GSM rádio rozhranie, GSM slot & burst
GSM tutoriál obsahuje:
- GSM tutoriál/ úvod
- Sieťová architektúra
- Rozhrania
- Radio access network
- Frames
- Frekvenčné pásma a alokácie
- Energetická trieda, kontrola a zosilňovače
- Fyzikálne a logické kanály
- Codecs/ vocoders
- Handover/ handoff
Jedným z kľúčových prvkov vývoja GSM, globálneho systému pre mobilné komunikácie bol vývoj rozhrania GSM.
Na systém bolo mnoho požiadaviek a mnohé z nich mali priamy vplyv na vzdušné rozhranie.
Prvky obsahujúce moduláciu, štruktúru slotu GSM, štruktúru burstu a podobne boli navrhnuté tak, aby poskytovali optimálny výkon.
Pri vývoji normy GSM sa venovala veľmi dôležitá pozornosť aspektom vrátane modulačného formátu, spôsobu multiplexovania systému časového rozdelenia, všetky mali značný vplyv na výkon systému ako celku.
Napríklad formát modulácie pre rozhranie GSM vzduchu mal priamy vplyv na životnosť batérie a prijatý formát časového rozdelenia umožnil podstatne znížiť náklady mobilného telefónu, ako je podrobnejšie uvedené neskôr.
{googleads left}
GSM signál a GMSK modulačné charakteristiky
Jadrom každého rádiového systému je formát samotného rádiového signálu.
Nosič je modulovaný pomocou formy fázového šifrovania, známeho ako Gaussian Minimum Shift Keying (GMSK).
GMSK sa používa pre systém GSM z rôznych dôvodov:
- Je odolný voči šumu v porovnaní s mnohými inými formami modulácie.
- Žiarenie mimo prijateľnej šírky pásma je nižšie ako iné formy fázového posunu.
- Má konštantnú úroveň výkonu, ktorá umožňuje použiť vyššiu účinnosť výkonových zosilňovačov RF v slúchadle, čím sa znižuje spotreba prúdu a šetrí sa životnosť batérie.
|
Poznámka k GMSK: GMSK, Gaussian Minimum Shift Keying je forma fázovej modulácie, ktorá sa používa v množstve prenosných rádiových a bezdrôtových aplikácií. Má výhody z hľadiska spektrálnej účinnosti a taktiež má takmer konštantnú amplitúdu, ktorá umožňuje použitie efektívnejších zosilňovačov výkonu vysielača, čím sa šetrí na prúdovej spotrebe, teda kritickej otázke pre zariadenie napájané z batérie. Kliknite na odkaz pre výučbu GMSK– EN |
Nominálna šírka pásma pre GSM signál pomocou GMSK je 200 kHz, t.j. šírka pásma kanálu a rozstup je 200 kHz.
Pri použití GMSK modulácie sú nežiaduce alebo rušivé emisie mimo nominálnej šírky pásma dostatočne nízke, aby umožnili použitie susediacich kanálov od tej istej základňovej stanice.
Zvyčajne každej základňovej stanici bude pridelené množstvo nosičov, ktoré jej umožnia dosiahnuť požadovanú kapacitu.
Údaje prepravované nosičom obsluhujú až osem rôznych užívateľov v základnom systéme rozdelením nosiča na osem časových úsekov.
Základný operátor je schopný podporovať dátovú priepustnosť približne 270 kb/s, ale keďže niektoré z nich podporujú režijné náklady na správu, prenosová rýchlosť pridelená každému časovému úseku je iba 24,8 kb/s.
Okrem tejto chyby je potrebná korekcia na odstránenie problémov rušenia, slabnutie a celkových chýb údajov, ktoré sa môžu vyskytnúť.
Znamená to, že dostupná dátová rýchlosť pre prepravu digitálne zakódovanej reči je 13 kb/s pre základné vokodéry.
Štruktúra slotu GSM a schéma multiple access (viacerých prístupov)
GSM používa kombináciu techník TDMA a FDMA.
Prvok FDMA zahŕňa rozdelenie podľa frekvencie (maximálnej) šírky pásma 25 MHz na 124 nosných frekvencií oddelených od seba po 200 kHz, ako už bolo opísané.
Nosiče sú potom časovo rozdelené pomocou schémy TDMA.
To umožňuje rôznym používateľom jedného rádiového frekvenčného kanálu prideľovať rôzne časové intervaly.
Potom môžu používať rovnaký kanál RF bez vzájomného rušenia.
Slot je potom na čas pridelený konkrétnemu používateľovi a vysielanie GSM je prenos, ktorý sa v tomto čase uskutočňuje.
Každý GSM slot a teda každý GSM burst trvá 0,577 mS (15/26 mS).
Osem z týchto období burstov je zoskupených do tzv. rámca TDMA.
Toto trvá približne 4.615 ms (t.j. 120/26 ms) a tvorí základnú jednotku na definovanie logických kanálov.
Jeden fyzický kanál je jedna perióda burstu alokovaná v každom rámci TDMA.
Existujú rôzne typy rámcov, ktoré sa prenášajú na nosiče rôznych údajov, a tiež rámce sú usporiadané do toho, čo sa nazýva multifram a superfram na zabezpečenie celkovej synchronizácie.
Štruktúra slotu GSM
Tento slot GSM je najmenší individuálny časový interval, ktorý je k dispozícii pre každý mobilný telefón.
Má definovaný formát, pretože sa vyžaduje prenos rôznych typov údajov.
Napriek tomu, že sú tam skrátené prenosové bursty, sloty sa zvyčajne používajú na prenos 148 bitov informácií.
Tieto dáta sa dajú použiť na prenos hlasových dát, riadiacich a synchronizačných dát.
GSM sloty vykazujúce posun medzi vysielaním a prijímaním
Z konštrukcie GSM slotu možno vidieť, že načasovanie slotov v uplinku a downlinku nie je súčasné a medzi vysielaním a príjmom existuje časový posun.
Tento posun v časovaní slotu GSM je zámerný a to znamená, že mobilný telefón, ktorému je priradený rovnaký slot v oboch smeroch, neprenáša a prijíma súčasne.
To značne znižuje potrebu nákladných filtrov na izoláciu vysielača z prijímača.
Poskytuje tiež úspory miesta.
GSM burst
GSM burst alebo vysielanie môže plniť rôzne funkcie.
Niektoré pamäte GSM sa používajú na prenos dát, zatiaľ čo iné sa používajú na riadiace informácie.
V dôsledku toho je definovaných niekoľko rôznych typov bustov GSM.
- Normálny burst uplink a downlink
- Synchronizáčný burst downlink
- Frekvenčná korekcia downlink
- Random Access (Shortened Burst) uplink
Normálny GSM burst
Tento GSM burst sa používa pre štandardnú komunikáciu medzi základnou stanicou a mobilnou jednotkou a zvyčajne prenáša digitalizované hlasové dáta.
Štruktúra normálneho burstu GSM je presne definovaná a nasleduje bežný formát.
Obsahuje údaje, ktoré poskytujú množstvo rôznych funkcií:
- 3 chvostové bity: Tieto chvostové bity na začiatku burstu GSM dávajú čas vysielaču na zvýšenie výkonu
- 57 dátových bitov: Tento blok údajov slúži na prenášanie informácií a najčastejšie obsahuje digitalizované hlasové dáta, hoci v niektorých prípadoch môže byť nahradené signalizačnými informáciami vo forme Fast Associated Control Channel (FACCH). Typ údajov je označený príznakom, ktorý nasleduje po dátovom poli
- 1 bitový flag (príznak): Tento bit v burste GSM indikuje typ údajov v predchádzajúcom poli.
- 26 bitov tréningovej sekvencie: Táto tréningová postupnosť sa používa ako časový údaj a na vyrovnávanie. Existuje celkom osem rôznych bitových sekvencií, ktoré môžu byť použité, každý 26 bitov dlhý. Rovnaká sekvencia sa používa v každom slote GSM, ale v blízkosti základňových staníc, ktoré používajú rovnaké rádiofrekvenčné kanály, sa použijú rôzne a to umožňuje mobilnému zariadeniu rozlišovať medzi rôznymi bunkami s použitím rovnakej frekvencie.
- 1 bitový flag (príznak): Znova tento príznak označuje typ dát v dátovom poli.
- 57 dátových bitov: Opäť platí, že tento blok dát v rámci burstu GSM sa používa na prenášanie dát.
- 3 chvostové bity: Tieto koncové bity v pásme GSM sa používajú na to, aby znížili výkon vysielača. Často sú nazývané koncové chvostové bity, alebo len chvostové bity.
- 8,25 bitov guard time (strážca času): Po ukončení vysielania GSM nastane ochranná doba. Toto je zavedené, aby sa zabránilo prekrývajúcemu sa prenosu z rôznych mobilných telefónov. V dôsledku ich odlišných vzdialeností od základnej stanice.
GSM Normal Burst
GSM synchronizačný burst
Cieľom tejto formy GSM burstu je poskytnúť synchronizáciu pre mobilné telefóny v sieti.
- 3 chvostové bity: Opäť tieto chvostové bity na začiatku burstu GSM dávajú čas vysielaču na zvýšenie výkonu
- 39 bitov informácií
- 64 bitov dlhej tréningovej sekvencie
- 39 bitov informácií
- 3 chvostové bity: Znova sú na to, aby sa mohol znižovať výkon vysielača
- 8,25 bitov guard time (strážca času): slúži ako ochranný interval.
GSM Synchronisation Burst
Frekvenčná korekcia GSM
S informáciou v burste všetko nastavené na nuly, burst v podstate pozostáva z konštantného frekvenčného nosiča bez fázových zmien.
- 3 chvostové bity: Znova tieto chvostové bity na začiatku burstu GSM dávajú čas vysielaču, aby zvýšil svoju silu.
- 142 bitov: nastavených na nulu
- 3 chvostové bity : Znova sú na to, aby sa výkon vysielača mohol znižovať.
- 8,25 bitov guard time (strážca času): slúži ako ochranný interval.
GSM Frequency Correction Burst
GSM random access burst
Táto forma burstu GSM sa používa pri prístupe k sieti a je skrátená z hľadiska prenášaných údajov a má oveľa dlhšiu ochrannú dobu.
Táto štruktúra burstu GSM sa používa na zabezpečenie toho, aby zapadla do časového úseku bez ohľadu na akékoľvek vážne problémy s časovaním, ktoré môžu existovať.
Akonáhle má mobil prístup k sieti a časovanie bolo zosúladené, potom nie je žiadna požiadavka na dlhú ochrannú periódu.
- 7 chvostových bitov: Zvýšený počet koncových bitov je na poskytovanie doplnkovej rezervy pri prístupe do siete.
- 41 tréningových bitov
- 36 dátových bitov
- 3 chvostové bity : Znova sú na to, aby sa výkon vysielača mohol znižovať.
- 8,25 bitov guard time (strážca času): Dodatočná doba strávená na strážení a naplnenie zostávajúceho času burstu GSM poskytuje veľké časové rozdiely.
GSM Random Access Burst
GSM diskontinuálny prenos (DTx)
Ďalším zariadením na úsporu energie a znižovanie rušenia je schopnosť prerušeného prenosu (DTx, discontinuous transmission), ktorá je začlenená do špecifikácie.
Je to obzvlášť užitočné, pretože tam sú dlhé prestávky v reči, napríklad keď osoba, ktorá používa mobil, počúva, a počas týchto období nie je potrebné vysielať signál.
V skutočnosti sa zistí, že osoba hovorí menej ako 40% času počas bežných telefonických rozhovorov.
Najdôležitejším prvkom DTx je detektor hlasovej aktivity (Voice Activity Detector).
Musí správne rozlišovať medzi hlasovými a šumovými vstupmi, teda úloha, ktorá nie je triviálna.
Ak sa hlasový signál nesprávne interpretuje ako šum, vysielač sa vypne, efekt známy ako výsledky orezania a to je obzvlášť nepríjemné pre osoby, ktoré počúvajú reč.
Ak je však šum často interpretovaný ako hlasový signál, účinnosť DTx je dramaticky znížená.
Ak je vysielač vypnutý, je tiež potrebné, aby systém pridal pozadie alebo komfortný zvuk, pretože úplné ticho môže byť pre poslucháča veľmi znepokojujúce.
V súlade s tým sa pridáva podľa potreby.
Hluk je riadený pomocou SID (silence indication descriptor- deskriptor indikácie ticha).
