Вопросы самоконтроля

1. Назовите системы GSM, использующие различные диапазоны частот.

2. Определите для P-GSM 900 номинальную частоту 60 канала в прямом и обратном направлениях.

3. Какова величина дуплексного разноса для системы GSM 900?

4. Поясните метод множественного доступа и организации дуплекса TDMA/FDD.

5. Что представляет собой антенна мобильной станции? Какой коэффициент усиления антенны? Определите приближённую длину антенны для диапазона 900 МГц.

6. Поясните назначение и работу фазового модулятора GMSK.

7. Поясните назначение смесителя СМп и фильтра ФСС на структурной схеме.

8. Применяется ли в стандарте GSM регулировка мощности передатчика MS в зависимости от величины сигнала, измеренного приемным устройством базовой станции?

9. Поясните назначение малошумящего усилителя МШУ, смесителей СМ1 и СМ2 приёмника на структурной схеме.

Тема 3.4. Формирование процесса передачи речевого сигнала в цифровой мобильной станции Требования к знаниям

• Студент должен

• знать:

• принцип аналого–цифрового преобразования (частота дискретизации, уровни квантования, скорость передачи);

• процесс сегментации и речевого кодирования;

• процесс канального кодирования и перемежения,

• шифрование и формирование одного пакета 156, 25 бит или 625 в четырёх пакетах для речевого отсчёта в 20 мс;

• подготовку пакета величиной 676 бит для настройки модулятора;

• уметь:

• объяснить алгоритм обработки речевых сигналов в сотовом телефоне после ИКМ – кодирования до передачи в эфир с учётом преобразований, необходимых для обеспечения качества передачи;

• объяснить, как исключаются и добавляются биты информации в процессе формирования пакета и просчитать необходимую полосу пропускания канала (таймслота) 33,6 кбит/с и 270,4 кбит/с в одном частотном канале.

Содержание учебного материала

Проблемы, возникающие при передаче сигнала в радиоканале

Существует много проблем, возникающих при передаче радиосигналов.

Затухание. (Path loss)

При отсутствии помех, затухание – это отношение мощностей сигнала принимаемого приёмником (например MS) и переданного передатчиком (например BTS).

Р пр 1 1 где: Рпр - мощность сигнала, принимаемого АС

---- = ----------- = --- --------- Рпер – мощность сигнала, передаваемого БС

Р пер (4πrf/c)² [4 π(r/λ)]² r – расстояние АС от БС

с - скорость света, f – частота,

λ – длина волны

Path Loss (PL) - это потери, возникающие тогда, когда принимаемый сигнал становится всё слабее и слабее из-за увеличения расстояния между MS и BTS. Проблема PL редко ведет к разрыву соединения (dropped calls), потому что как только проблема становится экстремальной, соединение переключается на другую BTS и PL становится, соответственно, меньше. Сети сотовой связи планируются таким образом, чтобы сигналы передатчиков как базовой, так и абонентской станции в точках приёма превышали чувствительность приёмников на заданную величину, определяемую стандартом.

На качество передачи, выражаемое через значение BER, в сотовых системах наибольшее значение оказывают тепловые шумы и сокональные помехи. Существуют пороговые значения (рис. 8.7)для соотношений сигнал/шум C/N (Гпор) и сигнал/помеха C/I (Λпор), определяющие минимальный сигнал на входе приёмника MS .

Эффект тени (Shadowing)

Этот эффект встречается тогда, когда на пути распространения радиосигнала между MS и BTS возникают физические препятствия, например, холмы, здания, деревья и т.д. Препятствия создают эффект затенения, который уменьшает уровень сигнала (signal strength). Уровень сигнала в процессе движения MS изменяется в зависимости от возникающих препятствий на пути между MS и BTS.

Действующие на сигнал замирания изменяют уровень сигнала. Снижение уровня сигнала называется глубиной замирания (fading dips).

Эффект многолучевости (Multipath fading)

По мере удаления MS от BTS (с увеличение расстояния r) напряжённость поля убывает, данная зависимость не является плавной. Кривые распространения радиоволн приводятся в справочниках для различных видов трасс и на основании данных, полученных главным образом в зонах с умеренным климатом.

Если изменить частоту сигнала или скорость движения АС, зависимость изменится, но характер изменения останется прежним. Изменение среднего значения напряжённости поля Е, вызванные эффектом тени называется затуханием, а всплески – замиранием.

Многолучевые замирания возникают тогда, когда существует более чем один путь распространения радиоволны между MS и BTS и, в связи с этим, к приёмнику приходит более чем один сигнал. Последнее связано с многократным отражением радиосигнала от таких препятствий, как горы, здания, располагающиеся либо близко, либо далеко от приёмников (рис.8.2, 8,6)

Провалы уровня сигнала (замирания сигнала), связанные с эффектом многолучевости распределяются по Релеевскому закону и поэтому называются релеевскими (Rayleigh fading). Релеевские замирания сильно выражены тогда, когда препятствия располагаются близко к приёмной антенне. Результирующий принятый сигнал представляет собой сумму сигналов, пришедших с разной амплитудой и фазой. Глубина замираний и их периодичность зависят от скорости движения MS и рабочей частоты. Расстояние между замираниями приблизительно составляет половину длины волны колебания. Таким образом, в системе GSM 900 расстояние между двумя замираниями составляет 17см.

Временная дисперсия (Time Dispersion)

Временная дисперсия является дополнительной проблемой, связанной с многолучевым характером распространения радиоволн между MS и BTS.

Однако в данном случае в сравнении с Релеевскими замираниями, отражённый сигнал приходит к приёмной антенне, отражаясь от достаточно удалённых объектов, таких как горы, холмы.

Временная интерференция вызывает межсимвольную интерференцию (Inter-Symbol Interference - ISI), где последовательные символы (биты) интерферируют друг с другом, что затрудняет приёмнику правильно определять символы.

Если отраженный сигнал приходит после прохождения одного бита прямого сигнала, то приёмник обнаруживает «1» от отраженной волны и в то же самое время «О» от прямой радиоволны. Поэтому символ «1» интерферирует с символом «О» и MS не знает, какой из этих символов является правильным.

Выравнивание во времени (Time Alignment)

Каждая MS во время обслуживания вызова занимает один временной интервал - таймслот (TS) внутри цикла TDMA - кадра. Другими словами, мобильная станция занимает определённый временной интервал, в течение которого MS передаёт информацию на BTS.

Проблема временного наложения проявляется тогда, когда часть информации, переданная MS, не приходит в занимаемом TS.

Вместо этого не пришедшая часть информации придёт в следующем TS, следовательно, может интерферировать с информацией, передаваемой другой MS, использующей другой TS.

Временное наложение возникает за счёт большого расстояния между MS и BTS. Сигнал же не может распространяться на большие расстояния внутри заданного значения временной задержки.

Комбинированные потери сигнала (Combined Signal Loss)

Все проблемы, возникающие при распространении сигнала, в частности те, которые были описаны выше, возникают и существуют независимо друг от друга. Однако в процессе обслуживания вызовов эти проблемы могут возникать одновременно. Такое наложение сигналов можно представить зависимостью изменения сигнала на входе приёмника MS в процессе её движения.

На рис. 8.6 представлена такая зависимость. На данном рисунке представлены пример суммарных потерь сигнала в виде затуханий, провалов из-за эффекта тени, Релеевских. Уровень сигнала как глобальное среднее значение уменьшается с расстоянием (path loss), что приводит к разрыву соединения. Вокруг глобального среднего существуют медленные вариации поля за счёт затенений и быстрые вариации за счёт Релеевских замираний.

Рис.14 Изменение сигнала с изменением расстояния

В любой другой точке изменение сигнала будут выглядеть так, как показано на следующем рисунке:

Рис.15 Изменение сигнала на антенне приёмника

Из рисунка видно, что чувствительность телефона не должна быть меньше минимального значения сигнала (на рисунке 8.7 это показано глубиной затухания). Например, если необходимо принять сигнал с уровнем -100 dBm, то чувствительность телефона в стандарте GSM должна быть не меньше

(-104 dBm), а даже больше, в противном случае информация будет утеряна.

Чтобы быть уверенным в том, что информация не будет потеряна, необходимо, чтобы глобальное среднее значение напряжённости поля было больше на такую величину dB, на какую в dB отклоняется самое большее замирание. Такой запас

на замирание представляет собой разницу между чувствительностью и средним значением напряжённости поля.

Методы устранения проблем, возникающих при передаче сигнала

При цифровой передаче данных качество переданного сигнала выражается в терминах «сколько бит информации было принято с ошибками».

Названием термина, характеризующего качество принятой информации, является частота битовых ошибок (BER - Bit Error Ratio). BER определяет процентное отношение количества неправильно принятых битов к общему количеству переданных битов информации.

Переданные биты 1 1 0 1 О О О 1 1 О Принятые биты 1 0 0 1 О О I 0 1 О

Ошибка Т Т Т 3/10-30%BER

Данное отношение должно быть как можно ниже. В общем случае, данное отношение невозможно свести к нулю, это связанно с тем, что путь распространения радиоволн постоянно меняется. Это особенно важно в течение передачи данных по сравнению с передачей речи, для которой приемлемо более высокое количество BER.

Для борьбы с ошибками в канале передачи используется ряд методов, перечисляемых ниже.

Для обнаружения и коррекции ошибок в принимаемом потоке информации используется канальное кодирование.

Канальное кодирование добавляет служебные биты к сообщению, вводя избыточность сообщения, что позволяет не только обнаруживать неправильные биты, но и исправлять ошибки.

Перемежение (Interleaving)

Канальное кодирование эффективно используется в случаях появления одиночных ошибок Применение только канального кодирования не применимо в условиях появления длинных последовательностей ошибок. Перемежение устраняет групповые ошибки, обусловленные долговременными глубокими провалами уровня сигнала. Перемежение обеспечивает преобразование пакетов ошибок в одиночные ошибки.

Разнесённый приём (Antenna Diversity)

Использование разнесённого приёма позволяет получить больший уровень сигнала на выходе антенно-фидерного тракта посредством суммирования сигналов от двух приемных антенн. Существует два типа разнесённого приёма:

• пространственное разнесение,

• поляризационное разнесение.

Пространственное разнесение

Для того чтобы увеличить уровень принимаемого сигнала BTS прибегают к пространственному разнесению антенн. В данной конструкции используется 2 антенны вместо одной.

Если при разнесении используется 2 антенны, то вероятность того, что в одно и тоже время на обе антенны придут две одинаковые волны, на которые повлияли глубокие замирания, очень мала. Используя пространственное разнесение, можно достичь увеличения уровня сигнала на 3 dB, при этом расстояние между антеннами должно быть около L(м)=(12 -18) λ для горизонтального разнесения Эта формула верна для использования антенн с вертикальной поляризацией.

В диапазоне 900 МГц разнос составляет около 6 метров, а в 1800 Мгц, расстояние меньше из-за меньшего значения длины волны (около 3 метров).

Используя данный метод и выбирая сигнал с большим уровнем можно в значительной степени уменьшить воздействие замираний сигнала.

Поляризационное разнесение

При поляризационном разносе антенна представляет собой сдвоенную панель с кросс поляризацией (X-pol). Данная антенна имеет с виду обычный корпус, но состоит, по сути, из двух антенных решеток. Самые популярные антенны - это антенны, имеющие наклонную поляризацию в 45°.

Две антенные решетки также могут быть использованы как совмещённые Tx/Rx антенны. На практике считается, что коэффициент усиления с использованием двух типов разнесённого приёма одинаков, но в случае поляризационного приёма экономится размер монтажной площадки антенно-фидерной системы.

Адаптивная подстройка (Adaptive Equalization)

Адаптивная подстройка - метод, специально разработанный для решения проблем, связанных с временной дисперсией сигналов. Работа данного метода заключается в следующем:

1. Основу данного метода берется набор заранее известных бит информации, называемый тестовой последовательностью (training sequence). Данная последовательность известна как BTS, так и MS. BTS передает команду MS включить одну из этих последовательностей в передачу полезной информации по направлению к BTS.

2. MS включает в передаваемое сообщение по направлению к BTS тестовую последовательность Однако, при передаче сообщения через радиоэфир, оно может быть искажено (потеря нескольких бит информации).

3. BTS принимает сообщение от MS и проверяет тестовую последовательность внутри передаваемого сообщения. BTS сравнивает принятую тестовую последовательность с тестовой последовательностью, которую должна была использовать MS по указанию BTS. Если существует отличие между двумя тестовыми последовательностями, это означает, что проблемы в радиоэфире воздействовали не только на тестовые последовательности, но так же и на полезную информацию.

4.После установления различия в тестовых последовательностях, BTS начинает процесс восстановления потерянной полезной информации. Для этого она использует информацию о повреждениях внутри тестовой последовательности, на основе которых составляет математическую модель канала связи. После этого через модель канала будет пропущена вся пользовательская информация.

Поскольку BTS делает предположения о радиоэфире на основе тестовых последовательностей, то результат адаптивного восстановления потерянной информации не может быть абсолютно удачным (составляет менее 100%).

Несмотря на это, применение такого метода дает достаточно хорошие результаты восстановления сигнала. К примеру, в качестве адаптивного эквалайзера в системе GSM используется эквалайзер Витерби (Viterbi equalizer).

Перескоки по частоте (Frequency Hopping)

Как было указанно выше, Релеевские замирания частотно зависимы. Это означает, что глубина таких замираний различна в каждом из районов местности и на разных частотах. В связи с этим в системе GSM предусмотрена дополнительная функция Frequency Hopping - перескоки по частоте для MS и BTS в процессе установления соединения, что позволяет снижать интерференцию. Одновременный перескок по частоте MS и BTS требует точной взаимной синхронизации.

Согласно рекомендациям стандарта GSM существует 64 варианта последовательностей перескоков по частоте. Одна из этих последовательностей циклическая или последовательная, а 63 остальных - псевдослучайные, которые могут быть сконфигурированы самим оператором.

Временное упреждение (Timing Advance - ТА)

Применение механизма ТА связанно с проблемами временного выравнивания передачи (наложение информации в соседних таймслотах из-за разной удаленности мобильных станций от базовой). Данное упреждение позволяет передавать информацию в таймслот тем раньше, чем дальше от BTS находится MS. Информацию о величине времени упреждения высчитывает BSC и передает на MS по сигнальному каналу.

В системе GSM временная задержка измеряется во времени следования бита (3,69 мкс), и в обычной соте изменяется в диапазоне от 0 до 63.

Известно, что первый этап установления соединения от MS к BTS осуществляется в направлении от MS к BTS (Uplink). Данное соединение происходит в виде передачи пакета доступа (АВ - access burst) по логическому каналу доступа (RACH -random access channel).

Пакет доступа кроме первого этапа установления соединения используется при осуществлении хэндовера, обеспечивая разрешение доступа мобильной станции к новой базовой станции. При этом используется уже не канал RACH, а канал FACCH (Fast Associated Common Control Channel).

Примечание: В стандарте GSM используется 5 видов временных интервалов:

- NB (Normal Burst) нормальный временной интервал для передачи информации по каналам связи и управления;

- FB (Frequency correction Burst) временной интервал подстройки частоты;

- SB (Synchrotization Burst) интервал временной синхронизации;

- DB (Dummy Burst) установочный интервал

- AB (Access Burst) интервал доступа.

Основной характеристикой пакета доступа является то, что он имеет малую длину, в нем содержится только 49 бит синхропоследовательности и 39 информационных бит. Иначе говоря, данный вид пакета имеет большой защитный интервал (GB - guard period), размер которого составляет 68.25 бит, а длительность - 252 мкс. Этот защитный интервал позволяет вычислить величину задержки при передаче, а также избежать наложения информации соседних таймслотов на стадии установления соединения.

Графическая интерпретация вида временного интервала АВ канала доступа представлена на рисунке 16. Рис.16

АВ = 8+41+36+3+68,25 = 156, 25 бит

На этом рисунке концевая комбинация TB (tail bits) означает так называемые ограничивающие биты, которые обозначают начало (8 бит) и конец пакета (3 бита). При первом установлении соединения MS не знает, на каком расстоянии она находится от BTS и, следовательно, не знает о величине временной задержки. Пакет доступа, который мобильная станция посылает со значением временной задержки «0» по отношению к ее внутренней временной базе, является достаточно небольшим по своим размерам и умещается во временном интервале GP=68,25 бит(252) мкс, включая двойную максимальную задержку распространения сигнала по радиоканалу в пределах соты (вверх и вниз).

Использование временной задержки даёт возможность определять расстояние между мобильным абонентом и базовой станцией.

Максимальный радиус соты в стандарте GSM составляет 35 км. Это расстояние и определяется максимальной задержкой на распространение сигнала (63 бит). При этом максимальное время распространения сигнала в прямом и обратном составляет  233,3 мкс.

Используя данные о значениях временной задержки, можно определить примерное расстояние между базовой станцией и мобильной станцией, которое может быть записано в виде произведения временного упреждения ТА и множителя расстояния:

где ТА - временная задержка для обычного радиуса сот R; D_RT - расстояние от мобильной станции до базовой станции, которое определяется как

D RT=V * t

где v - скорость света 3х10⁸[^м/с]; t = 1 бит= 48/13 [мкс].

Процесс передачи в стандарте GSM

Процесс передачи в системе GSM можем разделить на несколько этапов.

* Аналого-цифровое преобразование (АЦП):

- формирование выборки сигнала (дискретизация);

- квантование по уровням; - кодирование.

*Сегментация

*Речевое кодирование

* Канальное кодирование

* Перемежение (интерливинг)

* Шифрование

* Формирование циклов

* Модуляция и передача

Аналого-цифровое преобразование (АЦП). (Analog To Digital (A/D) Conversion)

Одним из первых этапов обработки сигнала MS является преобразование аналогового речевого сигнала в цифровой вид: A/D Conversion. Результатом преобразования аналогового сигнала в цифровую форму является набор бит (нулей и единиц)

Процесс преобразования речи в цифровой сигнал носит название ИКМ (Импульсно кодовой модуляции). Процесс ИКМ включает в себя три основных этапа:

• Дискретизацию по времени

• Квантование по уровню

• Кодирование

Дискретизация (Sampling)

Дискретизация или формирование выборки сигнала означает измерение уровня аналогового сигнала в определённые интервалы времени.

Частота следования отсчётов должна, по крайней мере, подчиняясь теореме Котельникова, в два раза превышать наивысшую частоту в спектре непрерывного сигнала. Полученный дискретный сигнал может быть передан по каким-либо линиям связи и из него фильтром нижних частот на стороне приёмника может быть однозначно восстановлен исходный аналоговый сигнал.

С другой стороны, непрерывный сигнал может иметь бесконечный спектр частот, но так как гармоники этого сигнала могут монотонно уменьшаться по амплитуде при увеличении номера гармоники, то с некоторой степенью точности можно считать спектр такого сигнала ограниченным.

Обычная речь, передаваемая в телефонии, содержит частоты, лежащие в диапазоне от 300 до 3400 Гц. Мощность наивысшей частоты речи невелика, поэтому может не приниматься во внимание. Согласно теории дискретизации аналоговых сигналов частота формирование выборки сигнала должна равняться 2х3.4 кГц = 6.8 кГц. В телекоммуникационных системах частота дискретизации составляет 8 кГц.

Квантование (Quantization)

Следующий этап - этап квантования. Квантование позволяет каждому полученному при дискретизации отсчёту (уровню сигнала) присвоить конкретное значение. В связи с этим амплитуда сигнала во время его дискретизации измеряется, а затем сопоставляется с заранее известными уровнями сигнала, таким образом, абсолютное значение измеренного сигнала заменяется на конкретное значение - номер уровня заранее известной последовательности.

Преобразование сигнала из аналогового в цифровой вид вносит погрешность, которая называется «ошибкой квантования». Величина зависит от количества уровней. Следует отметить, что в обычной телефонии используется 256 уровней квантования, в то время как в системе GSM используется 8192 уровня.

Кодирование (Coding)

Процесс кодирования включает в себя преобразование квантованных значений в бинарный код 1/0.

Каждое значение представляется бинарным кодом из 13 бит (2¹³=8192). Например, значению 2157 будет соответствовать число O1OOOO11O11O1.

Табл. 6 Представление числа 2157 двоичным кодом

Результатом аналого-цифрового преобразования является оцифровка 8000 отчётов за секундный интервал и представление каждого отсчёта в виде бинарного кода длинной в 13 бит. Последнее в терминах скорости передачи данных соответствует скорости в 104 Кбит/с.

В случае если 8 абонентов используют один радиоканал (одну несущую), то общая скорость передачи составляет 8х104 Кбит/с = 832 Кбит/с.

В большинстве систем передачи за одну секунду в полосе 1 Гц передаётся 1 бит информации. Исходя из того, что полоса радиоканала в стандарте GSM составляет 200кГц, можно понять, что 8 абонентов не могут быть обслужены со скоростью 832Кбит/с. Для осуществления передачи абонентской информации с требуемой скоростью в системе GSM осуществляется сегментация и несколько измененное речевое кодирование.

Сегментация (Segmentation)

Основным методом уменьшения скорости битового потока, представляющего собой закодированную речь, является передача информации о речи, а не самой речи, то есть в системе GSM непосредственно речевые сигналы не передаются.

Вместо речи предаются параметры речи: частота основного тона речи, вместо уровня сигнала будет передана его корреляция (изменения по отношению с предыдущим периодом) и т.д.

Параметры речи после их генерации передаются через сеть к другой MS, которая воспроизводит речь по полученным параметрам речи.

Поскольку речевые органы являются достаточно инерционными, частота основного тона голоса остается постоянной в течение минимум 20 мс. В связи с этим при речевом кодировании в системе GSM используется блочное кодирование с длительностью каждого блока в 20 мс.

Кодирование осуществляется одним набором битов. На самом деле данный процесс похож на оцифровку речи с частотой 50 раз в секунду вместо 8000, как это используется при стандартном аналого-цифровом преобразовании.

Речевое кодирование (Speech Coding)

Вместо использования кодирования последовательностью из 13 бит, применяемого в аналого-цифровом преобразовании, в речевом кодировании используется кодирование последовательностью из большего количества бит (в стандарте GSM из 260 бит). Следовательно, общая скорость передачи информации о речи составляет в GSM

260бит/20мс = 13 Кбит/с.

Данное кодирование обеспечивает удовлетворительное качество речи, которое приемлемо в мобильной телефонии и сравнимо с качеством проводных линий сетей общего пользования PSTN.

Речевой GSM кодер осуществляет кодирование со скоростью 13 Кбит/с для одного разговора. Следовательно, 8 абонентов при использовании одной несущей будут обслуживаться со скоростью 8х13 Кбит/с = 104 Кбит/с. Оптимальность такого метода кодирования особенно заметна при сравнении с кодированием традиционным аналого-цифровым преобразованием со скоростью 832 Кбит/с.

Однако речевое кодирование не защищает передаваемую информацию от искажения и ошибок при её передаче через радиоэфир. Для защиты речи от этих негативных явлений используются другие методы:

• канальное кодирование

• перемежение (интерливинг).

Канальное кодирование

В системе GSM используется 260 бит, получаемых после речевого кодирования, как входная величина для кодера канала. В нём 260 бит преобразуются в последовательность, состоящую из 456 бит.

260 бит информации в кодере канала распределяются согласно их относительной важности:

• Блок (класс) 1 - 50 бит - очень важные биты

• Блок (класс) 2 - 132 бит - важные биты

• Блок (класс) 3 - 78 бит - не очень важные биты

Первый блок, состоящий из 50 бит, передаётся через кодер (устройство блочного кодирования), который добавляет ещё 3 бита для проверки четности, следовательно, получается последовательность из 53 бит. Эти 3 бита предназначаются для обнаружения ошибок в принимаемом сообщении.

После блочного кодирования 53 бита первого блока и 132 бита второго блока плюс 4 служебных бита (в общем 189 бит) передаются в сверточный кодер 1:2, на выходе которого получается 378 бит информации. Добавленные биты при сверточном кодировании позволяют исправлять ошибки при приёме сообщений.

78 бит третьего блока не кодируются.

Перемежение (Interleaving) Первый уровень перемежения

Следует отметить, что канальный кодер осуществляет кодирование последовательностью из 456 бит для каждых 20 мс речи. После этого осуществляется интерливинг, в результате чего формируется 8 блоков по 57 бит каждый. В обычном пакете (normal burst) есть пространство для двух таких речевых блоков (по 57 бит). Назначение остальных бит будет рассматриваться ниже. Таким образом, если один из этих блоков теряется, это будет соответствовать 25 % BER внутри интервала речи продолжительностью 20 мс (2/8 = 25%)

Как было указано выше, при первом уровне интерливинга результирующие потери составляют 25%. Последнее слишком велико для осуществления корректировки в канальном кодере. Введение второго уровня интерливинга позволяет снизить BER

до12.5 %

В место передачи двух блоков по 57 бит речевого сообщения для интервала 20 мс внутри одного пакета, система передаёт один блок информации из одного 20 миллисекундного речевого сообщения и один блок информации из другого 20 миллисекундного речевого сообщения вместе.

Такая одновременная передача организует в системе задержку в 20 мс, вследствие чего MS должна ждать следующие 20 мс речи. Однако система при потере всего пакета (burst) теряет только 12.5% бит каждого временного цикла, что может быть исправлено канальным кодером.

Шифрование (Ciphering/Encryption)

Цель шифрования (Ciphering/Encryption) заключается в защите речевого пакета (burst) таким образом, чтобы никто другой не смог расшифровать данное сообщение при использовании различных внешних декодеров. Алгоритм шифрования не осуществляет добавления каких-либо дополнительных битов, следовательно, на выходе мы имеем те же 456 бит речевого сообщения для интервала 20 мс.

Формирование пакета (Burst Formatting)

Как указывалось выше, каждый пакет данных от MS/BTS содержит дополнительную служебную информацию (тестовую последовательность). Процесс формирования пакета заключается в добавлении этих бит (среди которых имеются еще и флаговые биты) к основной передаваемой информации, увеличивая тем самым объем информации, но в то же самое время решая проблемы, возникающие при передаче информации через радиоэфир.

В системе GSM входной информацией для формирования пакета является шифрованная информация объемом в 456 бит. Процедура формирования пакета добавляет ещё 136 бит на блок из 20 мс, в общем преобразуя исходное сообщение в результирующее сообщение объемом 592 бит.

Однако продолжительность каждого TDMA таймслота составляет 0.577 мс, следовательно, есть возможность передать 156.25 бит информации), передача каждого бита занимает 3.69 мкс), но пакет содержит только 148 бит,

Свободное пространство в 8.25 бит является пустым и называется защитным периодом (Guard Period – GP). Данный период времени дает время для MS/BTS выйти на искомую частоту, также проверить, что по данному таймслоту не идет передача от других MS/BTS.

После формирования пакет состоит из 156.25 бит (для одного пакета) или 625 бит (в четырех пакетах) для речевого отсчета продолжительностью 20 мс. Однако для того, чтобы настроить модулятор, с двух сторон пакета доступа используются несколько пустых бит. Это увеличивает объем сообщения до 676 бит для каждого речевого отсчета в 20 мс.

Для одного таймслота требуемая полоса пропускания составит 33,6 Кбит/с, а для 8-ми – 270.4 Кбит/с, таким образом, на одном частотном канале в GSM суммарная скорость передачи составляет ~270К6ит/с.

Модуляция и передача

После составления сообщения из 676 бит для каждого речевого отсчета в 20 мс, оно передаётся через радиоэфир, используя несущую частоту. В стандарте GSM используется метод модуляции GMSK. Биты модулируются на несущей частоте и передаются через эфир.