واجهات شبكة GSM

الغرض من مواصفات (GSM) هو تحديد عدة واجهات مفتوحة، والتي بدورها تحد من أجزاء معينة من نظام (GSM)، وبسبب انفتاح الواجهة قد يحصل المشغل الذي يحافظ على الشبكة على أجزاء مختلفة من الشبكة من موردي شبكة (GSM)، وعندما تكون الواجهة مفتوحة فإنّها تحدد بدقة ما يحدث على الرغم من الواجهة، وهذا بدوره يحدد بدقة نوع الإجراءات أو الوظائف التي يجب تنفيذها بين الواجهات.

قائمة واجهات شبكة GSM:

1. الواجهة Um:

الواجهة (Um interface): هو معيار السطح البيني الجوي أو الراديوي المستخدم للمبادلات بين متنقل (ME) ومحطة قاعدة (BTS / BSC)، أمّا بالنسبة للإشارة يتم استخدام نسخة معدلة من (ISDN LAPD) والمعروفة باسم (LAPDm).

2. الواجهة Abis:

واجهة Abis: هي واجهة (0BSS) داخلية تربط (BSC وBTS)، ولم يتم توحيدها تماماً، كما تسمح واجهة (Abis) بالتحكم في المعدات الراديوية وتخصيص الترددات الراديوية في (BTS).

3. الواجهة A:

تُستخدم الواجهة (A) لتوفير الاتصال بين الخدمة (BSS وMSC)، حيث تقوم الواجهة على نقل المعلومات لجعل القنوات والفترات الزمنية قادرة على تخصيصها للمعدات المتنقلة التي تخدمها (BSS)، كما يتم نقل الرسائل المطلوبة داخل الشبكة لتمكين التسليم وما إلى ذلك عبر الواجهة.

4. الواجهة B:

توجد الواجهة (B) بين (MSC وVLR)، كما يُستخدم بروتوكول يعرف باسم بروتوكول (MAP / B) لنقل البيانات، ولجعل الواجهة مجرد واجهة داخلية يتم استخدام (VLRs) ويتم دمجها مع (MSC)، حيث تُستخدم الواجهة كلما احتاجت (MSC) إلى الوصول إلى البيانات المتعلقة بمحطة (MS) تقع في منطقتها.

5. واجهة C:

تقع الواجهة (C) بين (HLR وGMSC) أو (SMS-G)، وعندما تنشأ مكالمة من خارج الشبكة أي من شبكة (PSTN) أو شبكة هاتف محمول أخرى، يجب أن تمر عبر البوابة بحيث يمكن الحصول على معلومات التوجيه المطلوبة لإكمال المكالمة، أمّا البروتوكول المستخدم للاتصال هو (MAP / C)، ويشير الحرف (C) إلى استخدام البروتوكول للواجهة (C)، بالإضافة إلى ذلك قد تقوم (MSC) بإعادة توجيه معلومات الفوترة اختيارياً إلى (HLR) بعد اكتمال المكالمة ومسحها.

6. الواجهة D:

توجد الواجهة (D) بين (VLR وHLR)، حيث تقوم عملية تبادل البيانات المتعلقة بموقع (ME) وإدارة المشترك باستخدام بروتوكول (MAP / D).

7. الواجهة E:

تُوفر الواجهة (E) الاتصال بين اثنين من (MSCs)، كما تتم عملية تبادل البيانات المتعلقة بالتسليم بين المرساة والترحيل (MSCs) في الواجهة (E) باستخدام بروتوكول (MAP / E).

8. الواجهة F:

تُستخدم الواجهة (F) بين (MSC وEIR)، حيث يتم إتخاذ بروتوكول (MAP / F) هو معيار الاستخدام، كما تُستخدم الاتصالات على طول هذه الواجهة لتأكيد حالة وصول (IMEI) الخاص بـ (ME) إلى الشبكة.

9. الواجهة G:

تقوم الواجهة (G) بتوصيل اثنين من (VLRs) و(MSC) مختلفة، بحيث تُستخدم بروتوكول (MAP / G) لنقل معلومات المشترك أثناء على سبيل المثال إجراء تحديث الموقع.

10. الواجهة H:

وجدت الواجهة (H) بين (MSC وSMS-G)، حيث ينقل الرسائل القصيرة ويستخدم بروتوكول (MAP / H).

11. الواجهة I:

يمكن وجود الواجهة (I) بين (MSC وME)، حيث يتم نقل الرسائل المتبادلة بواسطة واجهة (I) بشفافية من خلال (BSS).

إشارة وخصائص تعديل GMSK:

جوهر أي نظام قائم على الراديو هو تنسيق إشارة الراديو نفسها، حيث يتم تشكيل الموجة الحاملة باستخدام شكل من أشكال مفتاح غربلة الطور المعروف باسم (Gaussian Minimum Shift Keying)، كما تم استخدام (GMSK) لنظام (GSM) لعدة أسباب وهي:

• إنّه مرن للضوضاء عند مقارنته بالعديد من أشكال التعديل الأخرى.

• يكون الإشعاع خارج النطاق الترددي المقبول أقل من الأشكال الأخرى لإزاحة الطور.

• يتمتع بمستوى طاقة ثابت يسمح باستخدام مضخمات طاقة (RF) عالية الكفاءة في الهاتف، وبالتالي تقليل الاستهلاك الحالي والحفاظ على عمر البطارية.

النطاق الترددي الاسمي لإشارة (GSM) باستخدام (GMSK) هو (200 كيلو هرتز) أي عرض النطاق الترددي للقناة والتباعد هو (200 كيلو هرتز)، ولاستعمال التشكيل (GMSK) فإن البث الهامشي أو غير المطلوب خارج عرض النطاق منخفض بدرجة كافية لتمكين استخدام القنوات المجاورة من نفس المحطة القاعدة، وعادةً ما يتم تخصيص عدد من الموجات الحاملة لكل محطة قاعدة لتمكينها من تحقيق السعة المطلوبة.

تخدم البيانات التي ينقلها الناقل ما يصل إلى ثمانية مستخدمين مختلفين في إطار النظام الأساسي عن طريق تقسيم الناقل إلى ثماني فترات زمنية، كما يستطيع الناقل الأساسي دعم إنتاجية بيانات تبلغ (270 كيلو بت في الثانية)، ولكن لأنّ بعضاً من هذا يدعم الحمل الإداري فإنّ معدل البيانات المخصص لكل فتحة زمنية هو (24.8 كيلو بت في الثانية).

بالإضافة إلى تصحيح الخطأ حيث أنّه مطلوب للتغلب على مشاكل التداخل والخبو وأخطاء البيانات العامة التي قد تحدث، ممّا يعني أنّ معدل البيانات المتاح لنقل الكلام المشفر رقمياً هو (13 كيلو بت في الثانية) للمشفرات الصوتية الأساسية.

نظام الوصول المتعدد وهيكل فتحة GSM:

يستخدم (GSM) مزيجاً من تقنيات (TDMA وFDMA)، كما يتضمن عنصر (FDMA) التقسيم حسب التردد لعرض النطاق (25 – 124 ميجاهيرتز) وتردد موجة حاملة متباعدة بمقدار (200 كيلو هرتز)، ثم يتم تقسيم الموجات الحاملة في الوقت باستخدام مخطط (TDMA)، حيث يتيح ذلك للمستخدمين المختلفين لقناة تردد الراديو الفردية تخصيص فترات زمنية مختلفة.

يمكنهم بعد ذلك استخدام نفس قناة التردد اللاسلكي دون تدخل متبادل، أمّا الفاصل الزمني هو الوقت المخصص لمستخدم معين، وهناك أنواع مختلفة من الإطارات التي يتم إرسالها لنقل بيانات مختلفة، كما يتم تنظيم الإطارات فيما يسمى الإطارات المتعددة والأطر الفائقة لتوفير التزامن الشامل.

1. هيكل فتحة GSM:

فتحة (GSM): هي أصغر فترة زمنية فردية متاحة لكل هاتف محمول، حيث يحتوي على تنسيق محدد لأنّه يلزم إرسال مجموعة متنوعة من أنواع البيانات المختلفة، وعلى الرغم من وجود اندفاعات إرسال مختصرة، تستخدم الفواصل الزمنية عادةً لإرسال (148 بتة) من المعلومات، كما يمكن استخدام هذه البيانات لنقل البيانات الصوتية وبيانات التحكم والمزامنة.

يمكن ملاحظة من بنية فتحة (GSM) أنّ توقيت الفتحات في الوصلة الصاعدة والوصلة الهابطة غير متزامن، وهناك إزاحة زمنية بين الإرسال والاستقبال، والإزاحة في توقيت فتحة (GSM) متعمد ممّا أنّ الهاتف المحمول الذي تم تخصيصه لنفس الفتحة في كلا الاتجاهين لا يرسل ويستقبل في نفس الوقت، وممّا يقلل بشكل كبير من الحاجة إلى مرشحات باهظة الثمن لعزل جهاز الإرسال عن جهاز الاستقبال، وكما يوفر مساحة موفرة.

2. اندفاعات GSM:

1. اندفاع عادي GSM:

تُستخدم سلسلة (GSM) هذه للاتصالات القياسية بين الأساس والجهاز المحمول، وعادةً ما تقوم بنقل البيانات الصوتية الرقمية، كما يتم تحديد بنية اندفاع (GSM) العادية بدقة وتتبع تنسيقاً مشتركاً ويحتوي على بيانات توفر عدداً من الوظائف المختلفة:

• 3 بتات ذيل: تمنح بتات الذيل هذه في بداية اندفاع (GSM) وقتاً لجهاز الإرسال لزيادة قوته.

• 57 بت بيانات: تُستخدم كتلة البيانات هذه لنقل المعلومات، وغالباً ما تحتوي على البيانات الصوتية الرقمية على الرغم من أنّه قد يتم استبدالها في بعض الأحيان بمعلومات في شكل قناة التحكم السريع المرتبطة (FACCH)، ويُشار إلى نوع البيانات بواسطة العلم الذي يتبع حقل البيانات.

• علم 1 بت: يشير هذا البت الموجود في اندفاع (GSM) إلى نوع البيانات في الحقل السابق.

• تسلسل تدريب 26 بت: يستخدم تسلسل التدريب هذا كمرجع توقيت وللتعادل، كما يوجد مجموعه ثمانية متواليات بتات مختلفة يمكن استخدامها كل (26 بتة) طويلة، كما يتم استخدام نفس التسلسل في كل فتحة (GSM)، لكن المحطات الأساسية القريبة التي تستخدم نفس قنوات تردد الراديو ستستخدم قنوات مختلفة وهذا يمكّن الهاتف المحمول من التمييز بين الخلايا المختلفة باستخدام نفس التردد.

• علم 1 بت يشير هذا العلم إلى نوع البيانات في حقل البيانات.

• 57 بتة بيانات، تُستخدم كتلة البيانات هذه ضمن اندفاع (GSM) لنقل البيانات.

• 3 بتات ذيل: تستخدم هذه البتات النهائية ضمن اندفاع (GSM) لتمكين قدرة المرسل من الانحدار، وغالباً ما يطلق عليهم بتات الذيل النهائية أو مجرد بتات الذيل.

• وقت الحراسة 8.25 بت، في نهاية اندفاع (GSM) توجد فترة حماية، حيث يتم تقديم هذا لمنع تداخل الاندفاعات المرسلة من الهواتف المحمولة المختلفة، ونتيجةً لاختلاف مسافاتهم عن المحطة الأساسية.

2. اندفاع تزامن GSM:

الغرض من هذا الشكل من اندفاع (GSM) هو توفير التزامن للهواتف المحمولة على الشبكة:

• 3 بتات ذيل: تمنح بتات الذيل هذه في بداية اندفاع (GSM) وقتاً لجهاز الإرسال لزيادة قوته.

• 39 بت من المعلومات.

• 64 بت من تسلسل تدريب طويل.

• 39 بت المعلومات.

• 3 بتات ذيل: لتمكين قدرة المرسل من التقلص.

• 8.25 بت وقت الحراسة: ليكون بمثابة فاصل حراسة.

3. اندفاع تصحيح تردد GSM:

مع ضبط جميع المعلومات الواردة في الاندفاع على أصفار، تتكون الرشقة أساساً من حامل تردد ثابت بدون تغيير في الطور.

• 3 بتات ذيل: تمنح بتات الذيل هذه في بداية اندفاع (GSM) وقتاً لجهاز الإرسال لزيادة قوته.

• تم ضبط كل 142 بت على الصفر.

• 3 بتات ذيل، مرة أخرى لتمكين قدرة المرسل من التقلص.

• 8.25 بت وقت الحراسة: ليكون بمثابة فاصل حراسة.

4. انفجار الوصول العشوائي لنظام GSM:

يتم استخدام هذا الشكل من اندفاعات (GSM) عند الوصول إلى الشبكة، ويتم اختصاره من حيث البيانات المنقولة مع وجود فترة حماية أطول بكثير، كما يتم استخدام هيكل اندفاع (GSM) هذا لضمان ملاءمته للفاصل الزمني بغض النظر عن أي مشاكل توقيت خطيرة قد تكون موجودة، وبمجرد وصول الهاتف المحمول إلى الشبكة ومواءمة التوقيت فلن تكون هناك حاجة لفترة الحراسة الطويلة.

• 7 بتات ذيل: تم تضمين العدد المتزايد من بتات الذيل لتوفير هامش إضافي عند الوصول إلى الشبكة.

• 41 بت تدريب.

• 36 بت بيانات.

• 3 بتات ذيل: لتمكين قدرة المرسل من التقلص.

• وقت الحراسة 69.25 بت: يوفر وقت الحراسة الإضافي الذي يملأ الوقت المتبقي من اندفاع (GSM) اختلافات توقيت كبيرة.

من الضروري أن يُضيف النظام ضوضاء خلفية أو ضوضاء مريحة عند إيقاف تشغيل جهاز الإرسال؛ لأنّ الصمت التام يمكن أن يكون مزعجاً جداً للمستمع، وفقاً لذلك يضاف هذا حسب الحاجة ويتم التحكم في الضوضاء بواسطة واصف إشارة الصمت (SID).