Э. Таненбаум - Компьютерные сети. (4-е издание) (PDF) (1130118), страница 49
Текст из файла (страница 49)
В AMPS этим занимается коммутатор, не привлекая никакие мобильные устройства. Как видно из рис. 2.36, в D-AMPS третьвремени мобильный телефон занимается не передачей и не приемом информации. Он использует пустые кадровые интервалы для измерения качества линии.Когда он обнаруживает, что сигнал пропадает, то жалуется на это коммутатору,который разрывает соединение с текущей базовой станцией. В это время телефон может попытаться найти станцию с более сильным сигналом.
Как и вAMPS, на передачу уходит около 300 мс. Метод, используемый в D-AMPS, называется передачей с помощью телефона, МАНО (Mobile Assisted HandOff).NataHaus.RUКадр TDM 40 мсИсходящийканал12Входящийканал31|2|331Кадр TDM 40 мс21850,01 МГц3 с телефонана базу121930,05 МГцс базына телефон6234561850,01 МГцс телефонана базу123451930,05 МГцс базына телефон324-битный интервал:64 управляющих бита101 бит коррекции ошибок159 бит данных (речь)абРис. 2.36. Канал D-AMPS с тремя абонентами (а); канал D-AMPS с шестью абонентами (б)Каждый кадр обслуживает трех пользователей, которые поочередно занимают исходящий и входящий каналы. Во время первого кадрового интервала(рис.
2.36, а), например, пользователь 1 может передавать данные на базовую станцию, а в это время пользователь 3 может'принимать данные. Кадровый интервалсостоит из 324 бит, из них 64 используются для организации защитного интерва-GSM — глобальная система мобильной связиСистема D-AMPS широко распространена в США и (в несколько измененнойформе) в Японии. Практически весь остальной мир использует систему под названием GSM (Global System For Mobile Communications — глобальная системамобильной связи). Впрочем, GSM начинает проникать и в США. В первом приближении, система GSM подобна D-AMPS.
И та, и другая — сотовые системы.И там, и там применяется частотное уплотнение. Каждый телефон передает данные на одной частоте, а получает — на другой (последняя выше первой: 80 МГц-| 96в D-AMPS и 55 МГц в GSM). В обеих системах пара частотных каналов разбивается с помощью временного уплотнения на кадровые интервалы, используемыенесколькими абонентами.
Однако каналы GSM значительно шире каналовAMPS (200 кГц против 30 кГц) и обслуживают относительно мало дополнительных пользователей (8 против 3), в результате чего в GSM скорость передачи данных одним пользователем оказывается гораздо выше, чем в D-AMPS.Далее мы рассмотрим лишь основные свойства GSM.
А печатный вариант стандарта GSM занимает свыше 5000 (sic!) страниц. Основная часть текста относится к описанию инженерных аспектов системы, в частности, устройства приемников, обрабатывающих многолучевое распространение сигналов, синхронизацииприемников и передатчиков. Ни о том, ни о другом мы не сможем рассказатьв этой книге.Итак, каждая полоса частот имеет ширину 200 кГц. Система GSM имеет124 пары симплексных каналов, как показано на рис. 2.37. Ширина пропусканиякаждого симплексного канала составляет 200 кГц.
Канал поддерживает 8 отдельных соединений при помощи временного уплотнения. Каждой активной в данныймомент базовой станции назначен один кадровый интервал на пару каналов.Теоретически, каждая сота может иметь до 992 каналов, однако многие из нихсознательно делают недоступными во избежание конфликтов с соседними сотами. На рис. 2.36 восемь заштрихованных кадровых интервалов принадлежат одному и тому же соединению, по четыре в каждом направлении.
Прием и передача происходят в разных интервалах, поскольку аппаратура GSM не можетработать одновременно в двух режимах, и на перестройку требуется некотороевремя. Если мобильной станции присвоен диапазон 980,4/935,4 МГц и кадровыйинтервал 2 хочет осуществить передачу на базовую станцию, он воспользуетсянижним набором заштрихованных интервалов (а также последующими), размещая в каждом из них порцию данных. Так будет продолжаться до тех пор, покане будут посланы все данные.Интервалы TDM, изображенные на рис. 2.37, являются частью сложной иерархической системы кадров. Каждый интервал имеет специфическую структуру, как и их группы.
Упрощенная иерархия изображена на рис. 2.38. Мы видимздесь, что интервал TDM состоит из 148-битного кадра данных, который занимаетканал на 577 мкс (включая защитный интервал длиной 30 мкс). Кадры данныхначинаются и заканчивается тремя нулями, это делается для их разграничения.В них также входят 57-битные информационные (Information) поля, в каждом изкоторых присутствует контрольный бит проверки содержимого (голос/данные).Между информационными полями имеется 26-битное поле синхронизации (Sync),которое используется приемником для синхронизации с границей кадра передатчика.Зарезервировано —для будущегоиспользования-32.
500-битный мультифрейм передается за 120 мс01 234NataHaus.RU0657821А 935,4 МГцJ 935,2 МГц| | | | | | |М М ММ М М II£ 914,8 МГц[890,4 МГц890,2 МГцМММММIКанал| [11 М МММММММММI М II II I I М М М I Ii м мi м м мI I I I II II I II III II 111I II I I I IК. С базы2 на телефон1J1124I I II I 11II II II 1I, С телефонана базуВремя Рис. 2.37.
GSM имеет 124 частотных канала, в каждом из них 8-интервальнаясистема с разделением времени•С9 10 11 Т 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24L— 1250-битный кадр TDM передается за 4,615 мс354" " ' "Биты57СинхронизацияWtГ* - > . .6'\А-" • - - . -148-битный кадр данныхпередается за 547 мкс000 ИнформацияКадр TDM959,8 МГц I | | | |197Мобильная телефонная системаГлава 2^Физический уровень8,25-битный(40 мкс)защитныйинтервалИнформация 00057Признакданных/речиРис. 2.38. Часть иерархической структуры кадров GSMКадр данных передается за 547 мкс, но передатчику разрешается посылатьданные только через каждые 4,615 мс, поскольку он делит канал с семью другими станциями.
Общая скорость каждого канала составляет 270 883 бит/с. Онаделится между 8 пользователями. Итого получается 33,854 Кбит/с, что болеечем в два раза превышает 16,2 Кбит/с D-AMPS (324 бита 50 раз в секунду). Темне менее, как и в AMPS, на накладные расходы тратится большая часть пропускной способности, и в итоге на одного пользователя приходится 24,7 Кбит/с (пеРед началом исправления ошибок).
После исправления ошибок остается 13 Кбит/с,С помощью которых нужно передать голос. Это уже почти в два раза лучше, чемD-AMPS (за счет использования соответственно увеличенной пропускной способности).198Глава 2. Физический уровеньМобильная телефонная системаКак видно на рис. 2.38, 8 кадров данных образуют один кадр TDM, a 26 кадров TDM образуют 120-миллисекундный мультикадр. В мультифрейме двенадцатый интервал используется для служебных целей, а двадцать пятый зарезервирован для будущего использования, поэтому для пользовательского трафикаостается только 24 интервала.Тем не менее, в дополнение к 26-интервальному мультифрейму, показанномуна рис. 2.38, используется еще и 51-интервальный мультифрейм (не показан нарисунке).
Некоторые интервалы нужны для управляющих каналов. Широковещательный управляющий канал представляет собой непрерывный поток, исходящий от базовой станции, в котором содержатся ее идентификационная информация и статус канала. Все мобильные устройства производят мониторинг мощностисигнала, по которому они определяют моменты перехода в ведение новой БС.Выделенный управляющий канал используется для поиска мобильного телефона, обновления информации о нем, регистрации и установки соединения.
В частности, каждая БС содержит базу данных телефонов, находящихся в текущий момент под ее юрисдикцией. Информация, необходимая для обновления этой базы,передается по выделенному управляющему каналу.Наконец, есть еще общий управляющий канал, разделяемый на три логических подканала.
Первый из них — пейджинговый канал, с помощью которого базовая станция сообщает о входящих звонках. Каждый мобильный телефон постоянно прослушивает его в ожидании звонка, на который он должен ответить.Второй — канал случайного доступа, позволяющий пользователям запросить интервал в выделенном управляющем канале. Если два запроса сталкиваются (коллизия), они искажаются, и им приходится впоследствии осуществлять повторные попытки.
Используя выделенный управляющий канал, мобильный телефонможет инициировать исходящий звонок. Присвоенный интервал объявляется припомощи третьего подканала — канала предоставления доступа.систему ссылаются именно таким образом. Также используется название торговой марки — cdmaOne.Да, CDMA полностью отличается от AMPS, D-AMPS и GSM. Вместо разделения доступного частотного диапазона на сотни узких каналов в CDMA каждаястанция может при передаче все время пользоваться полным спектром частот.Одновременный множественный доступ обеспечивается за счет применения теории кодирования.
CDMA также отдыхает от мысли о том, что одновременно пришедшие кадры должны портиться. Вместо этого предполагается, что сигналы добавляются линейно.Прежде чем разбирать алгоритм работы, рассмотрим следующую аналогию.Представьте себе зал ожидания в аэропорту. Множество пар оживленно беседуют. Временное уплотнение можно сравнить с ситуацией, когда все люди находятся в центре зала и говорят по очереди.
Частотное уплотнение мы сравним сситуацией, при которой люди находятся в разных углах и ведут свои разговоры,которые не слышны другим. Это происходит одновременно, но независимо. ДляCDMA лучше всего подходит сравнение с ситуацией, когда все в центре зала, однако каждая пара говорящих использует свой язык общения. Франкоговорящиепромывают косточки всем остальным, воспринимая чужие разговоры как шум.Таким образом, ключевой идеей CDMA является выделение полезного сигналапри игнорировании всего остального. Далее следует слегка упрощенное описание технологии CDMA.В CDMA каждый битовый интервал разбивается на т коротких периодов, называемых элементарными сигналами, или чипами (chip).
Обычно в битовом интервале помещаются 64 или 128 элементарных сигналов. В нашем примере мыбудем допускать, что битовый интервал содержит только 8 элементарных сигналов на бит, и это надо воспринимать лишь как упрощение.Каждой станции соответствует уникальный m-битный код, называющийся элементарной последовательностью. Чтобы передать 1 бит, станция посылает своюэлементарную последовательность. Чтобы передать бит со значением 0, нужноотправить вместо элементарной последовательности ее дополнение (все единицы последовательности меняются на нули, а все нули — на единицы). НикакиеДругие комбинации передавать не разрешается. Таким образом, если т = 8 истанции присвоена 8-битная элементарная последовательность 00011011, то битсо значением «1» передается кодом 00011011 (что соответствует элементарнойпоследовательности), а бит со значением «0» передается кодом 11100100 (дополнение элементарной последовательности).Оправдать возросшее в т раз количество информации, которое необходимопередавать (чтобы скорость составила Ь бит/с, нужно отправлять mb элементарных сигналов в секунду), можно только за счет увеличения в т раз пропускнойспособности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
