GSM sieť, teda predstaviteľ sietí druhej generácie, bola plne digitalizovaná. To znamená, že z hľadiska prenášania informácií je jedno, či sa v digitálnej podobe prenáša hlas alebo klasické dáta. Každý digitalizovaný hovorový kanál má po použití GSM kodeku (pre prevod hlasu z analógovej na digitálnu formu) rýchlosť 13 kbit/s.
Analógový spojitý signál je rozdelený do 20 ms úsekov, kde je každá takáto hlasová vzorka transformovaná na dátový rámec o veľkosti 260 bitov (260/0,02 = 13 kbit/s). Pred samotným bezdrôtovým prenosom sa ešte pridajú ochranné bity na zabezpečenie signálu voči chybám (šum, odrazy signálu, rušenie a pod). Takto (kontrolovane) bitovo navýšený rámec má veľkosť až 456 bitov, preto sa celková prenosová rýchlosť zvýši až na 22,8 kbit/s (456/0,02).
Poslednou úpravou je pridanie signalizačných bitov, potrebných pre zabezpečenie spojenia. Výsledná efektívna prenosová rýchlosť hovorového kanálu tak predstavuje 33,854 kbit/s.
Pre prenos používateľských dát je možné použiť iba prenosovú rýchlosť digitálneho kanálu, teda spomínaných 22,8 kbit/s. Všeobecný dátový prenos však pre spoľahlivé spojenie potrebuje zabezpečovacie bity tiež.
Prvý spôsob dátového prenosu, označovaný ako CSD (Circuit Switched Data) dosahoval prenosovú rýchlosť 9,6 kbit/s, zvyšných 13,2 kbit/s tvorili režijné zabezpečovacie dáta. Po odskúšaní v praxi sa zistilo, že dáta až tak robustné zabezpečovacie mechanizmy nepotrebujú, preto prišlo k ich oslabeniu a navýšeniu prenosovej rýchlosti až na 14,4 kbit/s. Potrebný bol ale kvalitnejší signál. Najmä na okraji buniek (pri veľkej vzdialenosti od základnej BTS stanice) táto prenosová rýchlosť výrazne klesala.
Keďže navyšovanie prenosovej rýchlosti uberaním zabezpečovacích bitov už ďalej pokračovať nemohlo, technológia HSCDS (High Speed Circuit Switched Data) priniesla ďalší spôsob - využitie viacerých časových slotov.
Jeden rámec rádiového kanálu obsahuje 8 časových slotov. Pridelenie počtu slotov je závislé na počte pridelených kanálov a schopnostiach samotnej mobilnej stanice (mobilného telefónu). Medzi základnou stanicou (BTS) a jej riadiacou jednotkou BSC (base station controller) sú dáta prenášané rýchlosťou 16 kbit/s pre každý kanál - to postačuje na prenos hlasu (13 kbit/s) alebo dát rýchlosťou 14,4 kbit/s.
Prenos týmto spôsobom je často asynchrónny, čo znamená, že pre prenos smerom k používateľovi je pridelených viac slotov, než smerom od neho. Štandard HSCSD definuje niekoľko tried prevádzky. K najpoužívanejším variantom patrila trieda 3 (2 sloty pre oba smery, s rýchlosťou 22,8 kbit/s) a trieda 4 (3 sloty pre príjem – 43,2 kbit/s a 1 slot pre vysielanie – 14,4 kbit/s).
GPRS (General Packet Radio System) priniesol princíp prepájania paketov, známy z dátových sietí (internet). Prenosové kapacity tak nie sú prideľované a vyhradené počas celého trvania komunikácie. Pre všetkých používateľov sú stále rovnako dostupné.
Prepájanie okruhov bol spôsob známy vďaka sieti pevných liniek, kde má každé vytvorené spojenie vyhradenú časť prenosovej kapacity. Žiadne iné spojenie spojenie do nej nemá prístup. To znamená, že aj v prípade, ak boli obaja používatelia ticho a neprednášali žiadne dáta, kanál ostával po celý čas rezervovaný zbytočne a jeho kapacita nemohla byť použitá iným spojením. Pri prepojovaní paketov je ale naopak prenosová kapacita zdielaná všetkými spojeniami, preto je využitie prostriedkov omnoho efektívnejšie.
 | TÉMA: Ako fungujú GSM sieteS týmito troma písmenkami sa používatelia mobilných telefónov stretávajú viac než dve desaťročia. Niekto však možno stále nevie, ako presne GSM technológia funguje. |
Zavedenie GPRS do GSM siete, ktorá dovtedy fungovala na princípe prepájania okruhov, si vyžadovalo výrazné zásahy do jej architektúry. Základným krokom bolo "pripojenie" druhej siete (podporujúcej prepojovanie paketov) a rozšírenie riadiacej jednotky BSC o blok PCU (Packet Controller Unit) - tam sa tieto dve siete stretávajú. Pre ďalšiu podporu takéhoto prenosu vznikol aj nový prvok, GSN (GPRS Support Node), skladajúci sa z dvoch častí:
SGSN (Serving GSN)
- pre smerovanie dátových paketov a obsluhu používateľov prihlásených do GPRS siete
- pre šifrovanie a autentizáciu
- pre komunikáciu s HLR a MSC
GGSN (Gateway GSN)
- poskytuje rozhranie k externým sieťam založeným na IP protokole
- pre komunikáciu GSSN a SGSN prostredníctvom GTP (GPRS Tunelling Protocol) založeného na transportných protokoloch IP sietí (TCP a UDP)
Prenosové rýchlosti GPRS opäť vychádzajú z hodnoty 22,8 kbit/s. Snaha o eliminovanie kontrolných bitov priniesla 4 kódovacie schémy, podľa podmienok, v akých sa signál šíri.
Triedy GPRS
Pri optimálnych podmienkach (pri použití triedy CS-4 a priradeniu všetkých 8 časových slotov) je maximálna teoretická rýchlosť 21,4*8 = 171,2 kbit/s. Dosiahnutie tejto hodnoty je však veľmi nepravdepodobné, v praxi prenosové rýchlosti nezvyknú dosahovať ani polovicu zo svojho teoretického maxima.
Technológia GRPS dostala z rádiového rozhrania maximum. Pre ďalšie navyšovanie rýchlostí bolo potrebné zmeniť techniku modulácie. EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) prišlo s novým typom modulácie, nazvaným 8 PSK (Phase Shift Keying), namiesto GSMK (Gaussian minimum Shift Keying). Modulácia je proces, pri ktorom sa základný signál namoduluje na určitú nosnú frekvenciu, ktorá je vhodná pre prenos napríklad bezdrôtovým prostredím (FM – frekvenčná modulácia známa z vysielania rozhlasu).
Nová modulovacia technika je osemstavová, namiesto dvojstavovej GSMK. To umožnilo výraznejšie navýšenie bitovej rýchlosti, ktorá dosahuje približne 48 kbit/s na jeden časový slot. Pri využití všetkých 8 slotov tak dostávame maximálnu teoretickú rýchlosť až 384 kbit/s. V praxi sa dosahované rýchlosti u operátorov pohybujú pod 200 kbit/s pre download a 50 kbit/s pre upload. Rovnako ako pri GPRS, aj pri EDGE je dôležitá intenzita signálu. S nedostatočnou úrovňou rýchlosť rapídne klesá.
Autor je systémový a sieťový administrátor.
Diskusia k článku:
Martin Hrúzik 26.12.2013 - 14:03
Ten zaver je nejaky urezany, ako keby sme skoncili na EDGE. Dufam ze bude pokracovanie. Inak vyborny clanok.
petris26.12.2013 - 15:17 Trvalý odkaz
mna by zaujimalo ci autor ma nejake znalosti z praxe lebo ako sietovy admin v jazykovej skole - linked in vie - ktory studoval a dalej studuje na vsb v ostrave to asi ma teoreticky zmaknute ale prax v oblasti mobilnych sieti je prax. neda sa nahradit. predpokladam ze v mieste kde aktualne autor robi sietoveho admina nemaju vlastnu mobilnu siet a ine zamestnanie ktore by malo suvis s mobilnymi sietami som unho nenasiel ;-) tym samozrejme jeho teoreticke vedomosti nespochybnujem len si myslim ze toto nieje tema pre zakaznikov mobilnych operatorov na uzivatelskej urovni ktori su vacsinou z prostredia laikov.
ja si myslim ze zakaznikovi ako takemu na urovni uzivatelskej nebude fungovanie siete ani po precitani tohoto clanku jasne a v podstate uzivatel ani nepotrebuje vediet aka je prenosova rychlost hovoroveho kanalu a pod. teoreticke detaily.
tiez si nemyslim ze niektory z nasich operatorov ma svoju edge siet v konfiguracii 384 kbit/s.
pozname aj evolved edge s teoretickou maximalnou prenosovou rychlostou 1 Mbit/s. edge teda neskoncilo pri maximalke 384 kbit/s ale sa dalej vyvijalo no operatori uz novsie generacie nenasadzovali pretoze prislo 3g :-)
Jaroslav Frnda26.12.2013 - 16:57 Trvalý odkaz
Dobry den,
Myslim ze ste trosku nepochopili ucel tychto clankov. Cielom tychto clankov je pre tych ktorých by to zaujmalo priblizit technologie s ktorymi su neustale v kontakte, pricom nie je potrebne podrobne rozoberat technicky stav, ale priblizit principy fungovania. Mate pravdu ze moja domena su pocitacive siete a kvalita Triple play sluzieb, kde kooperujem na niekolkych narodnych grantovych sutaziach v Ceskej republike a mobilne siete su skor moj konicek. Pokial ste mi tam nasli nejaku technicku chybu, rad ju opravim,ale Vasa poznamka o praxi v telco firmach mi pride pri tychto clankoch vcelku irelevantna.
S pozdravom
jf
petris26.12.2013 - 17:20 Trvalý odkaz
tu nejde o technicke chyby - nie nenasiel som ziadnu. tu ide o to ze laikom je podla mojho nazoru uzitocnejsie povedat ake dostupne technologie su u nas v praxi nasadene co vplyva na ich kvalitu a ako funguju kedy ale netreba isto do detailov viz vyssie uvedena prenosova rychlost hovoroveho kanalu ktora laikovi naozaj nema co povedat rovnako ako kanalove kodovanie a podobne technicke detaily.
to je moj nazor. netvrdim ze clanok nenajde aj citatelov ktori budu vediet o com je rec ale takych bude zdrvujuca mensina.
prakticke skusenosti v oblasti mobilnych sieti teda nemate. dakujem za info ktore sa vam zda irelevantne.
Jaroslav Frnda26.12.2013 - 17:34 Trvalý odkaz
Ked uz trvate na praktickych skusenostiach, pocas studia, som sa podielal na mapovani a simulovani pokrytia Ostravy jednolivymi BTS operatorov, rovnako tak navrh umiestenia novych BTS v oblastiach slabeho pokrytia tak, aby sa vyriesil problem zo zasahovanim prekazok do Fresnelovej zony, dalej prakticke testovanie BTS od T-Mobilu ohladom na deklarovane a namerane parametre v reale(BER) a implementacia vlastnej BTS pomocou openBTS