Frequenze assegnate al GSM (Europa)

GSM - parte IV
Argomenti della lezione
Il livello fisico
dell’interfaccia radio (Um)
Frequenze assegnate
al GSM (Europa)
880
GSM primario downlink
GSM primario uplink
DCS/1800
uplink
GSM esteso downlink
GSM esteso uplink
DCS/1800
downlink
915
890
935
925
960
1710
1805
1785
F
[MHz]
1880
Frequenze assegnate
al GSM (Europa)
In USA si usano bande
intorno a 1900 MHz anziché
intorno a 1800 MHz
Esistono terminali “tri-band”
Assegnazione delle frequenze
in Italia
In Italia le frequenze in uso
per il TACS erano nella banda
assegnata al GSM a livello
internazionale, creando
quindi situazioni di conflitto
Frequenze assegnate
al GSM (Europa)
Î A 900 dispone di 124 (125-1)
canali FDM nella parte primaria
dello spettro più 50 canali
nella parte estesa
Î A 1800 dispone di 374 (375-1)
canali FDM
Î Il canale all’estremo inferiore
non è mai usato
Frequenze assegnate
al GSM (Europa)
Î Se possibile, sia a 900 che a 1800
anche i canali all’estremo superiore
sono usati come “guardia”
Frequenze assegnate
al GSM (Europa)
Esiste un sistema di numerazione
assoluto dei canali
(ARFCN - Absolute Radio Frequency
Channel Number),
che consente di identificare in modo
univoco il canale da usare (o in uso)
indipendemente dal fatto che sia
GSM/900 o DCS/1800
Frequenze assegnate
al GSM (Europa)
I canali GSM-900 hanno ARFCN
da 0 a 124 (primario)
e da 974 a 1023 (esteso)
Frequenze assegnate
al GSM (Europa)
Î I canali uplink e downlink sono
sempre accoppiati in modo fisso
e distano:
Æ
Æ
45 MHz a 900 MHz
95 MHz a 1800 MHz
Assegnazione delle frequenze
in Italia
Esempio:
Assegnazioni per l’uplink nel 1997
(quelle per il downlink
si ottengono aggiungendo 45 MHz)
Æ
Æ
TACS da 882 MHz a 902.6
GSM TIM da 902.7 MHz a 908.2-
Æ GSM Vodafone da 908.2+ MHz a
913.7
Dati generali
Bande di frequenza
Dati generali
Î Definizione di interfacce standard
(non proprietarie) tra elementi
della rete
Î Distanza tra portanti 200 KHz
Î Codifica a 13 kb/s (full rate)
o 6.5 kb/s (half rate)
Dati generali
Î Modulazione GMSK
(Gaussian Minimum Shift Keying)
Î Uso di controllo di potenza
Î Uso dell’interleaving
Tecnica di Accesso
e Struttura dei Canali
Î GSM usa una tecnica di accesso
mista a divisione di tempo e
frequenza (FDMA/TDMA)
Î La porzione di spettro disponibile
è suddivisa in canali FDM di
200 kHz l’uno
Tecnica di Accesso
e Struttura dei Canali
Î Ciascun canale FDM è
ulteriormente suddiviso in 8
canali con tecnica TDM
Î La trama TDM è quindi composta
da 8 slot
Tecnica di Accesso
e Struttura dei Canali
Î La trasmissione è organizzata
in “burst”
Æ Ogni TM trasmette un blocco di dati
in un intervallo temporale (1 canale
TDM) e “tace” durante gli altri 7
intervalli dedicati agli altri canali
Î La velocità di cifra al trasmettitore
è di circa 271 kbit/s
Struttura della trama GSM
Îla durata della trama TDM
è di 4.615 ms
ÎLa durata di uno slot è di 0.577
ms e uno slot trasporta 156.25
bit (271 kbps*0.577)
ÎLa durata di un bit è di 3.69µs
FDM/TDM
Î Frequenza + time slot = canale fisico
Î Ciascun time slot porta un
burst di trasmissione
frequenza
200 kHz
...
...
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
7
7
0
0
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
...
...
n+1
...
...
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
7
7
0
0
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
...
...
n
...
...
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
7
7
0
0
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
...
...
n-1
tempo
4.615
4.615 ms
ms
0.577
0.577 (15/26)
(15/26) ms
ms
156.25
156.25 bit
bit
Struttura della trama GSM
La trasmissione bidirezionale
in GSM è ottenuta mediante
separazione sia in frequenza
sia in tempo; in questo modo
serve una sola interfaccia radio!
Struttura della trama GSM
Le trame sui canali uplink
e downlink sono sincronizzate (su
base slot) e sfasate di 3 slot, in
modo da consentire la separazione
tra trasmissione e ricezione
TDM Frame
4.615 ms
5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1
2 3
2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0
MS Transmits
BTS
Transmits
FDM/TDM
frequenza
downlink
… 1
1 2
0 1
1 2
3 4
4 5
5 6
6 7
7 0
3 4
4 5
5 6
6 …
2 3
2 3
45 MHz
uplink
1.73 ms
… 6
6 7
5 6
3 …
6 7
0 1
1 2
2 3
3 4
4 5
0 1
1 2
2 3
7 0
7 0
tempo
Avanzamento temporale
(timing advance)
I terminali a distanza diversa
dalla BTS subiscono ritardi
di propagazione diversi
Il non perfetto sincronismo tra
TM produce interferenza
tra time-slot vicini
Avanzamento temporale
(timing advance)
La BTS ordina al terminale
di anticipare la trasmissione
di una quantità di tempo
che compensa il ritardo
di propagazione
Avanzamento temporale
(timing advance)
BTS tx
0
1
2
TM rx
Tr
Senza TM tx
TA
BTS rx
BTS rx
TM tx
Con TM tx
TA BTS rx
Ta
3
4
5
6
7
0
1
2
…
Avanzamento temporale
(timing advance)
Il TA riesce a compensare fino
ad un ritardo di 233 µs (limitato
dal turn-around time del
transceiver), che corrispondono
a 35 km di raggio max di una
cella GSM
Tecnica di Accesso
e Struttura dei Canali
Per risparmiare le batterie e ridurre
l’interferenza il trasmettitore RF
viene spento quando non trasmette
e anche quando non vi è informazione
da trasmettere
(soppressione dei silenzi)
Tecnica di Accesso
e Struttura dei Canali
Spegnimento e accensione del
trasmettitore RF pongono notevoli
problemi di “ramping”,
cioè di transitorio per portare
l’amplificatore a regime prima di
cominciare la modulazione dei dati
Ramp-up e inviluppo
Î Gli amplificatori hanno dei tempi
non nulli di accensione e
spegnimento (ramp-up/down)
Î La trasmissione deve avvenire
a inviluppo costante e senza
interferenza con lo slot
precedente e successivo
Ramp-up e inviluppo
≈
+4dB
+1dB
-1dB
-6dB
148 bit
-30dB
546.12 µs
-70dB
28 µs
28 µs
tempo
Ramp-up e inviluppo
Nei time-slot si devono prevedere
opportuni tempi di guardia
Î Servono dei periodi di guardia
prima e dopo la trasmissione
dell’informazione utile
Î Nei periodi di guardia i segnali
si possono sovrapporre
Ramp-up e inviluppo
≈
+4dB
+1dB
-1dB
-6dB
148 bit
-30dB
546.12 µs
-70dB
28 µs
28 µs
tempo
Frequency hopping
Î In GSM è previsto di poter
trasmettere messaggi consecutivi
della stessa comunicazione su
frequenze diverse
Î FH serve a ridurre gli effetti
del fading da percorsi multipli:
si guadagnano circa 2 dB
Frequency hopping
Î Il FH usato in GSM è lento perché
il cambio di frequenza avviene con
cadenza di trama (8 slot=4.615 ms)
e non di pochi bit come in altri
sistemi
Î TM deve essere in grado
di re-sintonizzare Tx ed Rx
in circa 1 ms
Frequency hopping
f1
0 1 2
… 7 0 1 2… 7 0 1 2… 7 0 1 2…
f2
0 1 2
… 7 0 1 2… 7 0 1 2… 7 0 1 2…
f3
…
…
…
…
0 1 2
…7
…
0 1 2
…
…
…
7 0 1 2
…
…
7 0 1 2
…
FH - Modalità
Î L’uso o meno di FH è una scelta
dell’operatore
Î Se la rete indica al TM di andare
in modalità FH questo deve essere
in grado di farlo
FH - Modalità
Î Le sequenze di hopping sono
calcolate da BTS ed TM in base
ad algoritmi di generazione
di sequenze pseudo-casuali,
in alternativa si può seguire
un più semplice hopping ciclico
Î Le modalità e i parametri per il
calcolo della sequenza di
hopping sono decise da BTS
e trasmesse al TM
Parametri dell’algoritmo
di FH
MA (Mobile Allocation)
Î Vettore delle frequenze disponibili
MAIO (MA Index Offset)
Î Valore di sfasamento del salto
di frequenza
Parametri dell’algoritmo
di FH
HSN (Hopping Sequence
generator Number)
Î Seme della sequenza pseudocasuale
che pilota l’algoritmo
FN (Frame Number)
Î Numero assoluto della trama GSM
Parametri dell’algoritmo
di FH
RNTABLE
Î Vettore di 128 (0-127) numeri
disposti in modo pseudo-casuale
FH: l’algoritmo
stored locally
received from BSC (BTS)
FN
HSN
algorithms
combine
RNTABLE
combine
MAIO
MA(C0,...,CN-1)
combine
RFCHN = MA(MAI)