Op 2024/08/23 542

GSM -framestructuur

In GSM (Global System for Mobile Communications) is de tijd verdeeld in eenheden die 'burst -periodes' worden genoemd, die elk ongeveer 0,577 milliseconden duren.Een GSM -frame bestaat uit acht burst -periodes, in totaal 4,615 milliseconden en organiseert verschillende soorten kanalen die spraak, gegevens en netwerkbesturing afhandelen.Elke burst -periode komt overeen met een fysiek kanaal dat spraak-, gegevens- of signaalinformatie draagt.Deze kanalen helpen het netwerk efficiënt de communicatie tussen telefoons en het netwerk te beheren.De complexe framestructuur, goed voor het beheren van de signalen en gegevens die tussen telefoons en netwerktorens worden verzonden.Dit artikel kijkt naar de details van de GSM -framestructuur en breekt zijn onderdelen af ​​zoals de multiframe, superframe, hyperframe en de frequentiebanden die het gebruikt.Door deze componenten uit te leggen, willen we laten zien hoe GSM communicatie soepel, veilig en betrouwbaar maakt.

Catalogus

Figuur 1: GSM -framehiërarchie

GSM multiframe

In het GSM -systeem worden frames gegroepeerd in structuren die multiframes worden genoemd.Deze multiframes helpen de timing soepel te houden, middelen goed toe te wijzen en ervoor te zorgen dat alles in het netwerk synchroon blijft.Multifames laten het systeem gebruikersverkeer en bedieningssignalen afhandelen, waardoor een goede servicekwaliteit wordt gewaarborgd terwijl de beperkte netwerkbandbreedte wordt beheerd.Er zijn twee hoofdtypen multiframes in GSM: verkeer multiframes en besturing van multiframes.

Figuur 2: GSM Multiframe

Verkeer multiframe

Een verkeersmultiframe heeft 26 burst -periodes van meer dan 120 milliseconden.Deze uitbarstingen zijn de tijdseenheden die worden gebruikt om spraak en gegevens te verzenden.De meeste van de 26 bursts worden gebruikt voor gebruikersverkeer (spraak en gegevens), waardoor het systeem de communicatie zonder onderbrekingen kan behouden.Niet alle bursts zijn echter voor gebruikersgegevens.

Twee van de 26 bursts zijn gereserveerd voor netwerktaken.Eén burst is voor de Slow Associated Control Channel (SACCH), die belangrijke besturingsinformatie verzendt, zoals signaalsterkte, timingaanpassingen en stroomregeling, van de telefoon naar het netwerk.Sacch is belangrijk om de verbinding stabiel te houden en goed te werken.

De tweede gereserveerde burst is een stationair, waar geen gegevens worden verzonden.Deze inactieve tijd helpt het netwerk synchroon te blijven en voorkomt congestie.Het werkt ook als een buffer om de kansen op signaalbotsingen of interferentie tussen verschillende transmissies te verminderen.

Deze gereserveerde controle -bursts helpen het GSM -netwerk efficiënt en betrouwbaar te houden.Zonder hen zou het netwerk moeite hebben om de constante veranderingen in signaalsterkte en andere factoren aan te kunnen.

Figuur 3: Multiframe

Controleer multiframe

In tegenstelling tot de multiframe van het verkeer, wordt de multiframe van de besturing meestal gebruikt voor netwerkbeheer, niet voor gebruikersverkeer.Het heeft 51 burst -periodes van meer dan 235,4 milliseconden, waardoor het langer is dan het verkeer multiframe.Deze structuur helpt het netwerk soepel te verlopen en zorgt ervoor dat apparaten met het systeem correct kunnen communiceren.

De controle multiframe werkt op de bakenfrequentie, een speciale frequentie die wordt gebruikt om belangrijke netwerkinformatie te verzenden.Het bevat kanalen zoals de frequentiecorrectie burst (FCB) en het Broadcast Control Channel (BCH).

De FCB Helpt mobiele apparaten synchroon te blijven met de timing en frequentie van het netwerk.Dit is belangrijk om interferentie te voorkomen of gevallen oproepen te voorkomen.De BCH Verzendt systeeminformatie naar apparaten, zoals locatiecodes en netwerkparameters, helpt telefoons te verbinden en te verplaatsen tussen netwerkgebieden.

Samen zorgen deze kanalen in de multiframe van de besturing voor dat alle apparaten synchroon blijven met het netwerk en de informatie hebben die nodig is om een ​​sterke verbinding te behouden, zelfs als de omstandigheden veranderen.Hierdoor kunnen gebruikers zich tussen verschillende netwerkgebieden verplaatsen terwijl ze verbonden blijven.

Figuur 4: Multiframe besturing

GSM Superframe

In het GSM -netwerk (Global System for Mobile Communications) helpt een superframe helpt bij het organiseren en synchroniseren van communicatie.Het is een eenheid die meerdere frames groepeert, waardoor het netwerk wordt verbeterd.Een superframe omvat 51 verkeer multiframes of 26 bediening multiframes, die 6.12 seconden duren.Deze structuur zorgt ervoor dat informatie soepel en in volgorde stroomt.

Het superframe helpt zowel gebruikersgegevens (zoals oproepen, berichten en internet) als controlesignalen te coördineren (zoals oproepinstellingen en netwerkbeheer).Door deze in een superframe te organiseren, houdt het GSM -systeem alles in synchronisatie, waardoor efficiënte gegevens en besturingssignaaloverdracht mogelijk is.

Zonder dit kan communicatie ongeorganiseerd worden, waardoor gevallen oproepen of vertragingen veroorzaken.Het superframe zorgt ervoor dat alle netwerkfuncties een gestage ritme volgen, waardoor verstoringen voorkomen.De vaste duur van 6,12 seconden helpt ook om netwerkoperators bronnen effectief te plannen en een soepele service te behouden.

Figuur 5: GSM Superframe

GSM Hyperframe

In de structuur van GSM (Global System for Mobile Communications) is het hyperframe de grootste tijdeenheid.Het bestaat uit 2.048 superframes en duurt ongeveer 3 uur, 28 minuten en 53,76 seconden.Het hyperframe is een hoofddeel van hoe het GSM -netwerk alles soepel houdt, waardoor belangrijke taken zoals frequentiehoppen en codering helpen om de communicatie veilig en betrouwbaar te houden.

Frequentiehoppen

Het hyperframe helpt bij frequentiehoppen, een methode die wordt gebruikt om de signaalkwaliteit te verbeteren en interferentie te verminderen.Deze techniek omvat het regelmatig veranderen van de communicatiefrequentie, zodat signalen niet te lang op één frequentie blijven.Dit vermindert de kansen op interferentie en maakt communicatie betrouwbaarder.De timing van het hyperframe zorgt ervoor dat frequenties veranderen in een regelmatig patroon en ook helpt bij het voorkomen van afluisteren.

Encryptie en beveiliging

Het hyperframe speelt een belangrijke rol in de codering van GSM, die communicatiegegevens beschermt tegen toegang tot niet -geautoriseerde mensen.Het hyperframe helpt de timing van de gecodeerde gegevens synchroon te houden, zodat codering correct kan werken tijdens lange gesprekken of datasessies.Als de timing uitstapt, kan dit de beveiliging verzwakken, dus de gestage timing van het hyperframe is geweldig voor het handhaven van de privacy.

Figuur 6: GSM Hyperframe

Figuur 7: GSM -interface -cycli

GSM -frequentiebanden

Systeem	Band	Uplink (MHZ)	Downlink (MHz)	Kanaalnummerbereik
GSM-850	Band 5	824 - 849	869 - 894	128 - 251
GSM-900	Band 8	890 - 915	935 - 960	1 - 124
DCS-1800	Band 3	1710 - 1785	1805 - 1880	512 - 885
PCS-1900	Band 2	1850 - 1910	1930 - 1990	512 - 810
GSM-400	Band 14/15	450 - 480	450 - 480	259 - 293/306 - 340
GSM-480	Band 14	479 - 492	504 - 517	306 - 340
GSM-700	Band 12/13/14	703 - 748	758 - 803	512 - 810
GSM-850 (ext.)	Band 26	814 - 849	859 - 894	128 - 251
GSM-R	Band 900	876 - 915	921 - 960	955 - 1023
ER-GSM	Band 900 ext.	880 - 915	925 - 960	0 - 124

Toepassingen van GSM -framestructuur

Oproepbehandeling

GSM organiseert zijn frames om meerdere spraakoproepen tegelijkertijd te beheren door verschillende tijdslots en frequenties aan elke gebruiker toe te wijzen.Voor elke oproep worden specifieke tijdslots toegewezen binnen een frame, waardoor verschillende gebruikers hetzelfde frequentiespectrum kunnen delen zonder interferentie.Deze methode, bekend als time-divisie multiplexing, helpt het netwerk om een ​​groot aantal oproepen aan te pakken met behoud van duidelijke en ononderbroken verbindingen.

SMS -transmissie

Tekstberichten of sms worden via het GSM -netwerk verzonden met behulp van controle multiframes.Deze frames hebben bepaalde tijdslots opzij gezet voor sms, waardoor berichten onmiddellijk worden afgeleverd, zelfs wanneer spraakverkeer hoog is.Door slots te reserveren voor sms in het besturingskanaal, garandeert het netwerk betrouwbare en efficiënte berichttransmissie zonder lopende oproepen te verstoren.

Mobiliteitsbeheer

De functie van GSM is het vermogen om gebruikersbeweging te beheren terwijl mensen tussen verschillende celtorens reizen.Wanneer een gebruiker beweegt, gebruikt het netwerk bedieningsframes om de overgang van lopende oproepen of datasessies naar een nieuw basisstation af te handelen.Dit proces, bekend als een overdracht, is precies getimed om gevallen oproepen te voorkomen, waardoor gebruikers kunnen bewegen over dekkingsgebieden zonder onderbrekingen in dienst.

Beveiligingsprotocollen

Beveiliging in GSM is nauw verbonden met zijn framestructuur.Het hyperframe speelt een belangrijke rol bij het handhaven van beveiligde communicatie door periodiek codering en decoderingsleutels te resetten.Door deze toetsen bij te werken met de hyperframe -cyclus, zorgt het netwerk ervoor dat spraakoproepen en gegevens worden beschermd tegen ongeautoriseerde toegang, waardoor het risico op onderschepping wordt geminimaliseerd.

Conclusie

De GSM -framestructuur toont de geavanceerde engineering achter wereldwijde mobiele communicatie.Door frames, multiframes, superframes en hyperframes te organiseren, verzorgt en synchroniseert GSM zowel gegevens als spraak in het netwerk.Deze structuur zorgt niet alleen voor soepele communicatie, maar versterkt ook de beveiliging met methoden zoals frequentiehoppen en codering.De manier waarop GSM verschillende frequentiebanden beheert, toont zijn flexibiliteit om te werken in verschillende omgevingen over de hele wereld.Inzicht in hoe deze componenten werken, helpt de complexiteit van mobiele technologie te verklaren en benadrukt het belang van GSM in moderne telecommunicatie.Naarmate de technologie groeit en de netwerkeisen toenemen, zullen de basisideeën in de GSM -framestructuur toekomstige mobiele communicatiesystemen blijven vormen.

Veelgestelde vragen [FAQ]

1. Wat is de kanaalstructuur van GSM?

Het Global System for Mobile Communications (GSM) maakt gebruik van een combinatie van frequentiedivisie Multiple Access (FDMA) en Time Division Multiple Access (TDMA) voor kanaalstructuur.In FDMA is het gehele frequentiespectrum dat beschikbaar is voor GSM verdeeld in 124 dragerfrequenties op afstand van 200 kHz uit elkaar.Elk van deze frequenties wordt vervolgens verder verdeeld met behulp van TDMA, waarbij elk frequentiekanaal wordt opgesplitst in acht tijdslots.Elke tijdslot vertegenwoordigt een ander kanaal dat door een andere gebruiker wordt gebruikt.Met deze structuur kunnen meerdere gebruikers dezelfde frequentie delen zonder interferentie door specifieke tijdslots toe te wijzen voor hun signalen.

2. Wat zijn GSM- en LTE -verschillen?

GSM (2G) en LTE (langdurige evolutie, aangeduid als 4G) verschillen in technologie, snelheid en functionaliteit:

Technologie: GSM maakt gebruik van een combinatie van FDMA en TDMA.LTE gebruikt orthogonale frequentie-divisie multiple access (OFDMA) voor downlink en single carrier frequentie divisie multiple access (SC-FDMA) voor uplink.

Snelheid: LTE biedt hogere gegevenssnelheden, met piek downloadsnelheden van maximaal 300 Mbps en uploadsnelheden van 75 Mbps, vergeleken met de maximale gegevenssnelheden van GSM van ongeveer 114 kbps.

Netwerkarchitectuur: GSM is een circuitgeschakeld systeem dat spraak en gegevens afzonderlijk behandelt.LTE is volledig in pakket geschakeld en in staat om spraak- en gegevens te verwerken via hetzelfde internetprotocol (IP) -gebaseerde netwerk, verhoogt de efficiëntie.

Latentie: LTE-netwerken hebben een lagere latentie in vergelijking met GSM, waardoor de ervaring voor applicaties wordt verbeterd die realtime gegevensoverdracht vereisen, zoals online gaming of videoconferenties.

3. Wat is het formaat van GSM?

GSM gebruikt een gegevensformaat dat spraak in datapakketten inkapselt voor transmissie via digitale signalen.Elk GSM -frame bestaat uit 8 tijdslots en elke slot bevat een uitbarsting van gegevens.Het standaard gegevensformaat voor een GSM -bericht omvat synchronisatie -informatie, coderingsgegevens en gebruikersgegevens, waardoor de communicatie tussen het netwerk en het mobiele apparaat wordt vergemakkelijkt.Dit formaat zorgt voor een efficiënt gebruik van het spectrum en synchronisatie van de multi-user toegang.

4. Gebruikt 5G GSM?

Nee, 5G -technologie maakt geen gebruik van GSM.5G is gebouwd op nieuwe radiofrequenties en een nieuwe netwerkarchitectuur die is ontworpen om snelheid, capaciteit en latentie ten opzichte van eerdere cellulaire generaties te verbeteren.Het maakt gebruik van technologieën zoals massieve MIMO, beamforming en meer geavanceerde toegangstechnologieën die verschillen van het FDMA/TDMA-gebaseerde systeem van GSM.

5. Is GSM analoog of digitaal?

GSM is een digitale mobiele technologie.Het digitaliseert en comprimeert gegevens en stuurt deze vervolgens een kanaal af met twee andere streams van gebruikersgegevens, elk in zijn eigen tijdslot.GSM is ontworpen om oudere analoge eerste generatie (1G) -netwerken te vervangen, waardoor betere gegevensbeveiliging, spraaktransmissies van hogere kwaliteit en ondersteuning voor sms-berichten en datadiensten worden geboden.