ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.12.2023
Просмотров: 327
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
На рис.14.2 разъясняется сущность Slow Frequency Hopping на примере одной базовой станции с четырьмя радиотерминалами (радиостанциями). Базовая станция может использовать четыре различные частоты. Это - минимальное число частот, при котором имеет смысл применять метод скачкообразной перестройки частоты.
ARFCN5
8
3
6 
2
8 2
4
Рис. 14.2.Принцип действия Slow Frequency Hopping
Нарис.14.2. представлены шесть последовательных TDMA – циклов одного физического канала. В этих TDMA – циклах используется канальный интервал 1. Если на одной из четырех используемых частот возникают помехи, то они вызывают потерю самое большее 1/4 всей передаваемой информации. Эти потери можно полностью восстановить, благодаря методу Slow Frequency Hopping и эффективному избыточному кодированию.
Метод скачкообразной перестройки частоты предъявляет высокие требования к передатчику и приёмнику подвижной станции Базовая станция имеет в своём распоряжении много радиотерминалов, так что для передачи информации нужно распределять её по соответствующим передатчикам. Подвижная же станция располагает только одним передатчиком, который должен успеть в 'промежутке времени примерно 4мс (4,б15мс - 0.577мс) переключиться на другую частоту передачи. Всё сказанное относится и к приёмнику подвижной станции.
Рассмотрим структуру пакетов (Bursts), используемых для передачи информации в радиоинтерфейсе GSM. Канальный интервал (Timeslot) – это интервал времени, на протяжении которого одна несущая предоставляется определённому абоненту. На протяжении этого времени несущая модулируется одним пакетом. Пакет представляет собой примерно 526000 колебаний электромагнитного поля, которые передают примерно 148 битов за один канальный интервал в 3/5200 сек. В GSM – рекомендациях пакет определяется как "физическое содержимое канального интервала" (physical content of a timeslot).
На рис.14.3 показана структура различных пакетов. Ниже при описании составных частей пакета за единицу времени принято время передачи одного бита.
Пакет не заполняет канальный интервал целиком. В начале и в конце (канального интервала) предусмотрены предохранительные периоды (Guard Period). В рассматриваемом нормальном пакете (Normal Burst) предохранительные периоды содержат по 4.125 бита.
В начале и конце пакета находятся по три хвостовых бита (Tail Bits). Они отмечают логические начало и конец пакета и установлены всегда на "0".
К хвостовым битам примыкают зашифрованные биты (Encrypted Bits) – две группы по 58 битов. Они представляют собой передаваемую информацию.
Один из 58 зашифрованных битов, так называемый Steeling Flag, служит признаком того, содержит ли передаваемая группа речевую информацию или информацию сигнализации. В последнем случае информационный канал (TCH) используется для нужд сигнализации.Между обеими группами зашифрованных битов находится Training Sequence последовательность из 26 битов, содержимое которых заранее известно приёмнику. Функции этой последовательности перечислены ниже:
-
оценка частоты появления ошибок в двоичных разрядах благодаря сравнению принятой и эталонной последовательности битов. Из результатов сравнения выводится параметр (RXQUAL), описывающий качество связи. Конечно речь идет лишь об оценке связи, а не о точных измерениях, поскольку проверяется только часть передаваемой информации. RXQUAL – многократно используется: при запросе на связь, при выполнении хендовера и при оценке области охвата. -
выявление свойств радиоканала и точная настройка приёмника в соответствии с текущими условиями распространения волн. Сравнение принятых и эталонных сигналов позволяет определить реакцию на импульсное воздействие радиоканала и согласовать работу приёмника. -
выявление времени прохождения сигнала и, тем самым, определение удалённости базовой станции. Это необходимо для того, чтобы пакеты разных подвижных станций не накладывались при приёме на базовой станции. Поэтому удалённые на большее расстояние подвижные станции должны посылать свои пакеты раньше станций, находящихся в непосредственной близи от базовой станции.
В соответствии с разнообразием требований, предъявляемых к радиосвязи между базовой и подвижными станциями, установлены различные типы пакетов.
Normal Burst используется для передачи данных (речь и сигнализация) в большинстве логических каналов.
Frequency Correction Burst не содержит цифровых данных. Подвижная станция имеет возможность на протяжении 142 битов использовать смещённую на 67.5кГц несущую частоту, чтобы проверить работу своих передатчика и приёмника и выровнять возможное рассогласование в их работе. Точная настройка необходима из-за небольшого разноса канала всего в 200кГц, что составляет примерно 0.022% (примерно 12 х 10-4 от полосы частот в 900 мГц). Смещение несущей достигается передачей ряда битовых единиц.
Synchronization Burst содержит расширенную последовательность Training Sequence. позволяющую синхронизировать работу подвижной и базовой станции. Без подобного согласования, проведение которого входит в обязанности каждой подвижной станции, пакеты различных подвижных станций могут налагаться Друг на друга во времени. Этот пакет содержит также номер цикла (цифровых сигналов) (FN, Frame Number).
Dummy Burst посылается, если нет никакой передачи информации. Он лишь информирует о том, что передатчик функционирует. Mixed Bits (смотри Рис.2.7) содержит заранее установленную последовательность битов.
Access Burst используется подвижной станцией при запросе на распределение ей канала сигнализации. Это первый передаваемый подвижной станцией пакет и, следовательно, время прохождения сигнала еще не измерено. Поэтому пакет имеет специфичную структуру. Сначала передаются Tail Bits, затем – последовательность битов синхронизации для базовой станции благодаря этой последовательности битов базовая станция в состоянии правильно принять последующие 36 зашифрованных битов. Этот пакет очень короток и имеет предохранительный период (Guard Period) 68,25 бита. Благодаря этому обеспечивается (независимо от времени прохождения сигнала) достаточная удалённость от пакетов других подвижных станций. Этот предохранительный период соответствует двойному значению наиболее возможной задержки сигнала в рамках одной ячейки и тем самым устанавливает максимальные допустимые размеры ячейки.
Допустим, пакет посылается без учёта времени прохождения сигнала к началу канального интервала, в этом случае время его прохождения не может быть больше предохранительного периода, иначе он належится (при приёме на базовой станции) на последующий канальный интервал. В свою очередь, подвижная станция получила синхронизирующую информацию с задержкой, так что она отстаёт от временного растра базовой станции на величину, равную времени прохождения сигнала. Таким образом, предохранительный период в конце Access Bits должен быть вдвое длиннее однократного времени прохождения сигнала.
Отсюда следует формула подсчёта максимального радиуса ячейки:
rmax =(1/2) x 300000км/с x (Зс/5200 ) х (68,25 / 156,25) = 37.8 км.
Рассмотрим структуру логических каналов Um – интерфейса, то есть радиоинтерфейса между мобильной и базовой станциями.
Многообразие функций Um – интерфейса вызывает необходимость применения логических каналов. Каждый логический канал выполняет определённую функцию и имеет соответствующую своему заданию структуру и возможности.
При использовании логических каналов необходимо определение иерархической структуры циклов, обеспечивающей распознавание этих каналов. Эта структура представляет собой лишь принцип организации, метод подсчёта, и в реальном радиосигнале не имеет соответствующего физического аналога.
Normal Burst (NB):
| Tail Bits | Encrypted Bits | Training Sequence | Encrypted Bits | Tail Bits |
Frequency Correction Burst (FB)
| Tail Bits | Fixed Bits | Tail Bits |
Synchronisation Burst (SB)
| Tail Bits | Encrypted Bits | Extended Training Sequence | Encrypted Bits | Tail Bits |
Dummy Burst (DB)
| Tail Bits | Mixed Bits | Training Sequence | Mixed Bits | Tail Bits |
Access Burst (AB)
| Tail Bits | Sync. Sequence Bits | Encrypted Bits | Tail Bits |
Рис.14.3. Структура различных пакетов
Номер TDMA – цикла (FN, Frame Number) содержится в зашифрованном виде в синхронизационном пакете (Synchronization Burst). Номер цикла вычисляется один раз, после чего постоянно актуализируется благодаря текущему повышению значения счётчиков. Из номера TDMA – цикла можно соответствующими вычислениями вывести. какой логический канал передаётся в данном TDMA – цикле.
Рассмотрим иерархическую структуру циклов.
TDMA–цикл – это самый короткий цикл Um – интерфейса. Он длится 120/26 мс (примерно 4,615 мс) и содержит 8 канальных интервалов.
26-мультицикл состоит из 26 TDMA–циклов, структурирует информационные каналы (ТСН) и время от времени содержит канал сигнализации. 26-мультицикл длится ровно 120 мс.
51-мультицикл структурирует каналы сигнализации (ССН). Большинство из этих каналов имеет только Downlink – направление, т.е. они обеспечивают подвижную станцию информацией, 51-мультицикл имеет длительность 3060/13мс, или примерно 235.4 мс.
Суперцикл состоит либо из 51-ого 26-мультицикла либо из 26-ти 51-мультициклов Тем самым, суперцикл не различает информационные каналы и каналы сигнализации и имеет независимо от типа канала единую длительность цикла в 6,12 сек.
Гиперцикл включает в себя 2048 суперциклов и имеет длительность ровно 12533.76 секунд, или 3 часа 28 минут и 53,67 секунд. В рамках одного гиперцикла каждый TDMA – цикл имеет свой собственный номер. Параметр FN имеет область значений от 0 до 2бx51x211 – 1 = 2715647. Для процедуры шифрования использующей параметр FN, необходимо применение гиперцикла, имеющего существенно больший период, чем суперцикл.
Дадим функциональное описание логических каналов представленных в табл. 14.1. Каждый из видов логических каналов выполняет специфические функции, например, при запросе на связь, при завершении разговора, при приёме и во время выполнения процедуры хендовера. Информационный канал ТСН, по которому ведётся разговор, также является логическим каналом. В соответствии со своими функциями логические каналы имеют различную пропускную способность и различное время задержки. Все логические каналы, имеющиеся в распоряжении воздушного интерфейса Um можно представить нижеследующей схемой.
Информационные каналы разделяются на каналы с номинальной (Full-rate) и с половинной (Half-rate) скоростью передачи битов. Применение половинной скорости передачи и улучшенных методов кодирования речи позволяет удвоить эффективность сети.
Таблица 14.1.
Информационные каналы Um – интерфейса
| Тип канала | Краткое описание |
| TCH FS | Full Rate Speech Traffic Channel Речевой канал 13 кбит/с |
| TCH HS | Half Rate Speech Traffic Channel Речевой канал 6,5 кбит/с |
| TCH/F9.6 | 9.6 кбит/с Full Rate Speech Traffic Channel Речевой канал 9,6 кбит/с |
| TCH/F4.8 | 4.8 кбит/с Full Rate Speech Traffic Channel Речевой канал 4,8 кбит/с |
| TCH/H4.8 | 4.8 кбит/с Half Rate Speech Traffic Channel Речевой канал 4,8 кбит/с |
| TCH/F2.4 | 2.4 кбит/с Full Rate Speech Traffic Channel Речевой канал 13 кбит/с |
| TCH/H2.4 | 2.4 кбит/с Half Rate Speech Traffic Channel Речевой канал 13 кбит/с |
| CBCH | Cell Broadcast Channel “Вещательный канал” в одной ячейке |