Протоколы GSM и преобразование речи

2.2. Частотный план в стандарте GSM

На рис. 2.10 показан принцип образования каналов в системе GSM [32, 36, 49, 115].

Для радиодоступа GSM 900 выделены две полосы частот:

• 890–915 МГц для канала связи от абонента к станции (направление MS к BS);
• 935–960 МГц для исходящего канала от станции к абоненту (направления BS к MS).

Полосы по 25 МГц разделены на 124 пары каналов, работающих в дуплексном режиме с интервалом несущей частоты по 200 кГц, используя многостанционный доступ с частотным разделением каналов (FDMA — Frequency Division Multiple Access). Каждый радиоканал с шириной полосы 200 кГц разделен на временные соты, которые создают 8 логических каналов. При этом используется методика, известная как многостанционный доступ с временным разделением (TDMA — TIME DEVISION MULTIPLE ACCESS). Напомним: многостанционный доступ заключается в том, что группа пользователей имеет возможность использовать одну несущую частоту в разные моменты времени. Принцип доступа к этим каналам и разрешение ситуаций конкуренции за ресурс — различный и был рассмотрен в учебном курсе "Абонентские сети доступа".

Канал, переносящий информацию (канал трафика, или логический канал), определится номером несущей частоты и номером одного из 8 временных положений. Информация переносится в виде коротких пакетов (burst), объединенных в кадры.

Многостанционный доступ с временным разделением (TDMA — Time Division Multiple ACCESS), содержащий 8 слотов и 248 физических полудуплексных каналов, составляет группу из 1984 полудуплексных каналов. При размере кластера 7 (см. повторное использование частот) число каналов в одной соте равно примерно 283 (1984 / 7) полудуплексных каналов. Как было показано ранее, разбиение, содержащее семь наборов частот, достаточно, чтобы охватить произвольно большую область, используя повторное применение частот с учетом допустимого расстояния между сотами.

Рис. 2.10. Образование каналов в системе GSM

2.3. Структура кадров в стандарте GSM

2.3.1.Структура кадров трафика

Каналы трафика (TCH) используются для доставки данных и речи. Структура образования кадров трафика (TCH) показана на рис. 2.11. [33, 36, 49, 115].

Мультикадр трафика содержит 26 кадров временного доступа (TDMA), каждый из которых состоит из 8 пакетов ( burst^{1Термин "пакет" употребляется в соответствии со словарем Л.М. Невдяева [22]. В литературе встречаются термины "пачка", "всплеск".} ) трафика. Длительность мультикадра трафика — 120 мс. Поэтому длительность кадров временного доступа 120 мс / 26 = 4,615 мс, а длительность временного положения (слота) трафика равна 120/(26 x 8)=15/26=0,577 мкс. Из 26 кадров 24 используются для трафика, один (12-й кадр) — как низкоскоростной выделенный канал управления (SACCH — Slow Associated Control Channel) и один (25-й) в настоящее время не используется.

Рис. 2.11. Структура кадров трафика радио доступа системы GSM

Пакет содержит:

• два поля данных по 57 бит, т. е. в одном пакете содержится объем информации 114 бит;
• поле обучающей последовательности. Эта последовательность используется для оценки характеристик радиоканала. Она представляет собой набор заранее заданных знаков, по искажению которых определяют качество радиоканала;
• "хвостовые биты" (tail bits), располагающиеся по краям одного блока и указывающие его границы. Они защищают информацию при сдвиге слота;
• однобитовые поля — представляют собой флажки, которые указывают тип информации. Пакет может использоваться как для передачи трафика, так и для передачи кадров управления. Кадры сигнализации мы рассмотрим далее.

TCH прямого и обратного направления разделены во времени на 3 периода передачи пакета. Поэтому мобильная станция не может одновременно получать и принимать один и тот же канал, что упрощает ее электронное устройство.

Данные передаются в пакетах, которые помещены в слоты. Общее число бит в мультикадре трафика равно 156,25 бит x 8 x 26 = 32500 бит. Эти биты передаются за 120 мсек. Поэтому скорость передачи информации в битах — 270,833 Кбит/с (32500/0,12=270,833 Кбит/с). Время передачи одного бита 3,69 мкс. Чтобы нейтрализовать влияние ошибок в настройке времени, дисперсию времени и т. д., пакет данных немного короче, чем временной интервал. Он составляет для одного пакета 148 бит из 156.25 битов, передаваемых в пределах слота.

В дополнение к каналам THC's с полной скоростью могут применяться каналы THC's с полускоростью. THC's с полускоростью фактически могут удвоить емкость системы, так как в них предусматривается кодирование речи в пределах 11,4 Кбит/с вместо 22,8 Кбит/с. Полускоростные THC's каналы также используются для передачи сигналов управления. В рекомендациях они названы автономными специализированными каналами управления (SDCCH — Stand-alone Dedicated Control Channels) [81].

Если применяется полускоростное кодирование, то число слотов увеличивается до 16. При этом в четных кадрах мультикадра содержится информация 0–7-го слота, а в нечетных — 8–15-го.