Μέχρι στιγμής έχουμε αναφερθεί στα φυσικά κανάλια, τα οποία χωρίζονται σε ψευδοκανάλια (χρονικές σχισμές). Στο GSM τα ψευδοκανάλια διαιρούνται ακόμη περισσότερο. Χωρίζονται σε λογικά κανάλια. Υπάρχουν αρκετοί τύποι λογικών καναλιών, οι οποίοι προσδιορίζονται με βάση τις πληροφορίες που μεταφέρουν.
Δηλαδή, ανάλογα με το είδος της πληροφορίας που περιέχεται μέσα σε μια χρονική σχισμή, λέμε ότι αυτή η χρονική σχισμή περιέχει ένα λογικό κανάλι ενός συγκεκριμένου τύπου. Δεν είναι απαραίτητο όλες οι χρονικές σχισμές να περιέχουν κάθε φορά τον ίδιο τύπο λογικού καναλιού, να μεταφέρουν δηλαδή την ίδια πληροφορία. Αυτό που θα πρέπει να θυμόμαστε είναι ότι όταν μιλάμε για λογικά κανάλια, αναφερόμαστε σε επίπεδο σχισμής. Δηλαδή, αν λέμε ότι ένα λογικό κανάλι χρησιμοποιεί τη σχισμή 0, τότε εννοούμε ότι κάθε χρονική σχισμή 0 μεταφέρει πληροφορίες αυτού του τύπου λογικού καναλιού.
ΤΥΠΟΙ ΛΟΓΙΚΩΝ ΚΑΝΑΛΙΩΝ
Υπάρχουν δύο τύποι λογικών καναλιών: (α) τα κυκλοφοριακά κανάλια (traffic channels) τα οποία μεταφέρουν πληροφορίες του χρηστών και (β) τα κανάλια ελέγχου (control channels) τα οποία μεταφέρουν πληροφορίες διαχείρισης και ελέγχου. Συνήθως τα κανάλια της πρώτης κατηγορίας ονομάζονται και αποκλειστικά κανάλια (dedicated channels), γιατί το κάθε ένα ανατίθεται σε ένα MS, ενώ της δεύτερης κανάλια κοινής χρήσης (common channels), γιατί μπορούν να χρησιμοποιηθούν από όλους τους σταθμούς.
Κυκλοφοριακά Κανάλια
Υπάρχουν αρκετοί τύποι κυκλοφοριακών καναλιών· και οι δύο χρησιμοποιούν
τη δομή της normal burst για τη μεταφορά των δεδομένων.
Συγκεκριμένα:
1. Traffic CHannel/Full-rate Speech (TCH/FS). Αυτό αποτελεί το κανάλι που χρησιμοποιείται στο GSM για τη μεταφορά της φωνής. Η ταχύτητα μετάδοσης της φωνής είναι 13 kbps.
2. Traffic CHannel/Half-rate Speech (TCH/HS). Αυτός ο τύπος καναλιού δε χρησιμοποιείται ακόμη στο GSM. Η βασική ιδέα είναι ο διπλασιασμός της χωρητικότητας του συστήματος με τη συμπίεση της φωνής στο μισό.
3. TCH/F9,6/4,8/2,4. Ο τύπος αυτός χρησιμοποιείται για τη μεταφορά δεδομένων ή fax σε ταχύτητες 9,6, 4,8 και 2,4 kbps.
4. TCH/H4,8/2,4. Ο τύπος αυτός χρησιμοποιείται για τη μεταφορά δεδομένων ή fax σε ένα κανάλι με τη μισή ταχύτητα.
Κανάλια Ελέγχου
Τα κανάλια αυτού του τύπου δε μεταφέρουν πληροφορίες χρηστών, αλλά χρησιμοποιούνται για την ανταλλαγή μηνυμάτων ελέγχου μεταξύ του δικτύου και των ραδιοπομπών για να εξασφαλιστεί ότι η διαχείριση της επικοινωνίας γίνεται με αποδοτικό τρόπο και ότι όλα πάνε καλά. Υπάρχουν τέσσερις διαφορετικές κατηγορίες καναλιών ελέγχου:
1) Τα κανάλια εκπομπής - Broadcast CHannels (BCH). Αυτά τα λογικά κανάλια μεταδίδονται μόνο από τα BTSs και ο σκοπός τους είναι να παρέχουν αρκετή πληροφόρηση στους κινητούς σταθμούς έτσι ώστε να μπορούν να συγχρονιστούν με το δίκτυο. Τα MSs δε μεταδίδουν ποτέ σε ένα BCH. Τα κανάλια εκπομπής χωρίζονται σε τρεις υποκατηγορίες:
a. Κανάλι εκπομπής Ελέγχου - Broadcast Control CHannel (BCCH). Η υποκατηγορία αυτή ενημερώνει το MS σχετικά με συγκεκριμένες παραμέτρους του συστήματος, όπως το Cell id (χαρακτηρίζει μοναδικά το κελί μέσα στο δίκτυο), Local Area Code (LAC), ο οποίος είναι ένας κωδικός που χαρακτηρίζει την περιοχή κελιών στην οποία ανήκει το συγκεκριμένο κελί (οπότε το κινητό μπορεί να δει αν άλλαξε περιοχή και να εκτελέσει τη διαδικασία του location updating), Mobile Network Code (MNC), το οποίο χαρακτηρίζει το δίκτυο. Επίσης, το MS ενημερώνεται σχετικά με τις συχνότητες εκπομπής των γειτονικών κελιών. Για τη μεταφορά των πληροφοριών του, το BCCH χρησιμοποιεί τη normal burst.
b. Κανάλι διόρθωσης συχνότητας - Frequency Correction CHannel (FCCH). Ο τύπος αυτός αντιστοιχεί σε μια frequency correction burst.
c. Κανάλι συγχρονισμού - Synchronization CHannel (SCH). Αυτός ο τύπος λογικού καναλιού αντιστοιχεί σε μια synchronization burst.
2) Τα κοινά κανάλια ελέγχου - Common Control CHannels (CCCH). Οι τύποι αυτοί λογικών καναλιών χρησιμοποιούνται για την εγκατάσταση μιας σύνδεσης μεταξύ ενός MS και ενός BTS. Χωρίζονται σε τρεις υποκατηγορίες:
a. Κανάλι τυχαίας πρόσβασης - Random Access CHannel (RACH). Αυτό χρησιμοποιείται από το MS για να ζητήσει ένα αποκλειστικό κανάλι από το δίκτυο. Το RACH δε χρησιμοποιείται ποτέ από το BTS και αντιστοιχεί σε μια random access burst.
b. Κανάλι χορήγησης πρόσβασης - Access Grant CHannel (AGCH). Αυτός ο τύπος αποτελεί την απάντηση από το BTS σε ένα μήνυμα RACH από το MS. Χρησιμοποιείται για να πληροφορηθεί το MS σε ποιο αποκλειστικό κανάλι (σχισμή) θα πρέπει να μεταβεί. Αντιστοιχεί σε μια random access burst.
c. Κανάλι Ειδοποίησης - Paging CHannel (PCH). Χρησιμοποιείται από τα BTSs για να ενημερώσουν τα MSs ότι δέχονται μια κλήση.
3) Το Αυτόνομο αποκλειστικό κανάλι ελέγχου - Standalone Dedicated Control CHannel (SDCCH). Αυτό χρησιμοποιείται για την ανταλλαγή πληροφοριών ελέγχου μεταξύ του MS και του BTS και αντιστοιχεί σε μια normal burst.
4) Υπάρχουν και συνεταιρικά κανάλια ελέγχου, τα οποία επίσης χρησιμοποιούν τη δομή της normal burst για τη μεταφορά των δεδομένων τους. Αυτά είναι:
a. Βραδύ συνεταιρικό κανάλι ελέγχου - Slow Associated Control CHannel (SACCH). Αυτό χρησιμοποιείται σε συνεργασία με είτε ένα κυκλοφοριακό κανάλι, είτε ένα SDCCH. Με κάθε κυκλοφοριακό κανάλι που ανατίθεται από ένα BTS, υπάρχει πάντοτε και ένα SACCH που το συνοδεύει. Ο σκοπός του SACCH είναι η ‘διατήρηση της σύνδεσης’, επιτρέποντας στο MS και στο BTS να έχουν τη δική τους επικοινωνία. Το BTS από την πλευρά του μεταδίδει στο SACCH πληροφορίες σχετικές με παραμέτρους του συστήματος, ενώ το MS χρησιμοποιεί το SACCH για να αποστείλει τα αποτελέσματα των μετρήσεών του σχετικά με τα επίπεδα της ισχύος που λαμβάνει από τα γύρω κελιά. Οι πληροφορίες αυτές βοηθούν το BTS στη διαδικασία της μεταβίβασης κλήσης (handover).
b. Γρήγορο συνεταιρικό κανάλι ελέγχου - Fast Associated Control CHannel (FACCH). Αυτός ο τύπος λογικού καναλιού μεταφέρει τα ίδια μηνύματα με ένα SDCCH. Η διαφορά που υπάρχει είναι ότι ενώ ένα SDCCH μπορεί να είναι αυτόνομο, ένα FACCH αντικαθιστά όλο, ή τμήμα, ενός κυκλοφοριακού καναλιού. Το FACCH χρησιμοποιείται κατά τις περιόδους όπου ενώ μια συνδιάλεξη βρίσκεται σε εξέλιξη, υπάρχει η ανάγκη της ανταλλαγής πολλών πληροφοριών ελέγχου (π.χ. κατά την αλλαγή κελιού). Στην περίπτωση αυτή το FACCH εμφανίζεται στη θέση ενός κυκλοφοριακού καναλιού, κάνοντας γνωστή την παρουσία του με τη χρήση των κρυφών bit σημαίας (stealing flags).
ΣΥΝΔΥΑΣΜΟΙ ΛΟΓΙΚΩΝ ΚΑΝΑΛΙΩΝ
Στο GSM η κάθε χρονική σχισμή ενός πλαισίου TDMA χρησιμοποιείται για τη μεταφορά όχι μόνο ενός λογικού καναλιού, αλλά ενός συνδυασμού από αυτά. Για παράδειγμα, στο σύστημα GSM, αν ένα MS χρησιμοποιεί τη σχισμή 2 για την εκτέλεση μιας κλήσης, αυτό δε σημαίνει ότι αποστέλλει (ή λαμβάνει) μόνο πληροφορίες χρήστη (π.χ. φωνή). Αντίθετα, υπάρχει μια ορισμένη περίοδος από πλαίσια TDMA στην οποία στέλνονται (ή λαμβάνονται) δεδομένα χρήστη στη σχισμή 2, μία άλλη που στέλνονται μηνύματα ελέγχου, μια άλλη που στέλνονται δεδομένα χρήστη κ.ο.κ. Δηλαδή, στη χρονική σχισμή 2 μεταφέρεται ένας συνδυασμός από λογικά κανάλια, ο οποίος επαναλαμβάνεται συνεχώς.
Ένας συνδυασμός από λογικά κανάλια αποτελείται από μια συγκεκριμένη ακολουθία λογικών καναλιών, η οποία επαναλαμβάνεται συνεχώς στο πεδίο του χρόνου, στη σχισμή που της αντιστοιχεί. Από τη στιγμή που το κάθε φυσικό κανάλι διαθέτει 8 χρονικές σχισμές, μπορούμε να τοποθετήσουμε σε αυτό μέχρι 8 συνδυασμούς λογικών καναλιών.
Για τη μεταφορά πληροφοριών χρήστη (π.χ. φωνής κατά την εκτέλεση μιας κλήσης), χρησιμοποιείται ένας συνδυασμός ο οποίος περιέχει λογικά κανάλια ελέγχου και κυκλοφοριακά λογικά κανάλια, ο οποίος επαναλαμβάνεται κάθε 26 πλαίσια TDMA, ή με άλλα λόγια, διαρκεί όσο ένα πολυπλαίσιο 26 πλαισίων TDMA (26 multiframe). Δηλαδή, αν ένας σταθμός χρησιμοποιεί τη χρονική σχισμή 2 για τη διεκπεραίωση μιας κλήσης, τότε ο συνδυασμός που χρησιμοποιείται επαναλαμβάνεται κάθε 26 επαναλήψεις της σχισμής 2.
Για τη μεταφορά πληροφοριών ελέγχου, οι συνδυασμοί που χρησιμοποιούνται επαναλαμβάνονται κάθε 51 πλαίσια TDMA, ή διαρκούν όσο ένα πολυπλαίσιο 51 πλαισίων TDMA (51 multiframe). Δηλαδή, αν ένας συνδυασμός καναλιών ελέγχου χρησιμοποιεί τη χρονική σχισμή 0, τότε η ακολουθία διαρκεί για 51 επαναλήψεις της χρονικής σχισμής 0 και μετά αρχίζει πάλι από την αρχή.
Στα παρακάτω σχήματα απεικονίζονται τα 26 και 51 - multiframes.
Υπάρχουν αρκετοί συνδυασμοί λογικών καναλιών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν. Εμείς θα αναφέρουμε τρεις από αυτούς.
1) Συνδυασμός 1: TCH/FS + FACCH/FS + SACCH/FS. Ο συνδυασμός 1 είναι ο συνδυασμός που χρησιμοποιείται για τη μεταφορά πληροφοριών χρήστη και όπως έχουμε πει επαναλαμβάνεται κάθε 26 πλαίσια TDMA. Συγκεκριμένα, στα πρώτα 12 πλαίσια TDMA το MS αποστέλλει (ή λαμβάνει) στο ψευδοκανάλι που του έχει ανατεθεί πληροφορίες χρήστη (φωνή ή δεδομένα), ακολουθεί ένα πλαίσιο λογικού καναλιού SACCH και στη συνέχεια άλλα 12 πλαίσια πληροφοριών χρήστη. Στο τελευταίο πλαίσιο TDMA, το MS δε μεταδίδει τίποτε (Idle). Ο συνδυασμός αυτός καταλαμβάνει 26 πλαίσια TDMA (ή 1 26 - multiframe) και φαίνεται παρακάτω:
2) Συνδυασμός 4: FCCH + SCH + CCCH (RACH, PCH, AGCH) + BCCH. Πέρα από τις πληροφορίες χρήστη και ελέγχου που χρειάζεται να ανταλλάσσονται κατά τη διάρκεια μιας κλήσης, είναι απαραίτητη η ύπαρξη ενός μηχανισμού μέσω του οποίου τα MSs θα μπορούν να ζητήσουν ένα αποκλειστικό κανάλι, να συγχρονιστούν με το δίκτυο (όταν π.χ. αλλάζουν περιοχή κελιών), κλπ, ακόμη και όταν δεν εκτελούν μια κλήση. Ο συνδυασμός 4 χρησιμοποιείται για αυτές ακριβώς τις λειτουργίες.
Η δομή του συνδυασμού αυτού στα κανάλια ανόδου και καθόδου είναι διαφορετική. Στην κάθοδο το BTS στο μεγαλύτερο χρονικό διάστημα της ακολουθίας, αποστέλλει πλαίσια CCCH και στο υπόλοιπο πλαίσια FCCH και SCH, τα οποία λαμβάνονται από τα MSs του κελιού. Στην άνοδο, το MS μεταδίδει μόνο στο λογικό κανάλι RACH, για να ζητήσει ένα αποκλειστικό κανάλι από το δίκτυο (όταν χρειάζεται).
Ο συνδυασμός αυτός αποτελεί έναν «φάρο» για τα MSs. Είναι εκείνος ο συνδυασμός τον οποίο αναζητά ένα MS όταν ψάχνει για νέα κελιά, προσπαθεί να ενημερωθεί σχετικά με την περιοχή στην οποία βρίσκεται, προσπαθεί να συγχρονιστεί με το δίκτυο, θέλει να ζητήσει ένα αποκλειστικό κανάλι, κλπ. Ο συνδυασμός αυτός επαναλαμβάνεται κάθε 51 πλαίσια TDMA ή κάθε ένα 51 - multiframe.
Επίσης, ο συνδυασμός 4 χρησιμοποιεί τη σχισμή 0. Αυτό σημαίνει ότι η σχισμή αυτή είναι δεσμευμένη και ότι δε μπορεί να ανατεθεί σε κάποιο MS για την εκτέλεση ή τη λήψη μιας κλήσης. Όλα τα MSs κάθε κελιού γνωρίζουν ότι στη σχισμή 0 κάθε πλαισίου TDMA μεταδίδονται πληροφορίες ελέγχου από το BTS και ότι μπορούν να χρησιμοποιήσουν τη σχισμή αυτή για να ζητήσουν ένα αποκλειστικό κανάλι από το δίκτυο. Φυσικά θα υπάρχει ανταγωνισμός στην περίπτωση όπου δύο ή περισσότερα MSs την ίδια χρονική στιγμή θελήσουν να αποστείλουν στη σχισμή 0 πλαίσια RACH. Για την αντιμετώπιση του ανταγωνισμού, χρησιμοποιείται ένα σύστημα παρόμοιο με το ALOHA με σχισμές (Slotted ALOHA) [1]. Ο συνδυασμός αυτός φαίνεται στο παρακάτω σχήμα:
3)
Συνδυασμός 7: SDCCH/8 + SACCH/8. Αν σε ένα κελί χρησιμοποιείται ο συνδυασμός 4, δεν υπάρχει πρόβλεψη για
σηματοδοσία ρουτίνας, όπως π.χ. αναφορά του επιπέδου ισχύος των γειτονικών κελιών
από το MS, μετάδοση πληροφοριών συστήματος από το BTS, κλπ όταν τα MSs βρίσκονται
σε αναμονή (δεν εκτελούν κλήση δηλαδή). Ο συνδυασμός 7 χρησιμοποιείται μαζί με
τον 4 και παρέχει σηματοδοσία ρουτίνας στο κελί.
Το SDCCH/8, και το SACCH/8 σημαίνουν ότι είναι δυνατή η ανάθεση μέχρι 8 λογικών καναλιών SDCCH με τα συνεταιρικά τους κανάλια (SACCH).
Ο συνδυασμός 7, χρησιμοποιεί μια επιπλέον χρονική σχισμή στο κελί και η ακολουθία του επαναλαμβάνεται κάθε 51 πλαίσια TDMA. Το παρακάτω σχήμα απεικονίζει το συνδυασμό αυτό.
Όπως είπαμε στην αρχή του υποκεφαλαίου αυτού, σε ένα φυσικό κανάλι μπορούμε να τοποθετήσουμε μέχρι 8 διαφορετικούς συνδυασμούς. Έστω ότι σε ένα κελί χρησιμοποιούνται οι τρεις συνδυασμοί που περιγράψαμε. Ο συνδυασμός 4 καταλαμβάνει τη σχισμή 0 και χρησιμοποιείται από όλα τα MSs και από το BTS για τη μεταφορά πληροφοριών ελέγχου. Ο συνδυασμός 7, έστω ότι καταλαμβάνει τη σχισμή 4 και χρησιμοποιείται για σηματοδότηση ρουτίνας. Τέλος ο συνδυασμός 1, χρησιμοποιείται από κάθε MS που θέλει να εκτελέσει ή να λάβει μια κλήση και καταλαμβάνει τις σχισμές που ανατίθενται στα MSs.
Στο παρακάτω σχήμα απεικονίζεται η μορφή που έχει ένα φυσικό κανάλι σε ένα κελί που χρησιμοποιεί τους συνδυασμούς 1, 4 και 7. Ο μέγιστος αριθμός χρηστών που μπορεί να υποστηρίξει το κελί είναι 6, γιατί οι σχισμές 0 και 4 είναι δεσμευμένες από τα λογικά κανάλια ελέγχου. Στο σχήμα θεωρούμε ότι τη συγκεκριμένη χρονική στιγμή βρίσκονται σε εξέλιξη δύο κλήσεις, οι οποίες καταλαμβάνουν τις σχισμές 2 και 6.
