Система сотовой цифровой мобильной связи. Описание стандарта GSM

Интерфейс

Сетевые и радиоинтерфейсы

При проектировании цифровых сотовых систем подвижной связи стандарта GSM рассматриваются интерфейсы трех видов: для соединения с внешними сетями; между различным оборудованием сетей GSM; между сетью GSM и внешним оборудованием. Все существующие внутренние интерфейсы сетей GSM полностью соответствуют требованиям Рекомендаций ETSI/GSM 03.02.

Интерфейсы с внешними сетями

Соединение с PSTN

Соединение с телефонной сетью общего пользования осуществляется MSC по линии связи 2 Мбит/с в соответствии с системой сигнализации SS N 7. Электрические характеристики 2 Мбит/с интерфейса соответствуют Рекомендациям МККТТ G.732.

Соединение с ISDN

Для соединения с создаваемыми сетями ISDN предусматриваются четыре линии связи 2 Мбит/с, поддерживаемые системой сигнализации SS N 7 и отвечающие Рекомендациям Голубой книги МККТТ Q.701-Q.710, Q.711-Q.714, Q.716, Q.781, 0.782, 0.791, 0.795, 0.761-0.764, 0.766.

Соединение с существующей сетью NMT-450

Центр коммутации подвижной связи соединяется с сетью NMT-450 через четыре стандартные линии связи 2 Мбит/с и системы сигнализации SS N7. При этом должны обеспечиваться требования Рекомендаций МККТТ по подсистеме пользователей телефонной сетью (TUP - Telephone User Part) и подсистеме передачи сообщений (МТР - Message Transfer Part) Желтой книги. Электрические характеристики линии 2 Мбит/с соответствуют Рекомендациям МККТТ G.732.

Соединения с международными сетями GSM

В настоящее время обеспечивается подключение сети GSM в Москве к общеевропейским сетям GSM. Эти соединения осуществляются на основе протоколов систем сигнализации (SCCP) и межсетевой коммутации подвижной связи (GMSC).

Внутренние GSM - интерфейсы

Интерфейс между MSC и BSS (А-интерфейс) обеспечивает передачу сообщений для управления BSS, передачи вызова, управления передвижением. А-интерфейс объединяет каналы связи и линии сигнализации. Последние используют протокол SS N7 МККТТ. Полная спецификация А-ин-терфейса соответствует требованиям серии 08 Рекомендаций ETSI/GSM.

Интерфейс между MSC и HLR совмещен с VLR (В-интерфейс). Когда MSC необходимо определить местоположение подвижной станции, он обращается к VLR. Если подвижная станция инициирует процедуру местоопределения с MSC, он информирует свой VLR, который заносит всю изменяющуюся информацию в свои регистры. Эта процедура происходит всегда, когда MS переходит из одной области местоопределения в другую. В случае, если абонент запрашивает специальные дополнительные услуги или изменяет некоторые свои данные, MSC также информирует VLR, который регистрирует изменения и при необходимости сообщает о них HLR.

Интерфейс между MSC и HLR (С-интерфейс) используется для обеспечения взаимодействия между MSC и HLR. MSC может послать указание (сообщение) HLR в конце сеанса связи для того, чтобы абонент мог оплатить разговор. Когда сеть фиксированной телефонной связи не способна исполнить процедуру установления вызова подвижного абонента, MSC может запросить HLR с целью определения местоположения абонента для того, чтобы послать вызов MS.

Интерфейс между HLR и VLR (D-интерфейс) используется для расширения обмена данными о положении подвижной станции, управления процессом связи. Основные услуги, предоставляемые подвижному абоненту, заключаются в возможности передавать или принимать сообщения независимо от местоположения. Для этого HLR должен пополнять свои данные. VLR сообщает HLR о положении MS, управляя ею и переприсваивая ей номера в процессе блуждания, посылает все необходимые данные для обеспечения обслуживания подвижной станции.

Интерфейс между MSC (Е-интерфейс) обеспечивает взаимодействие между разными MSC при осуществлении процедуры HANDOVER - "передачи" абонента из зоны в зону при его движении в процессе сеанса связи без ее перерыва.

Интерфейс между BSC и BTS(A-bis интерфейс) служит для связи BSC с BTS и определен Рекомендациями ETSI/GSM для процессов установления соединений и управления оборудованием, передача осуществляется цифровыми потоками со скоростью 2,048 Мбит/с. Возможно использование физического интерфейса 64 кбит/с.

Интерфейс между BSC и ОМС (О-интерфейс) предназначен для связи BSC с ОМС, используется в сетях с пакетной коммутацией МККТТ Х.25.

Внутренний BSC-интерфейс контроллера базовой станции обеспечивает связь между различным оборудованием BSC и оборудованием транскодирования (ТСЕ); использует стандарт ИКМ-пе-редачи 2,048 Мбит/с и позволяет организовать из четырех каналов со скоростью 16 кбит/с один канал на скорости 64 кбит/с.

Интерфейс между MS и BTS (Um-радиоинтерфейс) определен в сериях 04 и 05 Рекомендаций ETSI/GSM.

Сетевой интерфейс между ОМС и сетью, так называемый управляющий интерфейс между ОМС и элементами сети, определен ETSI/GSM Рекомендациями 12.01 и является аналогом интерфейса Q.3, который определен в многоуровневой модели открытых сетей ISO OSI.

Соединение сети с ОМС могут обеспечиваться системой сигнализации МККТТ SS N7 или сетевым протоколом Х.25. Сеть Х.25 может соединяться с объединенными сетями или с PSDN в открытом или замкнутом режимах.

GSM-протокол управления сетью и обслуживанием также должен удовлетворять требованиям Q.3 интерфейса, который определен в ETSI/GSM Рекомендациях 12.01.

Интерфейсы между сетью GSM и внешним оборудованием

Интерфейс между MSC и сервис-центром (SC) необходим для реализации службы коротких сообщений. Он определен в ETSI/GSM Рекомендациях 03.40.

Интерфейс к другим ОМС. Каждый центр управления и обслуживания сети должен соединяться с другими ОМС, управляющими сетями в других регионах или другими сетями. Эти соединения обеспечиваются Х-интерфейсами в соответствии с Рекомендациями МККТТ М.ЗО. Для взаимодействия ОМС с сетями высших уровней используется О.З-интерфейс.

Структура служб и передача данных в стандарте GSM

Стандарт GSM содержит два класса служб: основные службы и телеслужбы. Основные службы обеспечивают: передачу данных (асинхронно) в дуплексном режиме со скоростями 300, 600, 1200, 2400, 4800 и 9600 бит/с через телефонные сети общего пользования; передачу данных (синхронно) в дуплексном режиме со скоростями 1200, 2400, 4800 и 9600 бит/с через телефонные сети общего пользования, коммутируемые сети передачи данных общего пользования (CSPDN) и ISDN; доступ с помощью адаптера к пакетной асинхронной передаче данных со стандартными скоростями 300-9600 бит/с через коммутируемые сети пакетной передачи данных общего пользования (PSPDN), например, Datex-P; синхронный дуплексный доступ к сети пакетной передачи данных со стандартными скоростями 2400-9600 бит/с.

При передаче данных со скоростью 9,6 кбит/с всегда используется канал связи с полной скоростью передачи. В случае передачи на скоростях ниже 9,6 кбит/с могут использоваться полускоростные каналы связи.

Перечисленные функции каналов передачи данных предусмотрены для терминального оборудования, в котором используются интерфейсы МККТТ со спецификациями V.24 или Х.21 серий. Эти спецификации определяют вопросы передачи данных по обычным каналам телефонной связи. Телеслужбы предоставляют следующие услуги:

- телефонная связь (совмещается со службой сигнализации: охрана квартир, сигналы бедствия и пр.);

- передача коротких сообщений;

- доступ к службам "Видеотекс", "Телетекс";

- служба "Телефакс"

Дополнительно стандартизован широкий спектр особых услуг (передача вызова, оповещения о тарифных расходах, включение в закрытую группу пользователей).

Так как ожидается, что большинство абонентов будет использовать услуги GSM в деловых целях, особое внимание уделяется аспектам безопасности и качеству предоставляемых услуг.

Структура служб связи

- GSM PLMN - GSM Public Land Mobile Network - сеть связи с наземными подвижными объектами;

- ТЕ (Terminal Equipment) -терминальное оборудование;

- МТ (Mobile Terminal) - подвижный терминал;

- IWF (Interworking Function) - межсетевой функциональный стык)

К передаче данных относится и новый вид службы, используемый в GSM, - передача коротких сообщений (передача служебных буквенно-цифровых сообщений для отдельных групп пользователей).

При передаче коротких сообщений используется пропускная способность каналов сигнализации. Сообщения могут передаваться и приниматься подвижной станцией. Для передачи коротких сообщений могут использоваться общие каналы управления. Объем сообщений ограничен 160-ю символами, которые могут приниматься в течение текущего вызова либо в нерабочем цикле. В управление радиоканалами, защиту от ошибок в радиоканале, кодирование-декодирование речи, текущий контроль и распределение данных пользователя и вызовов, адаптацию по скорости передачи между радиоканалом и данными, обеспечение параллельной работы нагрузок (терминалов), обеспечение непрерывной работы в процессе движения.

Используется три типа оконечного оборудования подвижной станции: МТО (Mobile Termination 0) - многофункциональная подвижная станция, в состав которой входит терминал данных с возможностью передачи и приема данных и речи; МТ1 (Mobile Termination 1) - подвижная станция с возможностью связи через терминал с ISDN; МТ2 (Mobile Termination 2) - подвижная станция с возможностью подключения терминала для связи по протоколу МККТТ V или Х серий.

Терминальное оборудование может состоять из оборудования одного или нескольких типов, такого как телефонная трубка с номеронабирателем, аппаратуры передачи данных (DTE), телекс и т.д.

Различают следующие типы терминалов: ТЕ1 (Terminal Equipment 1) - терминальное оборудование, обеспечивающее связь с ISDN; ТЕ2 (Terminal Equipment 2) - терминальное оборудование, обеспечивающее связь с любым оборудованием через протоколы МККТТ V или Х серий (связь с ISDN не обеспечивает). Терминал ТЕ2 может быть подключен как нагрузка к МТ1 (подвижной станции с возможностью связи с ISDN) через адаптер ТА.

Система характеристик стандарта GSM, принятая функциональная схема сетей связи и совокупность интерфейсов обеспечивают высокие параметры передачи сообщений, совместимость с существующими и перспективными информационными сетями, предоставляют абонентам широкий спектр услуг цифровой связи.

http://polbu.ru/gsm/ch02_all.html

Структура ТDМА кадров и формирование сигналов в стандарте GSM

В результате анализа различных вариантов построения цифровых сотовых систем подвижной связи (ССПС) в стандарте GSM принят многостанционный доступ с временным разделением каналов (TDMA). Общая структура временных кадров показана на рис. 1.6 [1.4]. Длина периода последовательности в этой структуре, которая называется гиперкадром, равна Тг = 3 ч 28 мин 53 с 760 мс (12533,76 с). Гиперкадр делится на 2048 суперкадров, каждый из которых имеет длительность Те = 12533,76/2048 = 6,12 с.

Суперкадр состоит из мультикадров. Для организации различных каналов связи и управления в стандарте GSM используются два вида мультикадров:

1) 26-позиционные TDMA кадры мультикадра;

2) 51-позиционные TDMA кадры мультикадра.

Суперкадр может содержать в себе 51 мультикадр первого типа или 26 миультикадров второго типа. Длительности мультикадров соответственно:

1) Тм= 6120/51 = 120 мс;

2) Тм = 6120/26 = 235,385 мс (3060/13 мс). Длительность каждого TDMA кадра Тк = 120/26 = 235,385/51 = 4,615 мс (60/13 мс).

 

В периоде последовательности каждый TDMA кадр имеет свой порядковый номер (NF) от О до NFmax, где NFmax = (26х51х2048) -1 = 2715647.

Система сотовой цифровой мобильной связи. Описание стандарта GSM. Структура. К началу

Таким образом, гиперкадр состоит из 2715647 TDMA кадров. Необходимость такого большого периода гиперкадра объясняется требованиями применяемого процесса криптографической защиты, в котором номер кадра NF используется как входной параметр. TDMA кадр делится на восемь временных позиций с периодом

То = 60/13:8 = 576,9 мкс (15/26 мс)

Каждая временная позиция обозначается TN с номером от 0 до 7. Физический смысл временных позиций, которые иначе называются окнами, - время, в течение которого осуществляется модуляция несущей цифровым информационным потоком, соответствующим речевому сообщению или данным. Цифровой информационный поток представляет собой последовательность пакетов, размещаемых в этих временных интервалах (окнах). Пакеты формируются немного короче, чем интервалы, их длительность составляет 0,546 мс, что необходимо для приема сообщения при наличии временной дисперсии в канале распространения.

Информационное сообщение передается по радиоканалу со скоростью 270,833 кбит/с.

Частотный план стандарта GSM

Стандарт GSM разработан для создания сотовых систем подвижной связи (ССПС) в следующих полосах частот: 890-915 МГц - для передачи подвижными станциями (линия "вверх"); 935-960 МГц - для передачи базовыми станциями (линия "вниз").

Сети GSM функционируют параллельно с существующими европейскими национальными сетями аналоговых ССПС стандартов NMT-900, TAGS, ETACS.

Каждая из полос, выделенных для сетей GSM, разделяется на частотные каналы. Разнос каналов составляет 200 кГц, что позволяет организовать в сетях GSM 124 частотных канала. Частоты, выделенные для передачи сообщений подвижной станцией на базовую и в обратном направлении, группируются парами, организуя дуплексный канал с разносом 45 МГц. Эти пары частот сохраняются и при перескоках частоты. Каждая сота характеризуется фиксированным присвоением определенного количества пар частот.

Если обозначить FI (п) - номер несущей частоты в полосе 890-915 МГц, Fu (п) - номер несущей частоты в полосе 935-960 МГц, то частоты каналов определяются по следующим формулам:

FI (п) = 890,2 + 0,2 (п-1), МГц;

Fu (п) = FI (п) + 45, МГц; 1 < п < 124.

Номиналы частот каналов для приема (RX) и передачи (ТХ) базовыми станциями, и соответствующие им номера каналов приведены в таблице на стр.03.

Система сотовой цифровой мобильной связи. Описание стандарта GSM. Частоты. К началу

Каждая частотная несущая содержит 8 физических каналов, размещенных в 8 временных окнах в пределах TDMA кадра и в последовательности кадров. Каждый физический канал использует одно и то же временное окно в каждом временном TDMA кадре.

До формирования физического канала сообщения и данные, представленные в цифровой форме, группируются и объединяются в логические каналы двух типов: каналы связи - для передачи кодированной речи или данных (ТСН); каналы управления - для передачи сигналов управления и синхронизации (ССН).

Более чем один тип логического канала может быть размещен на одном и том же физическом канале, но только при их соответствующей комбинации.

Структура логических каналов связи

В стандарте GSM различают логические каналы связи двух основных видов:

TCH/F (Full Rate Traffic Channel) - канал передачи сообщений с полной скоростью 22,8 кбит/с (другое обозначение Вт);

TCH/H (Half Rate Traffic Channel) - канал передачи сообщений с половинной скоростью 11,4 кбит/с (другое обозначение Lm).

Один физический канал может представлять собой канал передачи сообщений с полной скоростью или два канала с половинной скоростью передачи. В первом случае канал связи занимает одно временное окно; во втором - два канала связи занимают то же самое временное окно, но с перемежением в соседних кадрах (т.е. каждый канал - через кадр).

Система сотовой цифровой мобильной связи. Описание стандарта GSM. Частоты. К началу

Таблица

Channel RX Frequency TX Frequency Channel RX Frequency TX Frequency

Decimal Hexadecimal MHz MHz Decimal Hexadecimal MHz MHz

1 01 890.20 935.20 63 3F 902.60 947.60

2 02 890.40 935.40 64 40 902.80 947.80

3 03 890.60 935.60 65 41 903.00 948.00

4 04 890.80 935.80 66 42 903.20 948.20

5 05 891.00 936.00 67 43 903.40 948.40

6 06 891.20 936.20 68 44 903.60 948.60

7 07 891.40 936.40 69 45 903.80 948.80

8 08 891.60 936.60 70 46 904,00 949.00

9 09 891.80 936.80 71 47 904.20 949.20

10 OA 892.00 937.00 72 48 904.40 949.40

11 0В 892.20 937.20 73 49 904.60 949.60

12 ОС 892.40 937.40 74 4A 904.80 949.80

13 OD 892.60 937.60 75 4В 905.00 950.00

14 OE 892.80 937.80 76 4C 905.20 950.20

15 OF 893.00 938.00 77 4D 905.40 950.40

16 10 893.20 938.20 78 4E 905.60 950.60

17 11 893.40 938.40 79 4F 905.80 950.80

18 12 893.60 938.60 80 50 906.00 951.00

19 13 893.80 938.80 81 51 906.20 951.20

20 14 894.00 939.00 82 52 906.40 951.40

21 15 894.20 939.20 83 53 906.60 951.60

22 16 894.40 939.40 84 54 906.80 951.80

23 17 894.60 939.60 85 55 907.00 952.00

24 18 894.80 939.80 86 56 907.20 952.20

25 19 895.00 940.00 87 57 907.40 952.40

26 1A 895.20 940.20 88 58 907.60 952.60

27 1В 895.40 940.40 89 59 907.80 952.80

28 1C 895.60 940.60 90 5A 908.00 953.00

29 ID 895.80 940.80 91 5В 908.20 953.20

30 IE 896.00 941.00 92 5C 908.40 953.40

31 IF 896.20 941.20 93 5D 908.60 953.60

32 20 896.40 941.40 94 5E 908.80 953.80

33 21 896.60 941.60 95 5F 909.00 954.00

34 22 896.80 941.80 96 60 909.20 954.20

35 23 897.00 942.00 97 61 909.40 954.40

36 24 897.20 942.20 98 62 909.60 954.60

37 25 897.40 942.40 99 63 909.80 954.80

38 26 897.60 942.60 100 64 910.00 955.00

39 27 897.80 942.80 101 65 910.20 955.20

40 28 898.00 943.00 102 66 910.40 955.40

41 29 898.20 943.20 103 67 910.60 955.60

42 2A 898.40 943.40 104 68 910.80 955.80

43 2В 898.60 943.60 105 69 911.00 956.00

44 2C 898.80 943.80 106 6A 911.20 956.20

45 2D 899.00 944.00 107 6В 911.40 956.40

46 2E 899.20 944.20 108 6C 911.60 956.60

47 2F 899.40 944.40 109 6D 911.80 956.80

48 30 899.60 944.60 110 6E 912.00 957.00

49 31 899.80 944.80 111 6F 912.20 957.20

50 32 900.00 945.00 112 70 912.40 957.40

51 33 900.20 945.20 113 71 912.60 957.60

52 34 900.40 945.40 114 72 912.80 957.80

53 35 900.60 945.60 115 73 913.00 958.00

54 36 900.80 945.80 116 74 913,20 958.20

55 37 901.00 946.00 117 75 913.40 958.40

56 38 901.20 946.20 118 76 913.60 958.60

57 39 901.40 946.40 119 77 913.80 958.80

58 ЗА 901.60 946.60 120 78 914.00 959.00

59 3В 901.80 946.80 121 79 914.20 959.20

60 ЗС 902.00 947.00 122 7A 914.40 959.40

61 3D 902.20 947.20 123 7В 914.60 959.60

62 ЗЕ 902.40 947.40 124 7C 914.80 959.80

Для передачи кодированной речи и данных предназначены каналы связи следующих типов:

Система сотовой цифровой мобильной связи. Описание стандарта GSM. Частоты. К началу

- TCH/FS (Full Rate Traffic Channel for Speech)

- канал для передачи речи с полной скоростью; TCH/HS (Half Rate Traffic Channel for Speech)

- канал для передачи речи с половинной скоростью; TCH/F 9,6 (Full Rate Traffic Channel for 9,6 kbit/s User Data)

- канал передачи данных с полной скоростью 9,6 кбит/с: TCH/F 4,8 (Full Rate Traffic Channel for 4,8 kbit/s User Data)

- канал передачи данных с полной скоростью 4,8 кбит/с; TCH/F 2,4 (Full Rate Traffic Channel for 2,4 kbit/s User Data)

- канал передачи данных с полной скоростью 2,4 кбит/с; ТСН/Н 4,8 (Half Rate Traffic Channel for 9,6 kbit/s User Data)

- канал передачи данных с половинной скоростью 4,8 кбит/с; СН/Н 2,4 (Half Rate Traffic Channel for 9,6 kbit/s User Data) - канал передачи данных с половинной скоростью 2,4 кбит/с.

Скорость передачи цифрового речевого сигнала в канале TCH/FS равна 13 кбит/с (за счет кодирования увеличивается до 22,8 кбит/с в канале TCH/F). Передача речи в канале с половинной скоростью TCH/HS еще не используется. Этот канал рассматривается как перспективный при дальнейшем развитии GSM, его применение позволит практически удвоить емкость трафика.

Система сотовой цифровой мобильной связи. Описание стандарта GSM. Частоты. К началу

Каналы связи могут передавать широкий набор информационных сообщений, но они не используются для передачи сигналов управления. Кроме того, для передачи данных по каналам связи могут использоваться разные протоколы, например, МККТТ Х.25.

2.3. Структура логических каналов управления

Каналы управления (ССН) обеспечивают передачу сигналов управления и синхронизации. Различают четыре вида каналов управления:

ВССН (Broadcast Control Channels) - каналы передачи сигналов управления; СССН (Common Control Channels) - общие каналы управления;

SDCCH ( Stand-alone Dedicated Control Channels) - индивидуальные каналы управления; АССН (Associated Control Channels) - совмещенные каналы управления. Каналы передачи сигналов управления используются только в направлении с базовой станции на все подвижные станции. Они несут информацию, которая необходима подвижным станциям для работы в системе.

Различают три вида каналов передачи сигналов управления ВССН:

Система сотовой цифровой мобильной связи. Описание стандарта GSM. Частоты. К началу

FCCH (Frequency Correction Channel) - канал подстройки частоты, который используется для синхронизации несущей в подвижной станции. По этому каналу передается немодулированная несущая с фиксированным частотным сдвигом относительно номинального значения частоты канала связи;

SCH (Synchronization Channel) - канал синхронизации, по которому передается информация на подвижную станцию о кадровой (временной) синхронизации;

ВССН (Broadcast Control Channel) - канал управления передачей, обеспечивает передачу основных команд по управлению передачей (номер общих каналов управления тех из них, которые объединяются с другими каналами, в том числе и с физическими и т.д.).

Используются три типа общих каналов управления СССН:

РСН (Paging Channel) - канал вызова, используется только в направлении от базовой станции к подвижной для ее вызова;

RACH (Random Access Channel) - канал параллельного доступа, используется только в направлении от подвижной станции к базовой для запроса о назначении индивидуального канала управления;

AGCH (Access Grant Channel) - канал разрешенного доступа, используется только для передачи с базовой станции на подвижную (для выделения специального канала управления, обеспечивающего прямой доступ к каналу связи).

Система сотовой цифровой мобильной связи. Описание стандарта GSM. Частоты. К началу

Выделенные индивидуальные каналы управления используются в двух направлениях для связи между базовой и подвижной станциями. Различают два вида таких каналов:

SDCCH/4 (Stand-alone Dedicated Control Channel) - индивидуальный канал управления, состоит из четырех подканалов;

SDCCH/8 (Stand-alone Dedicated Control Channel) - индивидуальный канал управления, состоит из восьми подканалов.

Эти каналы предназначены для установки требуемого пользователем вида обслуживания. По ним обеспечивается запрос подвижной станции о требуемом виде обслуживания, контроль правильного ответа базовой станции и выделение свободного канала связи, если это возможно.

Совмещенные каналы управления также используются в двух направлениях между базовой и подвижной станциями. По направлению "вниз" они передают команду управления с базовой станции, а по направлению "вверх" - информацию о статусе подвижной станции.

 

Различают два вида АССН:

Система сотовой цифровой мобильной связи. Описание стандарта GSM. Частоты. К началу

FACCH (Fast Associated Control Channel) - быстрый совмещенный канал управления, служит для передачи команд при переходе подвижной станции из соты в соту, т.е. при "эстафетной передаче" подвижной станции; SACCH (Slow Assocaited Control Channel) - медленный совмещенный канал управления, по направлению "вниз" передает команды для установки выходного уровня мощности передатчика подвижной станции. По направлению "вверх" подвижная станция посылает данные, касающиеся уровня установленной выходной мощности, измеренного приемником уровня радиосигнала и его качества.

В совмещенном канале управления всегда содержится один из двух каналов: канал связи или индивидуальный канал управления.

Совмещенные каналы управления всегда объединяются вместе с каналами связи или с индивидуальными каналами управления. При этом различают шесть видов объединенных каналов управления:

FACCH/F, объединенный с TCH/F; FACCH/H, объединенный с ТСН/Н;

SACCH/TF, объединенный с TCH/F; SACCH/TH, объединенный с ТСН/Н;

SACCH/C4, объединенный с SDCCH/4; SACCH/C8, объединенный с SDCCH/8.

 

2.4. Организация физических каналов

Система сотовой цифровой мобильной связи. Описание стандарта GSM. Частоты. К началу

Для передачи каналов связи ТСН и совмещенных каналов управления FACCH и SACCH используется 26-кадровый мультикадр. В полноскоростном канале связи в каждом 13-м TDMA кадре мультикадра передается пакет информации канала SACCH; каждый 26-й TDMA кадр мультикадра свободен. В полускоростном канале связи пакет информации канала SACCH передается в каждом 13-м и 26-м TDMA кадрах мультикадра.

Для одного физического канала в каждом TDMA кадре используется 114 бит. Так как в муль-тикадре для передачи канала связи ТСН используется 24 TDMA кадра из 26 и длительность мультикадра составляет 120 мс, общая скорость передачи информационных сообщений по ТСН каналу составляет 22,8 кбит/с. Канал SACCH занимает в полноскоростном канале связи только один TDMA кадр, то есть 114 бит, когда скорость передачи по SACCH каналу составит 950 бит/с. Полная скорость передачи в объединенном TCH/SACCH канале с учетом пустого (свободного) 26-го TDMA кадра составит 22,8 + 0,950 +0,950 - 24,7 кбит/с.

За время 26-кадрового мультикадра (в одном физическом канале) может передаваться два полускоростных ТСН канала, каждый по 12 TDMA кадров (Т и t). Пустой 26-й TDMA кадр в полноскоростном канале ТСН отводится для канала SACCH во втором полускоростном канале ТСН. Для каждого полускоростного канала ТСН скорость передачи составляет 11,4 кбит/с; полная скорость передачи в объединенном полускоростном канале TCH/SACCH остается прежней - 24,7 кбит/с.

Быстрый совмещенный канал управления FACCH передается половиной информационных бит временного интервала TDMA кадра в канале ТСН, с которым он совмещается в восьми последовательных Т или t кадрах.

Система сотовой цифровой мобильной связи. Описание стандарта GSM. Частоты. К началу

Для передачи каналов управления (за исключением FACCH и SACCH) используется 51-кадровый мультикадр.

Объединение ВССН/СССН каналов

В отличие от структуры объединенного канала TCH/SACCH, где физический канал выделяется для одного или двух абонентов, объединенный канал ВССН/СССН предназначен для всех подвижных станций, которые в одно и то же время находятся в одной соте. Более того, все подканалы, передаваемые в этой структуре, являются симплексными.

В канале передачи сигналов управления (ВССН, "сеть - подвижная станция") передается общая информация о сети (соте), в которой подвижная станция находится в данный момент, и о смежных сотах.

В канале синхронизации (SCH, "сеть - подвижная станция") передается информация о временной (цикловой) синхронизации и опознавании приемопередатчика базовой станции.

 

В канале подстройки частоты (FCCH, "сеть - подвижная станция") передается информация для синхронизации несущей.

Система сотовой цифровой мобильной связи. Описание стандарта GSM. Частоты. К началу

Канал параллельного доступа (RACH, "подвижная станция - сеть") используется подвижной станцией в режиме пакетной передачи ALOHA для доступа к сети в случае, если надо пройти регистрацию при включении или сделать вызов.

Канал разрешенного доступа (AGCH, "сеть - подвижная станция") используется для занятия специальных видов обслуживания (SDCCH или ТСН) подвижной станцией, которая ранее запрашивала их через канал RACH.

Канал вызова (РСН, "сеть - подвижная станция") используется для вызова подвижной станции в случае, когда инициатором вызова является сеть (абонент сети).

Линия "вверх" ВССН/СССН каналов используется только для передачи канала параллельного доступа RACH, который является единственным каналом управления от подвижной станции к сети. Подвижная станция может использовать нулевой временной интервал в любом из кадров для осуществления доступа к сети.

 

На линии "вниз" 51 кадр группируется в 5 групп по 10 кадров, при этом один кадр остается свободным, каждая из этих групп начинается с канала FCCH, за которым следует канал SCH. Остальные 8 кадров в каждой группе образуют два блока из четырех кадров. Первый блок первой группы предназначен для канала ССН, тогда как другие 9 блоков (они называются блоками передачи сигнала вызова) используются для передачи каналов РСН и AGCH общего канала управления СССН. Таким образом, в рассматриваемом случае: 4 кадра используются для канала ВССН, 5 - для FCCH, 5 - для SCH и 36 либо для AGCH, либо для РСН (9 блоков вызова).

Система сотовой цифровой мобильной связи. Описание стандарта GSM. Частоты. К началу

Каждая подвижная станция может занимать один из девяти блоков вызова, но каждый вызывной блок может использоваться для вызова более одной станции.

Полная скорость передачи для канала ВССН, а также для канала AGCH/PCH составляет 1,94 кбит/с (4х114 бит за 235 мс).

Существуют и другие переменные структуры, которые могут использоваться в 51-кадровом мультикадре. "Переменными" их называют потому, что их структура изменяется в зависимости от нагрузки в соте. В одном случае может рассматриваться индивидуальный канал управления 8SDCCH/8 в одном физическом канале. Однако, если нагрузка в соте мала, структуpy BCCH/CCCH можно объединить с индиаидуальным каналом управления SDCCH/4 в одном физическом канале. Если сота испытывает большую нагрузку, одного физического канала может быть недостаточно для всего трафика BCCH/CCCH. В этом случае временные интервалы 2, 4 и 6 в структуре ВССН также используют для этой цели, однако в этом случае передаются пустые интервалы вместо SCH и FCCH.

 

Отображение логических каналов на физические каналы осуществляется через процессы кодирования и шифрования передаваемых сообщений.

Система сотовой цифровой мобильной связи. Описание стандарта GSM. Частоты. К началу

Для защиты логических каналов от ошибок, которые имеют место в процессе передачи, используют 1ри вида кодирования: блочное - для быстрого обнаружения ошибок при приеме; свер-точное - для исправления одиночных ошибок; перемежение - для преобразования пакетов ошибок в одиночные.

Для защиты каналов от подслушивания в каналах связи и управления применяется шифрование.

Дня передачи сообщений по физическим каналам используется гауссовская частотная манипуляция с минимальным частотным сдвигом (GMSK).

2.5. Модуляция радиосигнала

В стандарте GSM применяется спектрально-эффективная гауссовская частотная манипуляция п минимальным частотным сдвигом (GMSK). Манипуляция называется "гауссовской" потому, что последовательность информационных бит до модулятора проходит через фильтр нижних частот (ФНЧ) с характеристикой Гаусса, что дает значительное уменьшение полосы частот излучаемого радиосигнала. формирование GMSK радиосигнала осуществляется таким образом, что на интервале одного информационного бита фаза несущей изменяется на 90°. Это наименьшее возможное изменение фазы, распознаваемое при данном типе модуляции. Непрерывное измене ние фазы синусоидального сигнала дает в результате частотную модуляцию с дискпстн^м и^меч^ нием частоты. Применение фильтра Гаусса позволяет при дискрегном изменении частоты получить "гладкие переходы". В стандарте GSM применяется GMSK-модуляция с величиной нормированной полосы ВТ = 0,3, где В - ширина полосы фильтра по уровню минус 3 дБ, Т - длительность одного бита цифрового сообщения.

 

Кодирование

Кодирование осуществляется следующим образом: биты класса 1 разделяются дополнительно на 50 бит класса 1а и 132 бита класса 16. Биты класса 1а дополняются тремя битами проверки на четность. Блочный код представляет собой укороченный систематический циклический код (53, 50) с формирующим полиномом вида

д (D)=D3+D+1.

В соответствии с принятым правилом формирования систематического кода, ключ Sw закрыт на время первых пяти-десяти тактовых импульсов, а информационные биты, поступающие на вход кодирующего устройства, одновременно поступают на блок переупорядочения и формирования бит проверки на четность. После пятидесяти тактовых импульсов переключатель Sw срабатывает и биты проверки на четность поступают из кодирующего устройства. На этой стадии проводится первый шаг перемежения. Биты с четными индексами собираются в первой части информационного слова, за которыми следуют три бита проверки на четность. Затем биты с нечетными индексами запоминаются в буферной памяти и переставляются. Далее следуют четыре нулевых бита, которые необходимы для работы кодера, формирующего код, исправляющий случайные ошибки в канале. После чего 189 бит класса 1 кодируются сверточным кодом (2,1,5) со скоростью г=1/2.

После сверточного кодирования общая длина кадра составляет 2х189+78^456 бит. После этого кадр из 456 бит делится на восемь 57 битовых подблоков, которые подвергаются диагональному и внутрикадровому перемежению. Более точно подблоки Во и В4 формируются в пакеты по 114 бит, которые являются результатом блочно-диагонального перемежения (DI/B). Биты Во и В4 подблоков попарно перемежаются, образуя процесс внутрикадрового битового перемежения (1В1/В). В результирующий пакет включены два опережающих флага hi, h0, которые используются для классификации различных пакетов передачи.

Система сотовой цифровой мобильной связи. Описание стандарта GSM. Кодирование. К началу

Кодирование и перемежение в полноскоростном канале передачи данных Для повышения эффективности применения сверточного кодирования в полноскоростных каналах передачи данных необходим длительный период перемежения. В этих каналах внутрикадро-вое перемежение (1В1/В) реализуется для степени перемежения 1^19, что приводит к задержке передачи данных на 19х116=2204 бит. Если биты 1-го пакета (временного интервала) до перемежения обозначить как С (Кт), т=1 ...116, то схема перемежения, то есть позиции бит после перемежения, определяются следующей формулой:

1 (К + j, j + 19t) = С (К, m) для всех К j = m mod 19, t=m mod 6.

Кодирование и перемежение в каналах управления

Система сотовой цифровой мобильной связи. Описание стандарта GSM. Кодирование. К началу

Принцип защиты от ошибок данных, передаваемых по каналам управления, используется для всех логических каналов управления, за исключением блоков данных в канале синхронизации (SCH) и данных в канале параллельного доступа (RACH). Радиосистема принимает по линии передачи данных блоки длиной п=184 бита. Сначала они защищаются укороченным двоичным циклическим кодом (Fire код) с формирующим полиномом вида

д (D)=(D^+ 1)“(D^+ D^+ 1)

В систематическом виде последовательность кодированных циклическим кодом информационных бит над полем GF (2) отображается полиномом вида

U (0) • 0223 + и (1) 0222 + ... U (222) • D+U (223),

где U (0), U (1)...U (183) - информационные биты; U (184), U (185)...U (223) - биты проверки на четность.

В результате сформированный блок из 224 бит (включая 40 бит проверки на четность) дополняется четырьмя концевыми (нулевыми) битами для получения равной защиты для последних бит.

Заметим, что этот же способ уже использовался для формирования временных интервалов TDMA кадра, в котором предусматриваются 3 защитных бита для обеспечения правильного восстановления последних 5 бит в эквалайзере.

 

Полученная в результате блочного кодирования последовательность подвергается кодированию сверточным кодом со скоростью г=1/2 (идентичен коду в канале TCH/FS), который задается полиномами

Система сотовой цифровой мобильной связи. Описание стандарта GSM. Кодирование. К началу

GO = 1 + 03+ 04

G1 = 1+0+0 2+ 04

В результате сверточного кодирования формируется блок из 456 кодированных бит {С(0),...С(455 )}.

Так же как и в полноскоростном речевом канале, полученная кодированная последовательность подвергается упорядочению и раз делению на 8 по 57-бит пакетов (ВО...В7). Каждый пакет состоит из блоков. Блок j, обозначаемый

Bj = {b (j,0), b (j,1)...b (i,56 )},

формируемых из 456 кодированных бит по правилу b (j,i) = c(k).

Блочно-диагональное и внутрикадровое перемежение осуществляются так же, как и в полноскоростном речевом канале.

Полная последовательность выполнения операций кодирования и перемежения для всех каналов связи и управления GSM: для каналов управления SACCH, РСН, AGCH, SDCCH используется блочное прямоугольное перемежение/депереме-жение. При перемежении кода (n, k, t) с^п-символьных длинных кодированных слов записываются кодирующим устройством в память перемежителя строка за строкой, а затем передаются в модулятор столбец за столбцом. В приемнике после демодулятора деперемежитель обратной операцией восстанавливает первоначальный порядок символов, после чего осуществляется декодирование.

 

Речь

Общее описание процессов обработки речи

Процессы обработки речи в стандарте GSM направлены на обеспечение высокого качества передаваемых сообщений, реализацию дополнительных сервисных возможностей и повышение потребительских качеств абонентских терминалов.

Обработка речи осуществляется в рамках принятой системы прерывистой передачи речи. Система прерывистой передачи речи (DTX) обеспечивает включение передатчика только тогда, когда пользователь начинает разговор и отключает его в паузах и в конце разговора. DTX управляется детектором активности речи (VAD), который обеспечивает обнаружение и выделение интервалов передачи речи с шумом и шума без речи даже в тех случаях, когда уровень шума соизмерим с уровнем речи. В состав системы прерывистой передачи речи входит также устройство формирования комфортного шума, который включается и прослушивается в паузах речи, когда передатчик отключен. Экспериментально показано, что отключение фонового шума на выходе приемника в паузах при отключении передатчика раздражает абонента и снижает разборчивость речи, поэтому применение комфортного шума в паузах считается необходимым. DTX процесс з приемнике включает также интерполяцию фрагментов речи, потерянных из-за ошибок в канале.

http://polbu.ru/gsm/ch06_i.html

Категории: 

Метки: