기지국 하위 시스템

독일 박물관에 전시된 [[GSM 기지국의 하드웨어]] **기지국 하위 시스템**(Base station subsystem, **BSS**)은 셀룰러 전화망의 일부로, 휴대 전화와 네트워크 스위칭 하위 시스템 간의 트래픽 및 신호 처리를 담당한다. BSS는 음성 채널의 트랜스코드, 휴대 전화에 대한 무선 채널 할당, 페이징, 전송 및 수신을 무선 인터페이스를 통해 수행하며 무선망과 관련된 다양한 다른 작업을 수행한다.
# 기지국 트랜시버
아일랜드 더블린에 있는 나무로 위장한 두 개의 GSM 기지국 안테나.]] 라피 지역의 황야에 있는 산 정상에 태양광 발전 GSM 기지국 기지국 트랜시버 기지국 트랜시버(BTS)에는 무선 신호를 송수신하는 장비(트랜시버), 안테나, 그리고 기지국 제어기(BSC)와의 통신을 암호화 및 복호화하는 장비가 포함되어 있다. 일반적으로 피코셀 이외의 BTS는 여러 개의 트랜시버(TRX)를 가지고 있어 여러 진동수와 셀의 다른 섹터(섹터화된 기지국의 경우)를 서비스할 수 있다. BTS는 "기지국 제어 기능"(BCF)을 통해 상위 BSC에 의해 제어된다. BCF는 개별 장치로 구현되거나 컴팩트 기지국에서는 TRX에 통합되기도 한다. BCF는 네트워크 관리 시스템(NMS)에 운영 및 유지보수(O&M;) 연결을 제공하고, 각 TRX의 작동 상태를 관리하며, 소프트웨어 처리 및 경보 수집을 담당한다. BTS의 기능은 사용되는 셀룰러 기술과 셀룰러 전화 서비스 제공업체에 따라 다르다. 일부 공급업체에서는 BTS가 MS(모바일 스테이션)로부터 Um 무선 인터페이스를 통해 정보를 수신한 다음 이를 TDM(PCM) 기반 인터페이스인 Abis 인터페이스로 변환하여 BSC로 전송하는 단순한 트랜시버이다. 다른 공급업체에서는 BTS가 정보를 사전 처리하고, 목표 셀 목록을 생성하며, 심지어 셀 내 핸드오버(HO)까지 완전히 처리할 수 있도록 BTS를 구축한다. 이 경우 값비싼 Abis 인터페이스의 부하가 줄어든다는 장점이 있다. BTS는 인터페이스 Um의 레이어 1을 변조할 수 있는 무선 장비를 갖추고 있다. GSM 2G+의 경우 변조 유형은 가우스 최소 편이 변조(GMSK)이며, EDGE 지원 네트워크의 경우 GMSK와 8-PSK이다. 이 변조는 연속 위상 주파수 편이 변조의 일종이다. GMSK에서 반송파에 변조될 신호는 가우스 로우패스 필터로 먼저 평활화된 다음 주파수 변조기에 공급되어 인접 채널에 대한 간섭(인접 채널 간섭)을 크게 줄인다. 안테나 결합기는 여러 TRX(캐리어)에 동일한 안테나를 사용하기 위해 구현되며, 더 많은 TRX가 결합될수록 결합기 손실은 더 커진다. 최대 8:1 결합기는 마이크로 및 피코 셀에서만 발견된다. 주파수 호핑은 전체 BTS 성능을 높이기 위해 종종 사용된다. 이는 한 섹터 내에서 TRX 간에 음성 트래픽을 빠르게 전환하는 것을 포함한다. TRX와 해당 섹터를 사용하는 휴대 전화는 호핑 시퀀스를 따른다. 여러 호핑 시퀀스를 사용할 수 있으며, 특정 셀에 사용되는 시퀀스는 해당 셀에 의해 지속적으로 방송되어 휴대 전화에 알려진다. TRX는 GSM 표준에 따라 송수신하며, 이 표준은 무선 주파수당 8개의 TDMA 타임슬롯을 지정한다. BTS가 서비스하는 지역의 휴대 전화에 일부 정보가 방송되어야 하므로 TRX는 이 용량의 일부를 잃을 수 있다. 이 정보는 휴대 전화가 네트워크를 식별하고 접근하는 것을 가능하게 한다. 이 신호는 방송 제어 채널(BCCH)이라는 채널을 사용한다.
## 섹터화
섹터 안테나 기지국에 서로 다른 방향을 가리키는 지향성 안테나를 사용하여, 여러 개의 다른 셀이 동일한 위치에서 서비스되도록 기지국을 섹터화할 수 있다. 일반적으로 이러한 지향성 안테나는 65도에서 85도의 빔폭을 갖는다. 이는 기지국의 트래픽 용량을 증가시키고(각 주파수는 8개의 음성 채널을 전달할 수 있음) 인접 셀에 발생하는 간섭을 크게 증가시키지 않는다(특정 방향에서는 소수의 주파수만 방송됨). 일반적으로 섹터당 두 개의 안테나가 10 파장 이상 떨어진 간격으로 사용된다. 이를 통해 통신사는 다중 경로 수신과 같은 물리적 현상으로 인한 페이딩 효과를 극복할 수 있다. 수신된 신호가 안테나를 떠날 때 종종 증폭되어 업링크와 다운링크 신호 간의 균형을 유지하는 데 사용된다.access-date=2019-10-09
# 기지국 제어기
기지국 제어기(base station controller, BSC)는 전통적으로 BTS 뒤의 지능을 제공한다. 일반적으로 BSC는 수십 또는 심지어 수백 개의 BTS를 제어한다. BSC는 무선 채널 할당을 처리하고, 휴대 전화로부터 측정값을 수신하며, BTS 간 핸드오버를 제어한다(BSC 간 핸드오버의 경우 제어가 앵커 MSC의 책임인 경우 제외). BSC의 핵심 기능은 많은 저용량 BTS 연결(상대적으로 낮은 활용률)이 이동통신 교환국(MSC)으로 향하는 더 적은 수의 연결(높은 활용률)로 줄어드는 농축기 역할을 하는 것이다. 이는 네트워크가 종종 BTS 근처에 많은 BSC를 분산 배치하고, 이 BSC들이 대규모 중앙 집중식 MSC 사이트에 연결되도록 구성되어 있음을 의미한다. BSC는 BTS 제어기일 뿐만 아니라 일부 공급업체의 경우 완전한 교환국이자 MSC 및 서빙 GPRS 지원 노드(SGSN)(GPRS 사용 시)에 연결되는 SS7 노드이므로 BSS에서 가장 견고한 요소임이 틀림없다. 또한 운영 지원 하위 시스템(OSS)과 성능 측정 센터에 필요한 모든 데이터를 제공한다. BSC는 종종 분산 컴퓨팅 아키텍처를 기반으로 하며, 결함 발생 시 가용성을 보장하기 위해 중요한 기능 유닛에 이중화를 적용한다. 이중화는 BSC 장비 자체를 넘어 전원 공급 장치 및 PCU에 A-ter 인터페이스를 제공하는 전송 장비에 일반적으로 사용된다. 반송파 주파수, 주파수 호핑 목록, 전력 감소 수준, 셀 경계 계산을 위한 수신 수준과 같은 정보를 포함한 모든 사이트의 데이터베이스는 BSC에 저장된다. 이 데이터는 전파의 전파 모델링 및 트래픽 예측을 포함하는 무선 계획 엔지니어링으로부터 직접 얻어진다.
## 트랜스코더
트랜스코더는 모바일 네트워크에서 사용되는 음성 채널 코딩과 전 세계 지상 회선 교환 네트워크인 공중 전화망에서 사용되는 코딩 간의 트랜스코드를 담당한다. 구체적으로, GSM은 모바일 장치와 BSS 간의 음성 데이터에 대해 정규 펄스 여기-장기 예측(RPE-LTP) 코더를 사용하지만, BSS 상류에서는 펄스 부호 변조(A-law 또는 μ-law로 ITU G.711에 표준화됨)를 사용한다. RPE-LPC 코딩은 음성 데이터에 대해 13 kbit/s의 데이터 속도를 제공하는 반면, 표준 PCM 코딩은 64 kbit/s를 제공한다. 동일한 음성 통화에 대한 데이터 속도 변경으로 인해 트랜스코더는 PCM 8비트 워드를 재코딩하여 GSM 20ms 트래픽 블록을 구성할 수 있도록 버퍼링 기능도 갖는다. 트랜스코딩(압축/압축 해제) 기능은 관련 표준에 의해 기지국 기능으로 정의되어 있지만, 여러 공급업체가 BSC 외부에서 이 솔루션을 구현했다. 일부 공급업체는 독점 인터페이스를 사용하여 독립형 랙에 이를 구현했다. 지멘스와 노키아의 아키텍처에서는 트랜스코더가 식별 가능한 별도의 하위 시스템으로, 일반적으로 MSC와 함께 배치된다. 에릭슨의 일부 시스템에서는 BSC가 아닌 MSC에 통합되어 있다. 이러한 설계의 이유는 음성 채널 압축이 MSC 위치에서 이루어지면 BSS와 MSC 간의 고정 전송 링크 수가 줄어들어 네트워크 인프라 비용을 절감할 수 있기 때문이다. 이 하위 시스템은 트랜스코더 및 속도 적응 장치(TRAU)라고도 불린다. 일부 네트워크는 64 kbit/s PCM 대신 32 kbit/s ADPCM을 네트워크의 지상 측에서 사용하며 TRAU는 그에 따라 변환한다. 트래픽이 음성이 아닌 팩스나 이메일과 같은 데이터일 경우, TRAU는 속도 적응 장치 기능을 활성화하여 BSS와 MSC 데이터 속도 간의 호환성을 제공한다.
# 패킷 제어 유닛
패킷 제어 유닛(PCU)은 GSM 표준에 나중에 추가된 기능이다. 이는 BSC의 처리 작업 중 일부를 수행하지만, 패킷 데이터에 대한 것이다. 음성과 데이터 간의 채널 할당은 기지국이 제어하지만, 일단 채널이 PCU에 할당되면 PCU는 해당 채널을 완전히 제어한다. PCU는 기지국 내부에, BSC 내부에 구축될 수 있으며, 일부 제안된 아키텍처에서는 SGSN 사이트에 있을 수도 있다. 대부분의 경우 PCU는 무선 측에서는 BSC와, Gb 측에서는 SGSN과 광범위하게 통신하는 별도의 노드이다.
# BSS 인터페이스
GSM 네트워크 이미지, MS, NSS 및 GPRS 코어 네트워크에 대한 BSS 인터페이스 표시 ;Um: 이동국 (MS)과 BTS 간의 무선 인터페이스. 이 인터페이스는 LAPDm 프로토콜을 사용하여 호출 제어, 측정 보고, 핸드오버, 전력 제어, 인증, 허가, 위치 업데이트 등을 수행한다. 트래픽과 신호는 4.615ms 간격으로 0.577ms의 버스트로 전송되어 각 20ms의 데이터 블록을 형성한다. ;Abis: BTS와 BSC 간의 인터페이스. 일반적으로 DS-1, ES-1 또는 E1 TDM 회로로 전달된다. 트래픽(TCH)을 위한 TDM 서브채널, BTS 감독 및 통신 신호 처리를 위한 LAPD 프로토콜을 사용하며, BSC에서 BTS 및 MS로 동기화를 전달한다. ;A: BSC와 MSC 간의 인터페이스. 트래픽 채널과 SS7 스택의 BSSAP 사용자 부분을 전달하는 데 사용된다. 일반적으로 BSC와 MSC 사이에 트랜스코딩 장치가 있지만, 신호 통신은 이 두 종단점 사이에서 이루어지며, 트랜스코더 장치는 SS7 정보에는 관여하지 않고 음성 또는 CS 데이터만 트랜스코딩되거나 속도 적응된다. ;Ater: BSC와 트랜스코더 간의 인터페이스. 공급업체에 따라 이름이 다른 독점 인터페이스(예: 노키아의 Ater)이며, BSC에서 A 인터페이스 정보를 그대로 전달한다. ;Gb: BSS를 GPRS 코어 네트워크의 SGSN에 연결한다.