CC BY
724
УДК 658.512
СТРУКТУРА TDMA КАДРОВ И ФОРМИРОВАНИЕ СИГНАЛОВ В СТАНДАРТЕ GSM
А. А. Пирогов
К настоящему времени система GSM развилась в глобальный стандарт второго поколения, занимающий лидирующие позиции в мире как по площади покрытия, так и по числу абонентов. В стандарте GSM используется узкополосный многостанционный доступ с временным разделением каналов (NB ТБМА). В структуре ТБМА кадра содержится 8 временных позиций на каждой из 124 несущих
Ключевые слова: структура, сигнал, кадр
В результате анализа различных вариантов построения цифровых сотовых систем подвижной связи (ССПС) в стандарте GSM принят многостанционный доступ с временным разделением каналов (TDMA). Общая структура временных кадров показана на рисунке.
Суперкадр состоит из мультикадров. Для организации различных каналов связи и управления в стандарте GSM используются два вида мультикадров:
26-позиционные TDMA кадры мультикадра;
51-позиционные TDMA кадры мультикадра.
Суперкадр может содержать в себе 51 мультикадр первого типа или 26 мультикадров второго типа.
В периоде последовательности каждый TDMA кадр имеет свой порядковый номер (NF) от 0 до NFmax, где NFmax = (26х51х2048) -1 = 2715647.
Таким образом, гиперкадр состоит из 2715647 TDMA кадров. Необходимость такого большого периода гиперкадра объясняется требованиями применяемого процесса криптографической защиты, в котором номер кадра NF используется как входной параметр. TDMA кадр делится на восемь временных позиций с периодом
То = 60/13:8 = 576,9 мкс (15/26 мс) .
Каждая временная позиция обозначается TN с номером от 0 до 7. Физический смысл временных позиций, которые иначе называются окнами, - время, в течение которого осуществляется модуляция несущей цифровым информационным потоком, соответствующим речевому сообщению или данным [1].
Цифровой информационный поток представляет собой последовательность пакетов, размещаемых в этих временных интервалах (окнах). Пакеты формируются немного короче, чем интервалы, их длительность составляет 0,546 мс, что необходимо для приема сообщения при наличии временной дисперсии в канале распространения.
Информационное сообщение передается по радиоканалу со скоростью 270,833 кбит/с.
Это означает, что временной интервал TDMA кадра содержит 156,25 бит.
Пирогов Александр Александрович - ВГТУ, тел. 8-904-214-56-29
аспирант,
Общая структура временных кадров
Длительность одного информационного бита 576,9 мкс/156,25 = 3,69 мкс.
Каждый временной интервал, соответствующий длительности бита, обозначается БК с номером от 0 до 155; последнему интервалу длительностью 1/4 бита присвоен номер 156.
Для передачи информации по каналам связи и управления, подстройки несущих частот, обеспечения временной синхронизации и доступа к каналу связи в структуре ТОМА кадра используются пять видов временных интервалов:
КБ используется для передачи информации по каналам связи и управления, за исключением канала доступа ЯАСИ. Он состоит из 114 бит зашифрованного сообщения и включает защитный интервал (вР) в 8,25 бит длительностью 30,46 мкс. Информа-
ционный блок 114 бит разбит на два самостоятельных блока по 57 бит, разделенных между собой обучающей последовательностью в 26 бит, которая используется для установки эквалайзера в приемнике в соответствии с характеристиками канала связи в данный момент времени.
Между двумя группами зашифрованных бит в составе КБ находится обучающая последовательность из 26 бит, известная в приемнике.
8Б используется для синхронизации по времени базовой и подвижной станций. Он состоит из синхропоследовательности длительностью 64 бита, несет информацию о номере ТОМА кадра и идентификационный код базовой станции. Этот интервал передается вместе с интервалом установки частоты. Повторяющиеся интервалы синхронизации образуют так называемый канал синхронизации (8СИ).
АВ обеспечивает разрешение доступа подвижной станции к новой базовой станции. АВ передается подвижной станцией при запросе канала сигнализации. Это первый передаваемый подвижной станцией пакет, следовательно, время прохождения сигнала еще не измерено. Поэтому пакет имеет специфическую структуру. Сначала передается концевая комбинация 8 бит, затем - последовательность синхронизации для базовой станции (41 бит), что позволяет базовой станции обеспечить правильный прием последующих 36 зашифрованных бит. Интервал содержит большой защитный интервал (68,25 бит, длительностью 252 мкс), что обеспечивает (независимо от времени прохождения сигнала) достаточное временное разнесение от пакетов других подвижных станций.
Этот защитный интервал соответствует двойному значению наибольшей возможной задержки сигнала в рамках одной соты и тем самым устанавливает максимально допустимые размеры соты. Особенность стандарта в8М - возможность обеспечения связью подвижных абонентов в сотах с радиусом около 35 км. Время распространения радиосигнала в прямом и обратном направлениях составляет при этом 233,3 мкс.
В структуре в8М строго определены временные характеристики огибающей сигнала, излучаемого пакетами на канальном временном интервале
TDMA кадра, и спектральная характеристика сигнала. Различные формы огибающих излучаемых сигналов соответствуют разным длительностям интервала АВ (88 бит) по отношению к другим указанным интервалам полного TDMA кадра (148 бит).
Одна из особенностей формирования сигналов в стандарте GSM - использование медленных скачков по частоте в процессе сеанса связи. Главное назначение таких скачков (SFH - Slow Frequency Hopping) - обеспечение частотного разнесения в радиоканалах, функционирующих в условиях многолучевого распространения радиоволн. SFH используется во всех подвижных сетях, что повышает эффективность кодирования и перемежения при медленном движении абонентских станций. Принцип формирования медленных скачков по частоте состоит в том, что сообщение, передаваемое в выделенном абоненту временном интервале TDMA кадра (577 мкс), в каждом последующем кадре передается (принимается) на новой фиксированной частоте. В соответствии со структурой кадров время для перестройки частоты составляет около 1 мс [2].
В процессе скачков по частоте постоянно сохраняется дуплексный разнос 45 МГц между каналами приема и передачи. Всем активным абонентам, находящимся в одной соте, ставятся в соответствие ортогональные формирующие последовательности, что исключает взаимные помехи при приеме сообщений абонентами в соте. Параметры последовательности переключения частот (частотновременная матрица и начальная частота) назначаются каждой подвижной станции в процессе установления канала. Ортогональность последовательностей переключения частот в соте обеспечивается начальным частотным сдвигом одной и той же (по алгоритму формирования) последовательности.
Литература
1. Макаров С.Б., Певцов Н.В., Попов Е.А. Телекоммуникационные технологии: введение в технологии GSM. - М.: Академия, 2006. С. 232 - 244.
2. Берлин А.Н. Телекоммуникационные сети и устройства. - М.: Бином, 2008. С. 126 - 134.
Воронежский государственный технический университет
STRUCTURE TDMA OF SHOTS AND FORMATION OF SIGNALS IN STANDARD GSM
A.A. Pirogov
By this time system GSM has developed in the global standard of the second generation taking in the lead positions in the world, both on the covering area, and on number of subscribers. In standard GSM narrow-band multistation access with time division of channels (NB ТDМА) is used. In shot structure TDMA 8 time positions on each of 124 bearing contain
Key words: structure, a signal, a shot
