Протоколы GSM и преобразование речи

2.3.2. Структура кадров управления

Кадры управления уже рассматривались выше. Структура этих кадров и мультикадров показана на рис. 2.12. По сравнению с приведенными на рис. 2.11 кадрами, мультикадр состоит из 51 кадра TDMA, каждый из которых содержит 8 слотов.

Рис. 2.12. Структура кадров управления

Содержания слотов управления и защитный интервал зависят от их назначения и указаны на рис. 2.13.

Рис. 2.13. Структуры слотов управления

Слот подстройки частоты (FB — Frequency correction Burst) предназначен для синхронизации частот мобильной станции. Для передачи этих слотов выделяется канал подстройки частоты (FCCH — Frequency Correction Channel).

Слот синхронизации (SB — Synchronization Burst) предназначен для синхронизации по времени базовой и мобильной станций. Слот содержит синхропоследовательность (64 бита), зашифрованную информацию о номере кадра TDMA и коде идентификации базовой станции два блока (по 39 бит каждый). Для передачи этих слотов выделяется отдельный канал синхронизации (SCH — Synchronizing Channel).

Пустой слот (DB — Dummy Burst) — этот вспомогательный пакет содержит два поля по 58 бит, не несущих информации. Такой пакет передается с целью оповещения о том, что станция находится в работоспособном состоянии.

Слот доступа (AB — Access Burst) предназначен для разрешения доступа MS к BSS, передается по каналу права доступа (RACH — Random Access Channel). Этот слот передается в качестве первого запроса, когда станции еще не вошли в синхронный режим и неизвестно время прохождения сигнала. Он содержит концевую комбинацию (TB) — в данном случае она состоит из 3 бит; последовательность синхронизации для базовой станции — 41 бит, что позволяет базовой станции начать процесс синхронизации и обеспечить правильный прием последующих 36 бит. Большой защитный интервал (68,25 бит длительностью 252 мкс) обеспечивает максимальное время для защиты кадров от эффекта межсимвольного искажения.

Все слоты имеют одинаковую длину 156,25 бит и длительность 235,833 мкс. Все слоты, кроме слота доступа, имеют концевые биты (TB — Tail Bit) по 3 бита каждый, и защитный интервал 8,25 бит.

На рис. 2.14 показано объединение информации управления и трафика в единый поток.

Рис. 2.14. Объединение мультикадров трафика и управления в единый поток

2.3.3. Организация физических каналов

Для передачи быстродействующего объединенного канала управления (FACCH — Fast Associated Control Channel) и низкоскоростного выделенного канала управления (SACCH — Slow Associated Control Channel) применяются каналы трафика. Как уже было показано на рис. 2.11, пакет трафика может использоваться и для передачи трафика, и для передачи кадров управления.

Для чего применяются однобитовые флажки, которые указывают тип информации?

Из 26 кадров 24 используются для трафика, один (12-й кадр) — как низкоскоростной выделенный канал управления (SACCH — Slow Associated Control Channel). Один (25-й) в настоящее время не задействован, но при полускоростном режиме он может использоваться для организации второго канала SACCH. Для передачи в 12-м кадре может работать 8 слотов.

Поскольку один канал SACCH при полноскоростном режиме занимает один слот с информационным полем 114 бит (см. рис. 2.11), а время передачи 0,12 с, то скорость передачи по этому каналу 114/0,12=950 бит/с.

Слоты канала FACCH передаются со скоростью слота трафика. Остальные каналы управления передаются в мультикадре управления ( рис. 2.12), содержащем 51 кадр. Организация каналов [13, 29] управления в таком мультикадре показана на рис. 2.15.

увеличить изображение
Организация мультикадра управления (а-д)

Рис. 2.15. Организация мультикадра управления (е)

Каналы BCCH/CCCH могут использоваться всеми абонентами, находящимися в данной соте.

При передаче в направлении от сети к MS весь мультикадр разбивается на 5 групп по 10 кадров в каждой. Каждая группа начинается кадром канала FCCH, за которым следует SCH. Остальные 8 кадров разделяются на два блока по 4 кадра. Первая группа перового блока предназначена для передачи канала BCCH. Второй блок этой группы и остальные 8 блоков (всего 9 блоков), принадлежащие другим группам, предназначены для передачи кадров класса общего каналов управления — CCCH, а именно, входящих в него PCH и AGCH. Эти блоки называются блоками передачи каналов вызова. Таким образом, в рассматриваемом случае используются 4 кадра для передачи BCCH, 5 кадров для передачи FCCH, 5 кадров для SCH и 36 кадров (9 блоков вызова) для AGCH либо PCH.

Линия от MS к сети используется только для передачи кадров канала RACH.

В табл. 2.8 сведены итоговые сведения по организации логических каналов.

2.4. Преобразование речи

Рис. 2.16 показывает последовательность действий при преобразовании речи в радиоволны и обратном преобразовании.

Рис. 2.16. Последовательность действий при преобразовании речи в радиоволны и обратном преобразовании

Примечание. Форматы, приведенные на рис. 2.15.д и рис. 2.15.е, применяются в случае небольшой загрузки каналов управления и не указаны в таблице

2.4.1. Речевое кодирование

На основании субъективных показателей качества речи и сложности реализации (которая связана со стоимостью, задержкой обработки и потребляемой мощностью) для GSM выбрано долговременное линейное предсказание с возбуждением регулярной импульсной последовательностью (RPE — LPC). В основе этого метода положен принцип предсказания, когда информация от предыдущих временных отсчетов используется, чтобы предсказать текущий временной отсчет. Коэффициенты линейной комбинации предыдущих временных отсчетов, плюс, закодированная форма остаточных, разность между предсказанным и фактическим временным отсчетом, представляют сигнал. Речь разделена на 20 временных отсчетов в миллисекунду, каждый из которых закодирован как 260 битов, что составляет полную скорость передачи информации 13 Кбит/с. Это так называемое кодирование речи на полной скорости (Full Rate). В настоящее время в системе GSM используются усовершенствованные кодеры GSM 06.10 и GSM 06.20. Основная блок-схема таких кодеров приведена на рис. 2.17. Она отличается наличием двух устройств: медленного анализатора (синтезатора) и быстрого анализатора, улучшающих систему предсказания [30, 36].

Рис. 2.17. Основная блок-схема кодеров GSM 06.10 и GSM 06.20

Некоторыми североамериканскими операторами GSM1900 был реализован алгоритм преобразования речи "усовершенствованная полная скорость" (EFR — Enhanced Full-Rate).Он обеспечивает улучшенное речевое качество, используя существующую скорость 13 Кбит/c [85, 70].