Podstawowym wymogiem jaki jest stawiany projektantom systemów GSM jest to, aby informacje o położeniu danego abonenta nie były dostępne dla osób nieuprawnionych. Chroniona również musi być tożsamość abonenta realizującego położenie(poprzez tożsamość rozumie się numer identyfikacyjny IMSI).

W kanale radiowym proces szyfrowania transmisji jest procesem o wysokim poziomie poufności, jednak rozpoczyna się on dopiero w chwili kiedy system ustali tożsamość abonenta, z którym nawiązano połączenie. Przykładowo – informacje które są przesyłane w kanałach rozsiewczych na częstotliwości odniesienia nie są szyfrowane. Informacje te są odbierane w tej samej chwili przez wszystkie ruchome stacje, które znajdują się w jednej komórce. W tych informacjach jest również wiadomość, która zawiera międzynarodowy numer abonenta ruchomego IMSI. Gdyby zdarzyło się, że ktoś podsłuchuję tą nieszyfrowaną transmisję w kanale radiowym, mamy pewność, że dana osoba może stwierdzić gdzie aktualnie znajduje się dany abonent.

Tymczasowy numer abonenta ruchomego TMSI jest rozwiązaniem tego problemu. Jest to tymczasowy numer abonenta ruchomego, który ma za Zasanie zastępowanie numeru IMSI tam, gdzie jest konieczność wysyłania numer IMSI w kanał radiowy w niezaszyfrowanej postaci. Numer TMSI uzgadniany jest z systemem w trakcie procedur sygnalizacyjnych, które odbywają się w chronionym trybie. Stacja ruchoma po tymże uzgodnieniu komunikuje się z systemem używając tylko i wyłącznie numeru TMSI. Numer ten jest przydzielany dla danego obszaru przywołań i w tej samej chwili określa abonenta tylko jeśli podawany jest wspólnie z numerem obszaru przywołań. Przydział i zwalnianie numerów TMSI jest zadaniem centrali MSC. Numer przydzielany jest podczas pierwszego zgłoszenia się stacji ruchomej w danym obszarze przywołań, natomiast zwalniany jest w chwili gdy stacja ruchoma opuszcza dany obszar.

Informacje systemowe, które po odczytaniu mogłyby być naruszeniem prywatności abonenta są dodatkowo zabezpieczane. Odbywa się to w ten sam sposób oraz w tych samych układach co szyfrowanie sygnałów rozmownych lub sygnałów danych.

źródło: gsm.edu.pl

Standardy sieci telefonii komórkowej (analogowe i cyfrowe) zostały zaprojektowane do pracy w trybie nakładkowym. Oznacza to że mają możliwość współpracy ze sobą. Jest to istotna cecha, gdyż pozwala na realizowanie połączeń pomiędzy użytkownikami różnorodnych sieci.

Jest kilka różnych sposobów kodowania sygnału dźwiękowego, by była możliwość przesłania go między użytkownikami. Do kodowania są wykorzystywane zapisy analogowe lub cyfrowe, w zależności od sprzętu. I jeden i drugi format jest powszechnie używany do kodowania na całym świecie. Dzięki zróżnicowaniu kodowania, osoby w różnych krajach mogą się ze sobą komunikować, gdyż nawet jeśli w jednym kraju używa się jednej formy kodowania, jest on automatycznie transformowany na system używany w danym miejscu.

Sytuacja w sieciach GSM jest bardziej skomplikowana. Na świecie używanych jest kilkadziesiąt standardów sieci komórkowych i cały czas pojawiają się nowe możliwości i rozwiązania technologiczne. Dotychczasowo realizowano połączenia GSM za pomocą sieci stacjonarnych. Sygnał z telefonu GSM był kierowany do centrali stacjonarnej, następnie połączenie szło po kablach stacjonarnych i dopiero przy „wychodzącej” stacji, łączono się z odbiorcą połączenia. Dzisiaj połączenie jest realizowane za pomocą satelity. Pozwala to na przyspieszenie połączenie i lepsze zorganizowanie sieci telefonicznej. Dzięki temu koszty połączeń stale maleją, a użytkowników przybywa. Nie trzeba już dobudowywać kolejnych stacji centralnych, tylko kolejne satelity.

źródło: gsm.edu.pl

Dlaczego i kiedy stosuje się komórki sektorowe?

Komórki sektorowe są stosowane zamiast komórek dookólnych w celu polepszenia jakości sygnału na obszarach gęściej zaludnionych np. w miastach. Jest to popularny sposób, który wykorzystują operatorzy aby zwiększyć pojemność systemu. W ten sposób zmniejsza się obszar obsługiwany przez daną komórkę, a jednocześnie maksymalna odległość stacji bazowej od ruchomej nie ulega zmianie.

Innym sposobem uzyskania lepszej jakości sygnału na gęsto zaludnionych sygnałach jest dzielenie ich na mniejsze komórki. Porównując te dwa sposoby, za pomocą komórek sektorowych można uzyskać dobre efekty przy mniejszej liczbie masztów antenowych. To zmniejsza koszty infrastruktury. Jest to najczęściej stosowane rozwiązanie przez operatorów komórkowych na obszarach miejskich. Na obszarach wiejskich stosowane są komórki dookólne ponieważ przez niską gęstość obsługiwanego ruchu nie potrzebne są dodatkowe rozwiązania.

Sektoryzowanie komórek dookólnych jest bardzo użyteczne i stosuje się je często ponieważ dzięki tej technice można zwiększyć pojemność sieci bez zwiększania ilości stacji bazowych.

 

anteny dookólne

anteny dookólne

Budowa komórki sektorowej

Komórka sektorowa składa się z kilku anten kierunkowych. Zastępują one pojedynczą antenę dookólną. Najczęściej stosuje się komórki trzysektorowe z których każdy z sektorów promieniuje energię tylko w określonym kierunku o koncie rozwarcia równym 120 stopni. Czasami stosuje się również komórki sześciosektorowe z kontem rozwarcia 60 stopni. Zdarza się, żę wzdłuż ruchliwych dróg stosuje się komórki dwusektorowe, które wysyłają sygnał wzdłuż drogi w obu kierunkach.

 

Poniżej widać masz komórki trzysektorowej. Na maszcie znajduje się 6 kierunkowych anten skierowanych w 3 kierunkach. Dzięki temu, że w 1 kierunku umieszczone są po 2 anteny, po przesłaniu sygnału można wybrać sygnał lepszej jakości, w ten sposób zwiększając niezawodność transmisji. Widać tam również antenę kierunkową linii radiowej która doprowadza sygnał do stacji bazowej z centrali GSM.

stacja bazowa - komórka sektorowa

stacja bazowa

 

Propagacja, czyli rozchodzenie się sygnału w kanale radiowym to zjawisko uzależnione od wielu czynników. Zależy ona przede wszystkim od właściwości samej fali, czyli jej długości oraz polaryzacji, a także od warunków środowiska, w którym rozchodzi się fala. Przez warunki środowiska rozumie się ukształtowanie terenu i rodzaj jego pokrycia – fale radiowe inaczej rozchodzą się na terenach pokrytych wodą, w lesie, w terenach zabudowanych, czy na otwartych przestrzeniach. Natężenie pola elektromagnetycznego maleje wraz ze wzrostem odległości pomiędzy stacją bazową a telefonem.

Bardzo upraszczając sytuację w kanałach rzeczywistych moc sygnału to 1/d^a, gdzie:
„d” – odległość pomiędzy antenami
„a” – współczynnik tłumienia fali, ma wartości z przedziału 1,5 – 6. Standardowa wartość współczynnika w komórkach podmiejskich wynosi 3. W centrach miast często a=5, w mieszkaniach 6, ale np. na przecięciu dwóch anten nadających sygnał 1,5. Im większa jest wartość tego współczynnika, tym sygnał szybciej się gubi, wraz ze wzrostem odległości.

Zjawiskiem kształtującym sygnał w kanale radiowym jest transmisja wielodrogowa. Oznacza to że sygnał docierający do aparatu telefonicznego jest łączony z wielu różnych źródeł. Jest to spowodowane różnymi zakłóceniami i sygnał z jednego źródła zgubiłby się w aglomeracji bloków.

Tłumienie sygnałów w sygnałach rzeczywistych jest o wiele większe w niż tłumienie w wolnej przestrzeni. Sytuacja jest spowodowana różnymi zjawiskami ubocznymi m.in. zaniki propagacji wielodrogowej, efekt Dopplera, zakłócenia telekomunikacyjne.

W środowisku rzeczywistym moc sygnału jest zmienna – na przemian maleje i rośnie. „Efekt cienia radiowego” to wolnozmienne zaniki mocy sygnału radiowego. Typowymi zjawiskami propagacyjnymi są transmisja wielodrogowa i uginanie się fal na przeszkodach. Do anteny w odbiorniku dochodzą promienie które przebyły różne drogi, mają różną amplitudę i fazę. Jeśli dwie różne składowe dochodzące do odbiornika mają ten sam znak – sygnały się wzmacniają i dają dobrą jakość. W przeciwnym wypadku dochodzi do wytłumienia sygnału.

Rozchodzenie się fal w otoczeniu Zemii

W otoczeniu naszej planety fale mogą rozchodzić się jako fala przyziemna, troposferyczna bądź jonosferyczna. Fala przyziemna, jak sama nazwa wskazuje, rozchodzi się wzdłuż powierzchni i jest wykorzystywana do transmisji fal na odległościach do 2000 km. Z kolei fala troposferyczna ulega załamaniu w troposferze, a następnie trafia do odbiornika. Należy podkreślić, że propagacja fal radiowych w troposferze w dużej mierze uzależniona jest od aktualnych warunków meteorologicznych. Natomiast fala jonosferyczna odbijana jest od naładowanej elektrycznie jonosfery. Odbicia fal od tej warstwy zależą w dużym stopniu od aktywności Słońca.