Каналы и обработка сигналов

Содержание

Общие сведения.. 3

Лабораторная работа 1 Основы работы с модулем... 6

1.1 Краткие теоретические сведения. 6

1.2 Практическая часть. 9

Лабораторная работа 2 Стандартные команды управления GSM модемами.. 13

2.1 Краткие теоретические сведения. 13

2.2 Практическая часть. 14

Лабораторная работа 3 Режимы и способы отправки SMS-сообщений.. 16

3.1 Краткие теоретические сведения. 16

3.2 Практическая часть. 18

Лабораторная работа 4 Проприентарные команды управления модулем... 21

4.1 Краткие теоретические сведения. 21

4.2 Практическая часть. 26

Общие сведения

 

 Стенд представляет собой блок с установленным радиомодулем стандарта GSM. На лицевой панели стенда имеется разъем для подключения GSM-антенны, гнезда для подключения аудиогарнитуры и микрофона, разъем для подключения модуля согласования, индикаторные светодиоды («STATUS», «NETLIGHT», «RING»), кнопка включения «SW1» Также на панели стенда расположено гнездо подключения блока питания +12В.

    Взаимодействие со стендом происходит через модуль согласования BSB_UART_CP2102 при помощи терминальных программ, например «wTerm.exe».

Диалог с модулем происходит по средствам AT-команд. Модулю отсылается команда или запрос, а он её выполняет и отвечает. Самая простая команда AT, на которую модуль тут же ответит OK, если модуль подключен и исправен.

Почти все команды имеют 3 режима:

· тестовый =? – модуль ответит поддерживает ли он команду и возможные её параметры

· чтение ? – ответом будет текущие параметры для этой команды

· запись = записываем новые значения для команды.

A/ — повтор предыдущей команды

 

Типовые настройки модуля: скорость 9600 бит/с 8N1, 9600 – скорость, 8 – бит в посылки, N – нет контроля чётности, 1- стоп бит.

 

Таблица 1. – Общие команды радиомодуля

Команда	Ответ	Описание
ATE0	OK	ЭХО 1 – вкл (по умолчанию) / 0 – выкл
ATV1	OK	Формат ответа модуля 0 – только ответ 1 – полный ответ с ЭХО (по умолчанию)
AT+CMEE=0	OK	Информация об ошибках 0 – отключён (по умолчанию) 1 – код ошибки 2 – описание ошибки
AT+CCLK="13/09/25,13:25:33+05"	OK	Установка часов «yy/mm/dd,hh:mm:ss+zz» Где: год/месяц/дата, часы:минуты:секунды +часовой пояс
AT+CPIN=XXXX		Ввод PIN кода
ATZ0		Сброс настроек до по умолчанию (не до заводских) 0 или 1 – выбор профиля
AT&F		Сброс настроек до заводских
AT&W	OK	Сохранение настроек для текущего профиля Параметр 0 или 1 — выбор профиля Параметр указывать сразу за командой (AT&W0)
AT+CPOWD=1	NORMAL POWER DOWN	Выключение модуля 0 – срочное 1 – нормальное
AT+CFUN=1,1		Энергосберегающий режим и перезагрузка Первый параметр: 0 – минимальный функционал 1 – нормальный режим (по умолчанию) 2 – выключения цепей приёма и передачи сигнала Второй параметр: 0 – выполнить без перезагрузки 1 – перезагрузить (доступно только в нормальном режиме, т.е. параметры = 1,1)

 

Порядок включения модуля:

1. Подключите модуль к ПЭВМ, используя прилагаемый модуль согласования.

2. Подключите блок питания к модулю.

3. Для включения модуля нажмите и удерживайте несколько секунд кнопку SW1. Признаком включения модуля является загорание и мигание светодиодов.

4. Проверьте правильность автоматической установки необходимых драйверов в операционной системе ПЭВМ, к которой подключен модуль. При необходимости установите нужный драйвер.

5. Запустите терминальную программу, например «wTerm.exe». и установите требуемый режим обмена с модулем.

6. Проверьте правильность взаимодействия с модулем путем посылки стандартных запросов.

 

Лабораторная работа 1 Основы работы с модулем

 

Краткие теоретические сведения

 

Структура сети сотовой связи GSM

GSM — это сокращенное название системы сотовой связи – Global System for Mobile communication. Сеть сотовой связи состоит из большого числа развернутых на местности приемопередатчиков, зоны обслуживания которых частично перекрываются. Принцип повторного использования частот в сети позволяет добиться высокой плотности трафика на больших территориях. Поскольку уровень мощности, излучаемой терминалами (телефонами) сотовой связи ограничен, на местности приходится размещать большое количество базовых станций, обслуживающих небольшие площади. Несколько базовых станций объединяются в ячейку, часто представляемую в виде правильного шестиугольника. Совокупность таких ячеек на местности похожа на пчелиные соты. Отсюда и это вид связи получил свое название – сотовая связь.

Сеть сотовой связи стандарта GSM подразделяется на три элемента:

• мобильные станции, которыми пользуются ее абоненты;

• базовые станции, управляющие процессом соединения с мобильными станциями;

• коммутационные центры мобильной связи, обеспечивающие коммутацию соединений между абонентами мобильных станций и абонентов мобильных станций с абонентами телефонных сетей общего по­льзования и наоборот.

Вызовы

В системе GSM используется принцип временного разделения кана­лов с множественным доступом (TDMA – Time Division Multiple Access). При этом сигналы с базовой станции (BS – Base Station) передаются на мобильную станцию (MS – Mobile Station) и наоборот. В состав базовой станции входят трансивер или приемопередающее устройство (BTS – Base Tranceiver Station) и контроллер (BSC – Base Station Controller). Как правило, один BSC обслуживает 20-30 BTS, а коммутационный центр мобильной связи (MSC – Mobile Switching Centre) управляет трафиком (потоками информации) между разными ячейками сотовой связи на основе сигналов, получаемых от базовых станций.

Регистрация посетителя (VLR – Visitor Location Register), относящегося к «чужой» сети, является одной из функций MSC. При появлении в сети «чужого» абонента он сверяет его данные с имеющимися в памяти и либо разрешает (если роуминг данному абоненту разрешен), либо отказы­вает (если роуминг запрещен) этому абоненту в доступе к сети.

Каналы и обработка сигналов

Каналы в системе сотовой связи стандарта GSM делятся на два клас­са: логические и физические. Физические каналы характеризуются их час­тотными параметрами, в частности, диапазоном, частотами приема и пе­редачи базовых и мобильных станций, и временными параметрами или параметрами используемых временных слотов. Логические каналы так и называются, потому что они логически распределяются в физических ка­налах. Физические каналы используются для передачи сигналов логичес­ких каналов управления или каналов трафика. Что и когда передается по физическому каналу, определяется конкретным промежутком времени.

Каждому физическому каналу, представляющему собой пару частот – передачи и приема, присваивается номер.

Рассчитать частоту канала п можно по формулам:

Fjx = 890 + 0,2-n (МГц), где 1 < n < 124;

Frx = FTx + 45 (МГц), где Frx и Ftx обозначают соответственно частоты приема и передачи.

Как было сказано выше, эти данные представляют собой логический канал. Он состоит из канала трафика TCH (Traffic Channel), используемый главным образом для передачи речевой информации, и широковещательного канала ВСН (Broadcast Channel) для передачи сигналов управления. Основное назначение канала ВСН – передача информации от базовой станции на мобильную с целью синхронизации работы, иден­тификации, вызова и управления соединением. Его сигнал постоянно из­лучается каждой базовой станцией сотовой связи, а мобильная станция всегда ищет для соединения ту базовую станцию, принимаемый сигнал которой максимален.

Структура канала ВСН включает:

• канал коррекции частоты FCCH (Frequency Correction Channel);

• канал синхронизации SCH (Synchronization Channel);

• широковещательный канал управления ВССН (Broadcast Control Channel).

Общий канал управления ССН (Common Control Channel) играет роль доски объявлений и состоит в свою очередь из двух каналов – канала вызова РСН (Paging Channel) и канала предоставления доступа AGCH (Access Grant Channel). Медленный управляющий канал взаимодействия SACCH (Slow Associated Control Channel) присутствует в сигнале каждые 12 фреймов и служит для управления мощностью передающего устройства и синхронизации работы мобильной станции, передачи служебной ин­формации на мобильную станцию, передачи от нее на соседние базовые станции информации об уровне и качестве приема. Быстрый канал обме­на сигналами управления FACCH (Fast Associated Control Channel) остает­ся невидимым и включается в работу при необходимости обеспечения хэндовера мобильной станции, изменяя при этом канал трафика ТСН.

Выделенный канал управления SDCCH (Stand-alone Dedicated Control Channel) и канал случайного доступа RACH (Random Access Channel) ра­ботают в процессе установления соединения.

Каждой MS присваивается уникальный идентификационный номер, и, как только телефон включают, происходит его немедленная регистра­ция и аутентификация в сети. Это позволяет немедленно найти абонента сотовой связи, где бы он ни находился при условии, что его MS находится в зоне покрытия сети.

В процессе сеанса связи передаются функциональные блоки данных:

• VLR (Visitor Location Register) – регистрационные данные посетителя сети. Данные, хранящие информацию о абоненте, который работает в данной сети в качестве роумера (т. е. пользователя «неродной» сети, с которой она имеет соглашение о роуминге). При входящих звонках на мобильный телефон абонента происходит запрос его VLR данных;

• HLR (Home Location Register) – регистрационные данные пользова­теля в «домашней» сети. При этом идет обращение к базе данных оператора сотовой связи, услугами которого пользуется абонент. Например, возможности доступа, подключенные услуги, дополнительные услуги. Также в состав этих данные входят и VLR данные. При перемещениях абонента соответствующим образом модифицируются и его регистрационные данные. И еще эти данные поступают на MSC для обеспечения немедленного перенаправления вызовов на мобильную станцию абонента;

• AUC (Authentication Center) – аутентификационный центр. Хранимая в нем информация необходима для защиты связи от прослушивания и постороннего доступа. То есть, доступность абонента возможна только при использовании его аутентификационных данных, что обеспечивает необходимую конфиденциальность связи;

• EIR (Equipment Identity Register) – регистрационные данные используемого оборудования. Для повышения уровня безопасности связи оператор может ввести использование и индивидуальных данных о мобильной станции абонента. В этом случае SIM-карта абонента может быть использована только в одном конкретном аппарате сотовой связи;

• SIM (Subscriber Identity Module – идентификационный модуль абонента) или по-другому SIM-карта, представляющая собой микросхему памяти с запрограммированными в ней идентификационными данными абонента, вмонтированную в карту небольших размеров, устанавливаемую в специальный слот сотового телефона.

Как было сказано выше, мобильные телефоны системы GSM используют принцип временного кодирования сигналов с множественным досту­пом или TDMA (Time Division Multiple Access). Это значит, что при разго­воре абонента сигналы от его телефона передаются короткими пачками импульсов — пакетами, которые включают помимо передаваемой инфор­мации и служебную. Соответственно, аналоговые сигналы перед подачей их на модулятор должны быть оцифрованы, и все сигналы – обработаны процессором, чтобы занять свое, определенное для них в пакете место. На одном частотном канале (в GSM ширина его полосы составляет 200 кГц) могут вести переговоры несколько абонентов одновремено. В пределах одной соты может быть задействовано несколько таких каналов.

Речевой сигнал после цифро-аналогового преобразователя представляет собой цифровую последовательность, которая после преобразования ее в параллельный код подается на синфазно-квадратурный или I/Q (In-phase/Quadrature) модулятор. В современных системах мобильной цифровой связи используются именно I/Q модуляторы. Они позволяют получить сигналы практически со всеми видами модуляции, используемыми в таких системах, реализовать метод модуляции с постоянной огибающей, отличающийся от других высокими энергетическими характе­ристиками. На рис. 1.4 показана упрощенная схема I/Q модулятора. Из нее видно, что сигнал опорной частоты подается на фазовращатель, который формирует из него два одинаковых сигнала, сдвинутых по частоте на 90°. В результате сложения этих сигналов и получают модулированный радиочастотный сигнал. Фильтры нижних частот на входе модулятора предназначены для сглаживания фронтов импульсов. Их обычно называют предмодуляциоиными фильтрами.

В современных мобильных телефонах наиболее широкое применение нашли приемники прямого преобразования или DCR (Direct Conversion Receiver). Принцип работы такого приемника прост: принимаемый сигнал подается на преобразователь частоты, на который одновременно подается и сигнал гетеродина с частотой, равной частоте принимаемого сигнала. В результате выделяется информационный сигнал. Соответственно прием­ник прямого преобразования для приема сигналов GSM должен обеспе­чить возможность выделения квадратурных каналов I и Q.

 

Практическая часть