Передача данных осуществляется по радиоканалам. Сеть GSM работает в диапазонах частот 900 или 1800 МГц. Более конкретно, например, в случае рассмотрения диапазона 900МГц подвижной абонентский аппарат передает на одной из частот, лежащих в диапазоне 890-915 МГц, а принимает на частоте, лежащей в диапазоне 935-960 МГц. Для других частот принцип тот же, изменяются только численные характеристики.
|
Восходящий |
Разделяющий |
Нисходящий |
|||
|
890 МГц |
915 МГц |
935 МГц |
960 МГц |
||
Рис. 2. Распределение частот в стандарте GSM-900.
|
Восходящий |
Разделяющий |
Нисходящий |
|||
|
1710 МГц |
1785 МГц |
1805 МГц |
1880 МГц |
||
Рис. 3. Распределение частот в стандарте GSM-1800.
По аналогии со спутниковыми каналами направление передачи от абонентского аппарата к базовой станции называется восходящим (Rise), а направление от базовой станции к абонентскому аппарату - нисходящим (Fall). В дуплексном канале, состоящем из восходящего и нисходящего направлений передачи, для каждого из названных направлений применяются частоты, различающиеся точно на 45МГц. В каждом из указанных выше частотных диапазонов создаются по 124 радиоканала (124 для приема и 124 для передачи данных, разнесенных на 45МГц) шириной по 200кГц каждый. Этим каналам присваиваются номера (N) от 0 до 123. Тогда частоты восходящего (FR) и нисходящего (FF) направлений каждого из каналов можно вычислить по формулам: FR(N) = 890+0.2N (МГц), FF(N) = FR(N) + 45 (МГц).
|
1 |
2 |
3 |
. . . |
122 |
123 |
124 |
Рис. 4. Структура восходящего и нисходящего радиоканалов.
В распоряжение каждой базовой станции может быть предоставлено от одной до 16 частот, причем число частот и мощность передачи определяются в зависимости от местных условий и нагрузки.
В каждом из частотных каналов, которому присвоен номер (N) и который занимает полосу 200кГц, организуются восемь каналов с временным разделением (временные каналы с номерами от 0 до 7), или восемь канальных интервалов.
Система с разделением частот (FDMA) позволяет получить 8 каналов по 25кГц, которые, в свою очередь, разделяются по принципу системы с разделением времени (TDMA) еще на 8 каналов. В GSM используется GMSK-модуляция, а несущая частота изменяется 217 раз в секунду для того, чтобы компенсировать возможное ухудшение качества.
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
Рис. 5. Структура FDMA-фрейма.
Когда абонент получает канал, ему выделяется не только частотный канал, но и один из конкретных канальных интервалов, и он должен вести передачу в строго отведенном временном интервале, не выходя за его пределы - иначе будут создаваться помехи в других каналах. В соответствии с вышеизложенным работа передатчика происходит в виде отдельных импульсов, которые происходят в строго отведенном канальном интервале: продолжительность канального интервала составляет 577мкс, а всего цикла - 4616мкс. Выделение абоненту только одного из восьми канальных интервалов позволяет разделить во времени процесс передачи и приема путем сдвига канальных интервалов, выделяемых передатчикам подвижного аппарата и базовой станции. Базовая станция (BS) всегда передает на три канальных интервала раньше подвижного аппарата (HS).
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
0 |
1 |
2 |
3 |
|
|
|||||||||||
|
5 |
6 |
7 |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
0 |
Рис. 6.Сдвиг канальных интервалов HS-BS.
Требования к характеристикам стандартного импульса описываются в виде нормативного шаблона изменения мощности излучения во времени. Процессы включения и выключения импульса, которые сопровождаются изменением мощности на 70дБ, должны укладываться в промежуток времени длительностью всего 28мкс, а рабочее время, в течение которого передаются 147 двоичных разрядов, составляет 542.8мкс. Значения мощности передачи, указанные в таблице ранее, относятся именно к мощности импульса. Средняя же мощность передатчика оказывается в восемь раз меньше, так как 7/8 времени передатчик не излучает.
Рассмотрим формат нормального стандартного импульса. Из него видно, что не все разряды несут полезную информацию: здесь в середине импульса располагается обучающая последовательность из 26 двоичных разрядов для защиты сигнала от помех многолучевого распространения. Это - одна из восьми специальных легко распознаваемых последовательностей, по которой принятые разряды правильно располагаются во времени. Такая последовательность ограждается одноразрядными указателями (PB - Point Bit), а с обеих сторон этой настроечной последовательности располагается полезная кодированная информация в виде двух блоков по 57 двоичных разрядов, ограждаемых, в свою очередь, граничными разрядами (BB - Border Bit) - по 3бит с каждой стороны. Таким образом, импульс переносит 148бит данных, которые занимают 546.12мкс временной интервал. К этому времени добавляется еще промежуток, равный 30.44мкс защитного времени (ST - Shield Time), в течение которого передатчик "молчит". По продолжительности этот промежуток соответствует времени передачи 8.25 разряда, но передачи в это время не происходит.
|
ВВ |
Данные |
РВ |
Защита |
РВ |
Данные |
РВ |
ST |
|
(3 бит) |
(57 бит) |
(1 бит) |
(26 бит) |
(1 бит) |
(57 бит) |
(3 бит) |
(8,25 бит) |
Рис. 7. Структура нормального импульса.
Последовательность импульсов образует физический канал передачи, который характеризуется номером частоты и номером временного канального интервала. На основе этой последовательности импульсов организуется целая серия логических каналов, которые различаются своими функциями. Кроме каналов, передающих полезную информацию, существует еще ряд каналов, передающих сигналы управления. Реализация таких каналов и их работа требуют четкого управления, которое реализуется программными средствами.
Эта тема выходит за рамки данной работы, но онаочень интересна и актуальна, поэтому несколько слов на самом простейшем уровне стоит сказать.
Рассмотрим пример необходимого оборудования для соединения трубки с компьютером. Для этого необходимо наличие ноутбука, имеющего слот для подключения PC Card Type2, мобильный аппарат, специальный адаптер, вставляющийся в слот самой PC Card Type2 и транслирующий входящие/исходящие пакеты в/из сотового телефона, и, конечно же, соединительный шнур "мобильный аппарат-адаптер". Кроме всего этого, естественно, потребуется установка специального программного обеспечения на компьютер, к которому подключается аппарат. Итак, адаптер распознается системой как обычный модем, благодаря чему и происходит передача данных. В адаптере, который модемом в традиционном понимании этого устройства не является, поток данных разбивается на последовательность фреймов по 200бит, которые передаются блоками по 240бит, где дополнительные 40бит - это служебная информация, необходимая для контроля качества и коррекции ошибок. Скорость передачи данных пользователя при этом составляет 9600bps.
Кроме вышеописанного метода, возможен вариант аналогичного типа соединения, но по инфракрасному протоколу, интерфейсным оборудованием которого снабжены большинство новых моделей трубок - блок интерфейса порта инфракрасной связи, состоящий из ИК-приемопередатчика и "PIN-окна". Со стороны ПК так же необходимо интерфейсное оборудование: в случае современных ноутбуков этого может и не понадобиться, а в случае обычного ПК необходимо будет приобрести интерфейсную колодку, или внешний модуль, подключаемый к СОМ-порту, или специальную плату расширения, плюс кабель с оптоэлектронной частью для каждого из рассматриваемых вариантов.
|
Обычная схема
подключения |
|
Схема подключения
мобильного |
|
Пользователь |
Мобильный пользователь |
|
|
Модем |
GSM - Оператор GSM |
|
|
Коммутируемая телефонная линия |
Коммутируемая телефонная линия |
|
|
Модем |
Модем |
|
|
Удаленный компьютер |
Удаленный компьютер |
Рис. 8. Схемы подключений.
Слой соединения GSM непосредственно с обычной телефонной сетью поддерживает протоколы передачи данных в V.21, V.22, V.22bis, V.23, V.26ter, V.32 и протокол коррекции ошибок и сжатия данных MNP5. Поскольку данные по сети GSM передаются в цифровом виде, а модем на другом конце обычной коммутируемой линии работает только с аналоговыми сигналами, адаптер, рассматриваемый в первом примере, формирует такую последовательность данных, которая воспринимается модемом как обычные телефонные сигналы, в том числе несущая сигнала "занято" и т.д. Как правило, адаптер требует стандартных модемных установок: 8N1, скорость 2400, 4800 или 9600 bps. В случае же применения ИК-порта такие "преобразования" происходят уже внутри самой трубки.