6. Связь стандарта gsm. Частотное и временное разделение каналов. Структура кадров tdma.

GSM — это сокращенное название системы сотовой связи — Global System for Mobile communication. Сеть сотовой связи состоит из большого числа развернутых на местности приемопередатчиков, зоны обслуживания которых частично перекрываются. Принцип повторного использования частот в сети позволяет добиться высокой плотности трафика на больших территориях. Поскольку уровень мощности, излучаемой терминалами (те­лефонами) сотовой связи ограничен, на местности приходится размещать большое количество базовых станций, обслуживающих небольшие площади. Несколько базовых станций объединяются в ячейку, часто представля­емую в виде правильного шестиугольника. Совокупность таких ячеек на местности похожа на пчелиные соты. Отсюда и это вид связи получил свое название — сотовая связь.

Сеть сотовой связи стандарта GSM подразделяется на три элемента:

• мобильные станции, которыми пользуются ее абоненты;

• базовые станции, управляющие процессом соединения с мобильными станциями;

• коммутационные центры мобильной связи, обеспечивающие коммутацию соединений между абонентами мобильных станций и абонентов мобильных станций с абонентами телефонных сетей общего пользования и наоборот.

Частотное разделение каналов, Мультиплексирование с разделением по частоте (англ. Frequency-Division Multiplexing, FDM)

Разделение каналов осуществляется по частотам. Так как радиоканал обладает определённым спектром, то в сумме всех передающих устройств и получается современная радио связь. Например: спектр сигнала для мобильного телефона 8 Мгц. Если мобильный оператор даёт абоненту частоту 880 МГц, то следующий абонент, может занимать частоту 880+8=888 МГц. Таким образом, если оператор мобильной связи имеет лицензионную частоту 800—900 Мгц, то он способен обеспечить около 12 каналов, с частотным разделением.

Частотное разделение каналов применяется в технологии X-DSL. По телефонной лапше передаются сигналы различной частоты: телефонный разговор-0,3-3,4 Кгц а для передачи данных используется полоса от 28 до 1300 Кгц.

Очень важно фильтровать сигналы. Иначе будут происходить наложения сигналов, из-за чего связь может сильно ухудшиться.

Временное мультиплексирование (англ. Time Division Multiplexing, TDM) — технология аналогового или цифрового мультиплексирования, в котором несколько сигналов или битовых потоков передаются одновременно как подканалы в одном коммуникационном канале. Передача данных в таком канале разделена на временные интервалы (таймслоты) фиксированной длины, отдельные для каждого канала. Например: некоторый блок данных или подканал 1 передается в течение временного интервала 1, подканал 2 во временной интервал 2 и т. д. Один фрейм TDM состоит из одного временного интервала, выделенного одному определенному подканалу. После передачи фрейма последнего из подканалов происходит передача фрейма первого подканала и т. д. по порядку.

Структура кадров TDMA.

Последовательность из 8 таймслотов составляет кадр TDMA, который является основным «кирпичиком» для мультикадров трафика и управления в стандарте GSM. Мультикадр — это основная единица организации логических каналов.

Мультикадр трафика состоит из 26 кадров TDMA по 8 таймслотов каждый. Длительность кадра временного разделения (TDMA) равна 8 * 576.9 мкс = 4.615 мс, а мультикадра трафика – 4.615 мс * 26 = 120 мс. Для передачи трафика используется 24 кадра, оставшиеся 2 – служебные, для организации логических каналов управления.

Информация передается пакетами в таймслотах и содержит:

• Два поля «Данные» по 57 бит. Поэтому в одном пакете – 114 бит данных

• 26-битное поле с обучающей последовательностью, которая используется для оценки характеристик радиоканала

• «хвостовые биты» TB, которые защищают информацию при сдвиге слота

• Контрольные однобитовые поля, которые указывают на тип передаваемой информации

Также в каждый временной слот добавляется защитный интервал GP по 8.25 бит, необходимый для нейтрализации ошибок при настройке времени, дисперсии и т.п.

Всего в мультикадре трафика 156.25 * 8 * 26 = 32500 бит. Зная это, можно рассчитать скорость передачи данных по каналу трафика:

32500 бит / 120 мс = 32.5 Кбит / 0.12 с = 270.833 Кбит/с

Для организации каналов управления в стандарте GSM применяются мультикадры управления. В состав такого мультикадра входит 51 кадр TDMA.