Определение GPRS, базовая конфигурация.

В GSM передача данных организована следующим образом. Абоненту выделяется отдельный канал, используемый системой для передачи голоса, посредством модема, встроенного в мобильный терминал. При этом, канал занимается на всё время соединения, включая промежутки между передачей. Такой способ передачи данных имеет название коммутации каналов – CS (Channel Switching).

GPRS – это услуга пакетной передачи данных (PS – Packet Switching), обеспечивающая высокоскоростной обмен данными за счёт более эффективного использования полосы частот. При использовании системы GPRS информация собирается в пакеты и передаётся в эфир, они заполняют те «пустоты» (не использованные голосовые каналы), которые существуют в промежутках между разговорами абонентов. Использование сразу же нескольких каналов даёт высокие скорости передачи. Увеличение полосы частот достигается путём введения новых схем кодирования (CS 1-4) и группирования каналов (до 8 каналов в группе). GPRS может теоретически работать на скорости 7×CS2= 93,8 кбит/с и 8×CS4=171,2 кбит/с, занимая все каналы связи. Реальная скорость в сети 56 кбит/с – 107 кбит/с. В этом заключается основное отличие передачи информации с коммутацией пакетов от передачи с коммутацией каналов.

GSM регламентирует 2 категории услуг GPRS:

- точка - точка (РТР);

- точка – множество точек (РТМ).

Мобильная станция, используемая в GSM PLMN с коммутацией каналов отличается от подвижной станции GPRS PLMN с коммутацией пакетов. В соответствии с техническими возможностями по обеспечению параллельной работы с коммутацией каналов и в режиме пакетной передачи все подвижные станции подразделяются на три класса:

* Класс А.Обеспечивает независимую и одновременную передачу сигнализации и трафика в режиме коммутации каналов и пакетной передачи. Поэтому подвижные станции этого класса используют 2 автономных приёмно-передающих устройства. Подвижные станции класса А являются подвижными станциями высшего класса. Пользователь такого терминала, сможет не прерывая разговора получить электронную почту, зайти на интересующий сайт и.т.д. Эти устройства должны работать в дуплексном режиме, ранее не применявшемся в GSM.

* Класс В.Обеспечивает одновременную передачу сигнализации в режиме коммутации каналов и в режиме пакетной передачи. Трафик GPRS задерживается, если поступает (или ожидается) трафик с коммутацией каналов. Подвижные станции класса В являются универсальными подвижными станциями.

* Класс С.Обеспечиваю попеременную работу в режиме коммутации каналов и пакетной передачи. Подвижная станция этого класса может работать или только в режиме пакетной передачи, или как в режиме коммутации каналов, так и в режиме пакетной передачи. В последнем случае только один из этих двух режимов может быть установлен для использования, Установка производится по умолчании или вручную. Это означает, что в каждый момент времени подвижная станция класса С может работать либо в режиме пакетной передачи либо в режиме коммутации каналов.

Подвижная станция класса С используется со специальным оборудованием GPRS, поддерживающим конкретное приложение.

Следующим этапом развития сетей GSM после внедрения GPRS неизбежно становится технология EDGE. Преимущества технологии EDGE связано с её совместимостью как с GSM, так и с TDMA. Для операторов, не получивших лицензии на работу в сетях третьего поколения, EDGE может стать альтернативной технологией предоставления услуг 3-го поколения. Скорость передачи информации в сетях EDGE до 384 кбит/с.

Вопросы самоконтроля

1. Какие типы терминального оборудования используется в стандарте GSM?

2. Назовите классы MS для сети GSM/GPRS.

3. Какие преимущества имеет технология GPRS?

4. Какие схемы кодирования разработаны для GPRS и какие скорости они формируют?

5. Какие преимущества пользователю предоставляет технология EDGE?

6. Перечислите и охарактеризуйте 2 класса служб в стандарте GSM.

7. Какой вариант конфигурации мобильной станции приведен на структурной схеме MS (МТО, МТ1, МТ2)?

8. Какие функции выполняет SIM-модуль?

9. Какие функции выполняет логический блок?

10. Поясните принцип передачи SMS сообщения.

11. Какой принцип – коммутация каналов или коммутация пакетов используется в стандарте GSM при передаче речи?

· Тема 3.3. Высокочастотные тракты в цифровой мобильной станции стандарта GSM

Требования к знаниям

· Студент должен

· знать:

· распределение частотных диапазонов на различные системы GSM;

· метод множественного доступа и организации дуплекса TDMA/FDD;

· структуру радиоинтерфейса;

· структуру TDMA – кадра и временного интервала (time slots);

· работу антенного блока и коммутатора;

· устройство и работу передающего тракта;

· устройство и работу приёмного тракта;

· устройство, работу синтезатора частот и формирование высокочастотного сигнала в многомодовой станции;

Содержание учебного материала

Любые радиосистемы имеют передающую и приёмную части. Связь между ними осуществляется через свободное пространство. Антенные устройства являются преобразователями электромагнитной энергии передатчика в направленные электромагнитные волны свободного пространства или наоборот, волны свободного пространства в электромагнитную энергию, направляемую на вход приёмника. Для связи между антеннами и передатчиком или приёмником применяются соединительные тракты передачи – фидерные тракты.

В зависимости от частотного диапазона и типа оборудования, устройства антенно-фидерного тракта имеют различную конструкцию. В общем случае высокочастотные такты содержат антенны, последовательные и параллельные резонансные цепи, генераторы и синтезаторы, фильтры, модуляторы, высокочастотные усилители и усилители мощности.

Распределение частотных диапазонов для различных мобильных стандартов GSM

Табл.5

Система	P-GSM 900	E-GSM 900	GSM 1800	GSM 1900
Частотные диапазоны, МГц Uplink (вверх) Downlink (вниз)	890-915 935-960	880-915 925-960	1710-1785 1805-1880	1850-1910 1930-1990
Ширина полосы пропускания (Bandwidth), МГц
Дуплексный разнос, МГц
Межканальный разнос(Channel Separation), МГц
Количество радиоканалов *
Номера частотных каналов (ARFCH)	1…124	0, 975…1023	5112…885	512…810
Скорость передачи, кбит/с
Длина волны, см	~ 33	~ 33	~ 17	~ 16

* Количество каналов получается как частное от деления ширины полосы на ширину одного канала (200 кГц). В системе GSM используется на 1 канал меньше, этот канал используется как защитный для исключения влияния на системы, использующие соседние каналы.

Основной временной характеристикой GSM является кадр.

Структура радиоинтерфейса . В соответствии с общей структурой кадров в стандарте GSM передача информационных сообщений и сигналов управления осуществляется в нормальном временном интервале (NB) TDMA-кадра:

Рис.12

Гиперкадр (2048 суперкадров, 2715648 кадров

3ч. 28мин. 53с 760мс)

Суперкадр (51 мультикадр канала трафика; 26 мультикадров канала управления;

1326 кадров 6,12с)

Мультикадр канала трафика Мультикадр канала управления

(26 кадров, 120 мс) (51 кадр, 235 мс )

Кадр (8 слотов; 4,615 мс)

ts=577мкс

Передача организуется TDMA-кадрами (4,615 мс). Каждый кадр состоит из 8 слотов (577мкс) и каждый слот соответствует своему каналу речи, т.е. в каждом кадре передаётся информация 8 речевых каналов (16 при полускоростном кодировании).Из TDMA-кадров составляются мультикадры. Для организации каналов трафика и КУ используются 2 вида мультикадров – 120мс и 235мс.

Мультикадры объединяются в суперкадры.

2048 суперкадров образуют 1 гиперкадр.

На рис. 3 представлена структура кадра канала трафика (КТ) при передаче речи:

Длительность слота соответствует 156, 25 битам, т.е. длительно 1 бита = 3,69мкс.

Нормальный временной интервал NВ (0,577 мс)

TB

ED

S

TS

S

TD

TB

G 8,25

TB- защитный бланк

ED – зашифрованные биты

S – контрольные биты

TS – обучающая последовательность

S – контрольные биты

G – защитный интервал

Первые 148 бит слота составляют информационный пакет. Остальные 8,25 бит – защитный интервал. Из 148 бит пачки на передачу информации речи отводится 116 бит: два поля по 57 бит – на передачу речи, 2 бита на скрытые флажки, определяющие тип передаваемой информации, 26 бит занимает обучающая последовательность (специальная комбинация S эквалайзера), два 3-х битовых защитных бланка используются эквалайзером в качестве стартового и стопового флагов.

При передаче сегмент закодированного речевого сигнала в 456 бит разбивается на 8 блоков по 57 бит в каждом. Во избежания группирования ошибок, в случае потери любого из блоков информации, их формирование осуществляется следующим образом: вначале между блоками распределяется 8 бит из 456, затем следующие 8 бит и т.д.

рис. 13 Формирование блоков закодированного речевого сигнала

8 блоков по 57 бит каждый

Таким образом первый блок будет содержать 1,9,17,…449 биты; второй -2.10,18,…450 и т.д. Кроме того, для повышения эффективности линейного кодирования и разбиения на блоки используется медленное переключение рабочих частот (SFH) в процессе сеанса связи. Их назначение – обеспечение частотного разнесения в радиоканалах, функционирующих в условиях многолучевого распространения РВ.

Принцип формирования медленных скачков по частоте состоит в том, что сообщение, передаваемое в выделенном абоненту временном интервале TDMA- кадра 0,577 мс, в каждом последующем передаётся на новой фиксированной частоте. Время перестройки – около 1 мс.

Полоса частот канала.

Каждый частотный канал занимает полосу частот 200 кГц.

Дуплексный разнос по частоте – 45 МГц для GSM-900.

Центральная полоса связана с его номером соотношениями:

fо = 890,200 + 0,200N, 1 ≤ N ≤ 124 (обратные каналы – вверх – от MS)

fп = 935,200 + 0,200N 1 ≤ N ≤ 124 (прямые каналы – вниз – от BTS)

Строго говоря, 1 частотный канал занимает 2 полосы по 200 кГц (прямой и обратный каналы).

Аналогично для GSM1800, GSM1900.