H/TF SACCH/ TH SACCH /C4 SACCH /C8 FACC H/F FACC H/H SDCC
3.5. PROCESO DE TRANSMISIÓN EN GSM.
3.5.5. PREPARACIÓN DEL BURST.
Como se mencionó anteriormente, cada transmisión desde un MS/BTS debe incluir alguna información extra, como son los 26 bits de secuencia training, 2 bits de bandera y 6 tail bits. El proceso de preparación del burst es añadir estos bits a la voz/datos básicos (57 + 57 = 114 bits) que serán enviados.
Consecuentemente esto incrementara el burst de 114 a 148 bits, incrementando así la tasa de transmisión en el aire.
En GSM, la entrada del burst para 20ms de voz es de 456 bits recibidos del cifrado. El formato del burst añade 136 bits a este, dando un total así de 592 bits. Sin embargo, cada timeslot en la trama TDMA tiene un tamaño de 0.577ms. Esto proporciona suficiente tiempo para que 156.25 bits sean transmitidos (cada bit toma 3.7µs), pero un burst contiene solamente 148 bits. El resto del espacio, 8.25 bit times, está vacío y se le llama periodo de guardia (GP). Este tiempo es usado para permitir en el MS/BTS lo que se conoce como “ramp up” y “ramp down”. El ramp up se refiere a obtener la potencia de la bateria/sumunisitro de poder para la transmisión. El ramp down se realiza después de cada transmisión para asegurar que el MS no esta transmitiendo durante timeslots asignados a otros MS’s.
La salida de la preparación del burst es un burst de 156.25 bits (un burst) o 625 bits (4 burst) para una muestra de 20ms. El Bit Rate para la transmisión en GSM puede calcularse para ser de 270.9Kbps (156.25/0.577).
3.5.6. MODULACIÓN DIGITAL EN GSM.
El principal objetivo de la modulación es convertir los datos a ser transmitidos en una forma que se ajuste tanto a los requisitos de transmisión del medio usado como a cualquiera impuesto por el sistema y las operaciones.
La modulación que más se adapta es la GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying), que es una modulación en frecuencia digital binaria lineal, con un índice de modulación de 0.5 en la que se ha realizado previamente sobre la señal moduladora un filtrado Gaussiano con 0.3 de producto BT, donde 0.3 describe el ancho de banda del filtro Gaussiano con relación al Bit Rate de la señal (BT=0.3). GMSK es un tipo especial de modulación FM. Los unos y ceros binarios se
representan en GSM por desplazamientos en frecuencia de ±67.708KHz. La velocidad de datos en GSM es de 270.833333Kbps, que es exactamente cuatro veces el desplazamiento en frecuencia. Esto minimiza el ancho de banda ocupado por el espectro de modulación y por tanto mejora la capacidad del canal. La señal MSK modulada se pasa a través de un filtro Gaussiano para atenuar las variaciones rápidas de frecuencia que de otra forma esparcirían energía en los canales adyacentes.
En esta modulación, al presentarse un 1 la señal se adelanta 90°, es decir, se mueve a la izquierda, y si se presenta un 0 se atrasa 90°, es decir a la derecha.
Fig. 3.31. Diagrama I/Q modulación GMSK. 3.5.6.1. MODULACIÓN MSK.
Los bits deben ser enviados a través del aire usando una frecuencia portadora. GSM utiliza la técnica de modulación MSK.
MSK es un tipo especial de FSK ("Frecuency Shift Keying"), con fase continua y un índice de modulación de 0.5.
La modulación de frecuencia FSK o de fase PSK es utilizada en varios sistemas bajo formatos de 2 o 4 niveles. Normalmente se realiza un filtrado previo de características particulares para obtener la eficiencia espectral más conveniente. Son dos los tipos de filtros aplicados:
-Filtro coseno realzado (Raised Cosine Rolloff Filter). Este tipo satisface la condición de Nyquist de anulación de la señal en los instantes de decisión anteriores y posteriores (interferencia intersímbolo ISI igual a cero). La respuesta en frecuencia tiene la siguiente ley:
H(f)= ½.[1 + cos π .(1+{f-f N /f N .ß})/2] donde (1+ß) =f =f N .(1-ß)
-Filtro Gaussiano (Gaussian Pulse-Shaping Filter). Este filtro no satisface el criterio de Nyquist de ISI cero. La función transferencia en frecuencia y la respuesta temporal a un impulso de señal son exponenciales:
H(f)= exp (-α2 . f2 ) y h(t)= π /α . exp (-π . t/α )2
Donde α = 1,1774/BW y el ancho de banda BW es a 3dB. Si el valor de α se incrementa la eficiencia espectral disminuye y la dispersión temporal del pulso de salida aumenta.
La modulación de fase continua CP-FSK (Continuous Phase Frequency Shift
Keying) se produce filtrando la señal digital antes de alcanzar al modulador FSK.
Cuando el filtro cumple ciertas condiciones se tiene la modulación MSK (Minimum
Shift Keying). MSK corresponde a una desviación máxima igual a la mitad de la
tasa de bits (índice de modulación K de 0,5). El índice de modulación se define como K= 2∆F/Rb, donde ∆F es el corrimiento de frecuencia máximo y Rb la tasa de datos.
En MSK la palabra Minimun significa que es el menor valor (mínima separación de frecuencia) que es factible de ser demodulada coherentemente ortogonal. Cuando el tipo de filtro es Gaussiano la modulación se denomina GMSK. Esta es utilizada en el sistema celular.
3.5.6.2. MODULACIÓN GMSK ("GAUSSIAN MINIMUM SHIFT KEYING").
GMSK es un esquema de modulación binaria simple que se puede ver como derivado de MSK. En GMSK, los lóbulos laterales del espectro de una señal MSK se reducen pasando los datos modulantes a través de un filtro Gaussiano de premodulación. El filtro Gaussiano aplana la trayectoria de fase de la señal MSK y por lo tanto, estabiliza las variaciones de la frecuencia instantánea a través del tiempo. Esto tiene el efecto de reducir considerablemente los niveles de los lóbulos laterales en el espectro transmitido.
El filtrado convierte la señal, donde cada símbolo en banda base ocupa un periodo de tiempo T, en una respuesta donde cada símbolo ocupa varios periodos. Sin embargo, dado que esta conformación de pulsos no cambia el modelo de la trayectoria de la fase, GMSK se puede detectar coherentemente como una señal MSK, o no coherentemente como una señal simple FSK. En la práctica, GMSK es muy atractiva por su excelente eficiencia de potencia y espectral. El filtro de premodulación, por tanto, introduce interferencia intersimbólica (ISI) en la señal transmitida, y se puede mostrar que la degradación no es grave si el parámetro BT del filtro es mayor de 0.5. Debido que en GSM tenemos que el BT es 0.3, vamos a tener algunos problemas de ISI y es por ello por lo que en GSM la señal no es totalmente de envolvente constante. Como se sabe, una señal cuadrada posee un número infinito de componentes espectrales, al aplicársele un filtro Gaussiano, se reducen la intensidad y el número de las componentes de esta señal.
La manera más simple de generar una señal GMSK es pasar una cadena de mensajes a través de un filtro Gaussiano pasa bajos como los descritos anteriormente, seguido de un modulador de FM. Esta técnica de modulación se usa actualmente en una gran cantidad de implementaciones analógicas y digitales para el CDPD norteamericano así como para GSM.