GSM - parte IV

Il livello fisico dellinterfaccia radio (Um) Argomenti della lezione

F [MHz] DCS/1800 uplink DCS/1800 downlink GSM primario downlink GSM primario uplink GSM esteso uplink GSM esteso downlink Frequenze assegnate al GSM (Europa)

Esistono terminali tri-band Frequenze assegnate al GSM (Europa) In USA si usano bande intorno a 1900 MHz anziché intorno a 1800 MHz

In Italia le frequenze in uso per il TACS erano nella banda assegnata al GSM a livello internazionale, creando quindi situazioni di conflitto Assegnazione delle frequenze in Italia

A 900 dispone di 124 (125-1) canali FDM nella parte primaria dello spettro più 50 canali nella parte estesa Frequenze assegnate al GSM (Europa) A 1800 dispone di 374 (375-1) canali FDM Il canale allestremo inferiore non è mai usato

Se possibile, sia a 900 che a 1800 anche i canali allestremo 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)

I canali uplink e downlink sono sempre accoppiati in modo fisso e distano: 45 MHz a 900 MHz 95 MHz a 1800 MHz Frequenze assegnate al GSM (Europa)

Assegnazione delle frequenze in Italia Assegnazioni per luplink nel 1997 (quelle per il downlink si ottengono aggiungendo 45 MHz) Esempio: TACS da 882 MHz a GSM TIM da MHz a GSM Vodafone da MHz a 913.7

Dati generali Bande di frequenza

Distanza tra portanti 200 KHz Dati generali Codifica a 13 kb/s (full rate) o 6.5 kb/s (half rate) Definizione di interfacce standard (non proprietarie) tra elementi della rete

Modulazione GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) Uso di controllo di potenza Dati generali Uso dellinterleaving

Tecnica di Accesso e Struttura dei Canali GSM usa una tecnica di accesso mista a divisione di tempo e frequenza (FDMA/TDMA) La porzione di spettro disponibile è suddivisa in canali FDM di 200 kHz luno

Ciascun canale FDM è ulteriormente suddiviso in 8 canali con tecnica TDM La trama TDM è quindi composta da 8 slot Tecnica di Accesso e Struttura dei Canali

La velocità di cifra al trasmettitore è di circa 271 kbit/s Tecnica di Accesso e Struttura dei Canali La trasmissione è organizzata in burst 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

La durata della trama TDM è di ms La durata di uno slot è di ms e uno slot trasporta bit (271 kbps*0.577) La durata di un bit è di 3.69s Struttura della trama GSM

FDM/TDM Frequenza + time slot = canale fisico (15/26) ms bit (15/26) ms bit ms tempo frequenza n+1 n n kHz Ciascun time slot porta un burst di trasmissione

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!

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 Struttura della trama GSM BTS Transmits MS Transmits TDM Frame ms

FDM/TDM tempo frequenza 45 MHz downlink uplink 1.73 ms … … … …

Avanzamento temporale (timing advance) Il non perfetto sincronismo tra TM produce interferenza tra time-slot vicini I terminali a distanza diversa dalla BTS subiscono ritardi di propagazione diversi

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 TM rx … Tr TM tx BTS rx Senza TA TM tx BTS rx Ta Con TA

Il TA riesce a compensare fino ad un ritardo di 233 s (limitato dal turn-around time del transceiver), che corrispondono a 35 km di raggio max di una cella GSM Avanzamento temporale (timing advance)

Per risparmiare le batterie e ridurre linterferenza 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 lamplificatore a regime prima di cominciare la modulazione dei dati Tecnica di Accesso e Struttura dei Canali

Gli amplificatori hanno dei tempi non nulli di accensione e spegnimento (ramp-up/down) La trasmissione deve avvenire a inviluppo costante e senza interferenza con lo slot precedente e successivo Ramp-up e inviluppo

tempo 148 bit s +4dB +1dB -6dB -30dB -70dB -1dB 28 s

Servono dei periodi di guardia prima e dopo la trasmissione dellinformazione utile Nei periodi di guardia i segnali si possono sovrapporre Ramp-up e inviluppo Nei time-slot si devono prevedere opportuni tempi di guardia

Ramp-up e inviluppo tempo 148 bit s +4dB +1dB -6dB -30dB -70dB -1dB 28 s

In GSM è previsto di poter trasmettere messaggi consecutivi della stessa comunicazione su frequenze diverse FH serve a ridurre gli effetti del fading da percorsi multipli: si guadagnano circa 2 dB Frequency hopping

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 TM deve essere in grado di re-sintonizzare Tx ed Rx in circa 1 ms Frequency hopping

f1 … … 0127 … …… … 0127 … … f2 … … 0127 … … f3

Luso o meno di FH è una scelta delloperatore Se la rete indica al TM di andare in modalità FH questo deve essere in grado di farlo FH - Modalità

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 Le modalità e i parametri per il calcolo della sequenza di hopping sono decise da BTS e trasmesse al TM FH - Modalità

MA (Mobile Allocation) Vettore delle frequenze disponibili MAIO (MA Index Offset) Valore di sfasamento del salto di frequenza Parametri dellalgoritmo di FH

Seme della sequenza pseudocasuale che pilota lalgoritmo FN (Frame Number) Numero assoluto della trama GSM Parametri dellalgoritmo di FH HSN (Hopping Sequence generator Number)

RNTABLE Vettore di 128 (0-127) numeri disposti in modo pseudo-casuale Parametri dellalgoritmo di FH

MA(C 0,...,C N-1 ) RFCHN = MA(MAI) RNTABLE FN HSN combine MAIO combine stored locally received from BSC (BTS) algorithms FH: lalgoritmo