Interfejs radiowy.

Interfejs radiowy

Transmisja radiowa w standardzie GSM zorganizowana jest w pasmach częstotliwości o szerokości 200 kHz. Pasma takie pogrupowane są w pary: na jednym z nich stacja bazowa przesyła dane w kierunku terminali (downlink), na drugim następuje transmisja w przeciwnym kierunku (uplink). Z każdego takiego zakresu częstotliwości może korzystać wielu użytkowników. Aby ich transmisje "nie nakładały się na siebie" każdy terminal ma przypisane krótkie odcinki czasu, w których jako jedyny może nadawać (odbierać) dane.

W systemie GSM, czas jest dzielony na 8 tzw. szczelin czasowych (ang. time slot) o długości 577 µs. Na poniższym przykładzie przedstawiono wykorzystanie tego mechanizmu. Szczeliny czasowe ponumerowane są tutaj od 1 do 8 i następują po sobie cyklicznie. Gdy jakiś telefon inicjuje rozmowę, Kontroler Stacji Bazowych przypisuje mu szczelinę czasową do transmisji (tzn. jedną na częstotliwości używanej do transmisji w stronę stacji bazowej i jedną na częstotliwości używanej do transmisji w stronę telefonów, na rysunku pokazana jest tylko jedna z nich).

Przedstawiona jest sytuacja gdy telefon otrzymał do nadawania szczelinę czasową numer 1. Transmitowane w tej szczelinie dane składają się na przeprowadzaną przez niego transmisję. W przypadku połączenia głosowego, telefon będzie miał tę szczelinę (time slot) na wyłączność aż do zakończenia rozmowy. Na jednej częstotliwości można przeprowadzać jednocześnie 8 rozmów (tzw. Full rate) zajmujących jeden time slot, lub do 16 rozmów gdy wszystkie będą zajmować połowę time slotu (tzw. Half rate, następuje wtedy jednak pogorszenie jakości rozmowy).

W przypadku pakietowej transmisji danych za pomocą technologii GPRS/EDGE telefon może otrzymać większą liczbę time slotów (w obecnych implementacjach maksymalnie 5 w downlinku i 4 w uplinku). Time sloty nie są w takim wypadku przypisane dla użytkownika na czas całej sesji internetowej, ale są przydzielane dynamicznie podczas przesyłania/odbierania danych. Mogą być one współdzielone przez innych użytkowników, którzy używają transmisji pakietowej (choć oczywiście w konkretnym momencie każdy time slot może być używany tylko przez jeden terminal).

Komórki w systemie GSM

Gdy ruch telekomunikacyjny (liczba jednocześnie zestawionych rozmów, ilość przesyłanych danych) na danym obszarze jest zbyt duży, operator może użyć więcej niż jedną parę 200 kHzowych zakresów częstotliwości. Napotyka się tu jednak ograniczenia natury fizycznej, gdy użyte zakresy leżą zbyt blisko siebie, dochodzi do interferencji. Dodatkowo częstotliwości w sąsiadujących ze sobą komórkach (ang. cell) również muszą być różne, co należy uwzględnić podczas planowania sieci. W praktyce w jednej komórce używa się zazwyczaj od jednej do czterech par zakresów częstotliwości. Formalnie komórka jest więc zasobami radiowymi (które można opisać jako szczeliny czasowe przypisane do transmisji na pewnych zakresach częstotliwości) dostępnymi na pewnym obszarze (sektorze).

W każdej komórce, z puli wszystkich dostępnych time slotów, jeden time slot w downlinku przeznacza się na tzw. kanał rozgłoszeniowy (ang. Broadcast Control Channel, BCCH), na którym stacja bazowa rozgłasza informacje o sieci. Telefony znajdujące się w tej komórce odbierają na tym kanale informacje związane globalnie z całą siecią (np. PLMN ID) lub z tą konkretną komórką (np. maksymalna moc z jaką można nadawać w niej sygnał). Dodatkowo jeden lub dwa time sloty (zarówno w downlinku jak i uplinku) przeznaczane są na kanał kontrolny (Standalone Dedicated Control Channel, SDCCH), służy on między innymi do zestawiania połączeń lub do przesyłania SMSów (gdy w komórce wykorzystuje się tylko jedną parę częstotliwości, w downlinku wykorzystuje się jeden time slot dla obu kanałów: BCCH i SDCCH).

Implementacja w rzeczywistych systemach

Dostęp radiowy w GSM realizowany jest za pomocą stacji bazowych (w specyfikacjach GSM stosuje się nazwę BTS, Base Transceiver Station). BTS zawiera zazwyczaj kilka lub kilkanaście modułów nazywanych TRX. Większość stacji bazowych jest tzw. stacjami trzysektorowymi, co oznacza że zestawy anten ustawione są w trzy różne strony (pokrywające zazwyczaj wspólnie obszar dookoła stacji bazowej) tworząc trzy niezależne obszary (sektory), na których telefon może korzystać z użytecznego sygnału. Poszczególne moduły TRX przypisane są do konkretnego sektora i odpowiedzialne są za transmisję związaną z jedną parą zakresów częstotliwości (uplink + downlink). Jeśli więc np. trzysektorowy BTS zawiera 6 modułów TRX, w każdym sektorze mogą być dwie pary zakresów częstotliwości oferujące zasoby radiowe dla przeprowadzania transmisji w stronę telefonu i sieci.

Od kilkudziesięciu do kilkuset stacji bazowych jest podłączonych do Kontrolera Stacji Bazowej (ang. Base Station Controller, BSC). W tym elemencie sieciowym znajduje się software odpowiedzialny ze zestawianie połączeń na obszarze pokrywanym sygnałem przez stacje bazowe. To BSC przypisuje terminalom konkretne częstotliwości i time sloty w których powinna następować transmisja.