Опишите принцип канального кодирования в стандарте GSM

Кодер канала – второй (и последний) элемент цифрового участка передающего тракта. Он следует после кодера речи и предшествует модулятору, осуществляющему перенос информационного сигнала на несущую частоту.

Основная задача кодера канала – помехоустойчивое кодирование сигнала речи, то есть такое его кодирование, которое позволяет обнаруживать и в значительной мере исправлять ошибки, возникающие при распространении сигнала по радиоканалу от передатчика к приемнику.

Помехоустойчивое кодирование осуществляется за счет введения в состав передаваемого сигнала довольно большого объема избыточной информации.

В сотовой связи помехоустойчивое кодирование реализуется в виде трех процедур:

1) Блочного кодирования

2) Сверточного кодирования

3) Перемежения

Избыточное кодирование информации можно разделить на два метода – блочное и сверточное.

При блочном кодировании информация делится на блоки определенной длины, и каждый блок кодируется отдельно.

Блочное кодирование обладает высокой надежностью, простотой реализацией, и получило широкое распространение. Существует большое разнообразие блочных кодов, обладающих различными возможностями по обнаружению и исправлению ошибок, среди которых наиболее известны коды Хемминга.

Сверточные коды работают со всем массивом данных, не деля его на части. В простейшем случае, в исодные данные добавляются проверочные символы, представляющие собой сумму двух символов исходных данных.

Передаваемый через эфир радиосигнал подвергается помехам различных типов. Это могут быть промышленные шумы, атмосферные помехи и т.п.

При этом многие ошибки не одиночны по времени, а возникают пачками. Это означает, что длительности воздействующего мешающего сигнала досаточно для возникновения ошибок в нескольких подряд идущих битах.

Главная опасность такого вида помех заключается в том, что применяемые способы защиты от помех обычно могут распознать и исправить не более одной ошибки. Пачечные ошибки эти виды защиты не определяют, что соответственно может привести к ухудшению качества связи.

Для борьбы с пачечными ошибками в сотовой связи применяется перемежение. Суть его заключается в том, что перед передачей в эфир биты переставляются местами. Причем одна и та же схема перемежения, обычно, накладывается как маска и применяется циклически к цифровому потоку. После приема сигнала последовательность подвергается обратной перестановке, чтобы получить исходный сигнал. Очевидно, что чем меньше отрезок сигнала, т. е. чем короче кадр по времени будет подвержен перемежению, тем более коротким пачечным ошибкам он может противостоять. Однако чем более длительный отрезок сигнала будет вовлечен в перемежение, тем больше это потребует производственных возможностей и может потребовать дополнительных временных затрат и привести к задержкам сигнала. Поэтому на практике выбирают золотую середину: берут достаточно длительный кадр для перемежения, что бы можно было противостоять пачечным ошибкам достаточно встречающимся в радиоэфире.

Объясните метод модуляции в стандарте GSM

Модуляция

Модулятор является последним элементом передающего тракта (рис. 8) и, строго говоря, не выполняет никаких операций собственно цифровой обработки сигналов. Его задача состоит в переносе информации цифрового сигнала с выхода кодера канала на несущую частоту, т.е. в модуляции сверхвысокочастотной (СВЧ) несущей низкочастотным (НЧ) цифровым сигналом. Модулированный СВЧ сигнал с выхода модулятора через антенный коммутатор поступает на антенну и излучается в эфир, чтобы быть затем принятым антенной станции-получателя информации. Соответственно демодулятор – первый элемент приемного тракта, и его задача заключается в выделении из принятого модулированного радиосигнала информационного сигнала, который подвергается цифровой обработке в последующей части приемного тракта.

Цифровой сигнал модулируется на аналоговую несущую частоту, ис пользуя гауссовскую манипуляцию с минимальным частотным сдвигом (GMSK — Gaussian-filteredMinimumShiftKeying). 89 Курс Сотовые системы связи GMSK [3, 22] является одним из вариантов минимальной частотной манипуляции (MSK). Это вид частотной модуляции, который отобража ет двоичные импульсные сигналы двумя сигнальными частотами, сдви нутыми по фазе на 180° на каждом тактовом интервале. Гауссовская минимальная манипуляция (GMSK ) отличается тем, что импульсы входной последовательности сглаживаются с помощью фильтра нижних частот и приводятся к форме гауссовской кривой. Такая форма обеспечивает более низкий уровень внеполосного излучения и уменьшает влияние на соседние каналы. Но этот способ по сравнению с другими име ет меньшую спектральную эффективность. В частности, он позволяет пе редавать около 0,7 бит/с на Гц (теоретическая спектральная эффектив ность для квадратурной фазовой манипуляции равна 2 бит/с-Гц) и увели чивает энергетические затраты.

АМ, ЧМ и ФМ являются базисом и достаточно редко применяются на практике поодиночке. Чаще применяются их модификации или в сочетании друг с другом. В частности в стандарте GSM (GlobalSystemforMobileCommunications) на радио интерфейсе применяется модуляция GMSK (GaussianmodulationwithMinimumShiftKeying) – гауссовская манипуляция с минимальным фазовым сдвигом. Главное ее преимущество заключается в том, что манипулированный этим методом сигнал занимает гораздо меньшую частотную полосу, чем при обычной фазовой манипуляции.

28. Опишите принцип работы центра коммутации мобильной связи GSM
Центральный компонент подсистемы сети — центр коммутации мобильный связи (MSC). Он работает как обычный узел коммутации общедоступной телефонной сети (PSTN) или цифровой сети интегрального обслуживания (ISDN). Дополнительно он обеспечивает все функциональные возможности мобильного абонента такие как регистрация, аутентификация, обновление местоположения, передача соединения (хэндовер) и маршрутизация вызова при передвижении объекта. Эти функции обеспечиваются совместно несколькими функциональными объектами, которые вместе формируют коммутационную подсистему сети. MSC обеспечивает подключение к фиксированным сетям, таким как телефонная сеть PSTN или ISDN. При передаче сигналов между функциональными объектами в коммутационной подсистеме сети используется общий канал сигнализации ОКС-7 (SS7), такой же как используется для обмена в ISDN и в сетях общего пользования.

Центр коммутации подвижной связи обслуживает группу сот и обеспечивает все виды соединений, в которых нуждается в процессе работы подвижная станция. MSC аналогичен коммутационной станции ISDN и реализует интерфейс между фиксированными сетями (PSTN, PDN, ISDN и т.д.) и сетью подвижной связи. Он обеспечивает маршрутизацию вызовов и функции управления вызовами. Кроме выполнения функций обычной коммутационной станции ISDN, на MSC возлагаются функции коммутации радиоканалов. К ним относятся «эстафетная передача», в процессе которой достигается непрерывность связи при перемещении подвижной станции из соты в соту, и переключение рабочих каналов в соте при появлении помех или неисправностях.

Каждый MSC обеспечивает обслуживание подвижных абонентов, расположенных в пределах определенной географической зоны (например, Москва и область). MSC управляет процедурами установления вызова и маршрутизации. Для телефонной сети общего пользования MSC обеспечивает функции сигнализации по ОКС-7, передачи вызова и поддерживает другие виды интерфейсов в соответствии с требованиями конкретного проекта.

MSC формирует данные, необходимые для выписки счетов за предоставленные сетью услуги связи, накапливает данные по состоявшимся разговорам и передает их в центр расчетов (биллинг-центр). MSC составляет также статистические данные, необходимые для контроля работы и оптимизации сети: он поддерживает процедуры безопасности, применяемые для управления доступом к радиоканалам.

MSC не только участвует в управлении вызовами, но также управляет процедурами регистрации местоположения и передачи управления, кроме передачи управления в подсистеме базовых станций (BSS).

Как организуется многостанционный доступ с временным разделением канала(TDMA)?

TDMA (TimeDivisionMultipleAccess) – множественный доступ с временным разделением. Это один из трех основных методов множественного доступа, т.е. способов разделения общего ресурса канала связи между участниками информационного обмена. TDMA широко применяется в стандартах второго поколения сотовой связи таких как, например, GSM (GlobalSystemforMobileCommunications).

Структура цикла TDMA

Основной принцип TDMA заключается в том, что имеющийся ресурс разделяется между участниками информационного обмена на циклически повторяющиеся промежутки времени. Промежутки времени получили название "таймслот" (timeslot, TS). При этом абонент может использовать всю ширину пропускания канала, но только в определенные временные отрезки. В такой ситуации главное, чтобы сигналы соседних таймслотов не накладывались друг на друга. Это может быть вызвано как слишком высокой мощностью передачи, так и помехами в канале, несовершенством используемого оборудования. Чтобы избежать подобных межслотовых помех часто вводят специальный защитный временной интервал. Таким образом, если часть энергии одного передатчика просочится за пределы отведенного ему таймслота, то она будет оказывать воздействие лишь на не несущий информацию защитный интервал. Введение такого интервала снижает общую пропускную способность канала связи, но необходимо для поддержания заданных характеристик качества обслуживания.

Защитные интервалы в цикле TDMA

Метод TDMA нашел широкое распространение после появления цифровых систем передачи, в частности PDH (PlesiochronousDigitalHierarchy - плезиохронная цифровая иерархия) и SDH (SynchronousDigitalHierarchy – синхронная цифровая иерархия). TDMA больше подходит для передачи цифрового потока, нежели FDMA (FrequencyDivisionMultipleAccess), т.к. для его передачи как раз характерны особенности TDMA: широкополосность и небольшое время передачи.

В стандарте GSM одновременно используются TDMA и FDMA. Весь частотный диапазон разделяется на частотные каналов по 200 кГц каждый, которые в свою очередь состоят из 8 таймслотов. Также TDMA на ряду с другими методами множественного доступа используется в стандартах UMTS (UniversalMobileTelecommunicationsSystem) и LTE(LongTermEvolution).

Как организуется многостанционный доступ с частотным разделением канала(FDMA)?

FDMA (FrequencyDivisionMultipleAccess) – множественный доступ с частотным разделением. Это один из самых распространенных методов множественного доступа, применяемых не только в сотовой связи, но и в других системах радиосвязи. Сам термин "множественный доступ" предусматривает разделение общего ресурса линии связи между информационными источниками. Принцип FDMA заключается в том, что весь частотный спектр разделяется между пользователями на равные или не равные частотные полосы. Причем каналы могут быть как симметричными в обоих направлениях, так и ассиметричными. Источники информации могут использовать выделенный им частотный ресурс неограниченно по времени, но при этом не должны создавать помехи соседним каналам. Чтобы избежать переходных помех вводят специальный защитный частотный интервал между соседними каналами. Это так называемая полоса расфильтровки. Она не используется для передачи информации и поэтому снижает общую пропускную способность имеющегося канала связи.

Принцип организации FDMA

Метод FDMA используется как в аналоговых системах связи, так и в цифровых обычно на ряду вместе с другими методами множественного доступа TDMA (TimeDivisionMultipleAccess) и CDMA. Всотовойсвязи FDMA применяетсявовсехстандартах: NMT (Nordic Mobile Telephone), GSM (Global System for Mobile Communications), UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), LTE (Long Term Evolution), Mobile WIMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access). Такое широкое распространение FDMA в первую очередь обусловлено тем, что все системы сотовой связи используют радио соединение на участке между мобильной станцией и базовой, а частота – это самый важный и ценный ресурс такого соединения. Дело в том, что в отличии от проводных соединений, доступ к которым имеют лишь абоненты данной сети, в радио соединениях доступ к эфиру имеют одновременно несколько абонентов/операторов/систем сотовой связи и они не могут работать на одной частоте в одной точке пространства. В связи с этим появляется необходимость в разделении всего имеющегося ресурса на частотные полосы.

FDMA часто применяется в совокупности с другими методами разделения каналов. В GSM частотный метод разделения применяется вместе с TDMA. Весь частотный диапазон разделяется на последовательно пронумерованные частотные симметричные в обоих направлениях полосы, каждый шириной 200 кГц. В свою очередь каждый частотный канал разделяется на 8 таймслотов, в которых уже и передается информация абонентов и системы. Между частотными каналами используется полоса расфильтровки для того, чтобы избежать переходных помех. В стандарте UMTS также используется FDMA вместе с CDMA. Однако в этом случае используют гораздо более широкие частотные каналы и меньшие полосы расфильтровки за счет меньшего уровня излучаемой мощности.

Как организуется многостационный доступ с кодовом разделением канала (CDMA)