GSM GSM GSM -- parte IV parte IV - TNG Presentation ... BTS subiscono ritardi di propagazione...
Transcript of GSM GSM GSM -- parte IV parte IV - TNG Presentation ... BTS subiscono ritardi di propagazione...
GSM - parte IVGSM GSM -- parte IVparte IV
Il livello fisico dell’interfaccia radio (Um)
Il livello fisico dell’interfaccia radio (Um)
Argomenti della lezioneArgomenti della lezione
F[MHz]
F[MHz]
880880890890
915915 935935960960925925
1710171017851785 18801880
18051805
DCS/1800uplinkDCS/1800uplink
DCS/1800downlinkDCS/1800downlink
GSM primario downlinkGSM primario downlinkGSM primario uplinkGSM primario uplink
GSM esteso uplinkGSM esteso uplinkGSM esteso downlinkGSM esteso downlink
Frequenze assegnateal GSM (Europa)Frequenze assegnateal GSM (Europa)
Esistono terminali “tri-band”Esistono terminali “tri-band”
Frequenze assegnateal GSM (Europa)Frequenze assegnateal GSM (Europa)
In USA si usano bandeintorno a 1900 MHz anziché
intorno a 1800 MHz
In USA si usano bandeintorno a 1900 MHz anziché
intorno a 1800 MHz
In Italia le frequenze in usoper il TACS erano nella banda
assegnata al GSM a livello internazionale, creando
quindi situazioni di conflitto
In Italia le frequenze in usoper il TACS erano nella banda
assegnata al GSM a livello internazionale, creando
quindi situazioni di conflitto
Assegnazione delle frequenzein ItaliaAssegnazione delle frequenzein Italia
A 900 dispone di 124 (125-1) canali FDM nella parte primaria dello spettro più 50 canali nella parte estesa
A 900 dispone di 124 (125-1) canali FDM nella parte primaria dello spettro più 50 canali nella parte estesa
Frequenze assegnateal GSM (Europa)Frequenze assegnateal GSM (Europa)
A 1800 dispone di 374 (375-1)canali FDMA 1800 dispone di 374 (375-1)canali FDM
Il canale all’estremo inferiorenon è mai usatoIl canale all’estremo inferiorenon è mai usato
Se possibile, sia a 900 che a 1800 anche i canali all’estremo superiore sono usati come “guardia”
Se possibile, sia a 900 che a 1800 anche i canali all’estremo superiore sono usati come “guardia”
Frequenze assegnateal GSM (Europa)Frequenze assegnateal GSM (Europa)
Esiste un sistema di numerazione assoluto dei canali
(ARFCN - Absolute Radio FrequencyChannel Number),
che consente di identificare in modo univoco il canale da usare (o in uso)
indipendemente dal fatto che sia GSM/900 o DCS/1800
Esiste un sistema di numerazione assoluto dei canali
(ARFCN - Absolute Radio FrequencyChannel Number),
che consente di identificare in modo univoco il canale da usare (o in uso)
indipendemente dal fatto che sia GSM/900 o DCS/1800
Frequenze assegnateal GSM (Europa)Frequenze assegnateal GSM (Europa)
I canali GSM-900 hanno ARFCN da 0 a 124 (primario)
e da 974 a 1023 (esteso)
I canali GSM-900 hanno ARFCN da 0 a 124 (primario)
e da 974 a 1023 (esteso)
Frequenze assegnateal GSM (Europa)Frequenze assegnateal GSM (Europa)
I canali uplink e downlink sono sempre accoppiati in modo fissoe distano:
I canali uplink e downlink sono sempre accoppiati in modo fissoe distano:
45 MHz a 900 MHz45 MHz a 900 MHz95 MHz a 1800 MHz95 MHz a 1800 MHz
Frequenze assegnateal GSM (Europa)Frequenze assegnateal GSM (Europa)
Assegnazione delle frequenzein ItaliaAssegnazione delle frequenzein Italia
Assegnazioni per l’uplink nel 1997 (quelle per il downlink
si ottengono aggiungendo 45 MHz)
Assegnazioni per l’uplink nel 1997 (quelle per il downlink
si ottengono aggiungendo 45 MHz)
Esempio:Esempio:
TACS da 882 MHz a 902.6TACS da 882 MHz a 902.6
GSM TIM da 902.7 MHz a 908.2-GSM TIM da 902.7 MHz a 908.2-
GSM Vodafone da 908.2+ MHz a 913.7GSM Vodafone da 908.2+ MHz a 913.7
Dati generaliBande di frequenzaDati generaliBande di frequenza
Distanza tra portanti 200 KHzDistanza tra portanti 200 KHz
Dati generaliDati generali
Codifica a 13 kb/s (full rate)o 6.5 kb/s (half rate) Codifica a 13 kb/s (full rate)o 6.5 kb/s (half rate)
Definizione di interfacce standard (non proprietarie) tra elementidella rete
Definizione di interfacce standard (non proprietarie) tra elementidella rete
Modulazione GMSK(Gaussian Minimum Shift Keying)Modulazione GMSK(Gaussian Minimum Shift Keying)
Uso di controllo di potenzaUso di controllo di potenza
Dati generaliDati generali
Uso dell’interleavingUso dell’interleaving
Tecnica di Accesso e Struttura dei CanaliTecnica di Accesso e Struttura dei Canali
GSM usa una tecnica di accesso mista a divisione di tempo e frequenza (FDMA/TDMA)
GSM usa una tecnica di accesso mista a divisione di tempo e frequenza (FDMA/TDMA)
La porzione di spettro disponibile è suddivisa in canali FDM di 200 kHz l’uno
La porzione di spettro disponibile è suddivisa in canali FDM di 200 kHz l’uno
Ciascun canale FDM è ulteriormente suddiviso in 8 canali con tecnica TDMLa trama TDM è quindi composta da 8 slot
Ciascun canale FDM è ulteriormente suddiviso in 8 canali con tecnica TDMLa trama TDM è quindi composta da 8 slot
Tecnica di Accesso e Struttura dei CanaliTecnica di Accesso e Struttura dei Canali
La velocità di cifra al trasmettitore è di circa 271 kbit/sLa velocità di cifra al trasmettitore è di circa 271 kbit/s
Tecnica di Accesso e Struttura dei CanaliTecnica di Accesso e Struttura dei Canali
La trasmissione è organizzatain “burst” La trasmissione è organizzatain “burst”
Ogni TM trasmette un blocco di datiin un intervallo temporale (1 canale TDM) e “tace” durante gli altri 7 intervalli dedicati agli altri canali
Ogni TM trasmette un blocco di datiin un intervallo temporale (1 canale TDM) e “tace” durante gli altri 7 intervalli dedicati agli altri canali
la durata della trama TDM è di 4.615 msLa durata di uno slot è di 0.577 ms e uno slot trasporta 156.25 bit (271 kbps*0.577)La durata di un bit è di 3.69µs
la durata della trama TDM è di 4.615 msLa durata di uno slot è di 0.577 ms e uno slot trasporta 156.25 bit (271 kbps*0.577)La durata di un bit è di 3.69µs
Struttura della trama GSMStruttura della trama GSM
FDM/TDMFDM/TDM
Frequenza + time slot = canale fisicoFrequenza + time slot = canale fisico
0.577 (15/26) ms156.25 bit
0.577 (15/26) ms156.25 bit
4.615 ms4.615 ms
00776655443311...... 22 11 ......6655443322
00776655443311...... 22 11 ......6655443322
00776655443311...... 22 11 ......6655443322
tempotempo
frequenzafrequenza
n+1
n
n-1
n+1
n
n-1
200 kHz200 kHz
Ciascun time slot porta un burst di trasmissioneCiascun time slot porta un burst di trasmissione
Struttura della trama GSMStruttura della trama GSM
La trasmissione bidirezionalein GSM è ottenuta mediante separazione sia in frequenza sia in tempo; in questo modo
serve una sola interfaccia radio!
La trasmissione bidirezionalein GSM è ottenuta mediante separazione sia in frequenza sia in tempo; in questo modo
serve una sola interfaccia radio!
Le trame sui canali uplinke downlink sono sincronizzate (su
base slot) e sfasate di 3 slot, in modo da consentire la separazione
tra trasmissione e ricezione
Le trame sui canali uplinke downlink sono sincronizzate (su
base slot) e sfasate di 3 slot, in modo da consentire la separazione
tra trasmissione e ricezione
Struttura della trama GSMStruttura della trama GSM
3107654310765 2 2
0765431076543 22
BTSTransmits
BTSTransmits
MS TransmitsMS Transmits
TDM FrameTDM Frame
4.615 ms4.615 ms
FDM/TDMFDM/TDM
55443322110066 77 66 3322110077
00776655443311 22 11 6655443322
tempotempo
frequenzafrequenza
45 MHz45 MHz
downlinkdownlink
uplinkuplink
1.73 ms1.73 ms
…
…
…
…
Avanzamento temporale (timing advance)Avanzamento temporale (timing advance)
Il non perfetto sincronismo tra TM produce interferenza
tra time-slot vicini
Il non perfetto sincronismo tra TM produce interferenza
tra time-slot vicini
I terminali a distanza diversa dalla BTS subiscono ritardi
di propagazione diversi
I terminali a distanza diversa dalla BTS subiscono ritardi
di propagazione diversi
La BTS ordina al terminaledi anticipare la trasmissione
di una quantità di tempo che compensa il ritardo
di propagazione
La BTS ordina al terminaledi anticipare la trasmissione
di una quantità di tempo che compensa il ritardo
di propagazione
Avanzamento temporale (timing advance)Avanzamento temporale (timing advance)
Avanzamento temporale (timing advance)Avanzamento temporale (timing advance)
BTS txBTS tx
TM rxTM rx
00 11 22 33 44 55 66 77 00 11 22……
TrTr
TM txTM tx
BTS rxBTS rx
SenzaTA
SenzaTA
TM txTM tx
BTS rxBTS rx
TaTa
ConTA
ConTA
Il TA riesce a compensare fino ad un ritardo di 233 µs (limitato
dal turn-around time del transceiver), che corrispondono
a 35 km di raggio max di una cella GSM
Il TA riesce a compensare fino ad un ritardo di 233 µs (limitato
dal turn-around time del transceiver), che corrispondono
a 35 km di raggio max di una cella GSM
Avanzamento temporale (timing advance)Avanzamento temporale (timing advance)
Per risparmiare le batterie e ridurre l’interferenza il trasmettitore RF
viene spento quando non trasmettee anche quando non vi è informazione
da trasmettere (soppressione dei silenzi)
Per risparmiare le batterie e ridurre l’interferenza il trasmettitore RF
viene spento quando non trasmettee anche quando non vi è informazione
da trasmettere (soppressione dei silenzi)
Tecnica di Accessoe Struttura dei CanaliTecnica di Accessoe Struttura dei Canali
Spegnimento e accensione del trasmettitore RF pongono notevoli
problemi di “ramping”,cioè di transitorio per portare
l’amplificatore a regime prima di cominciare la modulazione dei dati
Spegnimento e accensione del trasmettitore RF pongono notevoli
problemi di “ramping”,cioè di transitorio per portare
l’amplificatore a regime prima di cominciare la modulazione dei dati
Tecnica di Accessoe Struttura dei CanaliTecnica di Accessoe Struttura dei Canali
Gli amplificatori hanno dei tempinon nulli di accensione e spegnimento (ramp-up/down)
Gli amplificatori hanno dei tempinon nulli di accensione e spegnimento (ramp-up/down)
La trasmissione deve avvenirea inviluppo costante e senza interferenza con lo slot precedente e successivo
La trasmissione deve avvenirea inviluppo costante e senza interferenza con lo slot precedente e successivo
Ramp-up e inviluppoRamp-up e inviluppo
Ramp-up e inviluppoRamp-up e inviluppo
tempotempo
148 bit
546.12 µs
148 bit
546.12 µs
+4dB+4dB
+1dB+1dB
-6dB-6dB
-30dB-30dB
-70dB-70dB
-1dB-1dB
28 µs28 µs 28 µs28 µs≈
Servono dei periodi di guardiaprima e dopo la trasmissione dell’informazione utile
Servono dei periodi di guardiaprima e dopo la trasmissione dell’informazione utile
Nei periodi di guardia i segnalisi possono sovrapporreNei periodi di guardia i segnalisi possono sovrapporre
Ramp-up e inviluppoRamp-up e inviluppo
Nei time-slot si devono prevedere opportuni tempi di guardia
Nei time-slot si devono prevedere opportuni tempi di guardia
Ramp-up e inviluppoRamp-up e inviluppo
tempotempo
148 bit
546.12 µs
148 bit
546.12 µs
+4dB+4dB
+1dB+1dB
-6dB-6dB
-30dB-30dB
-70dB-70dB
-1dB-1dB
28 µs28 µs 28 µs28 µs≈
In GSM è previsto di poter trasmettere messaggi consecutivi della stessa comunicazione su frequenze diverse
In GSM è previsto di poter trasmettere messaggi consecutivi della stessa comunicazione su frequenze diverse
FH serve a ridurre gli effetti del fading da percorsi multipli: si guadagnano circa 2 dB
FH serve a ridurre gli effetti del fading da percorsi multipli: si guadagnano circa 2 dB
Frequency hoppingFrequency hopping
Il FH usato in GSM è lento perché il cambio di frequenza avviene con cadenza di trama (8 slot=4.615 ms) e non di pochi bit come in altri sistemi
Il FH usato in GSM è lento perché il cambio di frequenza avviene con cadenza di trama (8 slot=4.615 ms) e non di pochi bit come in altri sistemi
TM deve essere in grado di re-sintonizzare Tx ed Rxin circa 1 ms
TM deve essere in grado di re-sintonizzare Tx ed Rxin circa 1 ms
Frequency hoppingFrequency hopping
Frequency hoppingFrequency hopping
f1f1 ……77 00 11 22 77 ……00 11 22 77 ……00 11 2200 11 22 ……
……77 00 11 22 77 ……00 11 22 77 ……00 11 2200 11 22 ……f2f2
……77 00 11 22 77 ……00 11 22 77 ……00 11 2200 11 22 ……f3f3
L’uso o meno di FH è una scelta dell’operatoreL’uso o meno di FH è una scelta dell’operatore
Se la rete indica al TM di andarein modalità FH questo deve esserein grado di farlo
Se la rete indica al TM di andarein modalità FH questo deve esserein grado di farlo
FH - ModalitàFH - Modalità
Le sequenze di hopping sono calcolate da BTS ed TM in base ad algoritmi di generazione di sequenze pseudo-casuali, in alternativa si può seguire un più semplice hopping ciclico
Le sequenze di hopping sono calcolate da BTS ed TM in base ad algoritmi di generazione di sequenze pseudo-casuali, in alternativa si può seguire un più semplice hopping ciclico
Le modalità e i parametri per il calcolo della sequenza di hopping sono decise da BTSe trasmesse al TM
Le modalità e i parametri per il calcolo della sequenza di hopping sono decise da BTSe trasmesse al TM
FH - ModalitàFH - Modalità
MA (Mobile Allocation)MA (Mobile Allocation)
Vettore delle frequenze disponibiliVettore delle frequenze disponibili
MAIO (MA Index Offset)MAIO (MA Index Offset)
Valore di sfasamento del saltodi frequenzaValore di sfasamento del saltodi frequenza
Parametri dell’algoritmodi FHParametri dell’algoritmodi FH
Seme della sequenza pseudocasualeche pilota l’algoritmoSeme della sequenza pseudocasualeche pilota l’algoritmo
FN (Frame Number)FN (Frame Number)
Numero assoluto della trama GSMNumero assoluto della trama GSM
Parametri dell’algoritmodi FHParametri dell’algoritmodi FH
HSN (Hopping Sequence generator Number)HSN (Hopping Sequence generator Number)
RNTABLERNTABLE
Vettore di 128 (0-127) numeridisposti in modo pseudo-casualeVettore di 128 (0-127) numeridisposti in modo pseudo-casuale
Parametri dell’algoritmodi FHParametri dell’algoritmodi FH
MA(C0,...,CN-1)
RFCHN = MA(MAI)
RNTABLE
FN HSN
combine
combineMAIO
combine
stored locally
received from BSC (BTS)
algorithms
FH: l’algoritmoFH: l’algoritmo