Основни принципи на работата на r; GSM кофа
Cédric D EMOULIN, Marc V AN D ROOGENBROECK
Катедра по електричество, електроника и информационни технологии (Институт Монтефиоре)
Сарт Тилман, B-4000 Лиеж, Белгия
Документ в PDF формат
Ключови думи: GSM, бележки за курса. [бибтекс влизане]
Резюме:
В тази статия ще разгледаме различни аспекти на GSM технологията: елементи на физическия слой, характеризиране на радио частта, мрежова архитектура и др. За улесняване на четенето - трябва да признаем, че в тази област изобилстват съкращения - в края на статията е даден речник.
Историята на (цифровата) мобилна телефония наистина започва през 1982 г. Всъщност на тази дата Специалната мобилна група, наречена GSM 1, е създадена от Европейската конференция на пощенските и телекомуникационни администрации (CEPT) с цел разработване на стандарти за мобилни комуникации за Европа в честотната лента 890 до 915 [MHz] за предаване от мобилни станции 2 и 935 до 960 [MHZ] за предаване от фиксирани станции. Имаше много аналогови системи за мобилна телефония (MOB1 и MOB2, прекратени през 1999 г.), но успехът на тази мрежа не беше там.
През 80-те години се наблюдава развитието на цифрови технологии както на нивото на предаване, така и на нивото на обработка на сигнала, получено от надеждни техники за предаване, благодарение на специално кодиране на сигнали преди изпращането им до канал, и „получаване на разумни скорости на предаване за сигналите (например 9, 6 килобита в секунда, отбелязано [kb/s], за речев сигнал).
По този начин през 1987 г. групата GSM определя технологичните избори, свързани с използването на мобилни телекомуникации: цифрово предаване, мултиплексиране с радиоразпределение по време, криптиране на информация, както и ново кодиране на речта. Едва през 1991 г. се провежда първата експериментална комуникация чрез GSM. Между другото, съкращението GSM променя значението и се превръща в Глобална система за мобилни комуникации, а спецификациите са адаптирани за системи, работещи в обхвата 1800 [MHz]. .
В Белгия през 1994 г. беше внедрена първата GSM мрежа (proximus); Mobistar и Orange (преименувани на Base) ще дойдат по-късно. Днес броят на номерата, разпределени за GSM комуникации, значително надвишава броя на номерата, посветени на фиксирани линии и тази тенденция продължава.
В момента мрежата GSM е подходяща за гласови телефонни комуникации. Това е така, защото това е предимно комутирана мрежа, като "фиксираните" линии и изградена от вериги, тоест на ресурси, разпределени за цялото времетраене на разговора. Не е въведено нищо за услугите за предаване на данни. Успоредно с внедряването на GSM в Белгия през 1994 г., компанията Netscape ще направи впечатляващ завой към мрежата за предаване на данни, наречена Интернет, чрез разпространение на първия общ обществен навигационен софтуер, базиран на протокола http и често наречен уеб.
Тъй като GSM мрежата едва ли е била подходяща за предаване на данни, последните разработки целят увеличаване на капацитета на мрежите по отношение на скоростта, но разширяване на функционалностите, като позволяват например установяването на комуникации, които не изискват предварително установяване на „схема.
За да надхвърли ограничението от 14,4 [kb/s], номиналната скорост на телефонен канал, превключен в режим на предаване на данни, ETSI определи нова услуга за пакетни данни: Общата пакетна радио услуга (GPRS), която позволява данните да се изпращат на скорост от 115 [kb/s] чрез обединяване на няколко канала. В известен смисъл GPRS подготвя пристигането на телефония от трето поколение, наречена Universal Mobile Telecommunications System (UMTS), която ще постигне скорост от 2 [Mb/s]. Но пътят е дълъг, защото приложенията, изискващи UMTS, са отдавна, като се има предвид, че всички елементи на UMTS мрежата са несъвместими с тези на GSM. Защо инвеститорите трябва да се докопат до портфейла?
Мрежите от първо поколение имаха големи клетки (радиус 50 [km]), в центъра на които беше базова станция (предавателна антена). В самото начало тази система разпределя честотна лента статично на всеки потребител, който е бил в клетката, независимо дали се нуждае от нея или не. Следователно тази система направи възможно предоставянето на услуга само на брой потребители, равен на броя на наличните честотни ленти. Първото подобрение се състои в разпределяне на канал на потребител само от момента, в който този се нуждае от него, като по този начин позволява да се увеличи „статистически“ броят на абонатите, като се разбира, че всички не телефонират едновременно. Но тази система все още изисква мобилни станции с висока мощност на предаване (8 [W]) и следователно мобилни устройства със значителен размер и тегло. Освен това, за да се избегнат смущения, две съседни клетки не могат да използват еднакви честоти. Следователно тази мрежова организация използва честотния спектър по неоптимален начин.
Именно за решаването на тези различни проблеми се появи концепцията за клетка. Принципът на тази система е да раздели територията на малки области, наречени клетки, и да споделя радиочестотите между тях. По този начин, всяка клетка е изградена от базова станция (свързана към комутируемата телефонна мрежа, PSTN), с която е свързан определен брой теснолентови честотни канали, обобщено наречени честоти. Както и преди, тези честоти не могат да се използват в съседни клетки, за да се избегнат смущения 3. По този начин се дефинират модели, наричани още клъстери, съставени от няколко клетки, в които всяка честота се използва само веднъж. Фигура 1 показва такъв модел като пример.