Struttura del telaio GSM
In GSM (Sistema globale per le comunicazioni mobili), il tempo è diviso in unità chiamate "periodi di scoppio", ciascuno della durata di circa 0,577 millisecondi.Un frame GSM è costituito da otto periodi di scoppio, per un totale di 4,615 millisecondi e organizza diversi tipi di canali che gestiscono la voce, i dati e il controllo di rete.Ogni periodo di scoppio corrisponde a un canale fisico che trasporta informazioni, dati o informazioni di segnalazione.Questi canali aiutano la rete a gestire in modo efficiente la comunicazione tra i telefoni e la rete.La sua struttura di frame complessa, buona per la gestione dei segnali e dei dati inviati tra telefoni e torri di rete.Questo articolo esamina i dettagli della struttura del frame GSM, abbattendo le sue parti come multiframe, superframe, iperframe e bande di frequenza che utilizza.Spiegando questi componenti, miriamo a mostrare come GSM rende la comunicazione liscia, sicura e affidabile.Catalogare
Figura 1: gerarchia del telaio GSM
Multiframe GSM
Nel sistema GSM, i frame sono raggruppati in strutture chiamate multiframe.Questi multiframe aiutano a mantenere i tempi fluidi, alloca bene le risorse e assicurano che tutto rimanga in sintonia attraverso la rete.I multifames consentono al sistema di gestire il traffico utente e i segnali di controllo, garantendo una buona qualità del servizio, gestendo al contempo la larghezza di banda di rete limitata.Esistono due tipi principali di multiframe in GSM: multiframe di traffico e multiframe di controllo.
Figura 2: Multiframe GSM
Multiframe del traffico
Un multiframe di traffico ha 26 periodi di scoppio di oltre 120 millisecondi.Queste esplosioni sono le unità di tempo utilizzate per inviare voce e dati.La maggior parte delle 26 esplosioni vengono utilizzate per il traffico dell'utente (voce e dati), consentendo al sistema di mantenere la comunicazione senza interruzioni.Tuttavia, non tutti gli esplosioni sono per i dati dell'utente.
Due dei 26 esplosioni sono riservati per le attività di rete.Uno scoppio è per il Canale di controllo associato lento (SACCH), che invia importanti informazioni di controllo, come la potenza del segnale, le regolazioni dei tempi e il controllo dell'alimentazione, dal telefono alla rete.Sacc è importante per mantenere la connessione stabile e funzionare bene.
Il secondo scoppio riservato è un Periodo inattivo, dove non vengono inviati dati.Questo tempo inattivo aiuta la rete a rimanere in sintonia e impedisce la congestione.Agisce anche come tampone per ridurre le possibilità di scontri di segnale o interferenza tra trasmissioni diverse.
Questi esplosioni di controllo riservate aiutano a mantenere efficiente e affidabile la rete GSM.Senza di loro, la rete farebbe fatica a gestire i cambiamenti costanti della potenza del segnale e di altri fattori.
Figura 3: multiframe
Controllo multiframe
A differenza del multiframe del traffico, il multiframe di controllo viene utilizzato principalmente per la gestione della rete, non per il traffico dell'utente.Ha 51 periodi di scoppio di oltre 235,4 millisecondi, rendendolo più lungo del multiframe del traffico.Questa struttura aiuta la rete a funzionare senza intoppi e garantisce che i dispositivi possano comunicare correttamente con il sistema.
Il multiframe di controllo funziona sulla frequenza beacon, una frequenza speciale utilizzata per inviare importanti informazioni sulla rete.Contiene canali come il scoppio di correzione della frequenza (FCB) e il canale di controllo della trasmissione (BCH).
IL FCB Aiuta i dispositivi mobili a rimanere in sintonia con i tempi e la frequenza della rete.Questo è importante per evitare interferenze o chiamate abbandonate.IL Bch Invia informazioni di sistema a dispositivi, come codici di posizione e parametri di rete, aiuta i telefoni a connettersi e spostarsi tra le aree di rete.
Insieme, questi canali nel multiframe di controllo assicurano che tutti i dispositivi rimangano sincronizzati con la rete e abbiano le informazioni necessarie per mantenere una forte connessione, anche se le condizioni cambiano.Ciò consente agli utenti di spostarsi tra le diverse aree di rete rimanendo connessi.
Figura 4: Controllo multiframe
GSM Superframe
Nella rete GSM (Global System for Mobile Communications), un superframe aiuta a organizzare e sincronizzare la comunicazione.È un'unità che raggruppa più frame, migliorando il modo in cui la rete funziona.Un superframe include 51 multiframe di traffico o 26 multiframe di controllo, della durata di 6,12 secondi.Questa struttura garantisce che le informazioni fluiscano senza intoppi e in ordine.
Il SuperFrame aiuta a coordinare sia i dati degli utenti (come chiamate, messaggi e Internet) e segnali di controllo (come la configurazione delle chiamate e la gestione della rete).Organizzandoli in un superframe, il sistema GSM mantiene tutto in sintonia, consentendo dati efficienti e trasmissione del segnale di controllo.
Senza di essa, la comunicazione potrebbe essere disorganizzata, causando chiamate o ritardi abbandonati.Il superframe garantisce che tutte le funzioni di rete seguano un ritmo costante, impedendo interruzioni.La durata fissa di 6,12 secondi aiuta anche gli operatori di rete a pianificare le risorse in modo efficace e mantenere un servizio regolare.
Figura 5: Superframe GSM
Hyperframe GSM
Nella struttura di GSM (sistema globale per le comunicazioni mobili), l'iperframe è la più grande unità di tempo.È composto da 2.048 superframe e dura circa 3 ore, 28 minuti e 53,76 secondi.L'iperframe è una parte principale di come la rete GSM mantiene tutto in funzione, aiutando con attività importanti come il salto di frequenza e la crittografia per mantenere la comunicazione sicura e affidabile.
Salto di frequenza
L'iperframe aiuta con il salto in frequenza, un metodo utilizzato per migliorare la qualità del segnale e ridurre le interferenze.Questa tecnica prevede la modifica della frequenza di comunicazione regolarmente in modo che i segnali non rimangano su una frequenza per troppo tempo.Ciò riduce le possibilità di interferenza e rende la comunicazione più affidabile.Il tempismo fornito dall'iperframe garantisce che le frequenze cambino in un modello normale e aiutano anche a prevenire la deviazione.
Crittografia e sicurezza
L'iperframe svolge un ruolo importante nella crittografia di GSM, che protegge i dati di comunicazione dall'accesso a persone non autorizzate.L'iperframe aiuta a mantenere in sintonia i tempi dei dati crittografati, in modo che la crittografia possa funzionare correttamente su conversazioni o sessioni di dati lunghe.Se i tempi scendono, potrebbe indebolire la sicurezza, quindi il tempismo costante dell'iperframe è ottimo per mantenere la privacy.
Figura 6: Hyperframe GSM
Figura 7: cicli di interfaccia GSM
Bande di frequenza GSM
|
Sistema |
Banda |
Uplink (MHz) |
Downlink (MHz) |
Intervallo di numeri del canale |
|
GSM-850 |
Banda 5 |
824 - 849 |
869 - 894 |
128 - 251 |
|
GSM-900 |
Banda 8 |
890 - 915 |
935 - 960 |
1 - 124 |
|
DCS-1800 |
Banda 3 |
1710 - 1785 |
1805 - 1880 |
512 - 885 |
|
PCS-1900 |
Banda 2 |
1850 - 1910 |
1930 - 1990 |
512 - 810 |
|
GSM-400 |
Band 14/15 |
450 - 480 |
450 - 480 |
259 - 293/306 - 340 |
|
GSM-480 |
Banda 14 |
479 - 492 |
504 - 517 |
306 - 340 |
|
GSM-700 |
Banda 13/12/14 |
703 - 748 |
758 - 803 |
512 - 810 |
|
GSM-850 (ext.) |
Banda 26 |
814 - 849 |
859 - 894 |
128 - 251 |
|
GSM-R |
Banda 900 |
876 - 915 |
921 - 960 |
955 - 1023 |
|
Er-GSM |
Banda 900 ext. |
880 - 915 |
925 - 960 |
0 - 124 |
Applicazioni della struttura del telaio GSM
Gestione delle chiamate
GSM organizza i suoi frame per gestire più chiamate vocali contemporaneamente assegnando diversi slot e frequenze a ciascun utente.Per ogni chiamata, le fasce di tempo specifiche vengono assegnate all'interno di un frame, consentendo a diversi utenti di condividere lo stesso spettro di frequenza senza interferenze.Questo metodo, noto come multiplexing Time-Division, aiuta la rete a gestire un grande volume di chiamate mantenendo connessioni chiare e ininterrotte.
Trasmissione SMS
I messaggi di testo, o SMS, vengono inviati attraverso la rete GSM utilizzando i multiframe di controllo.Questi frame mettono da parte particolari fasce orarie per SMS, garantendo che i messaggi vengano consegnati prontamente anche quando il traffico vocale è elevato.Risiedendo slot per SMS nel canale di controllo, la rete garantisce una trasmissione di messaggi affidabile ed efficiente senza interrompere le chiamate in corso.
Gestione della mobilità
La caratteristica di GSM è la sua capacità di gestire il movimento degli utenti mentre le persone viaggiano tra diverse torri cellulari.Quando un utente si sposta, la rete utilizza frame di controllo per gestire la transizione di chiamate in corso o sessioni di dati a una nuova stazione base.Questo processo, noto come consegna, è precisamente programmato per prevenire le chiamate abbandonate, consentendo agli utenti di spostarsi attraverso le aree di copertura senza interruzioni in servizio.
Protocolli di sicurezza
La sicurezza in GSM è strettamente legata alla sua struttura del telaio.L'iperframe svolge un ruolo importante nel mantenere le comunicazioni sicure ripristinando periodicamente le chiavi di crittografia e decrittografia.Aggiornando queste chiavi in sintonia con il ciclo di iperframe, la rete garantisce che le chiamate vocali e i dati rimangano protetti dall'accesso non autorizzato, minimizzando il rischio di intercettazione.
Conclusione
La struttura del telaio GSM mostra l'ingegneria avanzata alla base della comunicazione mobile globale.Organizzando frame, multiframe, superframe e iperframe, GSM gestisce e sincronizza sia i dati che la voce attraverso la sua rete.Questa struttura non solo garantisce una comunicazione regolare, ma rafforza anche la sicurezza con metodi come il salto di frequenza e la crittografia.Il modo in cui GSM gestisce diverse bande di frequenza mostra la sua flessibilità di funzionare in vari ambienti in tutto il mondo.Comprendere come funzionano questi componenti aiuta a spiegare la complessità della tecnologia mobile e mette in evidenza l'importanza di GSM nelle moderne telecomunicazioni.Man mano che la tecnologia cresce e le richieste di rete aumentano, le idee di base nella struttura del telaio GSM continueranno a modellare i futuri sistemi di comunicazione mobile.
Domande frequenti [FAQ]
1. Qual è la struttura del canale di GSM?
Il sistema globale per le comunicazioni mobili (GSM) impiega una combinazione di Accesso multiplo (FDMA) di Frequence Division (FDMA) e Accesso multiplo (TDMA) per la struttura del canale.In FDMA, l'intero spettro di frequenza disponibile per GSM è diviso in 124 frequenze portanti distanziate a 200 kHz.Ognuna di queste frequenze viene quindi ulteriormente divisa usando TDMA, in cui ciascun canale di frequenza viene diviso in otto fasce orarie.Ogni time slot rappresenta un canale diverso utilizzato da un utente diverso.Questa struttura consente a più utenti di condividere la stessa frequenza senza interferenze allocando specifici fasce orarie per i loro segnali.
2. Quali sono le differenze GSM e LTE?
GSM (2G) e LTE (evoluzione a lungo termine, indicata come 4G) differiscono in tecnologia, velocità e funzionalità:
Tecnologia: GSM utilizza una combinazione di FDMA e TDMA.LTE utilizza accesso multiplo a divisione di frequenza ortogonale (OFDMA) per il downlink e la divisione di frequenza del vettore singolo Accesso multiplo (SC-FDMA) per uplink.
Velocità: LTE offre velocità dati più elevate, con velocità di download di picco fino a 300 Mbps e velocità di caricamento di 75 Mbps, rispetto alla velocità massima dei dati di GSM di circa 114 kbps.
Architettura di rete: GSM è un sistema a commutazione di circuito che gestisce la voce e i dati separatamente.LTE è interamente azionario dei pacchetti e in grado di gestire la voce e i dati sulla stessa rete basata su IP (Internet Protocol), aumenta l'efficienza.
Latenza: le reti LTE hanno una latenza inferiore rispetto a GSM, migliorando l'esperienza per le applicazioni che richiedono trasmissione di dati in tempo reale, come i giochi online o le videoconferenze.
3. Qual è il formato di GSM?
GSM utilizza un formato di dati che incapsula la voce nei pacchetti di dati per la trasmissione su segnali digitali.Ogni frame GSM è composto da 8 fasce orarie e ogni slot contiene uno scoppio di dati.Il formato di dati standard per un messaggio GSM include informazioni di sincronizzazione, codifica dei dati e dati utente, facilitando la comunicazione tra la rete e il dispositivo mobile.Questo formato garantisce un uso efficiente dello spettro e della sincronizzazione dell'accesso multiutente.
4. 5G usa GSM?
No, la tecnologia 5G non utilizza GSM.Il 5G è basato su nuove frequenze radio e una nuova architettura di rete progettata per migliorare la velocità, la capacità e la latenza rispetto alle generazioni cellulari precedenti.Utilizza tecnologie come MIMO MIMO, Beamforming e tecnologie di accesso più avanzate che differiscono dal sistema basato su FDMA/TDMA di GSM.
5. GSM è analogico o digitale?
GSM è una tecnologia cellulare digitale.Digitalizza e comprime i dati, quindi li invia un canale con altri due flussi di dati utente, ciascuno nella sua fascia oraria.GSM è stato progettato per sostituire le reti anziane di prima generazione analogica (1G), fornendo così una migliore sicurezza dei dati, trasmissioni vocali di qualità superiore e supporto per messaggi di testo e servizi di dati.