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 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
Oskar
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
T-Mobile
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
121
122
123
124
Eurotel Nové Oskar
Kmitočty pro GSM a DCS Oskar
T-Mobile Eurotel
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
512
513
514
515
516
517
518
519
520
521
522
523
524
525
526
527
528
529
530
531
532
533
534
535
536
537
538
539
540
541
542
543
544
545
546
547
548
549
550
551
552
553
554
555
556
557
558
559
560
561
562
563
564
565
566
567
568
569
570
571
572
573
574
575
576
577
578
579
580
581
582
583
584
585
586
587
588
589
590
591
592
593
594
595
596
597
598
599
600
601
602
603
604
605
606
607
608
609
610
611
612
613
614
615
616
617
618
619
620
621
622
623
624
625
626
627
628
629
630
631
632
633
634
635
636
637
638
639
640
641
642
643
644
645
646
647
648
649
650
651
652
653
654
655
656
657
658
659
660
661
662
663
664
665
666
667
668
669
670
671
672
673
674
675
676
677
678
679
680
681
682
683
684
685
686
687
688
689
690
691
692
693
694
695
696
697
698
699
700
701
702
703
704
705
706
707
708
709
710
711
712
713
714
715
716
717
718
719
720
721
722
723
724
725
726
727
728
729
730
731
732
733
734
735
736
737
738
739
740
741
742
743
744
745
746
747
748
749
750
751
752
753
754
755
756
757
758
759
760
761
762
763
764
765
766
767
768
769
770
771
772
773
774
775
776
777
778
779
780
781
782
783
784
785
786
787
788
789
790
791
792
793
794
795
796
797
798
799
800
801
802
803
804
805
806
807
808
809
810
811
812
813
814
815
816
817
818
819
820
821
822
823
824
825
826
827
828
829
830
831
832
833
834
835
836
837
838
839
840
841
842
843
844
845
846
847
848
849
850
851
852
853
854
855
856
857
858
859
860
861
862
863
864
865
866
867
868
869
870
Buňková síť Všesměrové antény (OMNI)
D = 3N R
Směrové antény - sektorizace
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 BCCH • Každý TRX v FDMA/TDMA zajišťuje 8 timeslotů • První TRX přenáší timesloty se servisními informacemi – nazýváme jej BCCH TRX
1 TCH
• SDCCH – logický kanál pro přenos signalizace a např. SMS
2 TCH
• Další TRXy zprostředkovávají provoz – traffic => TCH TRX
3 TCH
Kmitočty pro GSM a DCS BCCH kmitočty
Rozdělení kmitočtů na BCCH a TCH BCCH – trvalý výkon BTS, pečlivé plánování Počet BCCH kmitočtů => počet BTS TCH – výkon regulován, menší rušení
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
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 kmitočty 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
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
900 MHz
1800 MHz
1. sektor
2. sektor
BCCH
BCCH
BCCH
TCH 1
TCH 1
TCH 1
TCH 2
TCH 2
TCH 2
TCH 3
TCH 3
TCH 3
BCCH
BCCH
TCH 4
TCH 1
TCH 1
TCH 5
TCH 2
TCH 2
TCH 6
TCH 3
TCH 3
TCH 7
3. sektor př. Single BCCH
Servisní timesloty na BCCH TRXu Buňka s jedním TRX (pouze BCCH TRX): BCCH +4SDCCH
TCH
TCH
TCH
TCH
TCH
TCH
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
TCH
TCH
Buňka s 4,5 TRXy: BCCH
8SDCCH 8SDCCH
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
TCH
TCH
TCH
TCH
Kapacita buňky Počet TRXů
1 2 3 4
Kapacita [Erl] Najednou si zavolá při blokování 2% účastníků
2.94 8.2 14.9 21.1
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
Pp
Výkonová bilance mezi BTS a MS Pp = Pv + Gv + G p − Ld
(dBm, dB)
Pp přijímaná výkonová úroveň signálu
Pv
vysílaný výkon
G p, Gv zisk přijímací a vysílací antény
Ld
útlum trasy mezi BTS a MS
4πd Ld = 10 log λ
2
Kulová vlna (ideální případ)
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
* RBW 3 kHz
Ref -28 dBm
• Vstupní data procházejí Gaussovským filtrem
Att
VBW 30 kHz SWT 60 ms
10 dB
-30
Delta 2 [T1] -31.50 -200.000000000 Delta 3 [T1] -23.72 200.000000000
-40 1 RM * AVG -50
• zlepšená spektrální účinnost
Marker 1 [T1] -69.50 dBm 953.200000000 MHz
dB kHz
A
dB kHz
-60
1 -70
PRN
-80
SWP
100 of
100
-90
-100
3 2
-110
-120
Center 953.2 MHz
Comment A: REd Date: 4.JAN.2005
50 kHz/
19:20:12
Span 500 kHz
Frekvenční spektrum downlink GSM 935 – 960 MHz - Dejvice * RBW 3 kHz
Ref -28 dBm
Att
VBW 10 kHz SWT 2.8 s
10 dB
-30
Marker 4 [T1] -77.33 dBm 957.200000000 MHz Marker 1 [T1] -74.31 945.800000000 Marker 2 [T1] -73.45 946.800000000 Marker 3 [T1] -68.24 953.200000000
-40 1 SA AVG -50
-60
dBm MHz
A
dBm MHz dBm MHz
3 -70
1
2
PRN
4 -80
SWP
94 of
100
-90
-100
-110
-120
Start 935 MHz
Comment A: REd Date: 4.JAN.2005
2.5 MHz/
19:05:05
Stop 960 MHz
Frekvenční spektrum downlink GSM 1805 – 1879 MHz - Dejvice * RBW 10 kHz
Ref -28 dBm
Att
10 dB
VBW 30 kHz SWT 740 ms
-30
Marker 1 [T1] -87.72 dBm 1.806480000 GHz Marker 2 [T1] -98.17 1.830456000 Marker 3 [T1] -84.29 1.857984000 Marker 4 [T1] -95.81 1.862424000
-40 1 SA AVG -50
-60
dBm GHz dBm GHz dBm GHz
-70
PRN
-80
1
A
SWP
100 of
3
100
-90
4 2 -100
-110
-120
Start 1.805 GHz
Comment A: REd Date: 4.JAN.2005
7.4 MHz/
19:09:31
Stop 1.879 GHz
Frekvenční spektrum NMT a CDMA 450 * RBW 3 kHz
Ref -28 dBm
Att
10 dB
VBW 10 kHz SWT 780 ms
-30
Marker 1 [T1] -100.80 dBm 462.954000000 MHz Delta 2 [T1] 0.47 1.092000000 Delta 3 [T1] 26.46 2.352000000
-40 1 SA AVG -50
dB MHz
A
dB MHz
-60
-70
3
PRN
-80
SWP
100 of
100
-90
2
1
-100
-110
-120
Center 463.5 MHz
Comment A: REd Date: 4.JAN.2005
700 kHz/
18:59:41
Span 7 MHz
Děkuji za pozornost!
