1. Općenito o GSM - u

    2.  

    1. POVIJEST 

      2. Početkom 80-ih godina analogni mobilni telefonski sistemi su doživjeli veliki porast u Europi, a pogotovo u skandinavskim zemljama, Velikoj Britaniji, a i u Francuskoj i Njemačkoj. Svaka zemlja je razvila svoj sistem, nekompatibilan sa ostalima, što je ograničilo komunikaciju samo na razinu države. Konferencija Europskih Pošta i Telegrafa (CEPT) je 1982. formirala skupinu Groupe Special Mobile (GSM) čiji zadatak je bio osnovati kvalitetni jeftini mobilni sistem. 1989. godine GSM je odgovornost prenio na Institut Europskih Telekomunikacijskih Standarda (ETSI), a uskoro je objavljen i prvi dio GSM specifikacija. GSM izvođači su odabrali digitalni sistem jer su vjerovali u prednosti kompresije algoritama i procesora digitalnih signala. Tek 1991. se počinje komercijalno koristiti.

       

    2. ARHITEKTURA MREŽE

GSM mreža se sastoji od više funkcionalnih blokova čije su funkcije i međusklopovi točno specificirani. Mreža se može podijeliti u 3 glavna dijela: mobilna stanica – nosi je pretplatnik; bazna stanica – kontrolira radio vezu sa mobilnom; mrežni podsistem – sadrži Mobile Switching Center (MSC) koji uspostavlja veze među korisnicima.

  1. Mobilna stanica

    2. Sastoji se od mobilne opreme i identifikacijske SIM (Subscriber Identity Module) kartice. SIM omogućuje mobilnost, pa korisnik nije vezan samo za određeni mobilni uređaj, nego SIM može ubaciti u bilo koji uređaj. Svaki SIM sadrži tajni kod koji služi za njegovu identifikaciju.

  2. Bazna stanica

Bazna stanica se sastoji od komunikacijskog i kontrolnog dijela. Komunikacijski dio definira ćelije i barata protokolima za radio-vezu s mobilnim stanicama. U većim naseljima potreban je veći broj komunikacijskih stanica, pa je bitno da su što pouzdanije, prenosnije i jeftinije. Kontrolni dio podešava radio-kanale, izmjenjuje frekvencije i obavlja “handover”, pa predstavlja vezu između mobilne stanice i MSC-a.

c. Mrežni podsistem

Središnja komponenta mrežnog podsistema je MSC koji osim preklapanja osigurava i dodatne funkcije kao što su registracija, provjera autentičnosti, lociranje, handover,… MSC omogućuje i veze sa fiksnim mrežama poput ISDN-a i PSTN-a. Sve administrativne informacije o svakom pretplatniku registriranom na određenoj GSM mreži, zajedno sa trenutnom lokacijom mobilne stanice, sadržane su u Home Location registru (HLR). Za omogućavanje preusmjeravanja poziva postoji i Visitor Location registar (VLR) koji sadrži određene administrativne podatke iz HLR-a potrebne za kontrolu poziva. Uz njih postoji i Equipment Identity registar (EIR) koji sadrži popis svih ispravnih mobilnih uređaja na mreži, a u kategoriju neispravnih uređaja spadaju i ukradeni. Postoji i zaštićena baza podataka pod nazivom Authentication Center (AuC) koja sadrži kopije tajnih kodova iz svake pojedine SIM kartice od svakog pretplatnika, koje su korištene za provjeru autentičnosti i za enkripciju radio-kanala.

 

 

1.3. RADIO-VEZA

Međunarodna Telekomunikacijska Udruga (International Telecommunication Unit – ITU) je rezervirala frekvencijski pojas 890-915 MHz za vezu od mobilne do bazne stanice (uplink), a pojas 935-960 MHz za vezu od bazne do mobilne stanice (downlink) za Europu.

Struktura kanala:

Da bi se pojas podijelio na što više istovremenih veza, koristi se kombinacija vremenskog i frekvencijskog multipleksa. Frekvencijski multipleks uključuje dijeljenje frekvencijskog pojasa od maksimalno 25 MHz na 124 frekvencije nosioca međusobno udaljene 200 kHz. Jedan ili više nosioca dodijeljeni su svakoj baznoj stanici. Zatim se svaka od tih frekvencija nosioca podijeli u vremenu gdje je osnovna vremenska jedinica 0.577ms (burst period), a 8 tih jedinica predstavljaju frame (4.615ms) koji čini osnovnu jedinicu za definiciju logičkih kanala. Jedan fizički kanal je jedan burst po frame-u. Kanali se definiraju brojem i pozicijom odgovarajućih burst perioda, a definicije su ciklične i uzorci se ponavljaju svakih 3 sata. Kanali mogu biti “posvećeni” – dodijeljeni su mobilnoj stanici, ili opći – mobilne stanice ih koriste u stanju mirovanja. Kanal za promet se koristi za prijenos govora i podataka, a definirani su grupom od 26 frame-ova u trajanju od 120ms. 24 od tih 26 frame-ova se koriste za promet, jedan je Slow Associated Control Channel, a jedan se trenutno ne koristi. Kanali za uplink i downlink su međusobno odvojeni sa 3 burst perioda, pa mobilna stanica ne mora istovremeno odašiljati i primati signal, što pojednostavljuje elektroniku. Opći kanali se u stanju mirovanja koriste za izmjenu informacija potrebnih za prijelaz u “posvećeni” kanal. Mobilne stanice koje već jesu u “posvećenom” kanalu nadgledaju okolne bazne stanice za “handover” i druge informacije. Opći kanali su definirani sa 51 frame-om, pa “posvećene” mobilne stanice koje koriste 26 frame-ova mogu i dalje nadgledati kontrolne kanale, koji su:

Broadcast Control Channel – kontinuirano odašilje informacije o identifikaciji bazne stanice, frekvenciji i sekvencama promjene frekvencije

Frequency Correction Channel i Synchronisation Channel – sinkroniziraju mobilnu stanicu sa vremenskom strukturom ćelije

Random Access Channel – za zahtjev pristupa mreži

Paging Channel – obavještava mobilnu stanicu o dolazećem pozivu

Postoji više tipova burst-a:

  1. normalni burst – za prijenos podataka i većine signala, a sastoji se od 2 niza od 57 bitova za informacije, od 1 niza od 26 bitova koji služe za “equalization”, od 1 dodatnog bita za svaki informacijski blok, od 3 završna bita na svakom kraju i od 8.25 bita kao zaštitna sekvenca, što zajedno čini niz od 156.25 bita

  2. F burst i S burst – imaju istu dužinu kao i normalni burst, ali drugačiju internu strukturu

Postoji i Access burst koji je kraći od normalnog, a koristi se kod Random Access kanala.

Kodiranje govora:

Budući da je GSM digitalni sistem, govor se, kao analogni signal, mora digitalizirati i to se na telefonskim sistemima obavlja pulsno kodiranom modulacijom (PCM). Budući da je izlaz na 64kbps, što je previsoko za radio-vezu, odlučeno je da se koristi drugi način kodiranja koji koristi prethodne uzorke, koji se ne mijenjaju brzo, za predviđanje trenutnih uzoraka. Govor je podijeljen u uzorke od 20ms od kojih je svaki kodiran kao 260 bitova, što daje brzinu od 13kbps i to je tzv. Full-Rate kodiranje govora.

 

Kodiranje kanala i modulacija:

Kodirani govor i podaci odaslani radio-vezama moraju biti zaštićeni od elektromagnetskih smetnji. Za blokove koji se sastoje od govora koristi se slijedeće razmatranje:

 

Od 260 bitova koliko ih ima u uzorku od 20ms otkriveno je da su neki značajniji za kvalitetu govora od drugih, pa postoji podjela u 3 klase. Klasa Ia (50 bitova) je najosjetljivija na pogrešku i ima dodana 3 CRC (Cyclic Redundancy Check) bita za detekciju greške, pa ako je greška nastupila, frame je odbačen i zamijenjen za zadnjim ispravnim frame-om. Tih 53 bita zajedno sa klasom Ib (132 bita), koja je umjereno osjetljiva na smetnje, i dodatnih 4 bita na kraju sekvence, čine ulaz u konvolucijski koder. Svaki ulazni bit je kodiran kao dva izlazna bita, bazirana na kombinaciji prethodna 4 ulazna bita. Tako je izlaz iz tog kodera niz od 378 bitova i njima se pridodaje klasa II (78 bitova) koja je najmanje osjetljiva na smetnje i nije zaštićena. Time se dobiva tok od 456 kodiranih bitova svakih 20ms što čini brzinu od 22.8kbps.

“Multipath equalization”:

Pri 900 MHz radio-valovi se odbijaju od praktički svega (zgrade, auta, aviona,…), pa tako do antene mogu stići svi ti odbijeni signali sa različitim fazama. Zato se koristi “equalization” u svrhu odvajanja željenog signala od neželjenih odbijenih signala. Postupak odvajanja se sastoji od toga da se prvo nađe na koji se način neki poznati signal promijenio na svom putu, pa se koristi inverzni filtar za prigušenje ostatka signala. Taj poznati signal je zapravo 26-bitna sekvenca poslana usred svakog burst-a.

Mijenjanje frekvencije:

Mobilna stanica mora biti sposobna da se prebacuje s jednog frekvencijskog područja na kojoj odašilje na drugo frekvencijsko područje na kojem prima signale i sl. Algoritam promjena frekvencije se odašilje na Broadcast Control kanalu.

Nekontinuirani prijenos:

Minimiziranje međudjelovanja susjednih kanala je cilj u svakom ćelijskom sistemu jer omogućuje bolju uslugu pri zadanoj veličini ćelije, odnosno upotrebu manjih ćelija čime se povećava ukupni kapacitet sistema. Nekontinuirani prijenos je metoda koja koristi činjenicu da osoba govori manje od 40% ukupnog trajanja konverzacije, pa se isključenjem odašiljačke jedinice za vrijeme tišine štedi energija mobilne jedinice. Očito je da je pri tome najvažnije dobro prepoznati glas i razlikovati ga od smetnje i zvukova u pozadini. Budući da je GSM digitalni sistem, za vrijeme isključenja na prijemnoj strani bi bila apsolutna tišina, pa se ipak umjetno stvara i odašilje određeni nivo buke kako osoba na prijemnoj strani ne bi pomislila da je došlo do prekida veze.

Nekontinuirani prijem:

To je još jedan način uštede energije, a sastoji se od toga da se mobilna stanica skoro potpuno isključi između 2 poziva i samo za buduće pozive nadzire svoj podkanal.

Potrošnja energije:

Postoji 5 skupina mobilnih stanica ovisno o snazi odašiljanja, I to: 20, 8, 5, 2 i 0.8 W. Da se energija uštedi i da se minimizira međudjelovanje između pojedinih kanala, i mobilna i bazna stanica rade na najnižem potrebnom nivou energije za zahtjevanu kvalitetu signala. Mobilna stanica mjeri jačinu signala i njegovu kvalitetu (iz podatka o broju pogrešno primljenih bitova), pa javlja te informacije baznoj stanici koja odlučuje da li i kada će doći do promjene u nivou energije odašiljanja.

Povratak na početnu stranicu