Описание принципов и особенностей функционирования и протокола системы сотовой связи стандарта GSM-900

Цифровой стандарт GSM-900 (Global System for Mobile Communications) использует диапазон частот 890–960 МГц. По сравнению с GSM-1800 в настоящее время более распространен, поддерживается большим количеством операторов, расширение сети достигается меньшими капиталовложениями, имеет меньшие, по сравнению с аналоговыми стандартами размеры и вес телефонных аппаратов при большем времени работы без подзарядки аккумулятора. Причем в основном за счет аппаратуры базовой станции, которая постоянно анализирует уровень сигнала, принимаемого от аппарата абонента. В тех случаях, когда он выше требуемого, на сотовый телефон автоматически подается команда снизить излучаемую мощность. Относительно высокая емкость сети. Низкий уровень индустриальных помех в данном частотном диапазоне. Максимальная защита от подслушивания и нелегального использования номера (лучше только у GSM-1800), что достигается путем применения алгоритмов шифрования с открытым ключом. Несколько неестественное звучание речи. Связь на расстоянии не более 35 км от ближайшей базовой станции даже при использовании усилителей и направленных антенн. Максимальная мощность излучения подвижного аппарата в зависимости от его назначения может изменяться в пределах 0.8–20 Вт. В качестве примера в таблице 1.1 приводятся классы станций и абонентских устройств по применяемой мощности, принятые в системе GSM-900.

Таблица 2.1 Классификация оборудования для системы связи GSM-900

В версии системы GSM, работающей в диапазоне 1800 МГц, мощности передачи на порядок ниже, чем в системе GSM-900. Если взять за основу приведенную ранее таблицу, то мощность абонентского аппарата системы GSM-1800 находится в пределах от 1 Вт (вместо 8 Вт в GSM-900, класс 2) до 0.25 Вт (класс 5), а мощность базовой станции от 20 Вт (класс 1) до 2 Вт (класс 4), что объясняется размером сот. Однако на текущий момент для подвижных аппаратов системы GSM-900 мощность составляет максимум до 1Вт, реально же еще меньше. Поэтому цифры, приводимые в таблице ранее, на данный момент уже не актуальны, но приводятся для наглядности характеристики зависимости мощностей аппарата и базовой станции. Система GSM-900 рассчитана на соты радиусом в несколько десятков километров (приблизительно до 35 км).

В диапазоне 900 МГц подвижной абонентский аппарат передает на одной из частот, лежащих в диапазоне 890–915 МГц, а принимает на частоте, лежащей в диапазоне 935–960 МГц. Для других частот принцип тот же, изменяются только численные характеристики. Распределение частот представлено на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 – Распределение частот в стандарте GSM-900

По аналогии со спутниковыми каналами направление передачи от абонентского аппарата к базовой станции называется восходящим (Rise), а направление от базовой станции к абонентскому аппарату - нисходящим (Fall). В дуплексном канале, состоящем из восходящего и нисходящего направлений передачи, для каждого из названных направлений применяются частоты, различающиеся точно на 45 МГц. В каждом из указанных выше частотных диапазонов создаются по 124 радиоканала (124 для приема и 124 для передачи данных, разнесенных на 45 МГц) шириной по 200 кГц каждый. Этим каналам присваиваются номера от 0 до 123. В распоряжение каждой базовой станции может быть предоставлено от одной до 16 частот, причем число частот и мощность передачи определяются в зависимости от местных условий и нагрузки. В каждом из частотных каналов, которому присвоен номер (N) и который занимает полосу 200 кГц, организуются восемь каналов с временным разделением (временные каналы с номерами от 0 до 7), или восемь канальных интервалов.

Система с разделением частот (FDMA) позволяет получить 124 канала по 25кГц, которые, в свою очередь, разделяются по принципу системы с разделением времени (TDMA) еще на 8 каналов. В GSM используется GMSK-модуляция, а несущая частота изменяется 217 раз в секунду для того, чтобы компенсировать возможное ухудшение качества. Когда абонент получает канал, ему выделяется не только частотный канал, но и один из конкретных канальных интервалов, и он должен вести передачу в строго отведенном временном интервале, не выходя за его пределы, иначе будут создаваться помехи в других каналах.