Dataoverføring med GSM

Tjenester i GSM

GSM er et digitalt mobilnettsystem. I GSM defineres det et sett med tjenester som kan deles inn i to hovedgrupper.

• Teletjenester
• Bærertjenester

Teletjenestene definerer et komplett kommunikasjonsmodell, i samsvar med ISO standarden. Her inngår telefoni, nødanrop, kortmeldingstjeneste og faks-trafikk. Bærertjenester innbefatter overføring av brukerdata med bestemte hastigheter og egenskaper. Her er det ikke definert hvordan dataene skal brukes, og dette må bestemmes av brukeren selv.

Følgende grupper av bærertjenester er definert i GSM [7]:

• Gruppe 1: Transparent, linjesvitsjet, synkron eller asynkron overføring ved 300-9600 bit/s
• Gruppe 2: Ikke-transparent linjesvitsjet, asynkron overføring ved 300-9600 bit/s
• Gruppe 3: Transparent / ikke-transparent PAD aksess, asynkron dataoverføring 300-9600 bit/s
• Gruppe 4: Transparent / ikke-transparent, pakkesvitsjet synkron overføring med brukerdata integrert, 2400-9600 bit/s. Tillater bruk av terminaler mot et pakkedatanett (PSPDN) eller ISDN.
• Gruppe 5: Alternerende tale og data fra gruppe 1 og 2
• Gruppe 6: Alternerende tale og data fra gruppe 1
• Gruppe 7: Digital overføring 12 kbit/s. Dette er den maksimale dataraten som tilbys etter kanalkodingen i GSM.
• Gruppe 8: Tale etterfulgt av data fra gruppe 1 og 2.
• Gruppe 9: Tale etterfulgt av data fra gruppe 1.

I dagens GSM-nett tilbys dataoverføringstjenester i gruppe 1 og 2 [31]. Det betyr at det må settes opp en linjesvitsjet dataforbindelse gjennom GSM-nettet mot det aktuelle tele/data-nettet.

Signalvei

Signalveien gjennom GSM-nettet er tegnet i figur .

 

Figure:  Kommunikasjon gjennom GSM-nettet.

Mobilstasjonen har til enhver tid (der det er dekning) kontakt med en basestasjon (BSS). Når en samtale settes opp, styres dette av en lokal svitsj, kalt Mobile Switching Centre (MSC). Denne avgjør på bakgrunn av oppringt telefonnummer og tjenestetype hvordan samtalen skal rutes videre. For datatrafikk sendes samtalen til en samordningsenhet, kalt InterWorking Function (IWF). Denne inneholder en modempool som benyttes til å gjøre oppkall over det offentlige telefonnettet (PSTN).

Radiokanal

GSM benytter frekvensområdet 890-915 MHz for opplink (mobilterminal til nett) og 935-960 MHz for nedlink (nett til mobilterminal). Frekvensområdet er delt inn i 125 bærebølgekanaler, som igjen multiplekses mellom 8 GSM kanaler ved hjelp av tidsdelt multipleksing. Brutto overføringsraten til en GSM-kanal er 22.8 kbit/s. Imidlertid er en slik radiooverført kanal svært utsatt for overføringsfeil. Dette på grunn av signalveier, atmosfæriske forstyrrelser og interferens fra andre strålingskilder. Det benyttes derfor mekanismer for kanalkoding og feilretting.

Transparent overføring

  Ved transparent overføring overføres bitstrømmen uten noen form for feilretting utover den vanlige kanalkodingen i GSM.

Kanalkodingen av en 9.6 kbit/s datakanal i GSM skjer ved at bitstrømmen deles inn i rammer på 60 bit. Fire av disse rammene, dvs 240 bit, leveres hvert 20 ms til kanalkoderen. Fire halebit legges til før datastrømmen passerer gjennom en halvrate foldingskoder. På utgangen av koderen blir det nå en 488 bits sekvens som punkteres til 456 bit for å passe i tidslukestrukturen på radiogrensesnittet, som er $4 \cdot 114$ bits. Som følge av kanalkodingen reduseres bitraten fra 22.8 kbit/s til 12 kbit/s. En del av denne kapasiteten benyttes til å overføre kontrollinformasjon. Dette gjør at den effektive bitraten blir 9.6 kbit/s.

Foldingskoderen gir en feilrettingsmekanisme, ved at enkle bitfeil kan oppdages og rettes av dekoderen. Hvis bitfeilraten inn på foldingsdekoderen blir for høy vil dekoderen gi en skur av bitfeil på utgangen. Kanalkodingen vil derfor fungere best for tilfeldige bitfeil. Imidlertid viser det seg at feilene på radiooverføringen typisk kommer som feilskurer av en viss varighet. For å bedre ytelsen til kanalkodingen blir derfor den foldingskodede bitstrømmen spredd utover 22 tidsluker på radiogrensesnittet. Denne teknikken reduserer feilraten, men gir en betydelig tidsforsinkelse for overføringen i og med at 22 tidsluker må mottas før den opprinnelige bitstrømmen kan dekodes. For 9.6 kbit/s dataoverføring er denne forsinkelsen oppgitt til å være ca 300 ms [17].

Ikke-transparent overføring

  GSM tilbyr også ikke-transparent overføring med mulighet for automatisk feildeteksjon og feilretting. Feilrettingsprotokollen som benyttes kalles Radio Link Protocol (RLP). Denne protokollen fungerer ved at utgangspunktet på 240 bits komprimeres og deretter deles opp i rammer på 192 bits. Disse brukes til brukerdata og det blir lagt til 8 bits til kontrolldata. For disse 200 bits blir det så beregnet en 24 bits sjekksum som legges til datarammen. Dersom sjekksummen ikke blir mottatt korrekt, må rammen retransmitteres.

Resultatet av RLP er en svært lav opplevd bitfeilrate for brukerdataene. Imidlertid vil forsinkelsen øke på grunn av retransmisjonene i RLP-protokollen. Dette gjelder særlig ved dårlige/variable signalforhold.