Эндрю Уэзеролл - Компьютерные сети. 5-е издание

Чтобы управлять несколькими мобильными телефонами, каналы GSM значительно шире AMPS (200 кГц против 30 кГц). Каждая полоса частот имеет ширину 200 кГц, как показано на рис. 2.41. Система GSM в диапазоне 900 МГц имеет 124 пары симплексных каналов. Полоса пропускания каждого симплексного канала составляет 200 кГц. Канал поддерживает 8 отдельных соединений при помощи временного уплотнения. Каждой активной в данный момент базовой станции назначен один кадровый интервал на пару каналов. Теоретически каждая сота может иметь до 992 каналов, однако многие из них сознательно делают недоступными во избежание конфликтов с соседними сотами. На рис. 2.41 восемь заштрихованных кадровых интервалов принадлежат одному и тому же соединению, по четыре в каждом направлении. Прием и передача происходит в разных интервалах, поскольку аппаратура GSM не может работать одновременно в двух режимах и на перестройку требуется некоторое время. Если мобильной станции присвоен диапазон 890,4/935,4 МГц и кадровый интервал 2 хочет осуществить передачу на базовую станцию, он воспользуется нижним набором заштрихованных интервалов (а также последующими), размещая в каждом из них порцию данных. Так будет продолжаться до тех пор, пока не будут посланы все данные.

Интервалы TDM, изображенные на рис. 2.41, являются частью сложной иерархической системы кадров. Каждый интервал имеет специфическую структуру, как и их группы. Упрощенная иерархия изображена на рис. 2.42. Мы видим здесь, что интервал TDM состоит из 148-битного кадра данных, который занимает канал на 577 мкс (включая защитный интервал длиной 30 мкс). Кадры данных начинаются и заканчивается тремя нулями, это делается для их разграничения. В них также входят 57-битные информационные (Information) поля, в каждом из которых присутствует контрольный бит проверки содержимого (голос/данные). Между информационными полями имеется 26-битное поле синхронизации (Sync), которое используется приемником для синхронизации с границей кадра передатчика.

Рис. 2.41.GSM имеет 124 частотных канала, в каждом из них 8-интервальная система

с разделением времени

Рис. 2.42.Часть иерархической структуры кадров GSM

Кадр данных передается за 547 мкс, но передатчику разрешается посылать данные только через каждые 4,615 мс, поскольку он делит канал с семью другими станциями. Общая скорость каждого канала составляет 270 883 бит/с. Она делится между 8 пользователями. Тем не менее, как и в AMPS, на накладные расходы тратится большая часть пропускной способности, и в итоге на одного пользователя приходится 24,7 Кбит/с (перед началом исправления ошибок). После исправления ошибок остается 13 Кбит/с, с помощью которых нужно передать голос. Хотя это существенно меньше, чем 64 Кбит/с импульсно-кодовой модуляции для несжатых голосовых сигналов в неподвижной телефонной сети, сжатие на мобильном устройстве может достигнуть этого уровня с небольшой потерей качества.

Как видно на рис. 2.42, 8 кадров данных образуют один кадр TDM, а 26 кадров TDM образуют 120-миллисекундный мультикадр (мультифрейм). В мультифрейме двенадцатый интервал используется для служебных целей, а двадцать пятый зарезервирован для будущего использования, поэтому для пользовательского трафика остается только 24 интервала.

Тем не менее в дополнение к 26-интервальному мультифрейму, показанному на рис. 2.42, используется еще и 51-интервальный мультифрейм (не показан на рисунке). Некоторые интервалы нужны для управляющих каналов. Широковещательный управляющий каналпредставляет собой непрерывный поток, исходящий от базовой станции, в котором содержится ее идентификационная информация и статус канала. Все мобильные устройства производят мониторинг мощности сигнала, по которому они определяют моменты перехода в ведение новой соты.

Выделенный управляющий каналиспользуется для поиска мобильного телефона, обновления информации о нем, регистрации и установки соединения. В частности, каждая БС содержит базу данных телефонов, находящихся в текущий момент под ее управлением. Информация, необходимая для обновления этой базы, передается по выделенному управляющему каналу.

Наконец, есть еще общий управляющий канал, разделяемый на три логических подканала. Первый из них — пейджинговый канал, с помощью которого базовая станция сообщает о входящих звонках. Каждый мобильный телефон постоянно прослушивает его в ожидании звонка, на который он должен ответить. Второй — канал случайного доступа, позволяющий пользователям запросить интервал в выделенном управляющем канале. Если два запроса сталкиваются (коллизия), они искажаются и им приходится впоследствии осуществлять повторные попытки. Используя выделенный управляющий канал, мобильный телефон может инициировать исходящий звонок. Присвоенный интервал объявляется при помощи третьего подканала — канала предоставления доступа.

Наконец, GSM отличается от AMPS тем, как обрабатывается передача. В AMPS MSC управляет этим полностью без помощи от мобильных устройств. С временными слотами в GSM большую часть времени мобильный телефон ни посылает, ни получает. Неактивные слоты — возможность для мобильного телефона измерить качество сигнала от других соседних базовых станций. Он производит эти измерения и посылает эту информацию в BSC. BSC может использовать ее, чтобы определить, когда мобильный телефон покидает одну ячейку и входит в другую так, что может выполнить передачу. Эта схема называется MAHO( Mobile Assisted HandOff).

2.7.3. Мобильные телефоны третьего поколения: цифровая речь и данные

Первое поколение мобильных телефонов было голосовым аналоговым, второе было голосовым цифровым. Третье поколение, которое называют 3G, представляет цифровую передачу речи и данных.

Развитием этой отрасли движет большое количество факторов. Во-первых, объем передаваемых данных уже превышает объем передаваемой речи в стационарных сетях, и первый показатель растет экспоненциально, тогда как последний растет довольно вяло. Многие эксперты предрекают такое же будущее и мобильным сетям: трафик данных превысит голосовой трафик. Во-вторых, компьютерная индустрия и индустрии телефонии и развлечений уже стали полностью цифровыми и быстро объединяются. Многие восхищаются компактностью и малым весом портативного устройства, которое выступает в качестве телефона, проигрывателя компакт-дисков, DVD-проигрывателя, терминала для электронной почты, обладает веб-интерфейсом, возможностями текстового редактора, включает в себя электронные игры и многое другое, и все это с международной беспроводной высокоскоростной связью с Интернетом.