Защита и шифрование в стандарте GSM

gn="justify">    

 Рисунок 4.Частотные планы СПСС.   

 Каждая  из полос, выделенных для сетей  GSM, разделяется на частотные каналы. Разнос каналов составляет 200 кГц, что позволяет организовать в сетях GSM 124 частотных канала. Частоты, выделенные для передачи сообщений подвижной станцией на базовую и в обратном направлении, группируются парами, организуя дуплексный канал с разносом 45 МГц. Эти пары частот сохраняются и при перескоках частоты. Каждая сота характеризуется фиксированным присвоением определенного количества пар частот.    

 Если обозначить FI (п) - номер несущей частоты в  полосе 890-915 МГц, Fu (n) - номер несущей  частоты в полосе 935-960 МГц, то частоты каналов определяются по следующим формулам: 
    FI (n) = 890,2 + 0,2 (n-1), МГц; 
    Fu (n) = FI (n) + 45, МГц; 
    1<п<124.   

 Каждая  частотная несущая содержит 8 физических  каналов, размещенных в 8 временных  окнах в пределах ТDМА кадра и в последовательности кадров. Каждый физический канал использует одно и то же временное окно в каждом временном TDMA кадре. До формирования физического канала сообщения и данные, представленные в цифровой рорме, группируются и объединяются в логические каналы двух типов: каналы связи - для передачи кодированной речи или данных (ТСН); каналы управления - для передачи сигналов управления и cинхронизации (ССН).   

 Более  чем один тип логического канала  может быть размещен на одном  и том же физичеcком канале, но только при их соответствующей комбинации.

Структура логических каналов связи   

 В  стандарте GSM различают логические  каналы связи двух основных  видов: 

• TCH/F (Full Rate Traffic Channel) - канал передачи сообщений с полной скоростью 22,8 кбит/с (другое обозначение Вm);
• TCH/H (Half Rate Traffic Channel) - канал передачи сообщений с половинной скоростью 11,4 кбит/с (другое обозначение Lm).

 

    Один физический  канал может представлять собой  канал передачи сообщений с  полной скоростью или два канала с половинной скоростью передачи. В первом случае канал связи занимает одно временное окно; во втором - два канала связи занимают то же самое временное окно, но с перемежением в соседних кадрах (т.е. каждый канал - через кадр).    

 Для  передачи кодированной речи и данных предназначены каналы связи следующих типов:   

• TCH/FS (Full Rate Traffic Channel for Speech) 
              - канал для передачи речи с полной скоростью;    
• TCH/HS (Half Rate Traffic Channel for Speech) : 
      - канал для передачи речи с половинной скоростью;   
• TCH/F 9,6 (Full Rate Traffic Channel for 9,6 kbit/s User Data) 
      - канал передачи данных с полной скоростью 9,6 кбит/с;   
• TCH/F 4,8 (Full Rate Traffic Channel for 4,8 kbit/s User Data) 
      - канал передачи данных с полной скоростью 4,8 кбит/с;   
• TCH/F 2,4 (Full Rate Traffic Channel for 2,4 kbit/s User Data) 
      - канал передачи данных с полной скоростью 2,4 кбит/с;   
• ТСН/Н 4,8 (Half Rate Traffic Channel for 9,6 kbit/s User Data) 
      - канал передачи данных с половинной скоростью 4,8 кбит/с;   
• СН/Н 2,4 (Half Rate Traffic Channel for 9,6 kbit/s User Data) 
  - канал передачи данных с половинной скоростью 2,4 кбит/с.

 
    Скорость передачи цифрового  речевого сигнала в канале TCH/FS равна 13 кбит/с (за счет кодирования  увеличивается до 22,8 кбит/с в канале TCH/F).    

 Каналы  связи могут передавать широкий  набор информационных сообщений,  но они не пользуются для  передачи сигналов управления. Кроме  того, для передачи данных по  каналам связи могут использоваться  разные протоколы, например, МСЭ-Т Х.25

Структура логических каналов управления   

 Каналы  управления (ССН) обеспечивают передачу  сигналов управления и синхронизации.    

 Различают  четыре вида каналов управления:    

• ВССН (Broadcast Control Channels) 
          - каналы передачи сигналов управления;    
• СССН (Common Control Channels)  
      - общие каналы управления;   
• SDCCH ( Stand-alone Dedicated Control Channels) 
          - индивидуальные каналы управления;   
• АССН (Associated Control Channels) 
      - совмещенные каналы управления.

 

    Каналы передачи  сигналов управления используются  только в направлении с базовой  станции на все подвижные станции.  Они несут информацию, которая  необходима подвижным станциям  для работы в системе. Различают  три вида каналов передачи  сигналов управления ВССН:    

• FCCH (Frequency Correction Channel) 
          - канал подстройки частоты, который используется синхронизации несущей в подвижной станции. По этому каналу передается немодулированная несущая с фиксированным частотным сдвигом относительно номинального значения частоты канала связи;   
• SCH (Synchronization Channel) 
          - канал синхронизации, по которому передается информация на подвижную станцию о кадровой (временной) синхронизации;   
• ВССН (Broadcast Control Channel) 
          - канал управления передачей, обеспечивает передачу основных команд по управлению передачей (номер общих каналов управления тех из них, которые объединяются с другими каналами, в том числе и с физическими и т.д.).

 

    Используются  три типа общих каналов управления  СССН:    

• РСН (Paging Channel) 
          - канал вызова, используется только в направлении от базовой станции к подвижной для ее вызова;   
• RACH (Random Access Channel) 
          - канал параллельного доступа, используется только в направлении от подвижной станции к базовой для запроса о назначении индивидуального канала управления;    
• AGCH (Access Grant Channel) - канал разрешенного доступа, используется только для передачи с базовой станции на подвижную (для выделения специального канала управления, обеспечивающего прямой доступ к каналу связи).

 

    Выделенные  индивидуальные каналы управления  используются в двух направлениях  для связи между базовой и  подвижной станциями. Различают  два вида таких каналов:    

• SDCCH/4 (Stand-alone Dedicated Control Channel) 
          - индивидуальный канал управления, состоит из четырех подканалов;   
• SDCCH/8 (Stand-alone Dedicated Control Channel) 
          - индивидуальный канал управления, состоит из восьми подканалов.

 

    Эти каналы  предназначены для установки  требуемого пользователем вида обслуживания. По ним обеспечивается запрос подвижной станции о требуемом виде обслуживания, контроль правильного ответа базовой станции и выделение свободного канала связи, если это возможно.   

 Совмещенные  каналы управления также используются в двух направлениях между базовой и подвижной станциями. По направлению "вниз" они передают команду управления с базовой станции, а по направлению "вверх" - информацию о статусе подвижной станции. Различают два вида АССН:    

• FACCH (Fast Associated Control Channel) - быстрый совмещенный канал управления, служит для передачи команд при переходе подвижной станции из соты в соту, т.е. при "эстафетной передаче" подвижной станции;   
• SACCH (Slow Assocaited Control Channel) - медленный совмещенный канал управления, по направлению "вниз" передает команды для установки выходного уровня мощности передатчика подвижной станции. По направлению "вверх" подвижная станция посылает данные, касающиеся уровня установленной выходной мощности, измеренного приемником уровня радиосигнала и его качества.

 

    В совмещенном  канале управления всегда содержится  один из двух каналов: канал  связи или индивидуальный канал  управления.   Совмещенные каналы управления всегда объединяются вместе с каналами связи или с индивидуальными каналами управления. При этом различают шесть видов объединенных каналов управления:    

• FACCH/F, объединенный с TCH/F;   
• FACCH/H, объединенный с ТСН/Н;   
• SACCH/TF, объединенный с TCH/F;   
• SACCH/TH, объединенный с ТСН/Н;   
• SACCH/C4, объединенный с SDCCH/4;   
• SACCH/C8, объединенный с SDCCH/8.

 
 
 

Организация физических каналов   

 Для  передачи каналов связи ТСН  и совмещенных каналов управления FACCH и SACCH используется 26-кадровый  мультикадр.  В полноскоростном канале связи в каждом 13-м TDMA кадре мультикадра передается пакет информации канала SSACCH; каждый 26-й TDMA кадр мультикадра свободен. В полускоростном канале связи пакет информации канала SACCH передается в каждом 13-м и 26-м TDMA кадрах мультикадра.   

 Для  одного физического канала в каждом TDMA кадре используется 114 бит. Так как в мультикадре для передачи канала связи ТСН используется 24 TDMA кадра из 26 и длительность мультикадра составляет 120 мс, общая скорость передачи информационных сообщений по ТСН каналу составляет 22,8 кбит/с. Канал SACCH занимает в полноскоростном канале связи только один TDMA кадр, то есть 114 бит, когда скорость передачи по SACCH каналу составит 950 бит/с. Полная скорость передачи в объединенном TCH/SACCH канале с учетом пустого (свободного) 26-го TDMA кадра составит  22,8 + 0,950 +0,950 = 24,7 кбит/с.   

 За  время 26-кадрового мультикадра  (в одном физическом канале) может  передаваться два полускоростных  ТСН канала, каждый по 12 TDMA кадров (Т и t). Пустой 26-й TDMA кадр в  полноскоростном канале ТСН отводится для канала SACCH во втором полускоростном канале ТСН. Для каждого полускоростного канала ТСН скорость передачи составляет 11,4 кбит/с; полная скорость передачи в объединенном полускоростном канале TCH/SACCH остается прежней - 24,7 кбит/с.   

 Быстрый  совмещенный канал управления FACCH передается половиной информационных  бит временного интервала TDMA кадра  в канале ТСН, с которым он  совмещается в восьми последовательных  Т или t кадрах.   

 Для  передачи каналов управления (за  исключением FACCH и SACCH) используется 51-кадровый мультикадр.

Объединение ВССН/СССН каналов   

 В  отличие от структуры объединенного  канала TCH/SACCH, где физический канал  выделяется для одного или  двух абонентов, объединенный  канал ВССН/СССН предназначен  для всех подвижных станций, которые в одно и то же время находятся в одной соте. Более того, все подканалы, передаваемые в этой структуре, являются симплексными.    

 В  канале передачи сигналов управления (ВССН, "сеть - подвижная станция") передается общая информация о сети (соте), в которой подвижная станция находится в данный момент, и о смежных сотах.   

 В  канале синхронизации (SCH, "сеть - подвижная станция") передается  информация о временной (цикловой) синхронизации и опознавании  приемопередатчика базовой станции.    

 В  канале подстройки частоты (FCCH, "сеть - подвижная станция") передается  информация для синхронизации  несущей.   

 Канал  параллельного доступа (RACH, "подвижная  станция - сеть") используется  подвижной станцией в режиме  пакетной передачи ALOHA для доступа к сети в случае, если надо пройти регистрацию при включении или сделать вызов.   

 Канал  разрешенного доступа (AGCH, "сеть - подвижная станция") используется  для занятия специальных видов  обслуживания (SDCCH или ТСН) подвижной  станцией, которая ранее запрашивала их через канал RACH.   

 Канал  вызова (РСН, "сеть - подвижная станция") используется для вызова подвижной  станции в случае, когда инициатором  вызова является сеть (абонент  сети).    

 Линия  "вверх" ВССН/СССН каналов  используется только для передачи канала параллельного доступа RACH, который является единственным каналом управления от подвижной станции к сети. Подвижная станция может использовать нулевой временной интервал в любом из кадров для осуществления доступа к сети.   

 На  линии "вниз" 51 кадр группируется в 5 групп по 10 кадров, при этом один кадр остается свободным, каждая из этих групп начинается с канала FCCH, за которым следует канал SCH. Остальные 8 кадров в каждой группе образуют два блока из четырех кадров. Первый блок первой группы предназначен для канала ССН, тогда как другие 9 блоков (они называются блоками передачи сигнала вызова) используются для передачи каналов РСН и AGCH общего канала управления СССН. Таким образом, в рассматриваемом случае: 4 кадра используются для канала ВССН, 5 - для FCCH, 5 - для SCH и 36 либо для AGCH, либо для РСН (9 блоков вызова).   

 Каждая  подвижная станция может занимать  один из девяти блоков вызова, но каждый вызывной блок может  использоваться для вызова более  одной станции.   

 Полная  скорость передачи для канала ВССН, а также для канала AGCH/PCH составляет 1,94 кбит/с (4х114 бит за 235 мс).