GSM - parte IV
Argomenti della lezione Il livello fisico dell interfaccia radio (Um)
Frequenze assegnate al GSM (Europa) GSM primario downlink GSM primario uplink GSM esteso downlink GSM esteso uplink DCS/1800 uplink DCS/1800 downlink 880 890 915 935 925 960 1710 1785 1805 1880 F [MHz]
Frequenze assegnate al GSM (Europa) In USA si usano bande intorno a 1900 MHz anziché intorno a 1800 MHz Esistono terminali tri-band
Assegnazione delle frequenze in Italia In Italia le frequenze in uso per il TACS erano nella banda assegnata al GSM a livello internazionale, creando quindi situazioni di conflitto
Frequenze assegnate al GSM (Europa) A 900 dispone di 124 (125-1) canali FDM nella parte primaria dello spettro più 50 canali nella parte estesa A 1800 dispone di 374 (375-1) canali FDM Il canale all estremo inferiore non è mai usato
Frequenze assegnate al GSM (Europa) Se possibile, sia a 900 che a 1800 anche i canali all estremo superiore sono usati come guardia
Frequenze assegnate al 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 assegnate al GSM (Europa) I canali GSM-900 hanno ARFCN da 0 a 124 (primario) e da 974 a 1023 (esteso)
Frequenze assegnate al GSM (Europa) I canali uplink e downlink sono sempre accoppiati in modo fisso e distano: 45 MHz a 900 MHz 95 MHz a 1800 MHz
Assegnazione delle frequenze in Italia Esempio: Assegnazioni per l uplink nel 1997 (quelle per il downlink si ottengono aggiungendo 45 MHz) 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 generali Bande di frequenza
Dati generali Definizione di interfacce standard (non proprietarie) tra elementi della rete Distanza tra portanti 200 KHz Codifica a 13 kb/s (full rate) o 6.5 kb/s (half rate)
Dati generali Modulazione GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) Uso di controllo di potenza 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
Tecnica di Accesso e Struttura dei Canali 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 trasmissione è organizzata in 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 velocità di cifra al trasmettitore è di circa 271 kbit/s
Struttura della trama GSM la durata della trama TDM è di 4.615 ms La 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
FDM/TDM Frequenza + time slot = canale fisico Ciascun time slot porta un burst di trasmissione 200 khz frequenza... 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6...... 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6...... 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6... n+1 n n-1 tempo 4.615 ms 0.577 (15/26) ms 156.25 bit
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!
Struttura della trama GSM Le trame sui canali uplink e downlink sono sincronizzate (su base slot) e sfasate di 3 slot, in modo da consentire la separazione tra trasmissione e ricezione TDM Frame 4.615 ms 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 BTS Transmits 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 MS Transmits
FDM/TDM frequenza downlink 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 45 MHz 1.73 ms uplink 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 tempo
Avanzamento temporale (timing advance) I terminali a distanza diversa dalla BTS subiscono ritardi di propagazione diversi Il non perfetto sincronismo tra TM produce interferenza tra time-slot vicini
Avanzamento temporale (timing advance) La BTS ordina al terminale di anticipare la trasmissione di una quantità di tempo che compensa il ritardo di propagazione
Avanzamento temporale (timing advance) Senza TA Con TA BTS tx TM rx TM tx BTS rx TM tx BTS rx 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 Tr Ta
Avanzamento temporale (timing advance) 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
Tecnica di Accesso e Struttura dei Canali 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 Accesso e 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
Ramp-up e inviluppo Gli amplificatori hanno dei tempi non nulli di accensione e spegnimento (ramp-up/down) La trasmissione deve avvenire a inviluppo costante e senza interferenza con lo slot precedente e successivo
Ramp-up e inviluppo +4dB +1dB -1dB -6dB -30dB -70dB 148 bit 546.12 µs 28 µs 28 µs tempo
Ramp-up e inviluppo Nei time-slot si devono prevedere opportuni tempi di guardia Servono dei periodi di guardia prima e dopo la trasmissione dell informazione utile Nei periodi di guardia i segnali si possono sovrapporre
Ramp-up e inviluppo +4dB +1dB -1dB -6dB -30dB -70dB 148 bit 546.12 µs 28 µs 28 µs tempo
Frequency hopping 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 f1 0 1 2 7 0 1 2 7 0 1 2 7 0 1 2 f2 0 1 2 7 0 1 2 7 0 1 2 7 0 1 2 f3 0 1 2 7 0 1 2 7 0 1 2 7 0 1 2
FH - Modalità L uso o meno di FH è una scelta dell operatore Se la rete indica al TM di andare in modalità FH questo deve essere in 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 BTS e trasmesse al TM
Parametri dell algoritmo di FH MA (Mobile Allocation) Vettore delle frequenze disponibili MAIO (MA Index Offset) Valore di sfasamento del salto di frequenza
Parametri dell algoritmo di FH HSN (Hopping Sequence generator Number) Seme della sequenza pseudocasuale che pilota l algoritmo FN (Frame Number) Numero assoluto della trama GSM
Parametri dell algoritmo di FH RNTABLE Vettore di 128 (0-127) numeri disposti in modo pseudo-casuale
FH: l algoritmo stored locally received from BSC (BTS) FN HSN algorithms RNTABLE combine MAIO combine MA(C 0,...,C N-1 ) combine RFCHN = MA(MAI)