Radiové rozhraní GSM prakticky Karel Mikuláštík
Kmitočty pro GSM a DCS Uplink Pásmo 900 MHz: 890.2 MHz po 200 khz až 914.8 MHz (kanály 1 až 124) Pásmo 1800 MHz: 1710.2 MHz po 200 khz až 1784.8 MHz (k 512 885) Downlink Pásmo 900 MHz: 935.2 MHz po 200 khz do 959.8 MHz (kanály 1 až 124) Pásmo 1800 MHz: 1805.2 MHz po 200 khz do 1879.8 MHz (k 512 885) Duplexní odstup GSM: 45 MHz, DCS 95 MHz Šířka kanálu Spektrum dané GMSK
Kmitočty pro GSM a DCS Rozdělení kmitočtů mezi operátory 900 MHz Nové Oskar Eurotel T-Mobile Oskar 124 123 122 121 120 119 118 117 116 115 114 113 112 111 110 109 108 107 106 105 104 103 102 101 100 99 98 97 96 95 94 93 92 91 90 89 88 87 86 85 84 83 82 81 80 79 78 77 76 75 74 73 72 71 70 69 68 67 66 65 64 63 62 61 60 59 58 57 56 55 54 53 52 51 50 49 48 47 46 45 44 43 42 41 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
Kmitočty pro GSM a DCS Rozdělení kmitočtů v ČR mezi operátory 1800 MHz Kapacitní problémy řeší 1800 MHz Výhody/nevýhody 1800 MHz: - více kanálů větší pásmo, snadné plánování - horší šíření menší rušení - horší průnik do budov Eurotel T-Mobile Oskar 870 869 868 867 866 865 864 863 862 861 860 859 858 857 856 855 854 853 852 851 850 849 848 847 846 845 844 843 842 841 840 839 838 837 836 835 834 833 832 831 830 829 828 827 826 825 824 823 822 821 820 819 818 817 816 815 814 813 812 811 810 809 808 807 806 805 804 803 802 801 800 799 798 797 796 795 794 793 792 791 790 789 788 787 786 785 784 783 782 781 780 779 778 777 776 775 774 773 772 771 770 769 768 767 766 765 764 763 762 761 760 759 758 757 756 755 754 753 752 751 750 749 748 747 746 745 744 743 742 741 740 739 738 737 736 735 734 733 732 731 730 729 728 727 726 725 724 723 722 721 720 719 718 717 716 715 714 713 712 711 710 709 708 707 706 705 704 703 702 701 700 699 698 697 696 695 694 693 692 691 690 689 688 687 686 685 684 683 682 681 680 679 678 677 676 675 674 673 672 671 670 669 668 667 666 665 664 663 662 661 660 659 658 657 656 655 654 653 652 651 650 649 648 647 646 645 644 643 642 641 640 639 638 637 636 635 634 633 632 631 630 629 628 627 626 625 624 623 622 621 620 619 618 617 616 615 614 613 612 611 610 609 608 607 606 605 604 603 602 601 600 599 598 597 596 595 594 593 592 591 590 589 588 587 586 585 584 583 582 581 580 579 578 577 576 575 574 573 572 571 570 569 568 567 566 565 564 563 562 561 560 559 558 557 556 555 554 553 552 551 550 549 548 547 546 545 544 543 542 541 540 539 538 537 536 535 534 533 532 531 530 529 528 527 526 525 524 523 522 521 520 519 518 517 516 515 514 513 512
Buňková síť Všesměrové antény (OMNI) Směrové antény - sektorizace D R = 3N R poloměr buňky D vzdálenost buňky se stejným kmitočtem N počet buněk ve svazku (počet kmitočtů)
Konfigurace BTS 1 buňka BTS Base Transceiver station základnová stanice BTS nese 1 4 buňky = sektory Buňka základní stavební prvek mobilní sítě GSM Vysílací zařízení + antény pro pokrytí určitého území Komunikaci s účastníky zajišťují vysílače Transceivery TRXy Každý TRX v FDMA/TDMA zajišťuje 8 timeslotů První TRX přenáší timesloty se servisními informacemi nazýváme jej BCCH TRX SDCCH logický kanál pro přenos signalizace a např. SMS Další TRXy zprostředkovávají provoz traffic => TCH TRX BCCH 1 TCH 2 TCH 3 TCH
Kmitočty pro GSM a DCS BCCH kmitočty 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Rozdělení kmitočtů na BCCH a TCH BCCH trvalý výkon BTS, pečlivé plánování Počet BCCH kmitočtů 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101 111 12 22 32 42 52 62 72 82 92 102 112 13 23 33 43 53 63 73 83 93 103 113 14 24 34 44 54 64 74 84 94 104 114 15 25 35 45 55 65 75 85 95 105 115 16 26 36 46 56 66 76 86 96 106 116 17 27 37 47 57 67 77 87 97 107 117 18 28 38 48 58 68 78 88 98 108 118 19 29 39 49 59 69 79 89 99 109 119 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 => počet BTS TCH výkon regulován, menší rušení TCH kmitočty 1 2 3 4 11 12 13 14 21 22 23 24 31 32 33 34 41 42 43 44 51 52 53 54 5 15 25 35 45 55 6 16 26 36 46 56 7 17 27 37 47 57 8 18 28 38 48 58 9 19 29 39 49 59 10 20 30 40 50 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120
TCH - využívání Výkon reguluje BTS i MS Pevné kmitočty plánování Hopping - Baseband - dostupné TCH frekvence na sektror - Syntetised - přes celou pásmo fr. přidělených na TCH Výhody - snížení rušení - vlastnostem rozprostřeného spektra obrana proti rychlým únikům - u Syntetised odpadá frekvenční plánování, hladina rušení se pro celou sít průměruje a závisí hlavně na počtu kmitočtů v hoppingové sekvenci (mezi kmitočty se skáče v pseudonáhodné posloupnosti po uplynutí jednoho rámce) 1800 MHz Eurotel: 525 539, 569 570, 581 593, 597 - T-Mobile: 608 634 (Praha)
Konfigurace duální BTS 1. sektor 2. sektor 3. sektor př. Single BCCH BCCH BCCH BCCH 900 MHz TCH 1 TCH 2 TCH 1 TCH 2 TCH 1 TCH 2 TCH 3 TCH 3 TCH 3 BCCH BCCH TCH 4 1800 MHz TCH 1 TCH 2 TCH 1 TCH 2 TCH 5 TCH 6 TCH 3 TCH 3 TCH 7
Servisní timesloty na BCCH TRXu Buňka s jedním TRX (pouze BCCH TRX): BCCH +4SDCCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH Buňka s 2,3 TRXy: BCCH 8SDCCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH Buňka s 4,5 TRXy: TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH BCCH 8SDCCH 8SDCCH TCH TCH TCH TCH TCH Při zvýšeném provozu se připínají další TRXy (stále v provozu BCCH) Dynamické SDCCH umožňuje měnit Aktuální počet servisních timeslotů TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH
Kapacita buňky Počet TRXů 1 2 3 4 Kapacita [Erl] při blokování 2% 2.94 8.2 14.9 21.1 Najednou si zavolá účastníků 7 14 22 29 jednotka Erlang člověkohodina :o) Kapacita provoz - součet počtu hovorů násobených délkou jejich trvání Určuje zda-li počet instalovalovaných TRXů dostačuje pro provoz
Idle a dedicated režim Idle - telefon přihlášen, poslouchá nejsilnější nebo preferovanou BTS, broacast list - při navázání hovoru o BTS rozhoduje telefon Dedicated - hovor navázán, o použité BTS rozhoduje BSC
Parametry radiového rozhraní - Idle RXLevel přijímaná úroveň v dbm C1 - síla signálu v db vztažená k prahové hodnotě sítě povolující přihlášení RXLev Access Minimum (v ČR - 90 až -105 dbm) CRO (Cell Reselect Offset) - preferenční parametr, umožňuje zvýhodnit konkrétní buňku proti ostatním při výběru na pozici aktivní buňky telefonem (bestserver) C2 údaj rozhodující o umístění té které buňky na aktivní pozici. C2 = C1 + CRO CellID, LAC, BSIC List sousedů
Duální síť GSM/DCS - směrování 1. Preference DCS už v Idle režimu - použití CRO 2. Preference DCS v Dedicated režimu - handover z GSM do DCS po navázání hovoru (extracelulární handover) 3. Single BCCH na DCS zrušeny signalizační timesloty, vše na GSM. Dochází k intracelulárnímu handoveru
P p Výkonová bilance mezi BTS a MS P p P v G Gp v, L d P p přijímaná výkonová úroveň signálu vysílaný výkon zisk přijímací a vysílací antény = Pv + Gv + Gp L (dbm, db) d 4πd = 10log λ útlum trasy mezi BTS a MS Kulová vlna (ideální případ) L d 2 Příklad: Výkon BTS 10 W 40 dbm, zisk vysílací antény 15 db vyzářený výkon 55 dbm, (cca 400 W) Přijímaná úroveň signálu: -100 až -30 dbm => útlum trasy 85-155 db
Šíření vln v pásmech 900 a 1800 Ohyb, odraz a rozptyl na rozhraní Pomalé úniky (překážky) Rychlé úniky (odrazy, mnohocestné šíření) Velké časové rozprostření zpoždění => diverzita
Diverzita V místě BTS signál od MS značně kolísá Kolísání má v jiném kanálu odlišný průběh Na BTS jsou dvě přijímací cesty Vybírá se silnější případně součtový nebo váhovaný signál Prostorová diverzita Polarizační diverzita Spec. Frekvenční diverzita - hopping
Antény pro základnové stanice Všesměrové (omni) Panelové - směrové - vertikální polarizace 2 antény pro sektor (prostorová diverzita) - duálně polarizované - +45 a -45 stupňů (polarizační diverzita) Vyzařování pro pokles o 3 db v horizontální rovině 60 120 stupňů, ve vertikální 10 30 stupňů, zisk 3 18 db, potlačení ve zpětném směru cca 30 db
Typy buněk Makro nad úrovní střech budov - umbrella vysoké kóty, 10tky km - velké město, dosah v kilometrech - malé jádra měst, průmyslové zábavní zóny Mikro pod úrovní střech stovky metrů Piko vnitřní rozvody v budovách Opakovače
Dosah síla signálu minimální úroveň u GSM cca -114 dbm (v blízkosti BTS je cca -30 dbm) minimální poměr signál/šum
Rušení na stejném a sousedním kanále potřebný odstup žádaného signálu od rušícího A MF filtr přijímače potlačuje sousední kanál o cca 25 db je na to nutné brát ohled při plánování BCCH kmitočtů
Handover úroveň signálu, kdy je nařízen handover minimální úroveň signálu (při nižší úrovni dochází k výpadku vzdálenost / maximální rychlost, při které dojde k úspěšnému handoveru
Základnové stanice v Dejvicích
Modulace GMSK speciální případ dvoustavové frekvenční modulace Ref -28 dbm Att 10 db *RBW 3 khz VBW 30 khz SWT 60 ms Marker 1 [T1] -69.50 dbm 953.200000000 MHz Vstupní data procházejí Gaussovským filtrem 1 RM* AVG -30-40 -50 Delta 2 [T1] -31.50 db -200.000000000 khz Delta 3 [T1] -23.72 db 200.000000000 khz A zlepšená spektrální účinnost -60 1-70 PRN -80 SWP 100 of 100-90 3-100 2-110 -120 Center 953.2 MHz 50 khz/ Span 500 khz Comment A: REd Date: 4.JAN.2005 19:20:12
Frekvenční spektrum downlink GSM 935 960 MHz - Dejvice Ref -28 dbm Att 10 db *RBW 3 khz VBW 10 khz SWT 2.8 s Marker 4 [T1] -77.33 dbm 957.200000000 MHz 1 SA AVG -30-40 -50-60 Marker 1 [T1] -74.31 dbm 945.800000000 MHz Marker 2 [T1] -73.45 dbm 946.800000000 MHz Marker 3 [T1] -68.24 dbm 953.200000000 MHz A 3-70 1 2 4 PRN -80 SWP 94 of 100-90 -100-110 -120 Start 935 MHz 2.5 MHz/ Stop 960 MHz Comment A: REd Date: 4.JAN.2005 19:05:05
Frekvenční spektrum downlink GSM 1805 1879 MHz - Dejvice Ref -28 dbm Att 10 db *RBW 10 khz VBW 30 khz SWT 740 ms Marker 1 [T1] -87.72 dbm 1.806480000 GHz 1 SA AVG -30-40 -50-60 Marker 2 [T1] -98.17 dbm 1.830456000 GHz Marker 3 [T1] -84.29 dbm 1.857984000 GHz Marker 4 [T1] -95.81 dbm 1.862424000 GHz A -70 PRN -80 1 SWP 100 of 100 3-90 -100 2 4-110 -120 Start 1.805 GHz 7.4 MHz/ Stop 1.879 GHz Comment A: REd Date: 4.JAN.2005 19:09:31
Frekvenční spektrum NMT a 1 SA AVG Ref -28 dbm -30-40 -50 CDMA 450 Att 10 db *RBW 3 khz VBW 10 khz SWT 780 ms Marker 1 [T1] -100.80 dbm 462.954000000 MHz Delta 2 [T1] 0.47 db 1.092000000 MHz Delta 3 [T1] 26.46 db 2.352000000 MHz A -60-70 3 PRN -80 SWP 100 of 100-90 -100 1 2-110 -120 Center 463.5 MHz 700 khz/ Span 7 MHz Comment A: REd Date: 4.JAN.2005 18:59:41
Děkuji za pozornost!