе, но и к уменьшению затрат на смену поколений мобильной связи. Так что системы AMPS являются хорошим решением для регионов с малым числом потенциальных абонентов — сначала можно развернуть относительно дешевую аналоговую систему, а затем, по мере накопления денежных средств и увеличения абонентской базы плавно перейти на цифровой способ передачи речи. Этому способствуют и производители абонентского оборудования — большинство современных телефонов поддерживают два режима — AMPS и DAMPS (в отличие от телефонов GSM, которые принято называть "двухдиапазонными"(dualband), аппараты AMPS/DAMPS называют "двухмодовыми"(dualmode)).
    В нашей же стране сети AMPS/DAMPS недавно оказались вне закона — федеральным стандартом признан GSM, а все остальные существующие системы будут действовать лишь до 2007—2010 года.

    Литература

  • http://www.sbi-telecom.ru/obrabotka-vyzovov-v-sisteme-amps.html
  • http://www.studmed.ru/docs/document11154/лекции-телекоммуникационные-информационные-системы?page=4
  • → 09:36 MSK. Суббота, 25 сентября 2021 г.
        Нашли ошибку? Сообщите вэбмастеру: wеbmаstеr@qrv.su.
    ◊  О проекте QRV.SU.
     Условия использования материалов сайта.
    © При перепечатке материалов ссылка обязательна.
    ® qrv.ru : 2005 — 2006
    ® qrv.su : 2008 — 2021
        Построено на mini.aCMS™.
    Яндекс.Метрика web-ring: электроника, электронные компоненты и приборы Электроника, электронные компоненты и приборы Случайный Предыдущий Следующий Яндекс цитирования Коллективная радиостанция RK6LZQ радиоклуб Элита Каменск-Шахтинский Коллективная радиостанция RK6LWL радиоклуб Возрождение г. Донецк
    free counters