2.9. Структура кадров TDMA иформирование сигналов в стандарте GSM

Привет, Вы узнаете о том , что такое структура кадров tdma иформирование сигналов в стандарте gsm, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое структура кадров tdma иформирование сигналов в стандарте gsm , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Основы сотовой связи стандарта GSM.

В общем виде в стандарте GSM временная диаграмма процесса передачи с использованием метода TDMA выглядит следующим образом (рис. 2.32):
-   первоначально осуществляется преобразование аналогового речевого сигнала в циф­ровую последовательность;
-   цифровая последовательность подвергается кодированию, шифрованию, при этом ис­пользуются:
а)  блочное кодирование — для быстрого обнаружения ошибок при приеме сигналов;
б)  сверточное кодирование — для исправления одиночных ошибок;
в)   перемежение — для преобразования пакетов ошибок в одиночные ошибки.
 

 Рис. 2.32. Структура кадров и формирование сигналов в стандарте GSM (приTDMA)

В результате этих преобразований каждый отсчет уровня исходного аналогового рече­вого сигнала представляется в виде зашифрованного (закодированного) сообщения, состоя­щего из 114 бит, в свою очередь состоящего из двух самостоятельных информационных па­кетов ED (EncriptedData— закодированные, зашифрованые данные) по 57 бит (рис. 2.32) в нормальном временном интервале (слоте) NB (NormalBurst), разделенных между собой обучающей последовательностью (26 бит) TS (Training Sequence).
При приеме последовательности EDопределяется характер искажений в тракте распро­странения сигнала и характеристики приемника формируются уже применительно к кон­кретным условиям работы в данный момент времени.
Для передачи информации по каналам связи и управления, подстройки несущих частот, обеспечения временной синхронизации и доступа к каналу связи используется пять видов временных интервалов:
-  NB (Normal Burst)— нормальный временной интервал;
-  FB (Frequency correction Burst)— временной интервал подстройки частоты;
-  SB (Synchronization Burst)— интервал временной синхронизации;
-  DB (Dummy Burst)— установочный интервал;
-  АВ (Access Burst)—интервал доступа.

1)При передаче по одному речевому каналу в стандарте GSMиспользуется нормаль­ный временной интервал NBдлительностью 0,577 мс, который включает в себя:

-  114 бит = 57 + 57 — закодированной (зашифрованной) информации ED;
-  две концевых комбинации ТВ (TailBits) по три бита каждая;
-   два контрольных бита S (S— StealingFlag— скрытый флажок), разделяющие EDи служащие признаком того, содержит ли передаваемая группа речевую информацию или информацию сигнализации. В последнем случае информационной канал (TrafficChannel) «украден» для обеспечение сигнализации;

-  TS (TrainingSequence) — обучающую последовательность из 26 бит, которая разделяет информационный блок, состоящий из 114 бит по 57 бит ED, при этом с помощью TS обеспечивается:
а) оценка частоты появления ошибок в двоичных разрядах по результатам сравнения принятой и эталонной последовательностей. В процессе сравнения вычисляется параметр RXQUAL, принятый для оценки качества связи. В данном случае речь идет только об оцен­ке связи, а не о точных измерениях, так как проверяется только часть передаваемой инфор­мации. Параметр RXQUALиспользуется при вхождении в связь, при выполнении процеду­ры HANDOVER— эстафетной передачи и при оценке зоны покрытия связью;

б) оценка импульсной характеристики радиоканала на интервале передачи NBдля по­следующей коррекции тракта приема сигнала за счет использования адаптивного эквалайзе­ра в тракте приема;

в) определение задержек распространения сигнала между базовой и мобильной стан­циями для оценки дальности связи. Эта информация необходима для того, чтобы пакеты дан­ных от разных мобильных станций не накладывались при приеме на базовой станции. Поэто­му удаленные на большое расстояние мобильные станции должны передавать свои пакеты раньше мобильных станций, находящихся в непосредственной близости от базовых станций.

Итак, обучающая последовательность TSиспользуется для установления эквалайзера в приемнике в соответствии с характеристиками канала связи в данный момент времени.
-  защитный интервал G(Guardperiod) длительностью, равной времени передачи 8,25 бита (8,25x3,69 = 30,44 мкс).
Таким образом, временной слот NBсодержит 156,25 бит при длительности одного бита равной 577/156,25 = 3,69 мкс.
2) Временной интервал подстройки частоты FBпредназначен для синхронизации по частоте мобильной станции MSи содержит:

-  142 нулевых бита, что соответствует немодулированной несущей частоте со сдвигом (1625/24) кГц выше номинального значения частоты несущей. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Это необходимо для проверки работы своего передатчика и приемника при небольшом частотном разносе каналов (200 кГц), что составляет около 0,022% от номинального значения частоты 900 МГц;
-  две концевых комбинации ТВ по три бита каждая;
-  защитный интервал Gдлительностью 8,25 бит.
Следует отменить, что повторяющиеся временные интервалы подстройки частоты FBобразуют канал установки частоты FCCH(Frequency Correction CHannet).

3) Интервал временной синхронизации SBпредназначен для синхронизации по времени базовой и мобильной станций. SB состоит из:
-  синхропоследовательности длиной 64 бита;
-  двух зашифрованных EDблоков, по 39 бит каждый, несущих информацию о номере кадра TDMAи идентификационном коде базовой станции;
-  двух концевых комбинаций ТВ по 3 бита каждая;
-  защитного интервала Gдлиной 8,25 бит.

Интервал SBпередается вместе с интервалом установки частоты.
Повторяющиеся интервалы временной синхронизации образуют так называемый канал синхронизации SCH (Synchronizing CHannet).
4) Установочный интервал DBобеспечивает установление и тестирование канала связи. По своей структуре DBсовпадает с интервалом NBи содержит:
-  2 блока по 58 бит, в которых не передается никакой информации;
-  установочную последовательность (вместо TSв NB) длиной 26 бит;
-  2 блока ТВ по 3 бита каждый;
-  защитный интервал Gдлиной 8,25 бит.

Отсутствуют два контрольных бита S.Так как в DBне передается никакой информации, то назначение DBсостоит в информировании о том, что передатчик функционирует.
5) Интервал доступа АВ обеспечивает разрешение доступа мобильной станции MSк но­вой базовой станции. Интервал АВ передается мобильной станцией MSпри запросе канала синхронизации. Это первый передаваемый мобильной станцией пакет, при этом время про­хождения сигнала еще не измерено.
Поэтому в интервале доступа АВ последовательно передаются:
-  концевая комбинация ТВ длиной в 8 бит;
-  последовательность синхронизации для базовой станции — 41 бит, что позволяет базовой станции обеспечить правильный прием последующих 36 зашифрованных бит ED;
-  36 зашифрованных бит;
-  3 бита ТВ;
-  большой защитный интервал G, длиной 68,25 бит (длительностью — 68,25x3,69 = = 252 мкс), что обеспечивает (независимо от времени прохождения сигнала) доста­точное временное разнесение от пакетов других мобильных станций.

Защитный интервал в 252 мкс соответствует двойному значению возможной задержки сигнала в пределах одной соты и, тем самым, устанавливает максимально допустимые раз­меры соты. Для стандарта GSMвозможность обеспечения устойчивой связью мобильных станций в сотах составляет по радиусу от BTSк MSдо 35 км, при этом максимальное время распространения радиосигнала в прямом и обратном направлениях составляет -233,3 мкс.

Таким образом, временные интервалы (слоты) NB, FB, SB, DBи АВ реализуют переда­чу различных видов информации (речевые сигналы, сигналы управления и.т.п.), обеспечи­вающие как достаточно качественную передачу речевых сигналов, так и шифрование, под­стройку несущей, синхронизацию, доступ к каналу связи и т.д.
Эти временные интервалы и их структура были рассмотрены в разделе выше, посвя­щенном структуре Air-интерфейса.
По сути:
-  NBTDMA— это слот канала трафика;
-  FBTDMA— это слот пакета коррекции частоты;
-  SBTDMA— это слот пакета синхронизации;
-  DBFDMA— это слот холостого пакета;
-  АВ TDMA— это слот пакета доступа.

Как и в случае с радиоинтерфейсом, передача информации при временном разделении каналов осуществляется в составе кадра TDMA(в Air-IFв кадре канала трафика).
Каждый кадр TDMA состоит из 8 временных интервалов (в Air-IFкадр канала трафика состоит из 8 слотов) с номерами от 0 до 7, то есть в одном кадре TDMAодновременно могут передаваться 8 речевых каналов.
Обычно каждый временной слот обозначается TN с номером от 0 до 7.

Физический смысл позиций TN0...TN7 — означает время, в течение которого осущест­вляется модуляция несущей цифровым информационным потоком, соответствующим рече­вому сообщению или компьютерным данным.

Цифровой информационный поток представляет собой последовательность пакетов, размещаемых в этих временных позициях TN0...TN7, при этом эти пакеты формируются немного короче по времени, чем временные интервалы NB, FB, SB, DB, АВ (длительностью 577 мк). Длительность слотов TN0...TN7 составляет 546 мкс, что необходимо для приема сообщения при наличии временной дисперсии в канале распространения.

Так как по стандарту GSM информационное сообщение передается по радиоканалу со скоростью 270,833 кбит/с, то временной интервал кадра TDMA содержит 270833Х577Х10-6 = = 156,25 бит.

Таким образом, все временные интервалы NB, FB, SB, DBи АВ имеют одинаковый кадр длиной 156,25 бита.
Рассмотрим далее иерархическую структуру кадров TDMA:
-  кадр TDMA, состоящий из 8 слотов, имеет длительность Тк = 577x8 = 4615 мкс = = 4,615 мс;
-  в периоде последовательности каждый кадр TDMAимеет свой порядковый номер NFот 0 до NFMax, где NFMax= 26x51x2048 = 2715647 бит;
-  кадры TDMA объединяются в мультикадры двух видов:
■  мультикадр, состоящий из 26 кадров TDMA(в Air-IF— это мультикадр канала тра­фика): NF0...NF25; длительность мультикадра первого вида: 26x4,615 = 120 мс;
■   мультикадр, состоящий из 51 кадра TDMA(в Air-IF— это мультикадр канала управления): NF0...NF50; длительность второго кадра — 51x4,615 = 235,385 мс;
-  из 51 мультикадра первого вида формируется суперкадр первого вида, имеющий 26x51 = 1326 кадров TDMA, длительностью 120x51 = 6,12 с;
-  из 26 мультикадров второго вида формируется суперкадр второго вида, по числу кад­ров и длительности совпадающий с суперкадром первого вида;
-  длина периода последовательности в иеархической структуре, называемая гиперкадром, делится на 2048 суперкадров, то есть по числу кадров в гиперкадре: 2048x1326 = = 2715648 кадров TDMA, а по длительности Т = 12533,76 с = 3 ч 28 мин 53 с 780 мс.

Необходимость такого большого периода гиперкадра объясняется требованиями процесса криптографической защиты, в котором номер кадра NF используется как входной параметр.
Таким образом, рассмотрение структуры кадров TDMAи структуры радиоинтерфейса позволяет сделать вывод об идентичности их структур.
В структуре GSM строго определены временные характеристики огибающей сигнала (излучаемого пакетами на канальном временном интервале кадра TDMA) и спектральная характеристика сигнала.
Временная маска огибающей для сигналов NB, FB, DB, и SB полного кадра TDMA по­казана на рис. 2.33, а временная маска огибающей для сигналов, излучаемых в интервале АВ полного кадра TDMA, — на рис. 2.34.

Различные формы огибающих излучаемых сигналов соответствуют разным длительно­стям интервала АВ (88 бит) по отношению к другим указанным интервалам полного кадра TDMA(148 бит).
Нормы на спектральную характеристику излучаемого сигнала показаны на рис. 2.35, при этом до 60 кГц величина S(f) = + 3,5 дБ,
-    при/= 140 кГц S = -12 дБ;
-    при/= 200...250 кГц S= -30 дБ;
-    при/= 300 кГц S= -43 дБ;
-    при/= 600 кГц S = -63 дБ.

 Всем активным абонентам MS, находящимся в одной соте, ставятся в соответствие ор­тогональные формирующие последовательности переключения частот, что исключает вза­имные помехи при приеме сообщений абонентами MS в соте.

Параметры последовательности переключения частот (частотно-временная матрица (рис. 2.36) и начальная частота) назначаются каждой мобильной станции MS в процессе ус­тановления канала связи. Ортогональность последовательностей переключения частот в со­те обеспечивается начальным частотным сдвигом одной и той же (по алгоритму формиро­вании) последовательности.

В смежных сотах используются различные формирующие последовательности. Комби­нированная схема организации каналов TDMA/FDMA в стандарте GSM и принцип исполь­зования SFH при передаче сообщений во временных кадрах были показаны на рис. 2.36 и рис. 2.37.
Таким образом, если учесть, что в кадре каждому физическому каналу соответствует один слот, то для любого из физических каналов такая частота скачков эквивалентна смене частотных каналов с частотой слотов.
Режим работы с SFH назначается центром коммутации MSC

Информация, изложенная в данной статье про структура кадров tdma иформирование сигналов в стандарте gsm , подчеркивают роль современных технологий в обеспечении масштабируемости и доступности. Надеюсь, что теперь ты понял что такое структура кадров tdma иформирование сигналов в стандарте gsm и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Основы сотовой связи стандарта GSM