GSM sítě IV
Vývoj technické specifikace GSM
Původně byl celý projekt plánován na tři fáze: vytváření specifikace, validace a funkční testy. Nedlouho poté co byla vytvořena specifikace, byla zhotovena i první zařízení, která bylo možno testovat. Proces validace se tak velmi zjednodušil, protože ověření předpokladů bylo možné téměř ihned vyzkoušet. První systém funkčních služeb bylo možno poprvé spustit v roce 1991. Byl zde jediný významný rozdíl oproti zadání a to, že hlas se přenášel s poloviční přenosovou rychlostí (16 kbit/s s tím, že jakmile budou k dispozici požadované technické prostředky, bude hlas přenášen s plnou přenosovou rychlostí. Termín změny nebyl však stanoven.
V roce 1991 byly s ohledem na výše popsané omezení spuštěny některé služby sítě GSM. Nebyla to však kompletní paleta služeb, protože na většině z nich se teprve pracovalo. Mezi ty důležitější spuštěné nejprve patřilo zpětné volání a blokování hovorů, mezi ty méně podstatné bychom mohli zařadit současnou hlasovou a datovou komunikaci.
Během práce na systému se objevily další potřeby (jako například národní roaming). Tyto služby byly již v DCS1800 obsaženy a mohly významnou měrou obohatit i systém GSM900. Ve druhé fázi vývoje se počítalo s tím, že by se oba systémy měli k sobě svými funkcemi přiblížit natolik, aby bylo možné je vzájemně bez větších potíží propojovat
.
V roce 1992 byla do systému GSM zahrnuta další nová pravidla, která jej měla ještě více zatraktivnit pro potenciální zákazníky. Přes veškeré provedené změny bylo ale nutné zajistit zpětnou kompatibilitu. Po celém světě již fungovaly miliony mobilních stanic, které musely být schopny pracovat i na novém standardu.
Přestože původních cílů bylo již dávno dosaženo, GSM je stále vyvíjecí se systém. Jedinými hranicemi pro rozvoj jsou snad samotné hranice techniky, které se mílovými kroky posouvají vpřed. Významnou roli hraje především překotný rozvoj mikroprocesorové techniky, které přináší nové a nové možnosti...
Následující články budou popisovat především situaci v době, kdy plně fungoval systém první generace, tedy mezi lety 1991 a 1992. Ukážeme si u praktické využití nabytých znalostí, které si ověříme na modemu fy Siemens MC35i, případně některém z mobilních telefonů.
Mobilní zařízení je tedy vázáno na pozemním systému, který hovory spojuje a řídí. Mobilní síť sestává nejen z prostředků pro rádiovou komunikaci, ale také z prostředků pro pozemní spoje, které jsou její nedílnou součástí. Jednotlivé subsystémy jsou pak spojeny minimálně rychlostí minimálně 64kbit/s, případně 2Mbit/s. Samozřejmě to nemusí v budoucnu pro plánované služby stačit. Omezení může být patrné zvláště v zemích s nedostatkem pevných spojů.
Druhým problémem je nedostatečné frekvenční spektrum. Počet současně navázaných spojení, zajišťovaném jednou pevnou
V roce 1991 byly s ohledem na výše popsané omezení spuštěny některé služby sítě GSM. Nebyla to však kompletní paleta služeb, protože na většině z nich se teprve pracovalo. Mezi ty důležitější spuštěné nejprve patřilo zpětné volání a blokování hovorů, mezi ty méně podstatné bychom mohli zařadit současnou hlasovou a datovou komunikaci.
Během práce na systému se objevily další potřeby (jako například národní roaming). Tyto služby byly již v DCS1800 obsaženy a mohly významnou měrou obohatit i systém GSM900. Ve druhé fázi vývoje se počítalo s tím, že by se oba systémy měli k sobě svými funkcemi přiblížit natolik, aby bylo možné je vzájemně bez větších potíží propojovat
.
V roce 1992 byla do systému GSM zahrnuta další nová pravidla, která jej měla ještě více zatraktivnit pro potenciální zákazníky. Přes veškeré provedené změny bylo ale nutné zajistit zpětnou kompatibilitu. Po celém světě již fungovaly miliony mobilních stanic, které musely být schopny pracovat i na novém standardu.
Přestože původních cílů bylo již dávno dosaženo, GSM je stále vyvíjecí se systém. Jedinými hranicemi pro rozvoj jsou snad samotné hranice techniky, které se mílovými kroky posouvají vpřed. Významnou roli hraje především překotný rozvoj mikroprocesorové techniky, které přináší nové a nové možnosti...
Následující články budou popisovat především situaci v době, kdy plně fungoval systém první generace, tedy mezi lety 1991 a 1992. Ukážeme si u praktické využití nabytých znalostí, které si ověříme na modemu fy Siemens MC35i, případně některém z mobilních telefonů.
Buňkový systém
Dnes začneme novou a významnou kapitolu. Začneme popisem buňkového systému, základu pro GSM a DCS. Nejdůležitější myšlenkou je to, že žádná mobilní stanice není schopna navázat spojení s jinou přímo (tedy bez navázání spojení s pevnou základnovou stanicí a zbytku pozemního systému). To je častý a mylný předpoklad laické veřejnosti.Mobilní zařízení je tedy vázáno na pozemním systému, který hovory spojuje a řídí. Mobilní síť sestává nejen z prostředků pro rádiovou komunikaci, ale také z prostředků pro pozemní spoje, které jsou její nedílnou součástí. Jednotlivé subsystémy jsou pak spojeny minimálně rychlostí minimálně 64kbit/s, případně 2Mbit/s. Samozřejmě to nemusí v budoucnu pro plánované služby stačit. Omezení může být patrné zvláště v zemích s nedostatkem pevných spojů.
Buňkové rozložení
Hlavní problém v mobilní komunikaci je samotné šíření rádiových vln. Se zmenšováním váhy a zvyšováním počtu funkcí, nás začíná omezovat dosah, na který může koncová stanice komunikovat. Síla signálu klesá s druhou mocninou vzdálenosti od vysílače a to platí pouze ve volném prostoru. V zástavbě je ztráta signálu ještě výraznější. Také nesmíme zapomínat na odrazy od země a okolních staveb, které způsobují interference. Udává se, že v husté zástavbě může docházet k útlumu rovnajícímu odpovídající až čtvrté mocnině vzdálenosti.Druhým problémem je nedostatečné frekvenční spektrum. Počet současně navázaných spojení, zajišťovaném jednou pevnou
Buňkový systém (obrázek výše) poskytuje řešení obou dříve uvedených problému. Umožňuje vysoký počet současně sestavených spojení a umožňuje využívat menšího vysílacího výkonu při komunikaci se základnovou stanicí (uprostřed). Zároveň toto řešení zmenšuje náklady na rozšiřování a rozvoj sítě. Každé políčko na obrázku, mající uprostřed základnovou stanici (BTS – base transfer station) se nazývá buňka (cell).
Nedostatek kanálů je díky tomuto rozdělení řešen opětovným využitím nosných frekvencí v dostatečně vzdálených buňkách. Větší kapacity přenosového systému můžeme dosáhnout zmenšením buněk (vysílacího výkonu základnových stanic). V začátcích GSM systému byly buňky plánovány na velikosti kilometrů nebo desítek kilometrů. Se stavbou buňky o poloměru min. jednoho kilometru totiž není problém. Naopak buňky o rozměrech menších, řekněme 300m, již nemusí být vhodné. Jedním z důvodů jsou ekonomické aspekty. Poměr mezi náklady na provoz a skutečným provozem v buňce totiž může být až přiliž vysoký. Dalším důležitým aspektem je, že mobilní uživatel se malými buňkami může pohybovat velice rychle a čas pro přípravu přepojení bude velice malý.
Opačným problémem je maximální velikost buňky. Teoretická max. vzdálenost je 35 km. Náklady na výstavbu a provoz takové buňky by však byly k použitému HW a nutnému vysílacímu výkonu enormní. Proto se volí kompromis, vždy podle konkrétní oblasti.
Využití buňky a znovu-užití frekvencí nám dávají spektrální účinnost systému. Ne v každé oblasti můžeme dosáhnout maximální účinnosti v hledem k problémům uvedeným v úvodu kapitoly (interference, hustota uživatel, náklady na stavbu a provoz aj.)
Spektrální účinnost můžeme zlepšit několika způsoby:
Nedostatek kanálů je díky tomuto rozdělení řešen opětovným využitím nosných frekvencí v dostatečně vzdálených buňkách. Větší kapacity přenosového systému můžeme dosáhnout zmenšením buněk (vysílacího výkonu základnových stanic). V začátcích GSM systému byly buňky plánovány na velikosti kilometrů nebo desítek kilometrů. Se stavbou buňky o poloměru min. jednoho kilometru totiž není problém. Naopak buňky o rozměrech menších, řekněme 300m, již nemusí být vhodné. Jedním z důvodů jsou ekonomické aspekty. Poměr mezi náklady na provoz a skutečným provozem v buňce totiž může být až přiliž vysoký. Dalším důležitým aspektem je, že mobilní uživatel se malými buňkami může pohybovat velice rychle a čas pro přípravu přepojení bude velice malý.
Opačným problémem je maximální velikost buňky. Teoretická max. vzdálenost je 35 km. Náklady na výstavbu a provoz takové buňky by však byly k použitému HW a nutnému vysílacímu výkonu enormní. Proto se volí kompromis, vždy podle konkrétní oblasti.
Využití buňky a znovu-užití frekvencí nám dávají spektrální účinnost systému. Ne v každé oblasti můžeme dosáhnout maximální účinnosti v hledem k problémům uvedeným v úvodu kapitoly (interference, hustota uživatel, náklady na stavbu a provoz aj.)
Spektrální účinnost můžeme zlepšit několika způsoby:
- Řízení vysílacího výkonu – umožňuje zmenšovat interference.
- Frekvenční hooping – změnou frekvence (vlnové délky) opět omezujeme interference.
- Přesušované vysílání – v závislosti na druhu odesílaných dat, je možné v některých okamžicích přerušovat vysílání a tím také omezit rušení další komunikace.
- Handover – mobilní stanice měří sílu přijímaného signálu od okolních stanic a je tedy schopna přepojit se na výhodnější základnovou stanici. I tímto způsobem lze minimalizovat interference.
Komentovat článek
Komentáře k článku
článek zatím nikdo nekomentoval
