Практическая работа
“Изучение конструкции цифрового сотового РТ стандарта GSM-900, Nokia-5110”
Цель работы: изучить процессы преобразования в сотовом РТ GSM-900, конструкцию сотового РТ, инструкцию пользования РТ и алгоритм его функционирования при различных видах соединений.
Литература:
Стандарты и системы подвижной радиосвязи / Под ред.Ю.А.Громакова – М технологии электронных коммутаций, 1996
Журнал. “Мобильные средства связи”, № 12,1999
Журнал. “Мобильные средства связи”, № 8,1999
Журнал. “Мобильные средства связи”, № 3,1999
Журнал. “Мобильные средства связи”, № 6,1999
Руководство по эксплуатации РТ Nokia-5110
Андрианов В.И., Соколов А.В. Средства мобильной связи: СПб.:BHV-Санкт-Петербург,1998
Материальное обеспечение ПК и обучающая программа
Порядок выполнения работы
Изучить, используя электронный учебник, теоретический материал по предлагаемым разделам:
ИСТОРИЯ СТАНДАРТА GSM-900.
ХАРАКТЕРИСТИКИ СТАНДАРТА GSM-900.
УСЛУГИ СТАНДАРТА GSM.
ПРОЦЕСС ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ В СОТОВОМ РТ
ХАРАКТЕРИСТИКА БЕЗОПАСНОСТИ СТАНДАРТА GSM.
РАДИОТЕЛЕФОНЫ СТАНДАРТА GSM.
ИНСТРУКЦИЯ ПО ОБСЛУЖИВАНИЮ РАДИОТЕЛЕФОНА NOKIA 5110.
Используя тестовую программу опроса, произведите оценку знаний.
Контрольные вопросы:
Тип мультидоступа?
Спектр передачи MS, МГц?
Спектр приема MS, МГц?
Спектр 1-го канала, кГц?
Ширина полосы системы, МГц?
Количество каналов в системе?
Сколько физических каналов организуется на одной несущей?
Назовите скорость передачи для каналов?
Сколько каналов TCH/F или TCH/H размещается в одном временном окне?
Какой блок используется для АЦП и ЦАП? Его тип и скорость?
Что применяют для защиты от ошибок, возникающих в радиоканале?
Как называется система и блок, обеспечивающий включение передатчика во время разговора и отключения в паузах?
Что применяется для защиты от интерференционных замираний сигнала?
Сколько бит входит в состав временного интервала?
Как называется алгоритм шифрования открытым ключом?
Назовите вид модуляции в РТ.
Как называется механизм удостоверения подлинности абонента?
Расставьте на свои места недостающие элементы схемы процедуры проверки абонента.
Расставьте на сои места элементы структурной схемы РТ стандарта GSM.
Осуществите исходящее соединение (от MS к абоненту).
Осуществите входящее соединение (принять вызов на MS).
СОДЕРЖАНИЕ
ИСТОРИЯ СТАНДАРТА GSM-900………………………………….
ХАРАКТЕРИСТИКИ СТАНДАРТА GSM-900……………………..
УСЛУГИ СТАНДАРТА GSM………………………………………...
ПРОЦЕСС ПРЕОБРАЗОВАНИЯ
СИГНАЛОВ В СОТОВОМ РТ……………………………………….
ХАРАКТЕРИСТИКА БЕЗОПАСНОСТИ СТАНДАРТА GSM…..
РАДИОТЕЛЕФОНЫ СТАНДАРТА GSM………………………….
ИНСТРУКЦИЯ ПО ОБСЛУЖИВАНИЮ
РАДИОТЕЛЕФОНА NOKIA 5110………………………………..…
1 ИСТОРИЯ СТАНДАРТА GSM-900.
Система Groupe Speciale Mobile (GSM).
В 1982г. Европейская конференция почт и телекоммуникаций CEPT в которую входят администрации связи 26 государств Европы учредила специальную мобильную группу GSM.
Ее задача состояла в развития множества общих стандартов, которые затем получили название Общеевропейской цифровой сотовой радиосвязи.
Разработанная группой система GSM предназначена для создания общего интерфейса терминал/сеть и обеспечения роуминга в Европе. Эксплуатация сети началась в середине 1991г., а в январе 1992г. в Финляндии была введена в эксплуатацию первая сеть на основе этого стандарта. Стандарт GSM сейчас адаптирован уже более чем в 90 странах, число абонентов более 20 млн. И каждый месяц увеличивается на 1,5 млн. Перспектива на 2000г. - развитие 260 сетей. В настоящее время в отдельных регионах России создана называемая сеть сотовой мобильной связи стандарта GSM-900, которая в ближайшие годы превратится в федеральную СПС-900. В перспективе услугами этой сети будут пользоваться 2 млн. абонентов.
На долю GSM приходится почти 2/3абоненской базы:
абонентская база Сотовой Сети мира – 20%
абонентская база Западной Европы – 64%
абонентская база России – 24%
С января 1996г. в Москве и области началась коммерческая эксплуатация сети цифровой сотовой связи стандарта GSM (900 МГц). Оператором сети GSM в Москве является компания “Мобильные ТелеСистемы” (МТС). В начале коммерческой эксплуатации “МТС” впервые в России открыла автоматический роуминг абонентов сотовой сети с абонентами ССПС стандарта GSM в Германии, Швейцарии, Финляндии и Англии.
Услугами сетей стандарта GSM пользуются порядка 260тыс. абонентов, рисунок 1. Однако большая часть пользователей услуг сотовой связи сосредоточена в Москве и Московской области ”170тыс. номеров, Санкт-Петербурге и Ленинградской области ”90тыс. Общий процент аблнентов сотовой связи стандарта GSM в Ростове-на-Дону и Ростовской области ”0,13%.
Госкомсвязи России предприняты меры к дальнейшему расширению услуг подвижной связи. Продолжается создание общей транзитной сети связи и системы управления. Метод конкурсного внедрения новых сетей стандарта DCS – 1800 (сегодня они насчитывают уже 18 тыс. абонентов) будет способствовать формированию конкурентной среды, тем самым повысим качество предоставляемых услуг, увеличит число пользователей благодаря снижению тарифов.
Рисунок 1 - Компании GSM.
2 ХАРАКТЕРИСТИКИ СТАНДАРТА GSM-900.
GSM-900 цифровой общеевропейский федеральный стандарт СС наземной мобильной связи и имеет следующие характеристики:
Мультидоступ.
В стандарте GSM используется узкополосный многостанционный доступ с временным разделением каналов (NB NDMA). При мультидоступе с временным разделением каналом абоненты передают свои сообщения на одной и той же радиочастоте, но в разное время. Это позволяет увеличить объем речевого трафика и дает ряд других преимуществ, характерных для цифровых систем связи. В структуре CDMA кадра содержит 8 временных позиций на каждой из 124 FDMA / TDMA / FDD.
FDD - частотное дуплексирование
полоса частот передачи;
полоса частот приема.
FDMA - частотное разделение рабочего диапазона. В полосе 25 МГц организует 120 несущих частот.
TDMA - временное разделение на 1 несущей частоте организуется 8 временных окон.
2. Спектр частот, рисунок 2:
частоты передачи подвижной и приемной БС 890-915 МГц;
частоты приема подвижной и передачи БС 935-960 МГц;
ширина полосы одного канала Dfk=200 Кгц;
ширина полосы системы 2?25 МГц;
Рисунок 2 - Дуплексный разнос частот передачи и приема.
максимальное количество радиоканалов – 124;
максимальное количество радиоканалов в БС-16-20;
количество речевых каналов на несущей - 8;
алгоритм преобразований речи – RPE-LTP;
скорость преобразования речи – 13Кбит/с;
скорость передачи информации – 270Кбит/с;
вид модуляции – 0,3 GMSK;
индекс модуляции ЗТ 0,3;
радиус соты –5-35 км;
мощность передачи :BS-44Вт(13дБ?Вт),MS-1Вт(3дБ?Вт);
Обработка речи в данном стандарте осуществляется в рамках принятой системы прерывистой передачи речи DTX (Discontinuous Transmission), которая обеспечивает включение передатчика только тогда, когда пользователь начинает разговор и отключает его в паузах и в конце разговора. Система DTX управляет детектором активности речи VAD (Voice Activity Detector), который обеспечивает обнаружение и выделение интервалов речи с шумом и без шума речи даже в тех случаях, когда уровень шума соизмерим с уровнем речи.
Для защиты от ошибок, возникающих в радиоканалах, применяется блочное и сверточное кодирование с перемежением. Повышение эффективности кодирования и перемежения при малой скорости перемещения подвижных станций достигается медленным переключением рабочих частот сеанса связи (со скоростью 277 скачков в секунду).
Для борьбы с интерференционными замираниями принимаемых сигналов, вызванные многолучевым распространением радиоволн в условиях города, в аппаратуре связи используется эквалайзеры, обеспечивающие выравнивание импульсных сигналов со среднеквадратическим отклонением времени задержки до 16 мкс. Система синхронизации оборудования рассчитана на компенсацию (до 233 мкс) абсолютного времени задержки. Это соответствует максимальной дальности связи 35 км (максимальный радиус соты).
Для модуляции радиосигнала применяется спектрально-эффективная гауссовская частотная манипуляция с минимальным частотным сдвигом. Формирование GMSK-радиосигнала происходит таким образом, что на интервале, соответствующем одному биту, фаза несущей изменяется на 90°. Это наименьшее изменение фазы, которое может быть обнаружено при данном типе манипуляции.
Виды интерфейсов.
Интерфейсы обеспечивают функциональное сопряжение элементов системы:
а) с внешними сетями:
соединение с PSTN –осуществляется по линиям связи 2 Мбита/с;
соединение с ISDN-предусматривает 4 линии связи 2 Мбита/с;
соединение с сетью NMT-450 через 4 линии связи 2 Мбита/с;
б) Внутренние интерфейсы:
интерфейс между BSC и BTS (A-lis интерфейс с 64 Кбит/с);
между MSC и BSS (A-интерфейс);
между MSC и HLR совмещен с VLR (B-интерфейс);
между MSC и HLR (C-интерфейс);
между HLR и VLR (D-интерфейс);
между MSC (E-интерфейс);
между BSC и OMC (O- интерфейс);
между MS и BTS (Um-радиоинтерфейс);
Физические и логические каналы.
На одной несущей организуется 8 физических каналов, размещенных в 8 временных окнах, в пределах TDMA- кадра каждый физический канал использует одно и тоже временное окно в каждом временном TDMA- кадре и в нем содержится 114 бит.
Сообщение и данные группируются в логические каналы до формирования физического канала.
Логические каналы бывают 2-х типов:
каналы связи для передачи речи и данных в цифровой форме TCH.
каналы управления для передачи сигналов управления и синхронизации [CCH].
В GSM различают каналы :
для передачи речи и данных:
TCH/F - канал передачи сообщений с полной скоростью 22,8 Кбит/с
TCH/H-канал передачи сообщений с полной скоростью 11,4 Кбит/с
Один физический канал занимает 1 временное окно и в нем размещается:
или 1 TCH/F, рисунок 3 (а)
или 2 TCH/H, рисунок 3 (б), но с перемежением в соседних кадрах, т.е. каждый канал через кадр.
|
а) |
б) |
Рисунок 3 - Каналы передачи сообщений
а) TCH/F
б) TCH/H
|
CCH |
|
BCCH |
CCCH |
SDCCH |
ACCH |
|
Канал для передачи сигналов управления: FSSH – канал подстройки несущей частоты fBS ® MS SCH-канал временной синхронизации и опознавания BS. BS ® MS BCCH – канал управления передачей BS ® MS. |
Общие каналы управления: PSH-канал вызова BS ® MS RACH - канал параллельного доступа BS ® MS (для запроса о назначении индивидуального канала управления). AGSH-канал разрушенного доступа BS ? MS (для прямого доступа к каналу) |
Индивидуальный канал управления SDCCH/4 SDCCH/8 Состоит из 4 (8) подканалов. По ним идет запрос от MS о требуемом виде обслуживания BS ¬® MS. |
Совмещенный канал управления. FACCH- быстрый совмещенный канал используется для передачи команд при хендовере BS ¬® MS SACCH – медленный – используется в прямом канале для передачи команды на установку выходного уровня мощности передатчика MS. BS ¬® MS. |
Современный ACCH всегда объединяется с каналами связи TCH или с SDCCH
|
FACCH/F |
с |
TCH/F |
|
FACCH/H |
с |
TCH/H |
|
SACCH |
с |
TCH/F |
|
SACCH |
с |
SDCCH/4 |
Рисунок 4 - Мультикадр для полноскоростного канала.
Рисунок 5 - Мультикадр для полускоростного канала.
3 УСЛУГИ СТАНДАРТА GSM.
Стандарт GSM предоставляет абонентам следующие услуги:
Передача сообщений между мобильными и фиксированными абонентами.
Роуминг - абонент должен всегда и везде, без проблем пользоваться, радиотелефоном не зависимо от используемого в системе стандарта и диапазона f.
а) автоматический роуминг абонентов различных сетей GSM в национальном и международном масштабах.
б) межсетевой роуминг абонентов GSM-900 с абонентами сетей стандартов DC-1800, PCS-1900, DECT, а также со спутниковыми сетями персональной радиосвязи.
Идентификация вызывающего абонента (высвечивается № абонента).
Оплата вызова за счет вызывающего абонента.
Доступ через сотовый радиотелефон к компьютеру.
Использование интеллектуальных карт для идентификации абонентов.
Персональный единый № - номер связан с личностью, а не с местом пребывания.
“Запрет вызова” – абоненту присваивается пароль запрета.
Установление двух соединений:
в активном состоянии;
в состоянии удержания.
Подключение – конфиденциальный разговор для проведения сеанса “Конференцсвязь” (до 6 человек), (3-5 абонентов).
Запоминание телефонных номеров-10 последних набранных номеров.
Записная книжка - память на 100 номеров с высвечиванием имени абонента.
Возможность передача текстовых сообщений по каналу сигнализации (длина 160 символов) в формате:
электронная почта;
телекса;
факса и передачи данных (со скоростью 9,6 Кбит/с);
Х.400.
14. Возможность получения коротких сообщений:
погода;
радиус действия;
телефонные справки.
15. Шифрование передаваемых сообщений.
16. Аутентификация абонента и идентификация абонентского оборудования по криптографическим алгоритмам.
17. Завершение вызова:
вызов с ожиданием (CW);
вызов на удержание (HOLD);
завершение вызовов к занятым абонентам (CCBS).
18. Учет стоимости переговоров:
уведомление об оплате;
услуга бесплатного разговора;
оплата за счет вызываемого подвижного абонента.
19. Ограничение вызовов:
запрещение всех исходящих вызовов (BAOC);
запрещение всех исходящих международных вызовов (BIOC);
запрещение всех исходящих международных вызовов, кроме абонента сети СПС своей страны (BIOC ex HC);
запрещение всех входящих вызовов при переезде за пределы сети СПС своей страны (BICRoam).
Определение № вызывающего абонента.
Запрет на определение № вызывающего абонент.
Переадресация вызова (если MS занят, не отвечает или другие причины) на другой терминал.
Ожидание вызова (во время разговора абонент уведомляется о поступлении нового вызова).
Удержание вызова (во время разговора абонент может сделать второй вызов, не теряя первого соединения, а затем вернуться к первому вызову).
Голосовая почта (интеллектуальный автоответчик).
Доступ в Интернет.
Экстренные вызовы.
4 ПРОЦЕСС ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ В СОТОВОМ РТ
4.1 Речепреобразование
Формирование сигналов начинается с процесса преобразования речевого сигнала в цифровую форму.
Процедура преобразования происходит в речевом кодере. Для стандарта GSM выбран речевой кодер RPE-LTP (кодер с регулярным импульсным возбуждением и линейным кодированием с предсказанием) с долговременным прогнозирующим устройством от MPE-LTP кодером, что позволило снизить скорость передачи до 13 Кбит/с (с 14,77 Кбит/с).
Уменьшение скорости до 13 Кбит/с достигается тремя этапами:
Линейным кодированием с предсказанием
Долговременным предсказанием
Регулярным импульсным возбуждением
Диапазон входных амплитуд разбивается на сегменты. Затем в процессе анализа вычисляются 8 коэффициентов r(i), которые представляются как уровни. Затем в процессе долговременного предсказания каждый сегмент выравнивается до уровня следующих друг за другом сегментов речи.
Кодеры с линейным предсказанием извлекают существенные для восприятия характеристики речи непосредственно из временной формы сигнала. Такой кодер анализирует речевой сигнал для получения меняющейся во времени модели возбуждения речи образующего тракта.
Восемь коэффициентов r(i) кодируются и передаются со скоростью 3,6 Кбит/с. периодическая последовательность фрагментов передается со скоростью 9,4 Кбит/с. Общая скорость передачи составляет 3,6 + 9,4 Кбит/с. Таким образом, обработка речи производится по кадрам длительностью 20 мс, за время кадра при анализе вычисляются 93 значения параметров, которые передаются каждые 20 мс цифровым потоком со скоростью 13 Кбит/с.
Кодер распознает при анализе речи различные звуки речи и передает с генератора синусоидальный сигнал во всем диапазоне речевых частот.
В речевом декодере сигнал восстанавливается по откликам последовательности регулярного импульсного возбуждения.
Система DTX управляет детектором активности речи VAD (Voice Activity Detector), который обеспечивает обнаружение и выделение интервалов речи с шумом и шума без речи, даже в тех случаях, когда уровень шума соизмерим с уровнем речи, рисунок 6.
Рисунок 6 – структурная схема процессов обработки речи в стандарте GSM.
4.2 Канальное кодирование.
Речевой кодер передает каждые 260 бит информационной последовательности со скоростью v = 13 Кбит/с на схему канального кодирования. Первые 182 бита этого кадра (биты 1-го класса) защищаются с помощью блочного кода. Для этого биты 1-го класса разделяются дополнительно на 50 бит класса 1а и 132 бита класса 1б, рисунок 7.
Рисунок 7 – Структура формирования сигнала.
Биты класса 1а дополняются тремя битами проверки на четность. Блочный код представляет собой систематический циклический код (53,50) с формирующим полиномом
g(D) = D3 + D + 1
В соответствии с принятым правилом формирования системного кода, ключ SW закрыт на время первых 50 тактовых импульсов, а информационные биты, поступающие на вход кодирующего устройства, одновременно поступают на блок переупорядочения и формирования 3 бит проверки на четность, рисунок 8.
После 50 тактовых импульсов переключатель SW срабатывает, и биты проверки на четность поступают из кодирующего устройства.
Работа: биты 1 … 50 ключ SW закрыт
биты 51 … 53 ключ SW открыт
Рисунок 8 – Структурная схема циклического кодера.
Рисунок 9 – Структура формирования сигнала.
Далее проводится первый шаг перемежения: биты с четными индексами собираются в первой части информационного слова, затем идут 3 бита проверки на четность, затем собираются биты с нечетными индексами и переставляются. Затем следуют 4 нулевых бита, которые нужны для формирования кода, исправляющего случайные ошибки в канале, рисунок 10.
Рисунок 10 – Структура формирования сигнала.
Затем 189 бит кодируются сверточным кодом. Сверточный код является непрерывным. В основу положен принцип формирования проверочных разрядов путем суммирования по модулю “2” каждого информационного разряда с некоторым набором предыдущих разрядов. К информационному разряду добавляются 2 проверочных, полученных в процессе формирования, рисунок 11.
Рисунок 11 – Схема сверточного кодера
|
Входная информация |
Содержимое ячеек |
||
|
|
1 |
2 |
3 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
|
1 |
1 |
1 |
0 |
|
0 |
0 |
1 |
1 |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
|
0 |
0 |
1 |
0 |
После сверточного кодирования общая длина кадра составит
2 ? 189 + 78 = 456 бит.
Рисунок 12 – Структура формирования сигнала.
После этого кадр из 456 бит делится на восемь 57-битовых подблоков.
|
B0 |
B1 |
B2 |
B3 |
B4 |
B5 |
B6 |
B7 |
Рисунок 13 – Структура формирования сигнала.
Затем подблоки подвергаются диагональному и внутрикадровому перемежению, разбиваются на пакеты и пакеты перемежаются.
4.3 Формирование TDMA-кадра.
В результате этих преобразований каждый отсчет уровня исходного аналогового сигнала представляется в виде зашифрованного сообщения, состоящего из 114 бит – двух самостоятельных блоков по 57 бит, рисунок 14, разделенных между собой эталонной (обучающей) последовательностью 26 бит. При приеме этой последовательности определяется характер искажений в тракте распространения сигнала и характеристики приемника формируются уже применительно к конкретным условиям работы в данный момент времени.
По обучающей последовательности производят настройку эквалайзера. Временной интервал пакета имеет длительность 0,577 мс. В его состав кроме двух блоков по 57 бит и обучающей последовательности включается:
2 концевых комбинации TB (Tail Bits) по 3 бита каждая;
2 контрольных бита, разделяющих зашифрованные биты сообщения;
защитный интервал GP (Guard Period) длительностью, равной времени передачи 8,25 бита.
Это означает, что интервал NB содержит 156,25 бит, а длительность одного бита составляет 3,69 мкс.
Рисунок 14 – Структура формирования сигнала.
Каждый интервал кадра обозначается от 0 до 7, т.е. в одном кадре одновременно могут передаваться 8 речевых каналов. Физический смысл временных интервалов, которые иначе называются окнами, - это время, в течение которого осуществляется модуляция несущей цифровым информационным потоком соответствующим речевому сообщению или данным.
Цифровой информационный поток представляет собой последовательность пакетов, размещаемых в этих временных интервалах (окнах). Пакеты формируются немного короче, чем интервалы, их длительность составляет 0,546 мс, что необходимо для приема сообщения при наличии временной дисперсии в канале распространения. Общая длительность одного TDMA-кадра составляет 4,615 мс.
Одно из особенностей формирования сигналов в стандарте GSM является использование медленных скачков по частоте в процессе сеанса связи – SFH (Slow Frequency Hopping). Главное назначение таких скачков – обеспечение частотного разнесения в радиоканалах, функционирующих в условиях многолучевого распространения радиоволн. Медленные скачки частоты используются во всех подвижных сетях, что повышает эффективность кодирования и перемежения при медленном движении абонентских станций.
Принцип формирования медленных скачков по частоте состоит в том, что сообщение, передаваемое в выделенном абоненту временном интервале TDMA-кадра 0,577 мс, в каждом последующем кадре передается (принимается) на новой фиксированной частоте, рисунок 15. В соответствии со структурой кадров, время для перестройки частоты составляет около 1 мс.
Рисунок 15 – Принципы формирования медленных скачков по частоте.
В процессе скачков по частоте постоянно сохраняется разнос 45 МГц между каналами приема и передачи. Всем активным абонентам, находящимся в одной соте, ставятся в соответствие непересекающиеся последовательности переключения частот, что исключает взаимные помехи при приеме сообщений абонентами. Параметры последовательности переключений частот (частотно-временная матрица и начальная частота) назначаются для каждой подвижной станции в процессе установления канала связи.
4.4 Шифрование.
Далее сигнал подвергается шифрованию сообщения по алгоритму шифрования с открытым ключом (RSA) для обеспечения безопасности передачи сообщений.
Алгоритм шифрования с открытым ключом RSA заключается в том, что каждое сообщение М разбивается на блоки фиксированной длины, и каждый блок кодируется как совокупность фиксированного числа цифр. Такой алгоритм обеспечивает высокую степень безопасности при передачи речи и исключает возможность извлечения информации из канала связи кому-либо, кроме санкционированного пользователя. На приеме сообщение расшифровывается в дешифраторе.
Алгоритм ключа шифрования хранится в модуле SIM.
4.5 Гауссовская частотная манипуляция (GMSK.)
В стандарте GSM выбрана гауссовская частотная манипуляция с минимальным частотным сдвигом – GMSK. Индекс модуляции ВТ 0,3. GMSK представляет собой двоичную ЧМс двумя соответствующими сигналу частотами, выбранными таким образом, чтобы на одном тактовом интервале между двумя частотами имелся фазовый сдвиг на 90°. Этот процесс показан на рисунке 16.
Рисунок 16 – Формирование GMSK-сигнала.
Модуляцию GMSK характеризуют следующие свойства:
Постоянная по уровню огибающая, позволяющая использовать передающие устройства с усилителями мощность класса С
Узкий спектр на выходе усилителя мощности передающего устройства обеспечивающий низкий уровень внеполосного излучения
Хорошая помехоустойчивость канала связи
В соответствии с процессом преобразования составлена структурная схема РТ стандарта GSM, рисунок 17.
Рисунок 17 – Структурная схема РТ стандарта GSM.
5 ХАРАКТЕРИСТИКА БЕЗОПАСНОСТИ СТАНДАРТА GSM.
В стандарте GSM определены следующие механизмы безопасности:
аутентификация;
секретность передачи данных;
секретность абонента;
секретность направлений соединения абонентов.
Рассмотрим последовательно механизмы безопасности в стандарте GSM, общий состав секретной информации, а также ее распределение в аппаратных средствах GSM системы. При этом будем использовать термины и обозначения принятые в Рекомендациях GSM.
Механизм аутентификации.
Для исключения несанкционированного использования ресурсов системы связи вводятся и определяются механизмы аутентификации – удостоверения подлинности абонента.
Каждый подвижный абонент на время пользования системой связи получает стандартный модуль подлинности абонента (SIM), который содержит:
международный идентификационный номер подвижного абонента (IMSI);
свой индивидуальный ключ аутентификации (Ki);
алгоритм аутентификации (А3).
С помощью заложенной в SIM информации в результате взаимного обмена данными между подвижной станцией и сетью осуществляется полный цикл аутентификации и разрешается доступ абонента к сети.
Процедура проверки сетью подлинности абонента реализуется следующим образом:
Сеть передает случайный номер (RAND) на подвижную станцию. Подвижная станция определяет значения отклика (SRES), используя RAND, Ki и алгоритм А3.
SRES = Ki [RAND]
Подвижная станция посылает вычисленное значение SRES в сеть, которая сверяет значение принятого SRES со значением SRES, вычисленным сетью. Если оба значения совпадают. Подвижная станция может осуществлять передачу сообщений. В противном случае связь прерывается, и индикатор подвижной станции должен показать, что опознавание не состоялось.
По причине секретности вычисление SRES происходит в рамках SIM. Несекретная информация (такая как Ki) не подвергается обработке в модуле SIM, рисунок 18, 19.
Рисунок 18 – Принцип аутентификации.
Рисунок 19 - Определение ключа шифрования Кс.
Секретность передачи данных.
Для обеспечения секретности передаваемой по радиоканалу информации вводится следующий механизм защиты. Все конфиденциальные сообщения должны передаваться в режиме защиты информации. Алгоритм формирования ключей шифрования (А8) хранится в модуле SIM. После приема случайного номера RAND подвижная станция вычисляет кроме отклика SRES также и ключ шифрования (Kc), используя RAND Ki и алгоритм А8.
Kc = Ki [RAND]
Ключ шифрования Кс не передается по шифровальному каналу. Как подвижная станция, так и сеть вычисляют ключ шифрования, который используется другими подвижными объектами. По причине секретности вычисление Кс происходит в SIM.
Кроме случайного числа RAND сеть посылает подвижной станции числовую последовательность ключа шифрования. Это число связано с действительным значением Кс и позволяет избежать формирования неправильного ключа. Число хранится подвижной станцией и содержится в каждом первом сообщении, передаваемом в сеть. Некоторые сети принимают решение о наличии числовой последовательности действующего ключа шифрования в случае, если необходимо приступить к опознаванию или если выполняется предварительное опознавание, используя правильный ключ шифрования. В некоторых случаях это допущение реально не обеспечивается.
Для установки режима шифрования сеть передает подвижной станции команду СМС на переход в режим шифрования. После получения команды СМС подвижная станция, используя имеющийся у нее ключ, приступает к шифрованию сообщений. Поток передаваемых данных шифруется бит за битом или поточным шифром с использованием алгоритма шифрования А5 и ключа шифрования Кс.
Обеспечение секретности абонента.
Для исключения определения (идентификации) абонента путем перехвате сообщений, передаваемых по радио каналу, каждому абоненту системы связи присваивается “временное удостоверение личности” – временный международный идентификационный номер пользователя (TMSI), который действителен только в пределах зоны расположения. В другой зоне расположения ему присваивается новый TMSI, если абоненту еще не присвоен временный ном5ер (например, при первом включении подвижной станциями), идентификация проводится через международный идентификационный номер (TMSI). После окончания процедуры аутентификации и начала действия режима шифрования временный аутентификационный номер TMSI передается на подвижную станцию только в зашифрованном виде. Этот TMSI будет использоваться при всех последующих доступах к системе.
Если подвижная станция переходит в другую область расположения, то ее TMSI должен передаваться вместе с идентификационным номером зоны (LAI), в которой TMSI был присвоен абоненту, рисунок 20.
Рисунок 20 – Процедура установки режима шифрования.
Коды доступа.
Описанные коды доступа используются для исключения несанкционированного использования телефона и SIM-карты.
Коды доступа (кроме кодов ПДК и ПДК2) можно менять с помощью меню 4-3-5.
Защитный код (5 цифр)
Защитный код используется для того, чтобы исключить возможность несанкционированного использования телефонов. Изготовитель устанавливает для защитного кода значение 12345.
При желании защитный код можно изменить. Хранить новый код в надежном и безопасном месте отдельно от телефона.
Код ПИН (от 4 до 8 цифр)
ПИН-код (персональный идентификационный код) защищает от несанкционированного использования SIM-карту. ПИН-код обычно предоставляется вместе с SIM-картой.
Код ПИН2 (от 4 до 8 цифр)
Код ПИН2, поставляемый с некоторыми SIM-картами требуется для вызова определенных функций, например, функций счетчиков тарифных импульсов. Эти функции доступны только в том случае, если они поддерживаются SIM-картой.
Код ПДК (8 цифр)
Код ПДК (персональный деблокированный ключ) требуется для изменения заблокированного ПИН-кода. Код ПДК может поставляться вместе с SIM-картой. Если код ПДК отсутствует или в случае утраты кода, обратитесь к поставщику услуг
Код ПДК2 (8 цифр)
Код ПДК2, поставляемый с некоторыми SIM-картами, требуется для изменения заблокированного кода ПИН2. В случае утраты кода обратитесь к поставщику услуг.
6 РАДИОТЕЛЕФОНЫ СТАНДАРТА GSM.
Радиотелефон Nokia 5110, рисунок 21.
Радиотелефон Nokia 5110 используется в сотовых сетях стандарта GSM. Он отличается высоким качеством звучания и отображения информации на 5-строчном динамическом полностью графическом дисплее. Информация может выводиться на 26 языках. Цвет корпуса радиотелефона изменяется в зависимости от того, каково освещение и под каким углом на него смотреть.
Рисунок 21 - Радиотелефон Nokia 5110.
Аппарат имеет календарь, будильник и калькулятор с функцией пересчета валют. Встроенный ИК - приемопередатчик позволяет связаться с персональным компьютером, принтером или другим телефоном серии 6110. Имеется возможность распечатывать и передавать текущие заметки или передавать и принимать имена и номера телефонов в виде электронной визитной карточки.
Он обеспечивает передачу и прием факсов, электронной почты (с максимально возможной скоростью), коротких сообщений (до 160 знаков). Режим работы радиотелефона можно установить в зависимости от условий, в которых находится абонент, например, “обычные условия”, ”совещание” или “вне дома”. В режиме “совещание” телефон предупредит только о приоритетных вызовах. В режиме “вне дома” и в выходные дни телефон предупредит только о частных вызовах. Для тональных сигналов вызова используется 35 вариантов сигналов и мелодий. Эта модель оснащена тремя играми: “Змея”, “Логика” и “Память”, в которые можно играть самостоятельно или с кем-нибудь, используя ИК канал связи.
Радиотелефон Nokia 8110, рисунок 22.
Радиотелефон Nokia 8110 представляет собой прекрасное сочетание качества, хороших эргономических характеристик и удачного дизайнерского решения.
Рисунок 22 - Радиотелефон Nokia 8110.
Он предназначен для использования в сотовых сетях стандарта GSM. Его удобно держать в руке, он хорошо прилегает к лицу благодаря сдвигающейся крышке клавиатуры, которая позволяет легко подобрать расстояние от микрофона до громкоговорителя.
Несмотря на небольшие размеры и вес, радиотелефон имеет достаточно разветвленное меню, большой набор функциональных возможностей и по многим параметрам повторяет модель 3110.
На нашем рынке появилась и несколько упрощенная модель Nokia 8110i,в которой, по сравнению с 8110,уменьшена записная книжка и объем памяти телефона, а также отсутствует возможность создавать собственную мелодию.
Радиотелефон Nokia 9000, рисунок 23.
Радиотелефон Nokia 9000 предназначен для работы в системах сотовой связи стандарта GSM и представляет собой персональный коммуникатор, который объединяет возможности сотового радиотелефона и миниатюрного компьютера.
Рисунок 23 - Радиотелефон Nokia 9000.
С помощью этого аппарата можно легко передавать и принимать факсы, электронную почту и путешествовать по сети Internet. Он позволяет вести свой календарь, записную и адресную книжки, производить расчеты на калькуляторе и пользоваться встроенными часами-будильником. И все это – в дополнение к возможностям цифровой связи стандарта GSM.
Вес коммуникатора составляет 397 г, а встроенные аккумуляторы позволяют работать в течение 2 ч в активном режиме и до 30 ч - в режиме ожидания.
Радиотелефон Sony CM-DX1000, рисунок 24.
Радиотелефон модели Sony CM-DX1000 фирмы Sony предназначен для работы в сотовых сетях стандарта GSM.Оригинальная выдвигающаяся панель трубки позволяет моментально подключаться к линии и отвечать на звонки. По окончании разговора нужно задвинуть ее на место – это защитит кнопки от случайного нажатия и приведет радиотелефон в режим приема. Аппарат имеет четкий графический дисплей и прост в эксплуатации: листая меню, можно производить выбор нужной функции при помощи двух клавиш.
Рисунок 24 - Радиотелефон модели Sony CM-DX1000.
В аппарате имеется память на 50 номеров с быстрым доступом. Если этого недостаточно, то SIM-карта обеспечит дополнительную память и позволит использовать телефон как записную книжку, причем можно записывать не только номера, но и имена абонентов. Кроме того, радиотелефон запоминает последние 5 набранных номеров, регистрирует длительность и стоимость разговоров, позволяет заблокировать международные звонки и многое другое. Плата PCMCIA позволяет подключить аппарат к компьютеру в качестве модема, что дает возможность принимать и передавать факсы и данные по цифровой информационной магистрали. Два дополнительных комплекта позволяют превратить эту модель в полностью оборудованный автомобильный радиотелефон.
Радиотелефон Sony CMD-X2000, рисунок 25.
Радиотелефон Sony CMD-X2000 предназначен для работы в сетях сотовой связи стандарта GSM. В модели реализованы все функции этого стандарта. Радиотелефон снабжен большим матричным 5-строчным дисплеем с подсветкой, на котором достаточно места для вывода списков элементов меню, телефонных номеров, функций и даже коротких сообщений. Расположенная сбоку сдвигающаяся кнопка управления позволяет легко и быстро выходить на связь, отвечать на звонок или заканчивать разговор.
Рисунок 25 - Радиотелефон Sony CMD-X2000.
Отличительной особенностью этой модели является наличие переключателя функций Jog Dial.Переключатель Jog Dial – это удобное маленькое колесико, которое позволяет одним движением пальца включать практически любые функции телефона. Для выбора нужного пункта меню просматривается с помощью поворота колесика, а когда элемент найден, он активизируется нажатием на это же колесико.
Радиотелефон Sony CMD-Z1, рисунок 26.
Радиотелефон Sony CMD-Z1, как и описанная выше модель, предназначена для сотовых сетей стандарта GSM. Он имеет малые размеры и откидной микрофон.
Рисунок 26 - Радиотелефон Sony CMD-Z1.
Как и предыдущая модель, он снабжен переключателем функций Jog Dial. Эту модель можно легко настроить на различные ситуации, включая бесшумную, световую индикацию во время деловых встреч. Кроме того, в модели предусмотрен таймер для включения/отключения телефона и встроенный диктофон на 20 с записи.
Активизация телефона производится откидыванием микрофона вниз, по окончании разговора микрофон возвращается на место и радиотелефон переходит в режим ожидания. В модели реализованы все функции стандарта GSM.
Радиотелефон Ericsson GA318, рисунок 27 и GA628, рисунок 28.
Радиотелефоны Ericsson GA318 и GA628 предназначены для работы в системах сотовой связи стандарта GSM. Радиотелефон модели GA318 выполнен в небольшом корпусе с резиновой клавиатурой и короткой антенной. Передняя панель телефона может быть одного из трех цветов: синего, зеленого или серого
.
Рисунок 27 - Радиотелефон Ericsson GA318.
Модель GA318 обеспечивает уверенный прием сигналов и дает возможность передавать и принимать факсимильную информацию, принимать и выводить на дисплей короткие сообщения, пять из которых могут сохраняться в памяти. Она имеет шесть уровней громкости звонка, которые можно выбирать в зависимости от обстановке, в которой находится пользователь. Последний может также регулировать громкость разговора.
В отличие от GA318, модель GA628 позволяет использовать одну из 15 сменных панелей клавиатуры, которые можно легко заменять, не прибегая к чьей-либо помощи. Она имеет большое однострочный дисплей с дополнительной строкой вспомогательных символов, а также крупную и удобную клавиатуру. Меню радиотелефона отображается на дисплее на одном из 18 языков. Для удобства пользователя модель GA628 имеет несколько звуковых сигналов, в том числе и семь мелодий.
Рисунок 28 - Радиотелефоны Ericsson GA628.
Персональная телефонная книжка этой модели позволяет запомнить 50 номеров телефонов и 5 последних набранных телефонных номеров с именами.
Как и более дорогие модели этого семейства, радиотелефон GA628 поддерживает все новые возможности стандарта GSM, в том числе информирование о тарифе и стоимости звонка, возможность определения (запрета определения) номера и программирование звонка.
Радиотелефон Ericsson DF388, рисунок 29.
Радиотелефон Ericsson DF388 предназначен для работы в системах сотовой связи стандартов DCS1800 и GSM. Его отличают миниатюрность, эргономичность, дизайн и надежность.
Телефон снабжен трехстрочным жидкокристаллическим дисплеем с подсветкой, на котором информация хорошо читается при любом освещении. Удобная клавиатура позволяет управлять телефоном одной рукой. DF388 имеет встроенные часы, будильник и калькулятор.
Рисунок 29 - Радиотелефон Ericsson DF388.
В памяти телефона может храниться до 99 телефонных номеров и имен (без SIM-карты). Возможна регулировка тональности и громкости звонка.
При передаче данных эта модель поддерживает протокол Х.400.
Радиотелефон Siemens S6, рисунок 30.
Радиотелефон Siemens S6 предназначен для работы в системах сотовой подвижной связи стандарта GSM. Это небольшой и легкий аппарат в очень прочном плоском корпусе. Он уже сейчас открывает доступ к технике будущего и позволяет организовать конференц-связь, переадресовать вызов, уведомить занятого абонента о новом вызове и определить начисляемую тарифную плату за связь.
Рисунок 30 - Радиотелефон Siemens S6.
Модель S6 отличается первоклассным качеством звука и естественностью воспроизведения речи, ее громкоговоритель идеально вписан в корпусе. Громкость сигнала вызова можно регулировать, выбрав один из 5 уровней, или совсем отключить его. В последнем случае при вызове абонента на экране дисплея появляется специальный символ.
Дисплей с высокой разрешающей способностью и эргономичная клавиатура имеют подсветку, благодаря которой аппаратом можно пользоваться в полной темноте. Подсказки, отображаемые на дисплее, и две диалоговые клавиши делают инструкцию по обслуживанию практически не нужной. При неправильном нажатии клавиши, как и при необходимости подзарядить аккумуляторы, аппарат выдает предупреждающий звуковой сигнал.
Телефон позволяет посылать и принимать короткие текстовые сообщения. Если сообщение содержит телефонный номер, то имеется возможность его выбора из сообщения и набора, например, для опроса почтового ящика. О поступлении сообщения повещает индикация на дисплее.
Этот радиотелефон может быть легко установлен в автомобиле. Питание и подзарядка в этом случае осуществляются через прикуриватель. Имеется возможность установки комплекта с громкоговорящей связью и системой выключения радиоприемника во время телефонного разговора.
Радиотелефон Siemens S10, рисунок 31.
Радиотелефон Siemens S10 предназначен для использования в сотовых системах стандарта GSM. Модель S10 – это легкий и элегантный мобильный телефон с цветным пяти-строчным дисплеем. Размеры дисплея и эргономичный подбор цветов обеспечивают не только большую яркость, но также четкость и воспринимаемость. Информация поясняется графическими изображениями и даже, если это необходимо, движущимися картинками.
Рисунок 31 - Радиотелефон Siemens S10.
В дежурном режиме аппарат может использоваться как диктофон. Встроенная память на 20с речевой информации позволяет одним нажатием клавиши сохранять важную информацию и во время телефонного разговора. В памяти аппарата можно сохранить несколько таких сообщений, а также до 10 входящих вызовов.
Как и в других аппаратах стандарта GSM имеется возможность приема и передачи коротких сообщений, данных и факсимильных сообщений. Передача данных осуществляется со скоростью 9,6 Кбит/с.
7 ИНСТРУКЦИЯ ПО ОБСЛУЖИВАНИЮ РАДИОТЕЛЕФОНА NOKIA 5110.
Включение и выключение телефона.
Нажмите
и удерживайте нажатой в течение одной
секунды кнопку
,
рисунок 32.
Рисунок 32.
Если на дисплее появился запрос ПИН-кода:
ПИН-код обычно предоставляется вместе с SIM-картой.
Введите
PIN-код (отображаемый на дисплей звездочками
*)
и нажмите
(ОК),
рисунок 33.
Рисунок 33.
Если на дисплее появился запрос защитного кода:
Введите
защитный код (отображаемый на дисплей
звездочками *)
и нажмите
(ОК),
рисунок 34.
Рисунок 34.
Индикаторы дисплея.
Описанные ниже индикаторы выводятся на дисплей, когда телефон готов к работе и на дисплее отсутствуют введенные пользователем символы. Такое состояние дисплея называется “пустым дисплеем”.
Operator (Оператор)
Указывает, в какой сотовой сети работает радиотелефон.
и
шкала
Указывает интенсивность сигнала сотовой сети в точке расположения телефона. Чем выше показания шкалы, тем сильнее сигнал.
и
шкала
Указывает уровень заряда аккумулятора. Чем выше показания шкалы, тем выше уровень зарядки аккумулятора.
Использование кнопок.
Кнопка Navi.
Работа
с телефоном в значительной степени
основана на использовании кнопки Nokia
Navi™ (),
расположенной под дисплеем. Функции
кнопки Nokia Navi™,
, изменяются в соответствии с текстом
подсказки, который появляется на дисплее
над кнопкой, рисунок 35.
Рисунок 35.
В
данном Руководстве вместе с обозначением
кнопки Nokia Navi™ приводится также
сопутствующий текст, например
(Меню) или
(Выбрать).
Кнопки прокрутки
Кнопки прокрутки используются для просмотра меню, подменю и параметров, а также для перемещения курсора вправо и влево.
Советы:
Для
вызова имен и телефонных номеров из
телефонной книжки нажмите один раз
при пустом дисплее.
Для
вызова списка последних набранных
номеров нажмите
один раз при пустом дисплее.
Используйте
кнопки
и
во время разговора для регулировки
громкости телефона.
Кнопка С.
Кнопка
используется для удаления символа
слева от курсора,
для удаления с дисплея всех введенных символов (если нажать данную кнопку и удерживать ее нажатой),
для возврата из подменю в меню предыдущего уровня (находясь в функции меню),
для выхода из функции меню,
для отключения поступившего вызова.
Посылка вызова.
Введите код зоны и телефонный номер. Текст кнопки Navi изменится с Меню на Позвонить.
Допущенные
при вводе ошибки можно исправить (стереть
последний символ) с помощью кнопки
,
рисунок 36.
Рисунок 36.
Нажмите
(Позвонить)
и ожидайте ответа. Текст кнопки Navi
изменится с Позвонить
на Прекратить,
рисунок 37.
Рисунок 37.
Нажмите
(Прекратить)
для завершения разговора (или для отмены
вызова).
|
|
|
Рисунок 38 - Исходящее соединение от MS к абоненту.
Рабочее положение: При разговоре следует держать радиотелефон так же, как и обычную микротелефонную трубку; антенна должна быть направлена вертикально вверх над плечом абонента.
Прием вызова.
При поступлении вызова телефон падает сигнал вызова, и на дисплее начинает мигать имя или телефонный номер вызывающего абонента либо текст Звонок, рисунок 39.
Рисунок 39.
Для
ответа на вызов нажмите
(Ответить).
|
|
|
Рисунок 40 - Входящее соединение (принять вызов на MS).
