GSM - parte IV. Il livello fisico dellinterfaccia radio (Um) Argomenti della lezione.
-
Upload
annunciata-cocco -
Category
Documents
-
view
221 -
download
1
Transcript of GSM - parte IV. Il livello fisico dellinterfaccia radio (Um) Argomenti della lezione.
GSM - GSM - parte IVparte IV
F[MHz]
880890
915 935960925
17101785 1880
1805
DCS/1800uplink
DCS/1800downlink
GSM primario downlink
GSM primario uplink
GSM esteso uplink
GSM esteso downlink
Frequenze assegnateal GSM (Europa)
Esistono terminali “tri-band”
Frequenze assegnateal GSM (Europa)
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
Assegnazione delle frequenzein Italia
A 900 dispone di 124 (125-1) canali FDM nella parte primaria dello spettro più 50 canali nella parte estesa
Frequenze assegnateal GSM (Europa)
A 1800 dispone di 374 (375-1)canali FDM
Il 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”
Frequenze assegnateal GSM (Europa)
Esiste un sistema di numerazione assoluto dei canali (ARFCN -
Absolute Radio Frequency Channel 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)
I canali GSM-900 hanno ARFCN da 0 a 124 (primario)
e da 974 a 1023 (esteso)
Frequenze assegnateal GSM (Europa)
I canali uplink e downlink sono sempre accoppiati in modo fissoe distano: 45 MHz a 900 MHz 95 MHz a 1800 MHz
Frequenze assegnateal GSM (Europa)
Assegnazione delle frequenzein Italia
Assegnazioni per l’uplink nel 1997(quelle per il downlink si ottengono
aggiungendo 45 MHz)
Esempio:
TACS da 882 MHz a 902.6 GSM TIM da 902.7 MHz a 908.2 GSM Vodafone da 908.2 MHz a 913.7
Dati generaliBande di frequenza
Distanza tra portanti 200 KHz
Dati generali
Codifica a 13 kb/s (full rate)o 6.5 kb/s (half rate)
Definizione di interfacce standard (non proprietarie) tra elementi della rete
Modulazione GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying)
Uso di controllo di potenza
Dati generali
Uso dell’interleaving
Tecnica di Accesso e Struttura dei Canali
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
Ciascun canale FDM è ulteriormente suddiviso in 8 canali con tecnica TDM
La trama TDM è quindi composta da 8 slot
Tecnica di Accesso e Struttura dei Canali
La velocità di cifra al trasmettitore è di circa 271 kbit/s
Tecnica di Accesso e Struttura dei Canali
La trasmissione è organizzatain “burst” Ogni TM trasmette un blocco di dati in 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 3.69s
Struttura della trama GSM
FDM/TDM
Frequenza + time slot = canale fisico
0.577 (15/26) ms156.25 bit
0.577 (15/26) ms156.25 bit
4.615 ms 4.615 ms
00776655443311...... 22 11 ......6655443322
00776655443311...... 22 11 ......6655443322
00776655443311...... 22 11 ......6655443322
tempo
frequenza
n+1
n
n-1
200 kHz
Ciascun time slot porta un burst di trasmissione
Struttura della trama GSM
La trasmissione bidirezionale in 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
Struttura della trama GSM
3107654310765 2 2
0765431076543 22
BTSTransmits
MS Transmits
TDM Frame
4.615 ms
FDM/TDM
55443322110066 77 66 3322110077
00776655443311 22 11 6655443322
tempo
frequenza
45 MHz
downlink
uplink
1.73 ms
…
…
…
…
Avanzamento temporale (timing advance)
Il non perfetto sincronismo tra TM produce interferenza
tra time-slot vicini
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
Avanzamento temporale (timing advance)
Avanzamento temporale (timing advance)
BTS tx
TM rx
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2…
Tr
TM tx
BTS rx
SenzaTA
TM tx
BTS rx
TaConTA
Il TA riesce a compensare fino ad un ritardo di 233 s (limitato
dal turn-around time del transceiver), che corrispondono
a 35 km di raggio max di una cella GSM
Avanzamento temporale (timing advance)
Per risparmiare le batterie e ridurre l’interferenza il trasmettitore RF
viene spento quando non trasmette e anche quando non vi è
informazione da trasmettere (soppressione dei silenzi)
Tecnica 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
Tecnica di Accessoe Struttura dei Canali
Gli amplificatori hanno dei tempi non nulli di accensione e spegnimento (ramp-up/down)
La trasmissione deve avvenirea inviluppo costante e senza interferenza con lo slot precedente e successivo
Ramp-up e inviluppo
Servono dei periodi di guardiaprima e dopo la trasmissione dell’informazione utile
Nei periodi di guardia i segnalisi possono sovrapporre
Ramp-up e inviluppo
Nei time-slot si devono prevedere opportuni tempi di guardia
Ramp-up e inviluppo
tempo
148 bit
546.12 s
+4dB
+1dB
-6dB
-30dB
-70dB
-1dB
28 s 28 s
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
Frequency 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
TM deve essere in grado di re-sintonizzare Tx ed Rx in circa 1 ms
Frequency hopping
Frequency hopping
f1 …7 0 1 2 7 …0 1 2 7 …0 1 20 1 2 …
…7 0 1 2 7 …0 1 2 7 …0 1 20 1 2 …f2
…7 0 1 2 7 …0 1 2 7 …0 1 20 1 2 …f3
L’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
FH - 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 modalità e i parametri per il calcolo della sequenza di hopping sono decise da BTSe trasmesse al TM
FH - Modalità
MA (Mobile Allocation)
Vettore delle frequenze disponibili
MAIO (MA Index Offset)
Valore di sfasamento del saltodi frequenza
Parametri dell’algoritmodi FH
Seme della sequenza pseudocasuale
che pilota l’algoritmo
FN (Frame Number)
Numero assoluto della trama GSM
Parametri dell’algoritmodi FH
HSN (Hopping Sequence generator Number)
RNTABLE
Vettore di 128 (0-127) numeri disposti in modo pseudo-casuale
Parametri 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’algoritmo