Системи стільникового зв’язку і принципи їх функціонування

 

Організація радіоканалів

 

З'єднання на відрізку між абонентом, який має рухому станцію, і базовою станцією системи GSM відбувається радіошляхом. Цей фрагмент трансмісійної ланки був об'єднаний в специфікації GSM і носить назву радіоінтерфейсу. В радіоканалі системи CSM об'єднано в області часу і частот відносно складну структуру фізичних каналів, в яких передбачається як інформація користувача, так і сигналізаційні повідомлення. Система GSM ґрунтується на частотному (FDMA) і часовому (TDMA) розділенні каналів. Таке рішення дозволяє для визначеної пари MS-BTS вести передачу в каналі «вверх», що ніколи не співпадатиме в часі з передачею в каналі «вниз». Частиною тієї структури є багаторівнева рамкова структура. Поняття логічних каналів в системі GSM відповідає, в основному, поділу пакетів, що передаються в каналі, відповідно їх значенням та способам їх розташування в фізичних каналах.

 

Смуга частот

Радіоінтерфейс системи GSM забезпечує з'єднання типу «повний дуплекс» (англ. full duplex), одночасну передачу, як в напрямку «вниз» (англ. down link), тобто від базової станції BTS до рухомої MS, так і в напрямку «вверх» (англ. uplink), тобто від MS до BTS (рис. 7.1а). Означення «канал вверх» і «канал вниз» можна пояснити тим, що в типовій системі коміркового зв'язку антени базових станцій розташовані вище рівня рухомих станцій, однак тут вирішальним було запозичення термінології з сателітарних систем, в яких такі терміни є натуральні і дуже розповсюджені.

Стандарт GSM використовується перш за все в двох основних діапазонах частот: в смузі 900 МГц і в смузі 1800 МГц. Крім того використовуються або на стадії впровадження дві подальші версії системи GSM: система E-GSM та система PCN1900. Діапазон частот для цих систем описано нижче.

 

 

СИСТЕМА GSМ900

Система GSM працює в діапазоні 900 МГц в двох піддіапазонах частот.

Ширина кожного становить 25 МГц (рис. 7.1b):

- канали «вверх» - смуга 890-915 МГц;

- канали «вниз» - смуги 935-960 МГц.

 

В усіх версіях системи GSM передача в двох напрямках проводиться із частотним розділенням (англ. Frequency Division Duplex FDD). Для системи GSM900 відстань між частотами обох напрямків становить 45 МГц.

Кожна зі смуг частот поділена на 124 канали смугою 200 кГц. Ці канали пронумеровані від 1 до 124. Цей номер носить назву номеру частоти радіоканалу ARFCN (англ. Absolute Radio Frequency Channel Number).

Незважаючи на те, що смуга 25 МГц дає можливість теоретично використати 125 частотних каналів смугою 200 кГц, на практиці по краях обох смуг визначено охоронні частотні смуги шириною 100 кГц кожна. Вони служать для обмеження рівня інтерференції в сусідніх радіодіапазонах. Несучі частоти (тобто середні) 124 каналів системи GSM900 можна визначити так:

- канали «вверх»: fі = 890.0 МГц+(0.2 МГц)*і;

- канали «вниз»: fi = 935.0 МГц+(0.2 МГц)*і;

де і - номер каналу (ARCFN), причому 1<і<124.

 

В кожному частотному каналі смугою 200 кГц знаходиться 8 розмовних каналів. Виділення радіоканалів окремим коміркам відбувається через виділення частотних каналів, а отже цілих 8-канальних груп розмовних каналів. Окрема комірка може використовувати від 1 до 16 частот, що відповідає від 8 до 128 радіоканалів. Кількість частот виділених даній базовій станції BTS визначається навантаженням руху, яке передбачається в зоні даної комірки. Потрібно додати, що в багатьох країнах, в яких впровадження системи GSM випередило застосування аналогових коміркових систем, що працюють в діапазоні 900 МГц, напр. NMT900, AMPS або ETACS, оператори обох типів систем діляться між собою згаданими раніше 124 каналами представленими на рис. 7.1b.

 

Система DCS1800

 

Вже на стадії проектування стандарту системи GSM900 дехто говорив, що 124 частотні канали в цій системі не вистачить для забезпечення потреб по ємності, яка відповідала б передбачуваному зросту попиту на безпровідний зв'язок. Тоді, після опрацювання зауважень для системи, працюючої в діапазоні 900МГц (GSM900), розпочато працю над стандартом системи, що працювала б в діапазоні 1800МГц. Ця система після закінчення стандартизаційного процесу отримала назву DСS1800 (англ.Digital Cellular System).

Система DCS1800 використовує такі діапазони частот (рис. 7.1с):

- канали «вверх» - діапазон 1710-1785 МГц;

- канали «вниз» - діапазон 1805-1880 МГц.

 

Як видно, ширина виділених діапазонів частот становить 75МГц в кожному напрямку передачі, а несучі частоти каналів е майже в два рази вищі ніж в системі GSM900. Інше розташування частотних каналів та змінена відносно системи GSM900 величина комірки системи і зв'язане з цим зниження потужності рухомих і базових станцій системи DCS1800 - це єдине, що відрізняє систему DCS1800 від системи GSM900. Всі інші технічні аспекти, які входять до стандарту однакові для обох систем.

Смуга 75МГц могла б теоретично помістити 375 каналів шириною 200кГц. Подібно як в системі GSM900, введено два захисні інтервали шириною 100кГц по краях смуги, а ті 374 канали, які залишились мають номери ARCFN від 512 до 885. Визначення номерів ARCFN на частотах радіоканалів в системі DCS1800 відбувається таким чином:

- канали «вверх»: fi=1710 МГц+(0.2 МГц)*(і-511);

- канали «вниз»: fі= 1805 МГц+(0.2 МГц)*(і-511);

де і - це номер каналу (ARCFN), причому 512<і<885.

 

 

Отже, кількість каналів в системі DCS1800 в три рази більша, порівняно з системою GSM900. Дуплексний інтервал між каналами «вниз» і «вверх» становить 95 МГц, що полегшує проектування передавально-приймального обладнання.

Як говорилося вище, другою характеристикою, яка відрізняє систему DCS1800 від системи GSM900 є величина комірки і зв'язана з цим максимальна потужність рухомих і базових станцій. З точки зору величини комірки система GSM900 відноситься до класичних наземних коміркових систем (максимальна величина комірки, тобто максимально допустима відстань від рухомої станції до базової, становить 35км), а система DCS1800 - це система безпровідної телефонії з пікокомірками, розмірами кількасот метрів або мікрокомірками розмірами до 3 км. Цьому відповідає обмежена до 1 Вт максимальна потужність рухомої станції, порівняно з потужністю рухомої станції, що наближається до 20 Вт в системі GSM900. Максимальна потужність базової станції системи DCS1800 становить 20 Вт, порівняно з максимальною потужністю 320 Вт в системі GSM900.

Ємність системи DCS не має одиниць вимірювання (тобто визначається як кількість розмовних каналів на 1 км.кв), вона на порядок вища, порівняно з системою GSM900. З одного боку є в три рази більше розмовних частотних каналів, а з іншого боку застосування невеликих комірок і передача з невисоким рівнем потужності в радіоканалі приводить до економічного використання діапазону, тому що той самий частотний канал використовується в комірках, що лежать всього лиш за декілька кілометрів, а деколи і ближче.

Серед європейських експертів на початку 90-х років була популярна думка, що наступними після GSM будуть системи третьої генерації, так звані системи особистого зв'язку (англ. Personal Communications Networks PCN) на основі малокоміркових структур, дуже легкі термінали, досить нескладні алгоритми перетворення мови і т.п.

 

 

a) загальна організація; b) GSM 900; c) DSC 1800.

Рис. 7.1. Частотні канали в системі GSM

 

 

Крім того, що система DCS1800 виконує ці вимоги тільки коли йде мова про розміри комірок, в Великобританії і деяких інших країнах говорять часто про неї як про систему на виріст, тобто як про систему PCN. В момент написання цього тексту, система GSM900 діяла практично в усіх країнах Західної Європи і в багатьох неєвропейських країнах, а система DCS1800 використовувалася в Німеччині і Великобританії, монтувалася у Франції та в Україні.

 

Система Е-GSM

В ході розвитку системи GSM в деяких країнах розширено діапазон частот, що використовується системою. Ці системи відомі під назвою Е-GSM (англ. Extended fregueney GSM). Це стандартні системи GSM, в яких для кожного з напрямків передачі на краю основної смуги шириною 25 МГц додана додаткова смута частот шириною 10 МГц. Це дозволило збільшити кількість каналів на 50. Наступні приклади дозволяють перераховувати номери додаткових каналів, ARCFN, в системі Е-GSM, на відповідні величини середніх частот радіоканалу:

- канали «вверх»: fi = 890 МГц+(0.2 МГц)*(і-1024);

- канали «вниз»: fi =935 МГц+(0.2 МГц)*(i-1024),

де і - це номер каналу (ARCFN), причому 975<і<1023.

 

Система PCS1900

Система GSM стала дуже популярною у всьому світі за винятком Японії та США, де знаходяться два основні конкуренти системи GSM - системи IS-95 і JDC. Оскільки жодна з цих країн не думає впроваджувати в себе систему GSM900, то для них зарезервовано смуту частот в діапазоні 1900 МГц з призначенням для систем безпровідного особистого зв'язку. Отже не виключено, що серед систем, які вводяться в дію в цьому діапазоні будуть також так звані системи PCS1900 (англ. Personal Communication System - скорочення, яке означає те саме, що і застосоване в Європі скорочення PCN), які узгоджені з стандартом GSM, але використовують частоти на 100 МГц вищі, ніж система DCS1800.

 

7.1.2. Фізичні канали

 

Основою утворення фізичних каналів є поділ радіозасобів системи GSM на частотно-часові інтервали, що циклічно повторюються, зв'язані із змішаним способом організації системи GSM, який базується на часовому (TDMA) і частотному (FDMA) розділі каналів.

 

Частотно-часові інтервали

В системі GSM для поділу радіозасобів на фізичні канали використано поєднання принципу часового поділу каналів ТDМА (англ. Time Division Multiple Access) та частотного FDMA (англ. Frequency Division Multiple Access). Кожний з 124 частотних каналів, віддалених один від одного на 200кГц, був поділений в області часу на вісім інтервалів нумерованих від 0 до 7 (рис. 7.2). Тривалість одного інтервалу становить приблизно 577 мкс (точно 15/26 мс). Вісім часових інтервалів утворюють, так званий, цикл TDMA тривалістю 577 мкс*8=4.615 мс. Ряд циклічно повторюваних часових інтервалів утворюють фізичний канал, який можна використати для передачі розмовних сигналів або сигналізаційних.

Отже, беручи до уваги, що як частотні канали так і часові інтервали, тобто всі доступні радіозасоби поділені на групи частотно-часових інтервалів (рис. 7.3). Кожний з частотно-часових інтервалів дозволяє передавати тільки один пакет (англ. burst). «Пакет» пов’язаний із способом поділу інформації на блоки, а не із способом комутації. Із точки зору комутації система GSM - це система із комутацією каналів, а не комутацією пакетів. Отже, ряд часових інтервалів, кожний тривалістю 0.577 мс, що передаються через кожні 4.038 мс і займають смугу частот шириною 200 кГц навколо середньої частоти, утворюють фізичний канал, в якому циклічно, через 4.615 мс, передається пакет в напрямку до або від рухомої станції. Метод TDMA ефективно зменшує смугу частот, виділену одному фізичному каналу GSM до 200 кГц/8=25 кГц. Така ширина смуги прирівнюється до ширини смуги розмовного каналу в типових аналогових коміркових системах.

Метод TDMA дозволяє уникнути необхідності одночасної передачі і прийому. На рис. 7.3 представлено зсув в часі між k-тим (k=0,l,...,7) часовим інтервалом, який несе інформацію з базової станції до рухомої і k-тим часовим інтервалом, який містить відповідь рухомої станції. Для даного з'єднання BTS-MS, передача в обох напрямках відбувається в часових інтервалах з тим самим номером, але на частотах, зсунутих між собою на 45 МГц. Передача з рухомої станції проходить із запізненням відносно прийому, на час, що рівний тривалості трьом часовим інтервалам (1.731 мс). Неодночасна передача в обох напрямках значно полегшує конструювання рухомих станцій, а саме переносних і кишенькових. Така передача не потребує застосування мікросхеми дуплексера, збільшує тривалість дії батарей та зменшує їх вагу, що в результаті дозволяє зменшити їх ціну.

 

Імпульсна передача

Представлена на рис. 7.4 часова схема прийому і передачі в рухомій станції означає необхідність імпульсного режиму роботи рухомої станції, і в певній мірі також базової станції. Передавач рухомої станції вмикається на час тривалості одного часового інтервалу, а через 577 мкс вимикається і залишається неактивним наступних сім часових інтервалів. Частота циклічного ввімкнення і вимкнення передавача рухомої станції становить 1/4.615 мс = 216.6 Гц.

Одним з наслідків імпульсного режиму роботи радіопередавача і його циклів (регулярне повторювання ввімкнення і вимкнення) є загроза появи радіозавад, які переходять в сусідні частотні канали, сусідні часові інтервали або до інших користувачів радіоефіру. Це додаткова технічна проблема, яка повинна бути розв'язана проектантами радіообладнання.

Стандарт GSM чітко окреслює інтервал часу, в якому передавач рухомої станції повинен виконати циклічну процедуру ввімкнення і вимкнення потужності від нуля до номінального рівня і навпаки. Під час тривалості цієї процедури в каналі не передаються корисні біти. На рисунку 7.5 представлено взірець ввімкнення і вимкнення передавача рухомої станції (для основного пакету) від функції часу (англ. power-versus-time template). Рухома станція повинна вмикатися або вимикатися на протязі 28 мкс, величина зміни рівня потужності в такому короткому часі становить 70 dB. Після ввімкнення рухома станція має 542.8 мкс на передачу пакету інформації.

 

Типи пакетів

Фізичний радіоканал, що з'єднує рухому станцію з базовою, створений на основі циклічної передачі на тій самій частоті в тому самому часовому інтервалі (тобто через кожні 4.615 мс) блоку бітів, який називається пакетом (англ burst) - рис. 7.6. Час передачі одного біту в системі GSM становить приблизно 3.69 мкс, а типовий пакет містить 148 бітів, отже довжина типового пакету становить приблизно 546 мкс. Час тривалості одного часового інтервалу становить 577 мкс, що дозволяє зберегти відстань між окремими пакетами приблизно 30 мкс. Цю захисну відстань (англ. guard interval) характеризують як 8.25 відступ модуляції (тобто 8.25 бітів), по 3.7 мкс кожний. Отже пакет в системі GSM мас загальну довжину 156.25 бітів.

В системі GSM існує 5 типів пакетів, з яких тільки один, так званий основний (англ. normal burst), служить для передачі інформації, що використовується користувачами системи GSM, тобто розмовних сигналів або даних. Тиші типи пакетів системи GSM використовуються для сигналізаційних сигналів. Окремі типи пакетів будуть по порядку описані нижче.

1. ОСНОВНИЙ ПАКЕТ (англ. normal burst). В системі GSM типом пакету, що найчастіше передається є основний пакет (рис. 7.7). До складу основного пакету входять наступні елементи:

- інформаційні біти - два блоки, кожний довжиною 57 бітів, які містять захищені від помилок і зашифровані інформаційні біти, що відповідають сигналам мови або даних;

- тренувальний інтервал (англ. training seguence) - цe 26 бітна послідовність, відома як в базовій станції, так і в рухомій. Тренувальний інтервал використовується в приймачі схемою коректора для наближеного визначення параметрів радіоканалу, що дозволяє компенсувати спотворення, які виникають за рахунок явища багатошляховості. Тренувальний інтервал розташований всередині пакету, між двома блоками інформаційних бітів. В зв'язку з тим, що умови поширення в радіоканалі можуть досить швидко змінюватися, то таке розташування тренувального інтервалу збільшує правдоподібність того, що характер завад, що вносяться радіоканалом в тренувальному інтервалі, подібний до характеру завад, що діють на інформаційні біти. В системі GSM об'єднано вісім різних тренувальних інтервалів. Для довільної пари серед них їх функція взаємокореляції має форму, яка полегшує процес правильної синхронізації приймача. Базові станції, які ведуть передачу на тій самій частоті і розташовані відносно недалеко одна від одної застосовують різні тренувальні інтервали позначені іншими ідентифікаційними номерами BSІC, що полегшує розпізнавання сигналів в приймачі;

- позначники основної частини (англ. Stealing Flags SF) - це два біти, кожен з яких відповідає одному блоку інформаційних бітів. В деяких ситуаціях, що потребують термінової передачі великої кількості сигналізаційної інформації (напр. підчас процедури перемикання каналів), деякі блоки інформаційних бітів пропускаються, а на їхнє місце вставляється ряд сигналізаційних бітів. В такому випадку відповідний стан позначників основної частини дозволяє правильно розшифрувати вміст пакету в приймачі;

- біти закінчення (англ. Tail Bits TB) - два 3-бітові блоки, що розташовані на початку і в кінці кожного пакету. На цих позиціях передаються завжди нулі, що забезпечує правдоподібну роботу алгоритмів корекції радіоканалу і декодування переплітаючого коду в приймачі;

 

 

Рис.7.2 Рамка TDMA і утворення фізичних каналів.

 

 

 

Рис.7.3 Поділ радіозасобів системи GSM на частотно-часові щілини

 

 

Рис.7.4 Часова схема прийому і передачі в мобільній станції

 

 

 

Рис.7.5 Часова діаграма вмикання і вимикання мобільної станції

 

 

 

Рис.7.6 Передача пакета в середині часової рамки TDMA

 

- захисний інтервал (англ. Guard Period GP) - це згаданий вище інтервал, тривалістю приблизно 30 мкс, між пакетами, що відповідає довжині 8.25 інтервалів модуляції. Це інтервал між корисними бітами, які належать до різних пакетів. Він розрахований на те, щоб дати час на ввімкнення і вимкнення передавачів рухомих і базових станцій, які працюють в імпульсному режимі.

Одночасно це приводить до виникнення деякої ймовірності помилки встановлення, так званого, часового випередження (англ. timing advance). Таке випередження необхідно з огляду на різні відстані окремих рухомих станцій від базової станції.

2. ПАКЕТ КОРЕКЦІЇ ЧАСТОТИ (англ. frequency correction burst). Пакет корекції частоти (рис. 7.8) синхронізує локальний генератор рухомої станції з частотою базової станції. З цією метою базова станція через рівномірні проміжки часу, на протязі одного часового інтервалу, передає чистий синусоїдальний сигнал - немодульовану несучу. Це означає посилку в часовому інтервалі самих нулів. Проектанти рухомих станцій самі вирішують, як часто їх рухомі станції будуть використовувати з можливості синхронізації частоти з базовою станцією. В пакеті корекції частоти захисний інтервал GP та біти початку і кінця ТВ такі самі, як в основному пакеті.

3. СИНХРОНІЗАЦІЙНИЙ ПАКЕТ (англ. synchronization burst). Після виконання частоти рухома станція повинна виконати процедуру синхронізації циклу. Спеціальний синхронізаційний пакет містить для цієї мети 64-бітову синхронізаційну групу, а два 39-бітові інформаційні блоки передають номери циклу TDMA, який є одночасно видом ключа для вірного дешифрування інформації, що передається в основних пакетах, а також ідентифікаційний номер базової станції (BSIC), який визначає правильний тренувальний інтервал (рис. 7.9).

4. ПАКЕТ ДОСТУПУ (англ. access burst). В момент часу, коли рухома станція висилає першу вимогу доступу до системи, ще не відомою є відстань від неї до базової станції. Отже і невідоме запізнення, з яким вислана інформація прийде до приймача базової станції.

 

 

TB - кінцеві біти; GP - охоронний відступ; SF - позначник підстановки

Рис.7.7 Основний пакет

 

 

 

Рис.7.8 Пакет корекції частоти

 

 

 

Рис.7.9 Синхронізаційний пакет

 

 

В результаті це запізнення не можна компенсувати, передаючи сигнали від базової станції з відповідним випередженням. Подібною буде ситуація у випадку перемикання (англ. handover) рухомої станції до нової базової станції. В цьому випадку, рухома станція посилає сигнал своєї появи в формі, так званого, пакету доступу, захисний інтервал якого відповідно видовжений (рис. 7.10).

Довжину захисного інтервалу розраховано, враховуючи максимальний радіус комірки так, щоб навіть в випадку, коли рухома станція знаходиться на границі комірки, пакет доступу не накладався на інформацію, що передається в сусідньому часовому інтервалі. Час тривалості захисного інтервалу становить 68.25*3.69 мкс — 252 мкс. В цей час електромагнітна хвиля, яка рухається з швидкістю світла, подолає шлях 252 мкс*300000 км/с=75.5 км, поділивши це число на два (радіохвиля повинна два рази подолати відстань між базовою та рухомою станціями) вийде 37,75 км. З практичної точки зору приймають, що максимальні розміри комірки не повинні перевищувати 35 км. Механізм появи запізнення, для обох напрямків передачі показано на рис. 7.11. Всередині пакету доступу розташований видовжений тренувальний інтервал, вісім бітів початку і три біти кінця та інформаційні біти.

5. ЗАМІННИЙ ПАКЕТ (англ. dummy burst). В деяких ситуаціях базова станція може вислати, так званий, замінний пакет, структура якого ідентична з описаною вище структурою основного пакету з тією різницею, що інформаційні біти замінено в ньому рядом бітів, що не несуть інформації.

 

Цикли вищого рівня

Крім описаної в п.5.2.1 організації фізичного каналу, яка базується на основному циклі TDMA тривалістю 4.615 мс (рис. 7.2), в системі GSM організовано також цикли вищого рівня. Вони дозволяють якісно розташувати логічні канали в фізичних, а також потрібні в процедурах захисту інформації від несанкціонованого доступу.

На рис. 7.12 показано структуру циклів вищого рівня, організованих в системі GSM. Наступний рівень відносно основного циклу TDMA (англ. TDMA frame) - це, так званий, мультицикл (англ. multiframe). Є два типи мультициклів: мультицикл 26-цикловий, тривалістю 120мс, призначений перш за все для передачі сигналів мови та мультицикл 51-цикловий, тривалістю приблизно 235 мс, призначений виключно для передачі сигналізаційних та керуючих сигналів. Організація двох різних типів мультициклів корисна з уваги на цілком різні вимоги щодо ємності трансмісійного каналу пакетів мови (тобто логічних розмовних каналів) відносно пакетів, що містять сигналізаційні біти (тобто логічних сигналізаційних каналів). Мультицикл 26-цикловий, який використовується у випадку передачі сигналів мови, де швидкість передачі пакетів становить 200 пакетів/с не містить каналів низької швидкості для передачі деяких сигналізаційних пакетів, в яких кількість інформації відповідає деколи тільки лиш 2 пакетам/с. Отже для сигналізаційних пакетів корисно використовувати довший мультицикл, який відповідає 51 циклу TDMA.

Наступний рівень організації циклів займає, так званий, суперцикл (англ. superframe), тривалсть, якого становить 1326 циклів TDMA, тобто 6,12с. Число 1326-це результат множення чисел 26 і 51, отже суперцикл може містити або 51 коротший мультицикл з сигналами мови, або 26 довших сигналізаційних мультициклів. Найвищий рівень організації циклів в системі GSM займає, так званий, гіперцикл (англ. hyperframe), створений з 2048 суперциклів. Один гіперцикл містить 2715648 циклів TDMA, а його тривалість становить майже 3.5 години.

Номер наступного циклу TDMA всередині циклів вищого рівня використовується як один з параметрів при шифруванні сигналу мови, який передається в радіоканалі. Номерація циклів TDMA відбувається за допомогою трьох чисел.

 

 

Рис.7.10 Пакет доступу

 

 

 

Рис.7.11 Механізм появи запізнення пакетів в радіоканалі

 

 

Рис. 7.12. Ієрархічна структура рамок в системі GSM

 

Число Т1 - це номер суперциклу (інтервал від 0 до 2047), число Т2 - номер розмовного циклу, з'являється в 26-елементних мультициклах (інтервал від 0 до 25), число ТЗ - номер сигналізаційних циклів об'єднаних в 51-елементні мультицикли (інтервал від 0 до 50). Величини чисел Т1, Т2 і ТЗ утворюють номер циклу TDMA, який передається базовою станцією в синхронізаційному каналі SCH.

 

Логічні канали

Як згадано вище, поняття логічного каналу в системі GSM відповідає окремим видам інформації, яка передасться в фізичному каналі. В першій частині цього пункту будуть описані види логічних каналів (п.10.3.1), а далі способи розташування логічних каналів в фізичних каналах (п.10.3.2). В кінці, в п.10.3.3, представлено перебіг кількох сигналізаційних процедур, які використовують різні види логічних сигналізаційних каналів.

 

Типи логічних каналів

Логічні канали в системі GSM можна поділити на розмовні канали і сигналізаційні (рис. 7.13). Розмовні канали служать для пересилки інформації від користувачів (закодовані сигнали мови або сигнали даних). Сигналізаційні канали використовуються всередині системи для забезпечення вірної роботи системи. Серед сигналізаційних каналів можна виділити розсіюючі, спільні та спеціальні канали. Нижче будуть описані no-порядку всі типи логічних каналів. Більшість логічних каналів використовує для передачі основні пакети. На рис. 7.13 представлено поділ всіх типів логічних каналів, які є в системі GSM.

1. РОЗМОВНІ КАНАЛИ ТСН (англ. Traffic CHannels). Існують два типи розмовних каналів в залежності від продуктивності алгоритму компресії сигналу мови. Всі розмовні канали є двонапрямленими і діють як в напрямку «вверх», так і «вниз»:

- Розмовний канал типу full-rate TCH/FS (англ. Traffic CHannel/Full - rate Speech). Використовується для передачі мови у швидкістю 13 кбіт/с. Цей канал дозволяє також передавати дані з швидкостями: 9.6; 4.8; 2.4 кбіт/с;

- Розмовний канал типу half-rate TCH/HS (англ. Traffic CHannel/Half-rate Speech). Передбачений для використання після впровадження кодування мови з швидкістю, нижчою 7 к6іт/с, що дозволить подвоїти ємність системи. Цей канал дає можливість передавати дані з швидкістю 4.8 або 2.4 кбіт/с;

 

2 РОЗСІЮЮЧІ КАНАЛИ ВСН (англ Broadcast CHannel). Використовуються для передачі сигналізаційної інформації або синхронізаційної в каналі «вниз», тобто від базової станції до рухомих станцій. Інформація, яка передається в розсіюючих каналах і використовується рухомими станціями в фазі встановлення з'єднання Існують три типи розсіюючих каналів:

- канал корекції частоти FCCH (англ. Frequency Correction CHannel). Дозволяє рухомим станціям синхронізуватися по частоті з базовою станцією, інформація, що передається в цьому каналі, має форму пакету корекції частоти.

- синхронізаційний канал SCH (англ. Synchronization CHannel). Дозволяє синхронізувати цикли приймача та передає ключ, який розшифровує інформаційні біти, що передаються в розмовних каналах. Інформація, яка передасться в цьому каналі має форму синхронізаційного.

- сигналізаційний розсіючий канал ВССН (англ. Broadcast Control CHаnnel). В цьому каналі передається до рухомих станцій ідентифікаційні параметри системи (оператора); це код зони викликів LAC, який відповідає даній базовій станції, ідентифікатор оператора MNC, номери радіоканалів, що використовуються в сусідніх комірках та інші параметри доступу до системи. Ця інформація передається через регулярні інтервали часу кожною базовою станцією.

3. СПІЛЬНІ СИГНАЛІЗАЦІЙНІ КАНАЛИ СССН (англ. Common Control CHannels). Беруть участь у встановленні з'єднань між базовою станцією і рухомою:

 

 

Рис. 7.13. Поділ логічних каналів в системі GSM

 

- канал викликів РСН (англ. Paging CHannel). Використовується для виклику рухомого абонента, до якого адресовано цей виклик. Базова станція викликає абонента, передаючи сигнали виклику в межах своєї комірки. Це логічний канал, який працює тільки на лініях «вниз»;

- канал випадкового доступу RАСН (англ. Random Access CHannel). Це канал, в якому рухома станція може вимагати виділення їй спеціального сигналізаційного каналу DCCH. Така ситуація може виникнути при встановленні з'єднання. Інформація, яка передається в каналі RACH має формат описаного в п.7.1.2.3 пакету доступу і це перше повідомлення, яке передає рухома станція до базової в процедурі встановлення з'єднання між абонентом системи GSM (викликаючим) і іншим абонентом (якого викликають). Це логічний канал, який працює тільки на лініях «вверх»;

- канал виділення ліній AGСH (англ. Ассess Grant CHannel). У відповідь на вимогу виділення спеціального сигналізаційного каналу DCCH, базова станція виділяє рухомій станції окремий сигналізаційний канал SDCCН, інформуючи її про це в каналі виділення лінії AGCH. Це логічний канал, який діє тільки в каналах «вниз».

4. СПЕЦІАЛЬНІ СИГНАЛІЗАЦІЙНІ КАНАЛИ DCCH (англ. Dedicated Control CHannels). Використовуються для обміну сигналізаційною інформацією між рухомою станцією і системою під час процедури повідомлення появи рухомої станції в комірці та ідентифікації абонента, а також під час тривання самого з'єднання. Всі спеціальні сигналізаційні канали є двонапрямлені і розташовані як в каналах «вниз», так і «вверх».

- виділений сигналізаційний канал SDCCH (англ. Standalone Dedicated Control CHannel). Використовується для сигналізації під час встановлення з'єднання до виділеного розмовного каналу (процедура появи абонента в комірці та ідентифікація абонента);

- повільний допоміжний сигналізаційний канал SACCH (англ. Slow Associated Control CHannel). Виділяється разом з розмовним каналом або окремим сигналізаційним каналом SDCCH. В каналі SACCH передається системна інформація з низьким пріоритетом, така як результати вимірювань, що виконуються рухомою станцією під час тривалості з'єднання (вимірювання потужності сигналу власної і сусідньої базових станцій для процедури перемикання). Канал SACCH використовується також для керування потужністю рухомої станції та для регулювання величини часового випередження (англ. timing advance);

- швидкий допоміжний сигналізаційний канал FACCH (англ. Fast Associated Control CHannel). Канал завжди зв'язаний з розмовним каналом. Використовується тоді, коли є необхідний швидкий обмін сигналізаційною інформацією під час тривання з'єднання, наприклад, під час виконання процедури перемикання каналів, що належать до різних комірок. В такому випадку замість одного з 20-мілісекундних циклів сигналу мови (тобто замість восьми основних пакетів) передається сигналізаційна інформація. Позначники основної частини SF тоді стоять в активній позиції.