Radiové rozhraní GSM prakticky

Karel Mikuláštík

Kmitočty pro GSM a DCS

� UplinkPásmo 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)

� DownlinkPásmo 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

124123122121

120119118117116115114113112111

110109108107106105104103102101

100999897969594939291

90898887868584838281

80797877767574737271

70696867666564636261

60595857565554535251

50494847464544434241

40393837363534333231

30292827262524232221

20191817161514131211

10987654321

Kmitočty pro GSM a DCS

� Rozdělení kmitočtů v ČRmezi operátory – 1800 MHz� Kapacitní problémy řeší1800 MHz

� Výhody/nevýhody 1800 MHz:- více kanálů – větší pásmo, snadné plánování- horší šíření – menší rušení- horší průnik do budov

Eurotel

T-Mobile

Oskar

870869868867866865864863862861

860859858857856855854853852851

850849848847846845844843842841

840839838837836835834833832831

830829828827826825824823822821

820819818817816815814813812811

810809808807806805804803802801

800799798797796795794793792791

790789788787786785784783782781

780779778777776775774773772771

770769768767766765764763762761

760759758757756755754753752751

750749748747746745744743742741

740739738737736735734733732731

730729728727726725724723722721

720719718717716715714713712711

710709708707706705704703702701

700699698697696695694693692691

690689688687686685684683682681

680679678677676675674673672671

670669668667666665664663662661

660659658657656655654653652651

650649648647646645644643642641

640639638637636635634633632631

630629628627626625624623622621

620619618617616615614613612611

610609608607606605604603602601

600599598597596595594593592591

590589588587586585584583582581

580579578577576575574573572571

570569568567566565564563562561

560559558557556555554553552551

550549548547546545544543542541

540539538537536535534533532531

530529528527526525524523522521

520519518517516515514513512

Buňková síť

Všesměrové antény (OMNI) Směrové antény - sektorizace

NR

D3= R – poloměr buňky

D – vzdálenost buňky se stejným kmitočtemN – počet buněk ve svazku (počet kmitočtů)

BCCH

1 TCH

2 TCH

3 TCH

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 servisnímiinformacemi – nazýváme jej BCCH TRX

• SDCCH – logický kanál pro přenos signalizacea např. SMS

• Další TRXy zprostředkovávají provoz – traffic=> TCH TRX

Kmitočty pro GSM a DCS

� Rozdělení kmitočtů na BCCH a TCH

� BCCH – trvalý výkon BTS, pečlivé plánování

� Počet BCCH kmitočtů

=> počet BTS

� TCH – výkon regulován,

menší rušení

120119118117116115114113112111

110109108107106105104103102101

100999897969594939291

90898887868584838281

80797877767574737271

70696867666564636261

60595857565554535251

50494847464544434241

40393837363534333231

30292827262524232221

20191817161514131211

10987654321

120119118117116115114113112111

110109108107106105104103102101

100999897969594939291

90898887868584838281

80797877767574737271

70696867666564636261

60595857565554535251

50494847464544434241

40393837363534333231

30292827262524232221

20191817161514131211

10987654321

BCCH kmitočty

TCH kmitočty

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 pseudonáhodnéposloupnosti po uplynutí jednoho rámce)

� 1800 MHz – Eurotel: 525 – 539, 569 – 570, 581 – 593, 597

- T-Mobile: 608 – 634 (Praha)

Konfigurace duální BTS

BCCH

TCH 1

TCH 2

TCH 3

BCCH

TCH 1

TCH 2

TCH 3

BCCH

TCH 1

TCH 2

TCH 3

BCCH

TCH 1

TCH 2

TCH 3

BCCH

TCH 1

TCH 2

TCH 3

TCH 4

TCH 5

TCH 6

TCH 7

900 MHz

1800 MHz

1. sektor 2. sektor 3. sektorpř. Single BCCH

Servisní timesloty na BCCH TRXuBCCH

+4SDCCHTCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH

• Při zvýšeném provozu se připínajídalší TRXy (stále v provozu BCCH)• Dynamické SDCCH umožňuje měnitAktuální počet servisních timeslotů

BCCH 8SDCCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH

BCCH 8SDCCH 8SDCCH TCH TCH TCH TCH TCH

Buňka s jedním TRX (pouze BCCH TRX):

Buňka s 2,3 TRXy:

TCH TCH 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

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

29

22

14

7

Najednou si zavoláúčastníků

21.14

14.93

8.22

2.941

Kapacita [Erl]

při blokování 2%

Počet TRXů

• jednotka Erlang – člověkohodina :o)• Kapacita ����provoz - součet počtu hovorů násobených délkou jejich trváníUrčuje zda-li počet instalovalovaných TRXů dostačuje pro provoz

Idle a dedicated režim� Idle

- telefon přihlášen, poslouchá nejsilnějšínebo 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 sítěpovolující 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 signalizačnítimesloty, vše na GSM. Dochází k intracelulárnímu handoveru

Výkonová bilance mezi BTS a MS

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

dpvvp LGGPP −++= (dBm, dB)

pP

pP

vP

pG vG,dL

přijímaná výkonová úroveň signálu

vysílaný výkon

zisk přijímací a vysílací antény

útlum trasy mezi BTS a MS

24

log10

=

λ

πdLd

Kulová vlna (ideální případ)

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 (prostorovádiverzita)

- 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

A

Att 10 dBRef -28 dBm

50 kHz/Center 953.2 MHz Span 500 kHz

*1 RM

AVG

*RBW 3 kHz

VBW 30 kHz

SWT 60 ms

PRN

-120

-110

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

SWP 100 of 100

Delta 2 [T1]

-31.50 dB

-200.000000000 kHz

Marker 1 [T1]

-69.50 dBm

953.200000000 MHz

Delta 3 [T1]

-23.72 dB

200.000000000 kHz

2

1

3

Comment A: REd

Date: 4.JAN.2005 19:20:12

• speciální případ dvoustavovéfrekvenční modulace

• Vstupní data procházejíGaussovským filtrem

• zlepšená spektrální účinnost

Frekvenční spektrum downlinkGSM 935 – 960 MHz - Dejvice

A

Att 10 dBRef -28 dBm

1 SA

AVG

2.5 MHz/Start 935 MHz Stop 960 MHz

*RBW 3 kHz

VBW 10 kHz

SWT 2.8 s

PRN

-120

-110

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

SWP 94 of 100

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

Marker 4 [T1]

-77.33 dBm

957.200000000 MHz

1 2

3

4

Comment A: REd

Date: 4.JAN.2005 19:05:05

Frekvenční spektrum downlinkGSM 1805 – 1879 MHz - Dejvice

A

Att 10 dBRef -28 dBm

1 SA

AVG

7.4 MHz/Start 1.805 GHz Stop 1.879 GHz

*RBW 10 kHz

VBW 30 kHz

SWT 740 ms

PRN

-120

-110

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

SWP 100 of 100

Marker 1 [T1]

-87.72 dBm

1.806480000 GHz

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

1

2

3

4

Comment A: REd

Date: 4.JAN.2005 19:09:31

Frekvenční spektrum NMT a CDMA 450

A

Att 10 dBRef -28 dBm

1 SA

AVG

Center 463.5 MHz Span 7 MHz700 kHz/

*RBW 3 kHz

VBW 10 kHz

SWT 780 ms

PRN

-120

-110

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

SWP 100 of 100

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

1 2

3

Comment A: REd

Date: 4.JAN.2005 18:59:41

Děkuji za pozornost!