Podstawową funkcja transmisyjną realizowaną przez aparat telefoniczny jest generowanie prawidłowego sygnału na częstotliwości i komunikacja pomiędzy aparatem i bazą. Ponieważ liczba urządzeń mających dostęp do sieci telefonicznej jest ogromna, aparaty telefoniczne mają bardzo staranny nadzór nad parametrami elektrycznymi sygnału urządzenia. Do najważniejszych parametrów urządzeń należą:

  • Moc nadajnika – w systemie GSM zastosowano mechanizm sterowania mocą. Stacja bazowa wysyła polecenie z regulacją mocy, by ta nie była ani za mocna, ani za słaba. Zależy to od odległości telefonu od stacji bazowej. Efektem ubocznym regulacji mocy jest niepożądane promieniowanie w sąsiednich kanałach radiowych. Standard GSM definiuje parametry czasowe włączenia i wyłączenia stacji ruchomej.
  • Niepożądana emisja poza pasmem – definiuje ograniczenia na moc sygnałów niepożądanych o częstotliwościach leżących poza pasmem GSM. Ograniczenia są stworzone by uniknąć interferencji z innym sprzętem elektronicznym. Stabilność częstotliwości – stacja bazowa dostraja urządzenie przenośne do odpowiedniej częstotliwości.
  • Dokładność modulacji – zastosowano modulację GMSK. Pozwala to na stosowanie w stacjach wydajnych nieliniowych wzmacniaczy.
    Pobór mocy – telefony są zoptymalizowane do działania jak najdłużej, przy odpowiedniej minimalizacji akumulatorów.

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

Włączenie telefonu komórkowego jest sygnałem do rozpoczęcia pracy w sieci telefonicznej. Pierwszym krokiem jest jego rejestracja w sieci, która odbywa się automatycznie. Telefon sprawdza i analizuje wszystkie docierające do niego sygnały z różnych stacji bazowych i wybiera tą najbardziej optymalną. Synchronizacja z odbiornikiem jest niezbędnym krokiem do wykonania przyszłego połączenia telefonicznego. Telefon musi połączyć się ze stacją, gdyż zazwyczaj użytkownik cały czas się przemieszcza i urządzenie musi być przypisane na „stałe” do jednej stacji by nie tracić sygnału.

Po synchronizacji telefon zapisuje identyfikator stacji bazowej, w której zapisane są informacje dotyczące lokalizacji, częstotliwości, rozmiaru itp. Informacje te są używane to zoptymalizowania połączenia i wybrania np. odpowiedniego sygnału do odległości i rodzaju urządzenia. Zbyt silny sygnał będzie zakłócał sąsiadujące urządzenia.

Dotychczasowa rejestracja była bierna, tzn. telefon nie był widoczny dla urządzeń sieci GSM. Pierwszym krokiem jest wysłanie sygnału przez telefon do centrali sieci GSM, a następnie żądania rejestracji. Telefon w tym momencie nie ma przydzielonego kanału. Wysyła żądanie rejestracji na danym kanale, jednak nie ma pewności że zostanie ono odebrane. W przypadku niepowodzenia – ponawia wysyłkę. Wiadomość o rejestracji może nie dotrzeć do centrali np. z powodu podobnej wiadomości wysłanej z innego urządzenia w tym samym czasie.

Kiedy centrala otrzyma poprawne zgłoszenie, rozpoczyna procedurę rejestracji. Zarówno parametry karty SIM i urządzenia, jak i centrum zarządzania sieci abonenta są niezbędne do poprawnego wykonania rejestracji. Rejestracja może zostać przerwana np. w przypadku kradzieży telefonu, gdy abonent zgłosi taki przypadek i zablokuje kartę SIM.

W przypadku pozytywnego zakończenia rejestracji, informacje o telefonie zapisywane są w bazie danych w centrali, a następnie telefon otrzymuje dostęp do usług sieciowych – telefonowania, pisania SMS itp.

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