6.4) Стандарт gsm и его разновидности. Частотный план gsm. Фазы развития gsm.

Таблица 6.1 – Характеристики стандартов сотовой связи GSM

Система	P-GSM-900	E-GSM-900	GSM-1800	GSM-1900
Частоты: «вверх» «вниз»	890-915 935-960	880-915 925-960	1710-1785 1805-1880	1850-1910 1930-1990
Ширина полосы, МГц	25	35	75	60
Дуплексный разнос, МГц	45	45	95	80
Полоса радиоканала, кГц	200	200	200	200
Кол-во дуплексных радиоканалов	124	174	374	299
Скорость передачи в радиоканале, кбит/с	270	270	270	270
Метод доступа	TDMA	TDMA	TDMA	TDMA
Метод дуплексирования	FDD	FDD	FDD	FDD
Количество каналов на несущую	8	8	8 (16)	8 (16)
Метод модуляции	GMSK	GMSK	GMSK	GMSK
Отношение сигнал/помеха, дБ	9	9	9	9
Мощность АС (пиковая), Вт	2 0,8	2 0,8	1 0,25	1 0,25
Хэндовер	да	да	да	да

Частотный план системы GSM-900 показан на рисунке 6.2. План характеризуется использованием радиоканалов с шириной полосы 200кГц. За счет такого расширения полосы в каждом радиоканале организуется 8 физических каналов с временным разделением (TDMA). Всего в плане предусмотрено 124 дуплексных радиоканала и защитные полосы по 100кГц на краях.

Рисунок 6.2 – Частотный план GSM-900

Фазы развитияGSM.

Разработчиками GSMеще в конце 1980-х был предложен поэтапный характер наращивания возможностей системы. Принято выделять три фазы развитияGSM.

Фаза 1 содержала наиболее общие услуги:

• Голосовая телефония.

• Международный роуминг.

• Базовые службы передачи fax/data (до 9.6 кбит/с).

• Перенаправление вызова.

• Запрещение вызова.

• Служба коротких сообщений (Short Message Service, SMS).

Фаза 1 также включила особенности типа шифрования (ciphering) и Модуль Идентичности Подписчика (SIM-card). Спецификации этой фазы закрыты и не могут быть изменены.

Фаза 2 включала добавочные возможности, как то:

• Индентификация вызывающей станции.

• Вызов с ожиданием.

• Удержание вызова.

• Конференц-связь.

• Закрытая группа пользователей.

• Дополнительные способности передачи данных.

Фаза 2+ включала бизнес приложения и общее расширение возможностей по передаче данных, например:

• HSDCS – High-Speed-Data-Communication-System.

• GPRS – General Packet Radio Service (пакетная радиосвязь общего пользования).

• EDGE – Enhanced Data rates for GSM Evolution.

• Многоплановые профили обслуживания.

• Частные планы нумерации.

• Доступ к службам Centrex.

• Взаимодействие с GSM1800, GSM1900 and DECT.

Дальнейшее развитее GSM связывается с технологией EDGE, ориентированную на скоростную передачу пакетов.

6.5) Обработка сигналов в стандарте GSM.

Этапы обработки речевого сигнала в тракте передачи МС следующие:

• A\D-conversion– аналого-цифровое преобразование сигнала от микрофона.

• Segmentation– сегментация, т.е. разделение цифрового потока на сегменты по 20мс.

• Speechcoding– речевое кодирование, предназначенное для сжатия цифровых данных.

• Channelcoding– канальное помехоустойчивое кодирование.

• Ciphering– шифрование, т.е. криптозащита цифровых потоков.

• Interleaving– перепутывание, перемежение битов для борьбы с замираниями в радиоканале.

• Burstformatting– форматирование пакетов, т.е. сопровождение информационных битов служебными, разделительными, защитными, тренировочными и т.д. битами.

Рисунок 6.3 –Функциональная схема обработки сигнала в GSM

В тракте приема МС все процедуры взаимообратные процедурам на передаче, кроме одной:

AdaptiveEqualization– адаптивное выравнивание, понимаемое как квазиоптимальный прием битов в условиях взаимных наложений из-за многолучевости.

В трактах приемопередачи БС процедуры обработки аналогичны МС и начинаются с этапа канального кодирования. Специфичен лишь блок D\D-conversion– транскодер (перекодер), предназначенный для преобразования ИКМ потока 64кб/с во внутренний форматGSM13кб/с.

При передаче неречевой информации (факсограммы, SMS, иные цифровые данные), цифровые сигналы вводятся в тракт либо перед канальным кодером, либо после него, если помехоустойчивое канальное кодирование выполняется самим источником данных.

Рассмотрим A/D– преобразование, сегментацию и речевое (эффективное) кодирование.

Сигнал в полосе ТЧ дискретизируется с f_D=8кГц и затем квантуется с разрядностью 13 бит на отсчет. Таким образом, имеем цифровой поток со скоростью:

8кГц х 13 бит=104Кбит/с.

Для сжатия потока с 104Кбит/с до 13 Кбит/с используется метод RPE-LPC (Regular Pulse Excitation – Linear Prediction Coding) – линейное предиктивное кодирование с регулярным импульсным возбуждением.

В его основе лежит представление, что голосовой тракт человека – фильтр с переменными параметрами, на который воздействует сигнал основного тона, для формирования гласных звуков, или шум для формирования “согласных”, шипящих звуков. Для кодирования речи необходимо сохранить информацию об основном тоне и меняющихся во времени параметрах фильтра (коэффициентах). Звуки речи имеют длительность от 5мс до 300мс (т.е. коэффициенты фильтра не меняются в эти интервалы, они стационарны).

В GSMинтервал сегментации (стационарности) выбран 20мс. На нем производится вычисление коэффициентов фильтра и параметров основного тона из 160 отсчетов отA/D. Таким образом, информация о речевом сигнале обновляется 50 раз в секунду.

Если абонент молчит, это обнаруживается с помощью VAD(Voice Activity Detector) – детектора активности речи. При этом соответствующие 20мс сегменты маркируются как пустые, чтобы их могли занимать, например, сигналыGPRS.

Способ кодирования, принятый в GSM, обеспечивает сжатие исходного объема бит на 20мс-интервале от значения:

(160отсчетов х 13бит/отсчет)=2080 бит, до значения 260 бит.

Таким образом, за секунду имеем:

50 х 260бит=13Кбит/с.

Кроме указанной скорости, называемой «full rate», вGSMиспользуютEnhanced full rate(EFR) – 15,1Кбит/с, иHalf rate– половинная скорость – 6,5Кбит/с.