Systemy GSM
Jak wszyscy u┐ytkownicy telefon≤w kom≤rkowych zapewne wiedz▒, │▒czno╢µ
pomiΩdzy stacj▒ ruchom▒ (ang. MS - Mobile Station, potocznie zwan▒ telefonem
kom≤rkowym), a stacj▒ bazow▒ (ang. BTS - Base Transceiver Station) odbywa siΩ drog▒
radiow▒. Ten fragment │a±cucha │▒czno╢ci jest ╢ci╢le zdefiniowany w specyfikacji
GSM (od Groupe Speciale Mobile) - i nosi nazwΩ interfejsu radiowego. W niniejszym opisie
postaram siΩ przedstawiµ definicje pasm czΩstotliwo╢ci w ro┐nych odmianach systemu
GSM. Natomiast w kolejnych artyku│ach postaram siΩ przedstawiµ do╢µ skomplikowan▒
strukturΩ kana│≤w fizycznych. Po tym kr≤tkim wstΩpie zapraszam do lektury.
Podstawy :
Interfejs radiowy systemu GSM zapewnia po│▒czenia typu Dupleks (czyli jak klasyczny
telefon przewodowy gdzie w tym samym czasie m≤wiµ i s│uchaµ mog▒ dwie osoby, w
odr≤┐nieniu od po│▒cze± Simpleks - np. CB radio). Nale┐y jednak wyja╢niµ pewna
nie╢cis│o╢µ, kt≤ra siΩ tu pojawia. Mimo i┐ powszechnie m≤wi siΩ o systemie GSM
jako Dupleksowym, to transmisja radiowa odbywa siΩ w systemie Simpleksowym, co wynika z
oszczΩdno╢ci w budowie toru radiowego w aparatach przeno╢nych. Mianowicie, Dupleks
wymaga istnienia w aparacie dw≤ch niezale┐nych tor≤w radiowych, co znacznie podnosi
koszty i komplikuje budowΩ. W celu zredukowania tych koszt≤w system zaprojektowano tak,
aby dziΩki wykorzystaniu wielodostΩpno╢ci czΩstotliwo╢ciowej (ang. FDMA - Frequency
Division Multiple Access ) i czasowej (ang. TDMA - Time Division Multiple Access)
transmisja okre╢lonej pary MS - BTS, w kanale "w g≤rΩ" nigdy nie by│a
realizowana w tej samej chwili co transmisja w kanale "w d≤│". Co oznaczaj▒
te okre╢lenia - ot≤┐ transmisjΩ na trasie BTS - aparat nazywa siΩ (z angielskiego)
DownLink (transmisja "w d≤│"), natomiast w kierunku aparat - BTS, UpLink
(transmisja "w g≤rΩ"), za╢ kana│ to ╢ci╢le okre╢lona czΩstotliwo╢µ
komunikacji. Standard GSM u┐ywany jest w trzech g│≤wnych przedzia│ach czΩstotliwo╢ci
: w pa╢mie 900 MHz, w pa╢mie 1800 MHz (ta odmiana zwana jest czΩsto DCS) oraz w pa╢mie
1900 MHz (znany pod nazw▒ PCN). Ponadto w u┐yciu jest jeszcze rozszerzona wersja systemu
GSM o nazwie E-GSM.
System GSM 900 :
System GSM 900 dzia│a w pa╢mie 900 MHz w dw≤ch przedzia│ach czΩstotliwo╢ci.
Szeroko╢µ ka┐dego z przedzia│≤w wynosi 25 MHz, a ich wykorzystanie jest nastΩpuj▒ce
:
- kana│y "w g≤rΩ" - 890.000 - 915.000 MHz
- kana│y "w d≤│" - 935.000 - 960.000 MHz
Jak widaµ odstΩp pomiΩdzy czΩstotliwo╢ciami wykorzystywanymi w obu kierunkach wynosi
45 MHz. Ka┐de z pasm czΩstotliwo╢ci podzielone zosta│o na 124 kana│y o szeroko╢ci
200 kHz. Kana│y te ponumerowano kolejno od 1 do 124, a tak zdefiniowany numer nosi nazwΩ
numeru czΩstotliwo╢ci kana│u radiowego - ARFCN (ang. Absolute Radio Frequency Channel
Number). Jak zapewne niekt≤rzy z was zauwa┐▒, pasmo 25 MHz umo┐liwia stworzenie 125
kana│≤w, to jednak jest ich 124 ze wzglΩdu na stworzenie na kra±cach tych pasm,
ochronnych przedzia│≤w czΩstotliwo╢ciowych o szeroko╢ci 100kHz. CzΩstotliwo╢ci
no╢ne (╢rodkowe) 124 kana│≤w ARFCN mo┐na wyznaczyµ w nastΩpuj▒cy spos≤b :
gdzie "i" jest numerem kana│u ARFCN i wynosi od 1 do 124.
W ka┐dym kanale czΩstotliwo╢ciowym o szeroko╢ci 200 kHz znajduje siΩ osiem kana│≤w
rozmownych (je╢li jest to transmisja full-rate lub szesna╢cie dla transmisji half-rate,
przy czym nale┐y pamiΩtaµ ┐e m≤wimy o klasycznym BTS-ie) co wynika z zastosowania
techniki TDMA (m≤wimy i┐ ka┐dy kana│ zbudowany jest ze szczelin czasowych). Przydzia│
kana│≤w radiowych poszczeg≤lnym kom≤rkom (BTS-om, nie aparatom) odbywa siΩ poprzez
przydzia│ kana│≤w czΩstotliwo╢ciowych, a wiec ca│ych 8-kana│owych grup rozmownych.
Liczba czΩstotliwo╢ci przydzielonych do stacji bazowej wynika z przewidywanego
natΩ┐enia ruchu, a ograniczona jest przez s▒siednie stacje bazowe (s▒siaduj▒ce BTS-y
nie mog▒ korzystaµ z tych samych kana│≤w gdy┐ wtedy wystΩpowa│oby zjawisko
interferencji radiowych). Ponadto, nale┐y podkre╢liµ i┐ wymienione 124 kana│y s▒
czΩsto dzielone pomiΩdzy dw≤ch lub trzech operator≤w, dzia│aj▒cych w danym kraju.
System GSM 1800 (DCS) :
Ju┐ w trakcie opracowywania standardu GSM odezwa│y siΩ glosy ┐e 124 kana│y nie
zapewni▒ wystarczaj▒cej pojemno╢ci odpowiadaj▒cej przewidywanemu wzrostowi
zapotrzebowania na │▒czno╢µ bezprzewodow▒. Dlatego zaraz po zako±czeniu prac nad
systemem GSM 900 przyst▒piono do prac nad jego nastΩpc▒, czyli systemem pracuj▒cym w
dwukrotnie wy┐szym pa╢mie czΩstotliwo╢ci. Nazwano go roboczo DCS (ang. Digital
Cellular System - czyli Cyfrowy System Kom≤rkowy), a docelowo GSM 1800 (st▒d dwoisto╢µ
nazewnictwa).
System GSM 1800 wykorzystuje nastΩpuj▒ce pasma czΩstotliwo╢ci :
- kana│y "w g≤rΩ" - 1,710.000 -1,785.000 MHz
- kana│y "w d≤│" - 1,805.000 - 1,880.000 MHz
Jak widaµ szeroko╢µ pasm wynosi 75 MHz w ka┐dym kierunku transmisji, z 20 MHz
odstΩpem pomiΩdzy nimi.
Inny przydzia│ kana│≤w czΩstotliwo╢ci, mniejsze moce aparat≤w telefonicznych i
stacji bazowych oraz wynikaj▒ca z tego zmniejszona w stosunku do systemu GSM 900
wielko╢µ kom≤rek DCS to jedyne r≤┐nice pomiΩdzy systemami GSM 900 i GSM 1800.
Wszystkie inne zagadnienia techniczne s▒ dla obu system≤w takie same, stad ich wsp≤lna
nazwa.
Podobnie jak w GSM 900, szeroko╢µ kana│u wynosi 200 kHz, co daje 374 kana│y.
Analogicznie, jak w pa╢mie 900 MHz, na kra±cach pasma przyjΩto kana│y ochronne o
szeroko╢ci 100 kHz i dlatego nie ma kana│u 375.
Tak uzyskane kana│y oznaczono numerami ARFCN od 512 do 885 .
Dok│adn▒ czΩstotliwo╢µ ╢rodkow▒ wybranego kana│u wyznacza siΩ ze wzoru :
gdzie "i" jest numerem kana│u ARFCN i wynosi od 512 do 885
Jak widaµ, liczba kana│≤w w systemie DCS jest trzykrotnie wiΩksza w por≤wnaniu z
systemem GSM 900. Ponadto, jak ju┐ wcze╢niej wspomnia│em, drug▒ cech▒
odr≤┐niaj▒c▒ ten system od GSM 900 jest wielko╢µ kom≤rek zwi▒zana z moc▒
maksymalna stacji bazowych i aparat≤w. A moce aparat≤w oraz stacji bazowych dla obu
system≤w podano w tabeli na ko±cu artyku│u.
Pojemno╢µ systemu DCS liczona w jednostkach bezwzglΩdnych (liczba kana│≤w rozmownych
na km2) jest oko│o 10 krotnie wy┐sza od systemu GSM 900.Wynika to z wspomnianej
trzykrotnie wiΩkszej ilo╢ci kana│≤w czΩstotliwo╢ciowych, a ponadto z wielko╢ci
kom≤rki, co pozwala na lepsze wykorzystanie pasma, gdy┐ ten sam kana│
czΩstotliwo╢ciowy wykorzystany mo┐e byµ ponownie w odstΩpach zaledwie
kilkudziesiΩciu kilometr≤w.
System E-GSM (Extended Frequency GSM) :
Jest to poszerzony o dodatkowe kana│y system GSM 900. Poszerzenia dokonano przez
"doklejenie od do│u" do obecnych pasm dodatkowych 10 MHz co pozwoli│o
zwiΩkszyµ liczbΩ kana│≤w o 50. NastΩpuj▒ce wzory pozwalaj▒ na przeliczenie
numer≤w dodatkowych kana│≤w ARFCN, w systemie E-GSM na odpowiadaj▒ce im warto╢ci
czΩstotliwo╢ci ╢rodkowych kana│u radiowego:
gdzie "i" jest numerem kana│u ARFCN i wynosi od 975 do 1023.
Przy wyznaczaniu czΩstotliwo╢ci pamiΩtaµ nale┐y o przesuniΩciu 100 kHz-owego pasa
bezpiecze±stwa "w d≤│".
System GSM 1900 (PCN) :
System zgodny ze standardem GSM, ale wykorzystuj▒cy czΩstotliwo╢ci o oko│o 100 MHz
wy┐sze od systemu GSM 1800. W USA i Japonii znany pod nazwa PCS (ang. Personal
Communication System - System Komunikacji Osobistej). Ze wzglΩdu na brak szerszych danych
o tym systemie, zwi▒zany z jego ma│▒ popularno╢ci▒ w Europie, pozwolΩ sobie
zako±czyµ ten opis na zasygnalizowaniu jego istnienia.
GSM 900 |
GSM 1800 |
|||
Klasa | Moc nadajnika |
Typ Stacji |
Moc nadajnika |
Typ Stacji |
1 | 20 W ( 43 dBm ) | przewo╝ne i przeno╢ne | 1 W ( 30 dBm ) | kieszonkowe |
2 | 8 W ( 39 dBm ) | przewo╝ne i przeno╢ne | 0.25 W ( 24 dBm ) | kieszonkowe |
3 | 5 W ( 37 dBm ) | kieszonkowe |
- |
- |
4 | 2 W ( 33 dBm ) | kieszonkowe |
- |
- |
5 | 0.8 W ( 29 dBm ) | kieszonkowe |
- |
- |
Klasa | GSM 900 |
GSM 1800 |
1 | 320 W ( 55 dBm ) | 20 W ( 43 dBm ) |
2 | 160 W ( 52 dBm ) | 10 W ( 40 dBm ) |
3 | 80 W ( 49 dBm ) | 5 W ( 37 dBm ) |
4 | 40 W ( 46 dBm ) | 2.5 W ( 34 dBm ) |
5 | 20 W ( 43 dBm ) | - |
6 | 10 W ( 40 dBm ) | - |
7 | 5 W ( 37 dBm ) | - |
8 | 2.5 W ( 34 dBm ) | - |
Stacje bazowe system≤w ma│okom≤rkowych |
||
M1 | 0.25 W ( 24 dBm ) | 1.6 W ( 32 dBm ) |
M2 | 0.08 W ( 19 dBm ) | 0.5 W ( 27 dBm ) |
M3 | 0.03 W ( 14 dBm ) | 0.16 W ( 22 dBm ) |