Общие характеристики стандарта

В целом, система связи стандарта GSM рассчитана на использование в ком­мерческой сфере. Она предоставляет пользователям широкий спектр услуг и возможность применения разнообразного оборудования для передачи ре­чевых сообщений и данных, сигналов вызова и аварийных сигналов, а также возможность подключения к телефонным сетям общего пользования, сетям передачи данных и цифровым сетям с интеграцией служб.

По сравнению с другими широко распространенными цифровыми стандар­тами GSM обеспечивает лучшие энергетические характеристики, более вы­сокое качество связи, ее безопасность и конфиденциальность. Приемлемое качество принимаемых речевых сообщений в стандарте GSM обеспечива­ется при отношении сигнал/шум на входе приемника 9 дБ (для стандарта D-AMPS, например, это отношение составляет около 16 дБ), а энергетические затраты в реальных каналах связи (при замирании сигналов) на 6— 10 дБ ниже по сравнению со стандартом D-AMPS.

Стандарт GSM, кроме того, предоставляет своим пользователям ряд услуг, которые не реализованы (или реализованы не полностью) в других стандартах сотовой связи. К ним относятся:

• Использование интеллектуальных SIM-карт для обеспечения доступа к каналу и услугам связи
• Шифрование передаваемых сообщений
• Закрытый от прослушивания радиоинтерфейс
• Аутентификация абонента и идентификация абонентского оборудова­ния по криптографическим алгоритмам
• Использование служб коротких сообщений, передаваемых по каналам сигнализации
• Автоматический роуминг абонентов различных сетей GSM в националь­ном и международном масштабах
• Межсетевой роуминг абонентов GSM с абонентами сетей стандартов DCS1800, PCS1900, DECT, а также со спутниковыми сетями персональ­ной радиосвязи (Globalstar, Inmarsat-P, Iridium)

В соответствии с Рекомендацией СЕРТ 1980 г., касающейся использования частот подвижной связи в диапазоне 862 — 960 МГц, стандарт GSM цифро­вой общеевропейской сотовой системы наземной подвижной связи преду­сматривает работу передатчиков в двух диапазонах частот. Полоса частот 890 — 915 МГц используется для передачи сообщений с подвижной станции на базовую, а полоса частот 935 - 960 МГц — для передачи сообщений с ба­зовой станции на подвижную (абоненту). Причем при переключении кана­лов во время сеанса связи, разность между этими частотами постоянна и равна 45 МГц.

Разнос частот между соседними каналами связи составляет 200 кГц. Таким образом, в отведенной для приема/передачи полосе частот шириной 25 МГц размещается 124 канала связи.

В стандарте GSM используется многостанционный доступ с временным раз­делением (уплотнением каналов — ТDМА), что позволяет на одной несущей частоте разместить 8 речевых каналов одновременно. В качестве речепреобразующего устройства используется речевой кодек RPE — LTP с регулярным импульсным возбуждением и скоростью преобразования речи 13 Кбит/с.

Обработка 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 (рис. 3.15). 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. 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 в процессе сеанса связи (со скоростью 217 скачков в секунду).

Для борьбы с интерференционными замираниями принимаемых сигналов, выз­ванными многолучевым распространением радиоволн в условиях города, в ап­паратуре связи используются 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 сигналов. Это соответству­ет максимальной дальности связи 35 км (максимальный радиус соты).

Рис. 3.15. Структурная схема процессов обработки речи в стандарте GSM

Для модуляции радиосигнала применяется спектрально-эффективная гаус-совская частотная манипуляция с минимальным частотным сдвигом (GMSK). Манипуляция называется так потому, что последовательность информацион­ных бит до модулятора проходит через фильтр нижних частот с гауссовской амплитудно-частотной характеристикой, что дает значительное уменьшение ширины полосы частот излучаемого сигнала. Формирование GMSK-радио-сигнала происходит таким образом, что на интервале, соответствующем од­ному биту фаза несущей изменяется на 90°. Это наименьшее изменение фазы, которое может быть обнаружено при данном типе манипуляции. Выходной сигнал с непрерывным изменением фазы аналогичен сигналу, полученному в результате частотной модуляции с дискретным изменением частоты. Прин­цип формирования GMSK сигнала представлен на рис. 3.16.

В стандарте GSM используется модуляция с величиной нормированной поло­сы ВТ= 0,3, где В — ширина полосы фильтра по уровню —3 дБ; Т — длитель­ность передачи одного бита. Основой формирователя GMSK-сигнала являет­ся квадратурный (I/O) модулятор, который состоит из двух умножителей и одного сумматора.

Рис. 3.16. Принцип формирования GSMK-сигнала

Модуляцию GMSK характеризуют следующие свойства:

• Постоянная по уровню огибающая, позволяющая использовать пере­дающие устройства с усилителями мощности класса С
• Узкий спектр на выходе усилителя мощности передающего устройства, обеспечивающий низкий уровень внеполосного излучения
• Хорошая помехоустойчивость канала связи