Основные принципы формирования сигналов в сотовой системе связи стандарта gsm

Основные принципы формирования сигналов  в сотовой системе связи стандарта GSM

(Group special mobile, Global system for mobile radio)

Все сообщения (речь, данные, управляющие команды) после оцифровки, помехоустойчивого кодирования и разделения на пакеты с определенным количеством бит образуют логические каналы разных типов, в зависимости от вида сообщения и скорости передачи.

Сообщения логического канала передаются по физическому каналу. В одном физическом канале может размещаться более чем один логический  канал.

Для защиты от ошибок применяется помехоустойчивое кодирование: блочное, сверточное, перемежение. Алгоритмы кодирования в разных логических каналах отличаются.

В режиме защиты информации от подслушивания применяется шифрование по  алгоритму с открытым ключом RSA.

Для оцифровки речи применяются кодеки с возбуждением регулярными импульсами (regular-pulse exited) и предсказанием. Скорость оцифровки речи 13 кбит/c, после помехоустойчивого кодирования скорость передачи повышается до 22,8 кбит/c.

Физические каналы разделяются по частоте и времени  (frequency -time division multiple access - FDMA - TDMA).

Диапазон частот и количество частотных каналов зависят от модификации системы.

Рекомендуемые материалы

В системе  GSM - 900 есть 124 дуплексных канала с разными частотами в прямом (fall – нисходящий поток сообщений  от BS к MS)  и обратном (rise – восходящий поток сообщений от MS к  BS)  каналах в полосе 890-960 МГц.

 В системе  GSM -1800 есть  325 дуплексных канала в полосе 1710-1880 МГц. На один частотный канал отведена полоса 200 кГц. Метод модуляции – частотная с минимальным частотным сдвигам и гауссовой фильтрацией  (GMSK) с нормированной полосой В_0,5Т_в=0,3 (В_0,5- полоса фильтра по уровню 3 дБ, Т_в- длительность бита).

В каждом частотном канале организовано 8 каналов, разделенных по времени. Для повышения эффективности помехоустойчивого кодирования в условиях многолучевого распространения радиосигнала применяется медленное (217 скачков в секунду) скачкообразное изменение частоты. Частота изменяется по определенной программе  в каждом следующем кадре.

Схема мультиплексирования в системе GSM – 900

Разделение каналов по частоте:

«прямые» каналы BS-MS                                   «обратные» каналы MS-BS

Разделение каналов по времени:

Гипер-кадр = 2048 суперкадров =2715648 кадров = 3,5 часа времени

Суперкадр = 51 мультикадров по 26 кадров = 26 мультикадров по 51 кадр

Мультикадр = 26 (51) кадров

Кадр = 8 окон, канальных интервалов, слотов

                                              окно 

Вид и содержание окна зависят от его типа. Для передачи данных и сигналов  управления, синхронизации используются окна разных типов:

NB (Normal burst) – нормальный временной интервал,

FB (Frequency correction burst) – интервал подстройки частоты,

SB (Synchronization burst) – интервал временной синхронизации,

DB (Dummy burst) – установочный интервал,

AB (Access burst) – интервал доступа.

Гиперкадр большой длительности необходим для осуществления криптографической защиты.

Состав логических каналов в системе GSM

Логические каналы связи   (TCH – traffic channels) передают речь и данные с разными скоростями от  22,8 кбит/с (передача речи с полной скоростью) до 2,4 кбит/с (передача данных с половинной скоростью). Это каналы TCH/FS, TCH/HS, TCH/F9,6, TCH/F4,8 TCH/F2,4, TCH/H4,8.

Логические каналы управления  (CCH – Control channels) передают сигналы управления и синхронизации. Разделяются на типы:

- BCCH – Broadcast control channels для передачи от BS к MS,

- CCCH – Common control channels,

- SDCCH – Stand-alone dedicated control channels,

- ACCH – associated control channels.

BCCH:

- FCCH - frequency correction channel - синхронизация несущей в  MS (окна типа FB),

- SCH – synchronization channel - информация для кадровой синхронизации MS (окна типа SB),

- BCCH - broadcast control channel - отсылка команд управления процессом передачи сообщений.

                                                 CCCH:

- PCH – paging channel - канал вызова  MS по инициативе BS,

- RACH – random access channel (канал параллельного доступа).  MS

запрашивает у BS  номер своего канала для доступа к сети в режиме ALOHA,

- AGCH – access grant channel. BS разрешает  MS доступ к сети по каналам SDCCH  и TCH.

SDCCH:

Выделенные индивидуальные каналы управления. Используются для установки требуемого абонентом вида обслуживания.

ACCH:

- FACCH – fast associated control channel – передача команд при переходе MS из соты в соту,

- SACCH – slow associated control channel – отсылка от BS к MS команд установки мощности передачи MS  и от  MS к BS - информации об уровне принимаемого MS  сигнала.

Назначение и структура канальных окон системы GSM

Длительность каждого окна любого типа -  576,9 мкс (156,25 битов)

Окна типа NB

В окнах типа  NB размещается зашифрованная информация –114 бит.

Обучающая последовательность, известная приемнику, используется для оценки импульсной характеристики канала связи и установки параметров адаптивного эквалайзера в приемнике, а также для оценки качества связи и задержки распространения сигнала.

TB (tail bits) –концевая комбинация.

GP (guard period) – защитный интервал по времени в 30,46 мкс (8,25 бита).

SF (steering flag) –указывает тип информации: речь или сигнализация.

Окна типа FB

Окна типа FB предназначены для синхронизации MS по частоте. 142 бита соответствуют немодулированной несущей частоте. Повторяющиеся окна данного типа составляют логический канал установки частоты FCCH.

Окна типа SB

Рекомендуем посмотреть лекцию "Таблицы по кристаллографии".

Окна типа SB предназначены для синхронизации MS и BS по времени. Повторяющиеся окна образуют логический канал синхронизации SCH. 78 информационных бит содержат номер кадра и идентификационный код BS.

Окна типа DB

Предназначены для установки и тестирования канала связи и подтверждения работоспособности передатчика. Структура окна аналогична окну NB.  Информация в окне отсутствует.

Окна типа АВ

Окна типа АВ предназначены для получения разрешения на доступ MS  к новой   BS. Это первый пакет, передаваемый от  MS. 41 бит синхронизации настраивают BS  для правильного чтения последующих 36 бит. Защитный интервал увеличен с расчетом на максимальный размер соты.