Структурная схема GSM сотового телефона
Структурная схема сотового радиотелефона, работающего в цифровом стандарте GSM (рис. 5.3), состоит из аналоговой и цифровой частей, которые обычно располагаются на отдельных платах. Аналоговая часть включает в себя приемное и передающее устройства, которые по своим характеристикам и построению напоминают описанные выше.
В системах стандарта GSM передатчик и приемник сотового телефона работают не одновременно. Передача осуществляется только в течение 1/8 длительности кадра. Это значительно уменьшает расход энергии аккумуляторной бата-реи и увеличивает время функционирования как в режиме передачи (разговора), так и в режиме приема (ожидания). Кроме того, заметно снижаются требования к ВЧ-фильтру приемника, выполненному на ПАВ, что делает возможным интеграцию МШУ со смесителем. Блок сопряжения прием-передача — это электронный коммутатор, подключающий антенну либо к выходу передатчика, либо ко входу приемника, поскольку сотовый телефон никогда не работает на прием и передачу одновременно.
Рис. 5.3. Функциональная схема радиотелефона цифрового стандарта GSM
Принимаемый сигнал после прохождения входного полосового фильтра усиливается МШУ и поступает на первый вход первого смесителя. На второй вход поступает сигнал гетеродина fпрм с синтезатора частот. Сигнал первой промежуточной частоты fпр, проходит через полосовой фильтр на ПАВ и усиливается усилителем первой промежуточной частоты УПЧ1, после чего поступает на первый вход второго смесителя. На второй его вход поступает сигнал гетеродина fг с генератора частот. Полученный сигнал второй промежуточной частоты fпр2 фильтруется полосовым фильтром на ПАВ, усиливается усилителем УПЧ2, демодулируется и поступает на аналого-цифровой преобразователь (АЦП), где преобразуется в сигнал, необходимый для работы цифрового логического блока, выполненного на центральном процессоре CPU.
В режиме передачи информационный цифровой сигнал, сформированный в логическом блоке, поступает на 1/О-генератор, где происходит формирование модулирующего сигнала. Последний поступает в фазовый модулятор, с которого сигнал fфм поступает в смеситель. На второй вход смесителя поступает сигнал fпрд с синтезатора частот. Полученный сигнал fс1 через полосовой фильтр поступает в усилитель мощности (УМ), управляемый с помощью центрального процессора CPU. Усиленный до необходимого уровня сигнал fс1 через полосовой керамический фильтр поступает к антенне А и излучается в окружающее пространство.
Цифровая логическая часть сотового телефона (рис. 5.4) обеспечивает формирование и обработку всех необходимых сигналов. Сердцевиной этой важной части цифрового телефона является центральный процессор CPU. Он выполнен в виде СБИС на микромощных полевых транзисторах со структурой «металл-диэлектрик-полупроводник» (МДП или MOS).
В состав цифровой части телефона входят:
• Цифровой сигнальный процессор (CPU) со своей оперативной и постоянной памятью, осуществляющий управление работой сотового телефона. CPU телефонов несколько проще, чем микропроцессоры компьютеров, но тем не менее являются сложнейшими микроэлектронными изделиями.
• Аналого-цифровой преобразователь (АЦП), который преобразует аналоговый сигнал с выхода микрофона в цифровую форму. При этом вся последующая обработка и передача сигнала речи производится в цифровой форме, вплоть до обратного цифро-аналогового преобразования.
• Кодер речи, осуществляющий кодирование сигнала речи, имеющего уже цифровую форму, по определенным законам с использованием алгоритма сжатия для сокращения избыточности сигнала. Таким образом осуществляется сокращение объема информации, которую необходимо передавать по радиоканалу связи.
• Кодер канала, добавляющий в цифровой сигнал, получаемый с выхода кодера речи, дополнительную (избыточную) информацию, предназначенную для защиты от ошибок при передачи сигнала по линии связи. С этой же целью информация подвергается определенной переупаковке (перемежению). Кроме того, кодер канала вводит в состав передаваемого сигнала информацию управления, поступающего от логической части.
• Декодер канала, выделяющий из входного потока данных управляющую информацию и направляющий ее в логический блок. Принятая информация проверяется на наличие ошибок, которые по возможности исправляются. Для последующей обработки принятая информация подвергается обратной по отношению к кодеру переупаковке.
Рис. 5.4. Цифровая и логическая часть мобильного сотового телефона
• Декодер речи, восстанавливающий поступающий на него с декодера канала цифровой сигнал речи, переводящий его в естественную форму, со свойственной ему избыточностью, но по-прежнему в цифровом виде. Отметим, что для сочетания кодера и декодера, расположенных в одном корпусе интегральной микросхемы, иногда употребляют название кодек (например, кодек речи, канальный кодек).
• Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), преобразующий принятый сигнал речи в аналоговую форму и подающий этот сигнал на вход усилителя динамика.
Эквалайзер, служащий для частичной компенсации искажений сигнала из-за многолучевого распространения. Эквалайзер является адаптивным фильтром, настраиваемым по обучающей последовательности символов, входящих в состав передаваемой информации. Этот блок, вообще говоря, не является функционально необходимым и в некоторых случаях может отсутствовать.
• Клавиатура, представляющая собой наборное поле с цифровыми и функциональными клавишами для набора номера вызываемого абонента, а также команд, определяющих режим работы сотового телефона.
• Дисплей, служащий для отображения различной информации, предусмотренной устройством и режимом работы станции.
• Блок шифрования и дешифрования сообщений, предназначенный для обеспечения конфиденциальности передачи информации.
• Детектор речевой активности (voice activity detector), включающий передатчик на излучение только на те интервалы времени, когда абонент говорит. На время паузы в работе передатчика в тракт дополнительно вводится так называвемый комфортный шум. Это сделано в интересах экономного расходования энергии источника питания, а также снижения уровня помех для других станций.
• Терминальные устройства, используемые для подключения через специальные адаптеры с использованием соответствующих интерфейсов, факс-аппаратов, модемов и др.
• SIM-карта (SIM — subscriber identification module, буквально — модуль идентификации абонента) — пластиковая пластина с микросхемой, вставляемая в специальное гнездо абонентского аппарата. В SIM-карте хранятся:
— данные, присваиваемые каждому абоненту: международный идентификационный номер подвижного абонента (IMSI), ключ аутентификации абонента (Ki) и класс управления доступом;
— временные данные о сети: временные идентификационный номер подвижного абонента (TMSI), идентификатор области местоположения (LAI), ключ шифрования (Ке), данные о запрещенных для доступа подвижных сетях;
— данные, относящиеся к обслуживанию: предпочтительный язык общения, уведомления об оплате и перечень заявленных услуг.
Одна из основных задач SIM-карты состоит в обеспечении защиты от несанкционированного использования сотового телефона. На уровне абонентского интерфейса на SIM-карте записывается персональный идентификационный номер (PIN-номер) длиной от 4 до 8 разрядов, который микропроцессор SIM-карты после включения станции сверяет с номером, набираемым пользователем с помощью клавиатуры. Если три раза подряд набран ошибочный PIN-номер, использование SIM-карты блокируется до тех пор, пока абонент не введет 8-разрядный персональный ключ разблокирования (PUK).
Если ошибочный PUK вводится 10 раз подряд, использование SIM-карты полностью блокируется и абонент будет вынужден обратиться к оператору сети.
Кроме того, благодаря SIM-картам имеется возможность звонить не только со своего сотового телефона, но и с любого другого GSM-телефона, достаточно вставить SIM-карту в аппарат и набрать личный идентификационный PIN-номер.
5.3 Услуги сотовой связи. Конфиденциальность связи. Фрод в сотовой связи. Биологическая безопасность.
В системах второго поколения пользователю могут быть предоставлены основные и дополнительные услуги связи. Основные услуги связи: телефонная связь, экстренные вызовы, передача коротких сообщений, факсимильная связь. Услуга экстренного вызова позволяет устанавливать абонентской станции речевую связь с ближайшим центром экстренной службы. К дополнительным услугам связи относятся:
· услуги по распознаванию номера;
· переадресация и перенаправление вызова;
· услуги завершения связи (вызов на удержании, вызов с ожиданием и т.п.);
· конференц-связь;
· услуги по учету стоимости переговоров;
· услуги группового соединения;
· услуги по ограничению вызовов и др.
В условиях конкурентной борьбы за абонента операторы крупных сетей стараются внедрять новые услуги. В последнее время были введены такие услуги, как подключение абонента на условиях предоплаты, услуга WAP – доступ в сеть Интернет непосредственно с мобильного терминала, система глобального позиционирования GPS, видеосвязь и др.. Но такие возможности появились с появлением коммуникаторов (смартфонов).
Конфиденциальность связи обеспечивается защитой от несанкционированного доступа к каналам связи. Для этого используются различные методы шифрования. Например в стандарте GSM шифрование осуществляется путем помехоустойчивого кодирования и перемежения и заключается в поразрядном сложении по модулю 2 информационной битовой последовательности и псевдослучайной битовой последовательности, составляющей основу шифра. Повторное применение операции сложения по модулю 2 с той же псевдослучайной последовательностью к зашифрованной инфомационной последовательности восстанавливает исходную информационную битовую последовательность, то есть реалищует дешифрацию шифрованного сообщения (рис. ).
Существует еще возможность защиты от подслушивания – это скремлирование (scrambling – перемешивание, перетасовка), являющееся своебразным шифрование путем перестановки участков спектра или сегментов речи, осуществляемое во внешнем по
Рис.5.5. Принцип шифрования и дешифрации информации в стандарте GSM.
отношению к мобильному телефону устройстве с соответствующим дескремблированием на приемном конце.
Фрод (от англ. fraud — обман, мошенничество) — одна из серьезных проблем сотовой связи. Фрод можно определить как незаконную деятельность, направленную на использование услуг сотовой связи без надлежащей оплаты или за счет оплаты этих услуг людьми, такими услугами не пользующимися.
Время от времени мировую и нашу прессу потрясают сообщения о мошенничествах в области сотовой связи. Самое неприятное, когда зарегистрированный за кем-то сотовый телефон попадает в руки мошенников, способных обмануть поставщиков сотовой связи и бесконтрольно осуществлять переговоры в большом объеме. Порой для этого используются примитивные приемы (например, злостные неплатежи), а порой весьма тонкие методы, основанные на прекрасном знании документации по сотовым сетям связи. Практикуется переделка номеров сотовых аппаратов и всевозможная «химия» с шифрами и паролями.
Потери от фрода, даже после многих лет борьбы с ним, достигают нескольких процентов от общего объема услуг сотовой связи. К примеру, в 1996 г. в США они составили сумму чуть более 1 млрд долл. при общем доходе от сотовой связи 21 млрд долл. Данные о таких потерях большинство операторов старается не публиковать, и они становятся известными общественности спустя годы после крупных «проколов».
Если у вас появилось подозрение, что кто-то пользуется (явно или неявно) вашим аппаратом, то необходимо немедленно поставить в известность об этом поставщика услуг сотовой связи. Например, такое подозрение может базироваться на заметном увеличении объема оплаты услуг сотовой связи по сравнению с привычным для вас уровнем. Если не проконтролировать случившееся, то вы можете неожиданно получить счет на сотни, если не на тысячи долл.. И будете втянуты в долгую судебную тяжбу с неясным исходом.
Кроме фрода, огромный ущерб сотовой связи наносит продажа «серых» телефонов. Это могут быть приобретенные по дешевке забракованные аппараты, которые затем кустарно доводятся до рабочего состояния — нередко далеко не по всем функциональным возможностям. Такие аппараты доставляют массу хлопот не только их владельцам, позарившимся на дешевизну, но и операторам сотовой связи. Ибо, плохо выполняя (или вообще не выполняя) многие функции, они вызывают шквал звонков в службы сервиса.
Подслушивание разговоров по сотовым телефонам — тоже далеко не безобидная вещь. Особенно уязвимы в этом аналоговые сети. Но и в цифровых сетях, даже при наличии соответствующего оборудования для кодирования и декодирования разговоров, подслушивание их тоже вполне возможно. Об этом стоит помнить, ведя разговоры.
Приемы незаконного использования сотовых телефонов разнообразны, хотя и существует мнение о том, что об этом надо знать. Только вот в каком объеме? К примеру, всякому ясно, что сотовый телефон можно использовать в качестве очень простого радиовзрывателя. Однако описание пусть даже простой схемы такого применения едва ли можно приветствовать. Соответствующие органы мигом могут признать это пособием для террористов. Поэтому, предупредив пользователя о наличии брешей в законном применении сотовых телефонов, мы на этом окончим описание этих тонких моментов в применении мобильных телефонов.
Биологическая безопасность.
Время от времени появляются сенсационные новости о развитии раковых опухолейот использовании сотового телефона. Где-то в США вроде были даже судебные процессы по этому поводу. Встречаются и сообщения о взрывах автостоянокво время заправки автомобилей, о сбившихся с курса самолетах, об остановившихся по вине сотовых телефонов реакторах атомных электростанций и т.д. В подавляющем большинстве случаев документального подтверждения такие «новости» не находят.
В самом деле частоты сотовой связи относятся к тому виду электромагнитного излучения, которое легко поглощается тканями наших рук, головы и головного мозга. Исследования показали, что до 60 % энергии излучения сотового телефона поглощается тканями головы человека. Правда, только часть энергии СВЧ-излучения попадает вглубь головы. Большая часть поглощается кожей и костями черепа.
Между тем никаких официальных данных о каком-либо влиянии излучения сотовых телефонов на организм человека нет. И не потому, что соответствующие исследования не проводились. А потому, что нормы на мощность излучения намного меньше тех норм, которые были установлены для людей соответствующими инстанциями.
Степень поглощения энергии электромагнитного излучения организмом человека является величина SAR (Specific Absorption Rates). Она выражается в энергии поглощенного излучения на единицу массы (г или кг) биоткани. При этом за 20 минут воздействия ткань нагревается на 1 °С.
Нетрудно понять, что такой чисто «термодинамический» подход отнюдь не способствует успокоению людей. Ибо не надо обладать обширными медицинскими познаниями, чтобы считать, что действие излучения сводится отнюдь не только к нагреву тканей организма. Нельзя не учитывать, что на генетическом уровне куда менее мощное излучение способно вызвать нарушение клеточной структуры тела или повреждение генов. Поэтому, в Европе, к примеру, установлена норма SAR в 2 мВт /г.
Между прочим, есть простой способ кардинально ослабить степень воздействия радиоизлучения мобильных телефонов на организм человека, и прежде всего на его голову. Это применение специальной гарнитуры hands free (свободные руки). Эта гарнитура представляет собой закрепляемый на голове наушник и микрофон, а также пульт управления радиотелефоном. Сам телефон может быть установлен в отдалении. Возможно подключение к нему и внешней антенны, которая может быть установлена за окном или даже на крыше автомобиля.
Кстати, из всех видов опасности, связанной с сотовыми телефонами, на первом месте стоит отвлечение пользователя от своей основной работы. Например, весьма часты автомобильные аварии, связанные с тем, что водитель во время езды берет телефон в руки, и особенно когда он набирает номер. Во многих странах, включая и Россию, это запрещено и преследуется штрафами. Гарнитура hands free и голосовое управление телефоном — вот основные средства против этого фактора.
Контрольные вопросы
1. Назовите типовые блоки абонентской мобильной станции?
2. Раскажите устройство и основное назначение узлов аналогового мобильного телефона?
3. Раскажите устройство и основное назначение узлов цифрового мобильного телефона?
4. Дайте определение «фрод» и чем он опасен?
5. Перечислите основные меры, направленные на снижения влияния излучения сотовой связи на организм человека?
6. Основные симптомы проявления болезни обусловленной радиоизлучением?
7. Перечислите основные услуги предоставляемой сотовой связью?
8. Как обеспечивается конфиденциальность связи в мобильных сетях?
Дата добавления: 2016-07-22; просмотров: 17958;