Data aktualizacji: 01.05.1999

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.