Рисунок 6.10 - Дуплексный разнос частот передачи и приемаОбработка речи в данном стандарте осуществляется в рамках принятой системы прерывистой передачи речи DTX (Discontinuous Transmission), которая обеспечивает включение передатчика только тогда, когда пользователь начинает разговор и отключает его в паузах и в конце разговора. Система DTX управляет детектором активности речи VAD (Voice Activity Detector), который обеспечивает обнаружение и выделение интервалов речи с шумом и без шума речи даже в тех случаях, когда уровень шума соизмерим с уровнем речи.Для защиты от ошибок, возникающих в радиоканалах, применяется блочное и сверточное кодирование с перемежением. Повышение эффективности кодирования и перемежения при малой скорости перемещения подвижных станций достигается медленным переключением рабочих частот сеанса связи (со скоростью 217 скачков в секунду).Для борьбы с интерференционными замираниями принимаемых сигналов, вызванные многолучевым распространением радиоволн в условиях города, в аппаратуре связи используется эквалайзеры, обеспечивающие выравнивание импульсных сигналов со среднеквадратическим отклонением времени задержки до 16 мкс. Система синхронизации оборудования рассчитана на компенсацию (до 233 мкс) абсолютного времени задержки. Это соответствует максимальной дальности связи 35 км (максимальный радиус соты).Для модуляции радиосигнала применяется спектрально-эффективная гауссовская частотная манипуляция с минимальным частотным сдвигом. Формирование GMSK-радиосигнала происходит таким образом, что на интервале, соответствующем одному биту, фаза несущей изменяется на 90º. Это наименьшее изменение фазы, которое может быть обнаружено при данном типе манипуляции.
Виды интерфейсов
В переводной литературе приняты следующие обозначения: MS — подвижная станция; BTS — базовая станция; BSC — контроллер базовой станции; TCE — транскодер; ВSS — оборудование базовой станции (BSC+TCE+BTS); MSC — центр коммутации подвижной связи; HLR — регистр положения
; VLR — регистр перемещения; AUC — центр аутентификации; EIR— регистр идентификации оборудования; OMC — центр управления и обслуживания; NMC — центр управления сетью; ADC — административный центр; PSTN — телефонная сеть общего пользования; PDN— сети пакетной передачи; ISDN — цифровые сети с интеграцией служб.
Интерфейсы обеспечивают функциональное сопряжение элементов системы:
а) с внешними сетями:
-
соединение с PSTN –осуществляется по линиям связи 2 Мб/с;
-
соединение с ISDN-предусматривает 4 линии связи 2 Мб/с;
-
соединение с сетью NMT-450 через 4 линии связи 2 Мб/с;
б) Внутренние интерфейсы:
-
интерфейс между BSC и BTS (A-lis интерфейс с 64 Кб/с);
-
между MSC и BSS (A-интерфейс);
-
между MSC и HLR совмещен с VLR (B-интерфейс);
-
между MSC и HLR (C-интерфейс);
-
между HLR и VLR (D-интерфейс);
-
между MSC (E-интерфейс);
-
между BSC и OMC (O- интерфейс);
-
между MS и BTS (Um-радиоинтерфейс);
Физические и логические каналы
На одной несущей организуется 8 физических каналов, размещенных в 8 временных окнах, в пределах TDMA-кадра каждый физический канал использует одно и тоже временное окно в каждом временном TDMA- кадре и в нем содержится 114 бит.Сообщение и данные группируются в логические каналы до формирования физического канала.Логические каналы бывают 2-х типов:
-
каналы связи для передачи речи и данных в цифровой форме TCH.
-
каналы управления для передачи сигналов управления и синхронизации (CCH-каналы, таблица 6.7).
В GSM различают каналы для передачи речи и данных:
-
TCH/F - канал передачи сообщений с полной скоростью 22,8 Кбит/с;
-
TCH/H – полускоростной канал передачи сообщений со скоростью 11,4 Кбит/с.
Таблица 6.7 Каналы управления и синхронизации
BCCH
|
CCCH
|
SDCCH
|
ACCH
|
Канал для передачи сигналов управления
|
Общие каналы управления
|
Индивидуальный канал управления
|
Совмещенный канал управления
|
FSSH – канал подстройки несущей частоты fBS
MSCCH - канал временной синхронизации и опознавания BS.
BCCH – канал управления передачей BS - MS.
|
PSH - канал вызова BS - MS
RACH - канал параллельного доступа BS - MS (для запроса о назначении индивидуального канала управления).
AGSH - канал разрушенного доступа BS- MS (для прямого доступа к каналу)
|
SDCCH/4
SDCCH/8
Состоит из 4 (8) подканалов. По ним идет запрос от MS о требуемом виде обслуживания BS- MS.
|
FACCH - быстрый совмещенный канал используется для передачи команд при хендовере
SACCH – медленный – используется в прямом канале для передачи команды на установку выходного уровня мощности передатчика MS
|
Преобразование речи
Формирование сигналов начинается с процесса преобразования речевого сигнала в цифровую форму.Процедура преобразования происходит в речевом кодере. Для стандарта GSM выбран речевой кодер RPE-LTP (кодер с регулярным импульсным возбуждением и линейным кодированием с предсказанием) с долговременным прогнозирующим устройством от MPE-LTP кодером, что позволило снизить скорость передачи до 13 Кбит/с (с 14,77 Кбит/с).Уменьшение скорости до 13 Кбит/с достигается тремя этапами:
-
линейным кодированием с предсказанием;
-
долговременным предсказанием;
-
регулярным импульсным возбуждением.
Диапазон входных амплитуд разбивается на сегменты. Затем в процессе анализа вычисляются 8 коэффициентов r(i), которые представляются как уровни. Затем в процессе долговременного предсказания каждый сегмент выравнивается до уровня следующих друг за другом сегментов речи.Кодеры с линейным предсказанием извлекают существенные для восприятия характеристики речи непосредственно из временной формы сигнала. Такой кодер анализирует речевой сигнал для получения меняющейся во времени модели возбуждения речи образующего тракта.Восемь коэффициентов r(i) кодируются и передаются со скоростью 3,6 Кбит/с, периодическая последовательность фрагментов передается со скоростью 9,4 Кбит/с. Общая скорость передачи составляет 3,6 + 9,4 Кбит/с. Таким образом, обработка речи производится по кадрам длительностью 20 мс. За время кадра при анализе вычисляются 93 значения параметров, которые передаются каждые 20 мс цифровым потоком со скоростью 13 Кбит/с.Кодер распознает при анализе речи различные звуки речи и передает с генератора синусоидальный сигнал во всем диапазоне речевых частот.В речевом декодере сигнал восстанавливается по откликам последовательности регулярного импульсного возбуждения.Система DTX управляет детектором активности речи VAD (Voice Activity Detector), который обеспечивает обнаружение и выделение интервалов речи с шумом и шума без речи, даже в тех случаях, когда уровень шума соизмерим с уровнем речи, рисунок 6.11. декодер
Рисунок 6.11 - Структурная схема процессов обработки речи в стандарте GSM.
Канальное кодирование
Речевой кодер передает каждые 260 бит информационной последовательности со скоростью v = 13 Кбит/с на схему канального кодирования. Первые 182 бита этого кадра (биты 1-го класса) защищаются с помощью блочного кода. Для этого биты 1-го класса разделяются дополнительно на 50 бит класса 1а и 132 бита класса 1б, рисунок 6.12.
Рисунок 6.12 – Структура формирования сигналаБлочный код представляет собой систематический циклический код (53,50).В соответствии с принятым правилом формирования системного кода, ключ SW закрыт на время первых 50 тактовых импульсов, а информационные биты, поступающие на вход кодирующего устройства, одновременно поступают на блок переупорядочения и формирования 3 бит проверки на четность, рисунок 9.11.После 50 тактовых импульсов переключатель SW срабатывает, и биты проверки на четность поступают из кодирующего устройства.Рисунок 9.11 – Структурная схема циклического кодера.Рисунок 9.12 – Структура формирования сигнала.Далее проводится первый шаг перемежения: биты с четными индексами собираются в первой части информационного слова, затем идут 3 бита проверки на четность, затем собираются биты с нечетными индексами и переставляются. Затем следуют 4 нулевых бита, которые нужны для формирования кода, исправляющего случайные ошибки в канале, рисунок 9.13.Рисунок 9.13 – Структура формирования сигнала.Затем 189 бит кодируются сверточным кодом. Сверточный код является непрерывным. В основу положен принцип формирования проверочных разрядов путем суммирования по модулю «2» каждого информационного разряда с некоторым набором предыдущих разрядов. К информационному разряду добавляются 2 проверочных, полученных в процессе формирования, рисунок 9.14, таблица 9.2.Рисунок 9.14 – Схема сверточного кодераТаблица 9.2
Входная информация
|
Содержимое ячеек
|
1
|
2
|
3
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
1
|
1
|
0
|
0
|
0
|
1
|
1
|
1
|
1
|
1
|
1
|
0
|
0
|
1
|
0
|
После сверточного кодирования общая длина кадра составит 456 бит, рисунок 9.15.Рисунок 9.15 - Структура формирования сигналаПосле этого кадр из 456 бит делится на восемь 57-битовых подблоков, рисунок 9.16 .
Рисунок 9.16 – Структура формирования сигнала.Затем подблоки подвергаются диагональному и внутрикадровому перемежению, разбиваются на пакеты и пакеты перемежаются.
Формирование TDMA-кадра
В результате этих преобразований каждый отсчет уровня исходного аналогового сигнала представляется в виде зашифрованного сообщения, состоящего из 114 бит – двух самостоятельных блоков по 57 бит, рисунок 3.14, разделенных между собой эталонной (обучающей) последовательностью 26 бит. При приеме этой последовательности определяется характер искажений в тракте распространения сигнала, и характеристики приемника формируются уже применительно к конкретным условиям работы в данный момент времени.По обучающей последовательности производят настройку эквалайзера. Временной интервал пакета имеет длительность 0,577 мс. В его состав кроме двух блоков по 57 бит и обучающей последовательности включается:
-
2 концевых комбинации TB (Tail Bits) по 3 бита каждая;
-
2 контрольных бита, разделяющих зашифрованные биты сообщения;
-
защитный интервал GP (Guard Period) длительностью, равной времени передачи 8,25 бита.
Это означает, что интервал NB содержит 156,25 бит, а длительность одного бита составляет 3,69 мкс.Рисунок 3.14 – Структура формирования сигнала.Каждый интервал кадра обозначается от 0 до 7, т.е. в одном кадре одновременно могут передаваться 8 речевых каналов. Физический смысл временных интервалов, которые иначе называются окнами, - это время, в течение которого осуществляется модуляция несущей цифровым информационным потоком соответствующим речевому сообщению или данным.Цифровой информационный поток представляет собой последовательность пакетов