1. 소개
휴대폰은 기지국의 대형 스피커를 통해 방송 채널 (주파수 동기화 FCCH , 타임 슬롯 동기화 SCH, 방송 제어 채널 BCCH )이 방송 하는 정보를 통해 기지국을 찾았다.
그러나 이것이 휴대폰이 기지국의 무선 리소스를 사용하여 무선 네트워크에 액세스 할 수 있다는 의미는 아닙니다.
셀룰러 무선 통신은 WIFI 통신과는 다르며 무선 자원에 대한 WIFI 접속 신청이 필요하지 않습니다. 먼저 방문하여 충돌이 있는지 확인하고 공정한 경쟁 전략을 채택합니다.
그렇다면 셀룰러 무선 통신은 철저한 중앙 집중식 전략이며, 휴대폰은 먼저 무선 자원을 신청해야하며, 기지국은 캐리어와 시간 슬롯이 균일하게 할당 된 후 무선 자원을 사용할 수 있습니다.
실제로 여기에는 역설이 있습니다. 무선 자원이 없으면 기지국에 접속할 수 없으며, 기지국에 접속하려면 미리 무선 자원을 신청해야하는 무한 루프입니다.
셀룰러 무선 통신이이 문제를 어떻게 해결합니까?
셀룰러 무선 통신은 병원이 유사하게 긴장된 전문가 자원 할당을 처리해야하는 방법을 빌려 왔습니다.
정해진 창구와 정해진 시간에 등록을 예약하세요! 등록 시간이 지났거나 리소스가 모두 사용되어 등록에 실패했습니다.
등록에 성공하면 의사 캐리어 자원과 해당 시간 슬롯이 환자에게 할당되어 환자가 의료 서비스를 즐길 수 있습니다.
이 프로세스를 셀룰러 무선 통신에서 "랜덤 액세스 프로세스" 라고합니다 !
2. GSM 랜덤 액세스 프로세스
(0) 휴대폰이 기지국과 동기화됩니다.
휴대폰은 먼저 주파수 동기화, 타임 슬롯 동기화, 셀 캐리어 및 기타 정보 획득, 셀 선택을위한 FCCH, SCH, BCCH 및 기지국과 같은 다운 링크를 통해 공통 채널을 브로드 캐스트합니다.
(1) 랜덤 액세스 신청 (등록)
휴대폰은 셀의 공개 등록 창 (공개 업 링크 랜덤 액세스 채널 RACH)을 통과하고, 무선 자원 (캐리어 주파수 및 시간 슬롯)에 대한 기지국에 적용하고, 5 비트 랜덤 액세스 식별자와 가입 할 것으로 예상되는 기지국의 ID를 암호화합니다. 함께베이스 스테이션에 제출하십시오.
기지국은 공중 업 링크 랜덤 액세스 채널에서 휴대폰의 랜덤 액세스 애플리케이션을 모니터링하고, 신호를 복조하고, 데이터를 해독하고, 휴대폰의 랜덤 액세스 식별 번호를 획득합니다. 그리고 기지국 컨트롤러 BCS는 랜덤 액세스 애플리케이션을 보냅니다.
(2) 랜덤 액세스 허용
기지국 BTS 기지국 컨트롤러가 랜덤 액세스를 허용 한 후, 휴대폰의 독점 제어 채널 SDCCH를 할당합니다 ( 사실 TDMA 프레임에서 캐리어 + 타임 슬롯 + 위치 전송 전력 및 기타 리소스) . 그리고 다운 링크 공개 액세스 채널 AGCH를 통해 휴대폰에 알립니다.
노트:
AGCH는 공통 채널이므로 셀의 모든 휴대폰은이 정보를 받게되며, 예를 들어 위 그림의 휴대폰 1과 2는 기지국 BTS 랜덤 액세스 권한을 받게됩니다.
휴대폰이해야 할 일은 허가 데이터의 랜덤 액세스 식별자가 자신의 식별자와 일치하는지, 일관성이 없는지 확인하는 것입니다. 이는 기지국이 휴대폰에 할당 한 공통 채널 리소스를 적극적으로 포기합니다.
그러나 여기에 문제가 있습니다.
- 휴대폰이 기지국에서 할당 한 휴대폰 전용 채널을 적극적으로 포기하지 않으면 어떻게해야합니까?
- 휴대 전화의 랜덤 액세스 번호는 6 비트에 불과하고 사용자 집약적 인 지역에서는 사용자 1과 사용자 2가 동시에 액세스합니다.
휴대폰을 식별하기위한 6 비트 난수만으로는 충분하지 않으며 AGCH는 임의 접속을 신청하는 휴대폰에 전용 제어 채널 물리 계층 자원 SDCCH (반송파 + 시간 슬롯 + TDMA 프레임 내 위치 + 물리 계층에서 전송) 만 할당합니다. 전원 및 기타 리소스) MAC 계층에서 휴대폰에 대한 추가 확인이 필요합니다.
(3) SABM 프레임
휴대폰이 기지국으로부터 랜덤 액세스 권한을 수신하면, 기지국이 전용 제어 채널 SDCCH를 휴대폰에 할당했음을 나타냅니다.
그러나 기지국은 실제로 휴대폰의 고유 정보를 알지 못합니다. 이때 휴대폰은 액세스 이유, 휴대폰 식별 코드 IMEI , 휴대폰 유형, 전송 전력 수준, 암호화 알고리즘 등을 포함하여 SABM 프레임을 통해 자신의 정보를 기지국에보고해야합니다 . 그리고이 정보를 사용하여 링크 레이어 리소스를 할당합니다.
동시에 기지국은 SABM 프레임을 휴대폰으로 다시 전송하며, 전송할 SABM 프레임을 UA 프레임이라고도합니다.
（4） UA 帧
휴대폰은 UA 프레임을 수신하고이를 자체 전송 한 UA 프레임과 비교하여 기지국에서 할당 한 전용 제어 채널 SDCCH가 자신에게 할당되었는지 여부를 판단한다.
정확히 동일하다면 기지국이 자신을 수락했으며 이전에 할당 된 제어 채널 SDCCH를 사용할 수 있음을 나타냅니다.
그렇지 않으면 프레임이 폐기되고 제어 채널 SDCCH를 사용할 수 없으며 시간 초과 후 휴대 전화는 임의 액세스 프로세스를 다시 시작해야합니다.
지금까지 기지국이 휴대폰에 대한 제어 채널을 할당하고 휴대폰이 무선 제어 채널을 획득하고 랜덤 액세스 프로세스가 완료되었습니다!
다음으로 랜덤 액세스 프로세스의 핵심 기술인 랜덤 액세스 채널과 랜덤 액세스 권한 채널을 심층 분석합니다.
3. 랜덤 액세스 채널 : 등록 창
이것은 등록에 사용되는 특별한 공개 액세스 채널입니다. 그 특이성은 다음과 같이 반영됩니다.
3.1 특징 1 : 고정 등록 창 (고정 캐리어 CS0 및 고정 타임 슬롯 TS0)
(1) 다운 스트림
(2) 업 링크
위 그림의 빨간색 업 링크 타임 슬롯은 랜덤 액세스 채널입니다!
캐리어 CS0의 전체 TS0 타임 슬롯은 랜덤 액세스 신호에 할당되며 다른 채널은이 채널을 재사용하지 않습니다.
3.2 특수성 2 :이 채널은 무선 자원 응용을 위해 특별한 전용 버스트 신호를 사용합니다.
<액세스 버스트> 액세스 펄스 시퀀스 AB (특수 업 링크 채널)
- 2 개의 3 비트 테일 비트 (종료 비트라고도 함) : (0,0,0)
- 41 비트 동기화 시퀀스 :
훈련 시퀀스는 공개 된 알려진 보조 시스템 시퀀스 입니다.
기지국은이 시퀀스를 사용하여 무선 랜덤 액세스 채널을 모니터링하여 터미널 액세스가 있는지 확인합니다.
훈련 시퀀스의 크기는 16 비트이며 시퀀스 꼬리의 마지막 5 비트와 시퀀스 헤드의 처음 5 비트가 복사되어 두 방향으로 확장됩니다.
GMSK 변조 방식을 채택하면 더 높은 피크 값을 갖기 위해 중간 16 비트의 자기 상관 함수가 필요합니다.
이것은 기지국에서 보낸 동기화 채널을 감지하기 위해 터미널에서 사용하는 메커니즘과 유사합니다!
동기화 순서는 "무작위 액세스 채널"에서 키워드 "무작위"를 처리하는 것입니다.
소위 랜덤이라고 부르는 것은 각각 정확한 캐리어와 타임 슬롯을 단말기에 할당하기 전에 단말기가 기지국을 방문하는 시간은 랜덤입니다!
이 동기화 시퀀스는 두 가지 주요 이점을 제공합니다.
(1) 기지국은 휴대폰에서 보낸 36 비트 암호화 데이터를 찾을 수 있습니다! ! !
(2) 수신 된 휴대폰이 전송 한 동기 펄스 신호를 랜덤 액세스 채널 타임 슬롯의 시작점과 비교하여 휴대폰과 기지국이 전송 한 신호 사이의 전송 지연 t를 구할 수 있으며 전자파의 전파 속도 v = 3 * 10 ^ 8m / s, 휴대폰과 기지국 사이의 거리를 구할 수 있도록 l = v * t!
다른 휴대폰과 기지국의 전파 지연은 다릅니다!
- 36 비트 암호화 데이터, 주요 콘텐츠에는 다음이 포함됩니다.
3 비트 이유 코드 : 등록 이유 또는 볼 부서를 나타냅니다.
5 비트 이동국 임의 판별 기 : IMEI가 아니라 단말기의 액세스 ID를 일시적으로 대략적으로 나타내는 데 사용되는 5 비트 임의 코드입니다. 5 비트는 동시에, 동시에, 같은 달, 같은 날 최대 32 명의 사용자가 동시에 액세스 할 수 있음을 의미합니다!
6 비트 기지국 식별 코드 : 병원 등록 카드와 마찬가지로 기지국의 방송 채널에서 단말기가 획득합니다. 기지국은이 식별을 통해 휴대폰이 다른 기지국이 아닌 자신의 랜덤 액세스를 신청한다는 것을 알고 있습니다.
4 비트 종료 코드 : 데이터 전송의 끝을 나타냅니다.
위는 총 18 비트입니다.
그런 다음 1 : 2 컨벌루션 코딩을 눌러 RACH 버스트에서 18 * 2 = 36 비트 데이터를 얻습니다.
3.3 특이성 3 : 휴대폰과 기지국 사이의 거리와 68.25 비트 가드 간격 GP 의 불확실성
이것은 매우 흥미로운 비트입니다 : 68.25 비트 보호 간격 GP. 그 진정한 의미를 이해해야합니다!
휴대폰은 이러한 보호 간격 비트를 전송하지 않으므로 기지국은 이러한 비트를 수신 할 수 없습니다.
이러한 긴 가드 간격의 역할은 주로 랜덤 액세스 채널 에서 "랜덤" 이라는 단어 를 처리하는 데 사용됩니다 !
다음 그림은 랜덤 액세스 프로세스의 역할과 가드 인터벌을 보여줍니다!
휴대폰과 기지국 사이의 거리가 다릅니다. 위 그림에서 3 개의 휴대폰이 있으며 근거리에서 먼 곳까지의 거리는 휴대폰 1, 휴대폰 2, 휴대폰 3입니다.
거리가 다르고 휴대 전화와 기지국 사이의 전자파 신호의 전파 지연이 각각 T1, T2, T3 다릅니다.
이것은 의미
하향 :
기지국에 의해 방송되는 동기화 버스트 시퀀스는 서로 다른 휴대폰에 도달하기 위해 서로 다른 지연을 가지며, 휴대폰과 기지국 사이의 타임 슬롯 동기화는 버스트 동기화에 의해 완료됩니다. 따라서 서로 다른 휴대폰이 기지국과 정렬 된 후에는 주파수는 동일하지만 프레임 번호는 동일합니다. 동일하지만 프레임의 절대 시작 시간이 다르며 오프셋 t가 있습니다.
휴대폰과 기지국의 모든 수신 및 송신 시간 슬롯 사이에는 시간 오프셋이 있으며,이 시간 오프셋은 위 그림에서 t1, t2, t3와 같은 전파 지연 t입니다.
상류 방향 :
이동 전화가 전송하는 프레임의 시작 시간은 하향 방향과 일치하므로 이동 전화의 상향 시간 슬롯과 기지국의 상향 시간 슬롯 사이에 지연 t가있다.
휴대폰이 지정된 시간 슬롯에 따라 데이터를 전송하면 휴대폰에서 기지국으로 전송 시간도 있습니다.이 시간도 t입니다 (동일한 업 링크 전파 지연 가정).
기지국이 특정 휴대폰의 랜덤 액세스 펄스를 수신하는 시점과 기지국 내부의 랜덤 액세스 채널의 시점은 T = 2 * t!
휴대폰이 전송하는 랜덤 액세스 펄스 신호의 지연이 너무 길면 랜덤 액세스 채널의 타임 슬롯 TS0이 누락되어 후속 타임 슬롯 TS1에 간섭이 발생합니다.
이 문제를 해결하기 위해 랜덤 액세스 채널의 보호 대역폭 비트 GP는 실제로 랜덤 액세스 채널의 수신 비트 창을 증가시킨다.
위 사진의 휴대폰을 예로 들어 보겠습니다.
휴대폰 1 : 기지국의 랜덤 액세스 시간 슬롯 TS0의 창 내에 속하지만 보호 시간 슬롯 GP의 일부를 덮는 랜덤 액세스 펄스.
휴대폰 2 : 랜덤 액세스 펄스는 기지국의 랜덤 액세스 시간 슬롯 TS0의 창에 속하지만 모든 보호 시간 슬롯 GP를 포함합니다.
휴대폰 3 : 랜덤 액세스 펄스가 기지국의 랜덤 액세스 시간 슬롯 TS0의 창을 벗어나서 시간 슬롯 TS1에 간섭을 일으 킵니다.
가드 슬롯의 길이는 얼마입니까?
가드 타임 슬롯 GP의 길이는 셀의 최대 반경을 결정합니다! 다음과 같이 파생됩니다.
랜덤 액세스 버스트 시퀀스에는 시간 진행 TA 조정이 없으므로 첫 번째 버스트 시퀀스가 다음 타임 슬롯의 버스트 시퀀스와 겹치지 않도록이 버스트의 비트가 더 짧아집니다. , 추가 비트는 보호 대역폭으로 사용됩니다.
| 시간 슬롯 기간 ms | 슬롯 비트 번호 | 단일 비트 기간 | 보호 간격 비트 | 가드 간격 지연 우리 | 전자파 속도 m / s | 양방향 전송 거리 Km | 단방향 거리 Km |
| 0.577 | 156.25 | 3.69 | 68.25 | 252.03 | 300000000 | 75.61 | 37.81 |
각 비트의 전파 지연은 3.69us,
보호 대역폭 보호의 전파 지연 : 68.25bit x 3.69 = 252.03ms.
보호 대역폭 보호 전파 거리 : 3 * 10 ^ 8 * 252.03ms = 75.61Km.
단방향 전파 거리는 37.81Km입니다.
따라서 GSM은 셀의 최대 반경을 35km로 규정하고 있습니다. 즉, 기지국으로부터 최대 35km 거리에있는 휴대폰에서 전송 된 RACH 메시지는 기지국 안테나에 도달했을 때 다음 버스트와 겹치지 않습니다.
기술:
GP의 대역폭을 보호하는 것은 무선 자원의 예약이며 휴대폰의 정보 전송 속도를 높일 수 없으며 사실상 자원 낭비입니다.
그러나 랜덤 액세스 이전에는 휴대폰과 기지국 사이의 거리가 불확실하다. 휴대폰과 기지국은 휴대폰이 기지국에서 얼마나 멀리 떨어져 있는지, 그리고 그 사이에 전자파 전파 지연이 얼마나 있는지 알지 못하기 때문에 대역폭 GP를 보호하고 자원을 희생함으로써 이 휴대 전화의 위치 불확실성을 처리합니다.
그러나 이러한 대역폭 증가 방법이 다른 업 링크 채널 (서비스 데이터 및 제어 시그널링)의 데이터 전송에도 사용된다면 분명히 무선 자원의 큰 낭비입니다.
기지국이 랜덤 액세스 중에 휴대 전화와 기지국 사이의 전송 지연을 얻고 휴대 전화에 알리면 다른 휴대 전화는 다른 전송 지연을 가지며 다른 휴대 전화는 다른 발전에 따라 데이터를 보낼 수 있습니다. 데이터는 지정된 시간에 기지국에 도착할 수 있으므로 추가적인 보호 대역폭 GP가 필요하지 않습니다.
이 기술은 셀룰러 무선 통신의 TA 발전입니다.
4. 휴대폰 초기 발송 리드 TA
(1) TA?
휴대폰과 기지국 사이에 일정 거리가 있기 때문에 지정된 타임 슬롯에 따라 휴대폰이 보내는 신호는 기지국으로의 전송이 지연되며, 시분할 멀티플렉싱 시스템에서는이 지연으로 인해 이후의 타임 슬롯이 다른 사용자에게 할당된다. 간섭을 유발합니다.
휴대폰이 데이터 TA를 미리 전송할 수 있다면, 신호가 기지국으로 전송 될 때 자신에게 할당 된 타임 슬롯을 얻게되어 다른 타임 슬롯에 간섭을 일으키지 않는 것이 셀룰러 무선 통신의 TA 어드밴스 다.
(2) TA 사전 계산
TA = 무선 링크 전송 지연의 두 배
사전 금액은 휴대 전화의 거리와 관련이 있으며 휴대 전화의 전송 거리가 변경되고 사전 금액도 동적으로 변경됩니다.
따라서 랜덤 액세스에서 계산 된 TA 어드밴스를 초기 전송 어드밴스라고합니다.
이후의 TA 지연은 휴대폰의 측정보고를 통해보고되며, 휴대폰은 수신 된 동기화 채널의 위상 오프셋 + 초기 진행의 공통 기술에 따라 획득됩니다.
(3) TA 사전 배송
기지국은 랜덤 액세스 허용 채널 AGCH를 통해 휴대폰에 알린다. 휴대폰의 전송 시간 전진 TA는 얼마인가.
(4) TA 어드밴스 사용
TA 이후 모든 업 링크 시간 슬롯 에서 사용됩니다!
5. 랜덤 액세스 라이센스 채널 AGCH
(1) 버스트 펄스
랜덤 액세스 허용 채널 AGCH는 일반 버스트를 통해 TDMA 프레임을 전송합니다.
(2) 랜덤 액세스 허용 채널 AGCH의 내용 : 즉시 메시지 할당
- 터미널을 나타내는 난수
- 전용 제어 채널 SDCCH에 대한 설명 : 캐리어, 타임 슬롯, TDMA 프레임의 위치, 전송 전력 및 기타 리소스.
- 초기화 시간 어드밴스 (이른바 초기화 시간 어드밴스는 이동 단말기가 이동함에 따라 진행이 실시간으로 업데이트되어야 함을 의미 함)
- 초기 최대 전송 전력 (초기화 시간 진행이라 함. 즉, 이동 단말기가 이동함에 따라 전송 전력을 실시간으로 업데이트해야 함을 의미 함)
포스트 스크립트 :
랜덤 액세스 과정에서 "무작위"라는 것은 휴대 전화가 어느 시간대 나 시간에 액세스 할 수 있다는 것을 의미하지 않으며, 실제로 휴대 전화는 랜덤 액세스 시간대를 통해 액세스해야합니다.
그러나 서로 다른 휴대폰의 기지국 간의 거리가 다르기 때문에 휴대폰의 랜덤 액세스 요청이 휴대폰에서 기지국의 랜덤 액세스 채널로 전송되는 시간은 무작위적이고 불확실합니다. 이것이 무작위성의 본질입니다! ! !