Обзор системы GSM dnl2601
.pdf
Глава 9 –Концепция построения каналов в системе GSM
ГЛАВА 9
КОНЦЕПЦИЯ ПОСТРОЕНИЯ КАНАЛОВ В СИСТЕМЕ GSM
143
Обзор системы GSM
Глава 9 – Концепция построения каналов в системе GSM
9.1. Физические и логические каналы
Каждый временной интервал (time slot - TS) внутри TDMA фрейма называется физическим каналом. В системе GSM используется 8 физических каналов на одной частоте.
Физический канал предназначен для передачи речи, данных или сигнальной информации.
Рис 9.1. Организация каналов
По физическому каналу могут передаваться различные сообщения. Последнее зависит от информации, которую нужно передать. Информация, которая передается по физическим каналам, называется логическим каналом.
В соответствии с типами сообщений логические каналы подразделяются на различные типы, то есть в зависимости от типа передаваемого сообщения физическому каналу присваивается определенное наименование.
Например, один из физических каналов используется для передачи голоса, в этом случае физический канал занят логическим каналом TCH (Traffic CHannel).
144
Глава 9 –Концепция построения каналов в системе GSM
В какой-то момент времени BSC принимает решение о хэндовере, информацию об этом она передает по тому же физическому каналу, но это будет уже логический канал FACCH (Fast Associated Control Channel).
9.1.1. Логические каналы
В системе GSM существует большое количество логических каналов, которые разработаны для передачи различной информации к/от MS.
Как было отмечено раньше, информация от MS к ней передается в виде пакетов (burst). Существует несколько типов берстов. Соотношения между пакетами и логическими каналами показано на рис 9.2.
Рис. 9.2 Логические каналы и пакеты
9.1.1.1 Каналы управления (Control Channels)
Как только на мобильной станции включено питание, она начинает сканировать частоты в поисках частоты с наибольшим уровнем сигнала. После этого она проверяет, является ли эта частота основной в соте (есть ли на этой частоте группы логических каналов BCH и CCCH). Основная частота в соте очень часто называется BCCH частотой.
На BCCH частоте передается очень важная для MS информация. Например, информация о фреймовой структуре в соте, идентификатор зоны местоположения (LA), идентификатор сети и т.д. Без такой информации MS не
145
Обзор системы GSM
может работать с сетью. Данная информация передается в определённом временном интервале и называется широковещательной информацией, так как предназначена всем MS, способным получить доступ к этой несущей. Именно поэтому каналы Broadcast Channel (BCH) называется широковещательным.
После того, как MS закончит анализировать информацию на канале BCH, она будет располагать всей информацией, необходимой для нормального функционирования и работы с сетью. Однако, если MS переходит в другую соту (этот процесс называется роуминг - roaming), она должна повторить всю процедуру сканирования системы, читая информацию на каналах FCCH, SCH, BCCH.
Если абонент инициализирует вызов с помощью MS, то мобильная станция должна использовать общие каналы управления Common Control CHannels (CCCH)
Таблица 9.1 – Информация о группе каналов BCH.
Broadcast Channels (BCH) - Широковещательные каналы
Логический канал |
Направление |
|
BTS |
MS |
||
FCCH |
|
Downlink |
– |
Передаёт несущую |
Идентифицирует частоту |
|
Канал |
подстройки |
от BTS к MS, |
частоту. |
BCCH при помощи передачи |
||
частоты |
(Frequency |
Point-to- |
|
|
|
чистой, немодулированной |
Correction Channel) |
multipoint |
|
|
|
несущей. |
|
SCH |
|
Downlink |
– |
Передаёт |
Позволяет осуществить |
|
Канал |
|
от BTS к MS, |
информацию о |
синхронизацию со |
||
синхронизации |
Point-to- |
|
структуре цикла |
структурой цикла внутри |
||
(Synchronization |
multipoint |
|
TDMA в соте |
конкретной соты для |
||
Channel) |
|
|
|
(номер цикла) и |
обеспечения гарантии того, |
|
|
|
|
|
идентификатор BTS |
что выбранная частота |
|
|
|
|
|
(Base Station Identity |
принадлежит GSM и |
|
|
|
|
|
Code - BSIC). |
является основной в соте, то |
|
|
|
|
|
|
|
декодировать BSIC может |
|
|
|
|
|
|
MS. |
BCCH |
|
Downlink |
– |
Передаёт всю общую |
Принимает и анализирует |
|
Канал управления с |
от BTS к MS, |
информацию о соте: |
всю информацию, выполняет |
|||
широковещательной |
Point-to- |
|
- |
идентификатор |
действия в соответствии с |
|
передачей |
multipoint |
|
зоны местоположения |
процедурами, описанными в |
||
(Broadcast Control |
|
|
(LAI); |
стандарте GSM для |
||
Channel) |
|
|
|
- |
максимальную |
состояния IDLE. |
|
|
|
|
допустимую |
|
|
|
|
|
|
выходную мощность |
|
|
|
|
|
|
в соте; |
|
|
|
|
|
|
- |
минимальный |
|
|
|
|
|
уровень сигнала, |
|
|
|
|
|
|
необходимый для |
|
|
|
|
|
|
доступа в соту; |
|
|
|
|
|
|
- |
номера частот |
|
|
|
|
|
BCCH для соседних |
|
|
|
|
|
|
сот и т.д. |
|
|
146
Глава 9 –Концепция построения каналов в системе GSM
Таблица 9.2 – Информация о канале CCCH.
Common Control Channel (CCCH)
Логический канал |
Направление |
BTS |
MS |
|
PCH |
Downlink, от |
Передаёт вызывное |
MS прослушивает PCH в |
|
Канал вызова MS |
BTS к MS, |
|
сообщение, чтобы |
определённые временные |
(Paging Channel) |
Point-to-point |
оповестить MS о |
интервалы и, если |
|
|
|
|
входящем вызове или |
обнаруживает |
|
|
|
поступлении |
собственный номер |
|
|
|
сообщения SMS. |
(IMSI/TMSI), то она |
|
|
|
Содержит IMSI либо |
отвечает. |
|
|
|
TMSI абонента, с |
|
|
|
|
которым система |
|
|
|
|
желает установить |
|
|
|
|
связь. |
|
RACH |
Uplink, |
от |
Принимает запрос от |
Посылает запрос на |
Канал запроса |
MS к BTS, |
|
MS для установления |
предоставление сервиса |
доступа в сеть |
Point-to-point |
сигнального |
(выделение сигнального |
|
(Random Access |
|
|
соединения |
канала, пакетная передача |
Channel) |
|
|
|
и т.д.) |
AGCH - Канал |
Downlink, от |
Назначение |
Принимает команду |
|
подтверждения |
BTS к MS, |
|
сигнального канала |
назначения сигнального |
разрешения доступа |
Point-to-point |
SDCCH для MS. |
канала SDCCH. Начинает |
|
(Access Grant |
|
|
Передача первичного |
передачу с заданным ТА. |
Channel) |
|
|
значения ТА. |
|
На этой стадии MS и BSS готовы выполнить процедуры установления соединения. Для этого MS и BSS используют выделенные каналы управления
- DCCH (Dedicated Control channel).
Таблица 9.3 – Информация о каналах DCCH.
Dedicated Control Channel (DCCH)
Логический канал |
Направление |
BTS |
MS |
SDCCH |
Оба |
Использует SDCCH, для |
Использует SDCCH, для |
Сигнальный канал |
направления |
сигнализации при |
сигнализации при |
(Stand alone |
(Uplink, |
установлении |
установлении |
Dedicated Control |
Downlink), |
соединения. С помощью |
соединения. |
Channel) |
Point-to-point |
этого канала BSC |
MS получает |
|
|
назначает канал TCH. |
информацию о |
|
|
SDCCH используется |
назначении TCH (частота |
|
|
также для передачи SMS, |
и таймслот). SDCCH |
|
|
когда MS находится в |
используется также для |
|
|
состоянии IDLE. |
передачи SMS, когда MS |
|
|
|
находится в состоянии |
|
|
|
IDLE. |
CBCH |
Downlink, от |
Использует данный |
MS принимает |
Канал |
BTS к MS, |
канал для |
широковещательные |
широковещательной |
Point-to- |
широковещательной |
текстовые сообщения и |
передачи SMS в |
multipoint |
передачи текстовых |
отображает их на дисплее |
соте (Cell Broadcast |
|
сообщений (SMS) всем |
(как правило |
147
Обзор системы GSM
Channel) |
|
MS, находящимся в |
автоматически). |
|
|
данной соте. |
|
SACCH |
Оба |
Использует для |
Отсылает отчеты об |
Канал управления с |
направления |
сигнализации в режиме |
измерениях уровней |
медленным |
(Uplink, |
установленного |
сигналов на частотах в |
доступом |
Downlink), |
соединения |
обслуживающей и |
(Slow Associated |
Point-to-point |
(трафикового или |
соседних сотах. MS |
Control Channel) |
|
сигнального). BSC |
использует этот канал для |
|
|
передает на MS |
активации сервисов в |
|
|
корректировку величины |
режиме BUSY (отправка |
|
|
TA, корректировку |
SMS, Hold и т.д.) |
|
|
мощности, указания на |
|
|
|
измерения (номера |
|
|
|
частот, уровни сигналов |
|
|
|
на которых должна |
|
|
|
измерить MS), а также |
|
|
|
указания на организацию |
|
|
|
дополнительных услуг в |
|
|
|
режиме разговора |
|
|
|
(доставка SMS, Call |
|
|
|
Waiting и т.д.) |
|
FACCH |
Оба |
Использует для |
Использует при |
Канал управления с |
направления |
организации хэндовера. |
организации хэндовера. |
быстрым доступом |
(Uplink, |
|
|
(Fast Associated |
Downlink), |
|
|
Control Channel) |
Point-to-point |
|
|
|
|
|
|
9.1.1.2 Каналы для передачи трафика
После завершения процедуры установления соединения по логическому каналу управления, MS настраивается на канал, отведенный для передачи трафика. Этот логический канал называется TCH (Traffic Channel). Существует два типа каналов TCH:
-Полноскоростной канал (Full Rate TCH): передача осуществляется со скоростью 13 Кбит/с. То есть TCH занимает под трафик один физический канал.
-Канал «половинной» скорости (Half Rate TCH): передача осуществляется со скоростью 6,5 Кбит/с. Два HRTCH занимают один физический канал, тем самым увеличивая количество установленных соединений в соте в два раза.
9.1.2Пакеты (Bursts)
В структуре цикла TDMA для передачи информации по каналам связи и управления, подстройки несущих частот, обеспечения временной
148
Глава 9 –Концепция построения каналов в системе GSM
синхронизации и доступа к каналу связи используются пять видов пакетов
(bursts):
Таблица 9.4 – Типы берстов
Тип пакета |
Для чего |
Использу |
|
Содержит |
|
|
используется |
ется для: |
- |
Два блока по 57 бит каждый, для |
|
Normal Burst |
Используется для |
BCCH, |
|||
|
передачи |
PCH, |
|
|
передачи трафика. |
|
информации на |
AGCH, |
- |
Тестовую последовательность (26 |
|
|
каналах трафика и |
SDCCH, |
|
|
бит). |
|
сигнализации |
CBCH, |
- |
Индикаторы заимствования (Steal |
|
|
|
SACCH, |
|
|
flags) – каждый состоит из 1 бита, |
|
|
FACCH, |
|
|
указывающего на то, что канал |
|
|
TCH |
|
|
FACCH временно занял 57 бит. |
|
|
|
|
- Ограничивающие биты (Tail bits) |
|
|
|
|
|
|
(всегда 000) |
|
|
|
|
- Защитный период (Guard period) |
|
|
|
|
|
|
длительность 9.25 бит. |
Frequency |
Используется для |
FCCH |
- |
142 бита коррекции частоты. |
|
Correction Burst |
настройки MS на |
|
- |
Ограничивающие биты. |
|
Пакет подстройки |
заданную частоту |
|
- |
Защитный период: 9.25 бит. |
|
частоты |
|
|
- |
Два блока по 39 бит информации о |
|
Synchronization |
Используется для |
SCH |
|||
Burst |
цикловой |
|
|
|
цикловой структуре TDMA. |
Пакет |
синхронизации MS |
|
- |
64 бит синхронизации. |
|
синхронизации |
|
|
- |
Ограничивающие биты. |
|
|
|
|
- |
Защитный период: 9.25 бит. |
|
Dummy Burst |
Используется тогда, |
Все |
- |
Модель пакета идентична |
|
Установочный |
когда таймслот на |
свободны |
|
|
нормальному интервалу, но содержит |
пакет «Макет» |
основной частоте не |
е TS |
|
|
тестовую последовательность. |
|
занят логическим |
частоты |
|
|
|
|
каналом и как тест |
C0 (1-7) |
|
|
|
|
при занятии |
|
|
|
|
|
тамслота. |
|
- |
41 бит синхронизации. |
|
Access Burst |
Используется для |
RACH, |
|||
Пакет доступа |
первого доступа и |
FACCH |
- |
36 бит информации об инициаторе |
|
|
для хэндоверов |
|
|
|
запроса (Random Reference). |
|
|
|
- |
Ограничивающие биты. |
|
|
|
|
|
- Защитный период (GP): 69.25 бит. |
|
|
|
|
|
|
Большой GP используется из-за того, |
|
|
|
|
|
что при установке соединения нет |
|
|
|
|
|
информации о ТА. |
Нормальный пакет – NB (Normal Burst)
NB используется для передачи информации по трафиковым каналам и каналам сигнализации, за исключением логических каналов RACH, FCCH,
149
Обзор системы GSM
SCH и иногда FACCH. Он содержит 114 информационных бит и включает защитный интервал (GP) в 8,25 бит длительностью 30,46 мкс.
Информационный блок в 114 бит разделен на два самостоятельных блока по 57 бит, отделенных друг от друга тестовой последовательностью в 26 бит и двумя флагами по 1 биту.
В состав NB включены два контрольных бита (Steeling Flag), которые служат признаком того, какую информацию содержит передаваемая группа: речевую информацию или информацию сигнализации. В последнем случае трафиковый канал (Traffic Channel) используется для обеспечения сигнализации, то есть «украден» у канала трафика.
Между двумя группами зашифрованных бит в составе NB находится тестовая последовательность из 26 бит, заранее известная в приемнике и передатчике. С помощью этой последовательности обеспечивается:
-оценка частоты появления битовых ошибок по результатам сравнения принятой и эталонной последовательностей. В процессе сравнения вычисляется параметр RXQUAL, принятый для оценки качества связи. Конечно, речь идет только об оценке качества, а не о точных измерениях, так как проверяется только часть передаваемой информации. Параметр RXQUAL используется при обслуживании соединения (например, для хэндовера);
-оценка импульсной характеристики радиоканала на интервале передачи NB для последующей коррекции тракта приема сигнала за счет использования адаптивного эквалайзера;
-определение задержек распространения сигнала между базовой и мобильной станциями для оценки дальности связи. Эта информация необходима для того, чтобы пакеты данных от разных мобильных станций не накладывались при приеме на базовой станции. Поэтому удаленные на большее расстояние мобильные станции должны передавать свои пакеты раньше станций, находящихся в непосредственной близости от базовой станции.
Пакет подстройки частоты – FCB (Frequency Correction Burst)
FCB предназначен для синхронизации по частоте мобильной станции. Все 142 бита в этом временном интервале - нули, что соответствует немодулированной несущей со сдвигом 1625/24 кГц выше номинального значения частоты несущей. Это необходимо для проверки работы своего передатчика и приемника при небольшом частотном разносе каналов (200 кГц), что составляет около 0,022% от номинального значения полосы частот 900 МГц. FCB содержит защитный интервал 8,25 бит так же, как и
150
Глава 9 –Концепция построения каналов в системе GSM
нормальный берст. Повторяющиеся пакеты подстройки частоты (FCB) образуют канал коррекции частоты (FCCH).
Пакет синхронизации – SB (Synchronization Burst)
SB используется для синхронизации по времени базовой и мобильной станций. Он состоит из синхропоследовательности длительностью 64 бита, несет информацию о номере цикла TDMA и идентификационный код базовой станции. Этот пакет передается вместе с пакетом подстройки частоты. Повторяющиеся пакеты синхронизации образуют так называемый канал синхронизации (SCH).
Установочный пакет – DB (Dummy Burst)
DB обеспечивает установление и тестирование канала связи. По своей структуре DB совпадает с NB (рис. 9.3) и содержит тестовую последовательность длиной 26 бит. В DB отсутствуют контрольные биты, и не передается никакой информации. DB лишь используется для того, чтобы проверить корректную работу передатчика и приемника.
Пакет доступа – AB (Access Burst)
АВ обеспечивает запрос доступа мобильной станции к новой базовой станции. АВ передается мобильной станцией при запросе канала сигнализации. Это первый передаваемый мобильной станцией пакет, следовательно, время прохождения сигнала еще не измерено. Поэтому пакет имеет специфическую структуру.
Сначала передается ограничивающая комбинация 8 бит, затем - последовательность синхронизации (41 бит), что позволяет базовой станции обеспечить правильный прием последующих 36 информационных бит. Пакет содержит большой защитный интервал (68,25 бит, длительностью 252 мкс), что обеспечивает (независимо от времени прохождения сигнала) достаточное временное разнесение от пакетов других мобильных станций.
Этот защитный интервал соответствует двойному значению наибольшей задержки сигнала в рамках одной соты и тем самым устанавливает максимально допустимые размеры соты. Особенность стандарта GSM - возможность обеспечения связью мобильных абонентов в сотах с радиусом около 35 км. Время распространения радиосигнала в прямом и обратном направлениях составляет при этом 233,3 мкс.
151
Обзор системы GSM
9.1.2.1. Соотношения между временными интервалами и циклами
Рис. 9.3. Соотношения между временными интервалами и циклами
152