Процесс передачи в стандарте GSM

Процесс передачи в системе GSM можем разделить на несколько этапов.

* Аналого-цифровое преобразование (АЦП):

- формирование выборки сигнала (дискретизация);

- квантование по уровням;
- кодирование.

*Сегментация

*Речевое кодирование

* Канальное кодирование

* Перемежение (интерливинг)

* Шифрование

* Формирование циклов

* Модуляция и передача

Аналого-цифровое преобразование (АЦП). (Analog To Digital (A/D) Conversion)

Одним из первых этапов обработки сигнала MS является преобразование аналогового речевого сигнала в цифровой вид: A/D Conversion. Результатом преобразования аналогового сигнала в цифровую форму является набор бит (нулей и единиц)

Процесс преобразования речи в цифровой сигнал носит название ИКМ (Импульсно кодовой модуляции). Процесс ИКМ включает в себя три основных этапа:

• Дискретизацию по времени

• Квантование по уровню

• Кодирование

Дискретизация (Sampling)

Дискретизация или формирование выборки сигнала означает измерение уровня аналогового сигнала в определённые интервалы времени.

Частота следования отсчётов должна, по крайней мере, подчиняясь теореме Котельникова, в два раза превышать наивысшую частоту в спектре непрерывного сигнала. Полученный дискретный сигнал может быть передан по каким-либо линиям связи и из него фильтром нижних частот на стороне приёмника может быть однозначно восстановлен исходный аналоговый сигнал.

С другой стороны, непрерывный сигнал может иметь бесконечный спектр частот, но так как гармоники этого сигнала могут монотонно уменьшаться по амплитуде при увеличении номера гармоники, то с некоторой степенью точности можно считать спектр такого сигнала ограниченным.

Обычная речь, передаваемая в телефонии, содержит частоты, лежащие в диапазоне от 300 до 3400 Гц. Мощность наивысшей частоты речи невелика, поэтому может не приниматься во внимание. Согласно теории дискретизации аналоговых сигналов частота формирование выборки сигнала должна равняться 2х3.4 кГц = 6.8 кГц. В телекоммуникационных системах частота дискретизации составляет 8 кГц.

Квантование (Quantization)

Следующий этап - этап квантования. Квантование позволяет каждому полученному при дискретизации отсчёту (уровню сигнала) присвоить конкретное значение. В связи с этим амплитуда сигнала во время его дискретизации измеряется, а затем сопоставляется с заранее известными уровнями сигнала, таким образом, абсолютное значение измеренного сигнала заменяется на конкретное значение - номер уровня заранее известной последовательности.

Преобразование сигнала из аналогового в цифровой вид вносит погрешность, которая называется «ошибкой квантования». Величина зависит от количества уровней. Следует отметить, что в обычной телефонии используется 256 уровней квантования, в то время как в системе GSM используется 8192 уровня.

Кодирование (Coding)

Процесс кодирования включает в себя преобразование квантованных значений в бинарный код 1/0.

Каждое значение представляется бинарным кодом из 13 бит (2¹³=8192). Например, значению 2157 будет соответствовать число O1OOOO11O11O1.

Табл. 6 Представление числа 2157 двоичным кодом

Результатом аналого-цифрового преобразования является оцифровка 8000 отчётов за секундный интервал и представление каждого отсчёта в виде бинарного кода длинной в 13 бит. Последнее в терминах скорости передачи данных соответствует скорости в 104 Кбит/с.

В случае если 8 абонентов используют один радиоканал (одну несущую), то общая скорость передачи составляет 8х104 Кбит/с = 832 Кбит/с.

В большинстве систем передачи за одну секунду в полосе 1 Гц передаётся 1 бит информации. Исходя из того, что полоса радиоканала в стандарте GSM составляет 200кГц, можно понять, что 8 абонентов не могут быть обслужены со скоростью 832Кбит/с. Для осуществления передачи абонентской информации с требуемой скоростью в системе GSM осуществляется сегментация и несколько измененное речевое кодирование.

Сегментация (Segmentation)

Основным методом уменьшения скорости битового потока, представляющего собой закодированную речь, является передача информации о речи, а не самой речи, то есть в системе GSM непосредственно речевые сигналы не передаются.