重回Um界面 (draft)

主題：Um界面
尺度：Um界面的範圍就是GSM/GPRS基地台的無線涵蓋範圍，近則2km，遠則不一定，與基地台發射功率以及附近的地形有關，實務上在空曠的地形有時可以遠傳15km以上。根據Timing Advance的參數限制，無論如何，GSM系統的小區無線涵蓋範圍最大只能到達34km，至於用在西伯利亞所使用的GSM400系統，小區則可以涵蓋超過100km。

不知何故，Um界面這個名稱不只使用於GSM與GPRS，美國規範CDMA的IS-95與1xRTT，甚至演進到1xEV-DO/EV-DV都依然使用這個界面名稱，但是本文只涉及GSM與GPRS的技術範疇。由於本書以UMTS技術為主，GSM與GPRS不打算佔用太多獨立的主題，因此本文對於Um界面的通道與堆疊也一併整理，篇幅較長一些。

圖一是Um界面的網路位置。這是一個介於手機與基地台之間的空中界面，由於沒有實體線路，手機不但會跨區跑來跑去，高速移動的時候通話還不可以斷掉，應用從早期的語音服務，進步到提供數據服務，所以整個GSM技術上最複雜的界面，就是Um界面。事實上，所有無線通信系統的空中界面都是技術精華所在，GSM如此、3G如此、WiMAX如此，即使未來的4G亦然，只要遇到無線，就充滿挑戰與樂趣。

圖一左邊是能夠接取GERAN網路手機的三種可能形式，MS代表傳統的GSM或是GPRS手機；IMS MS表示提供IMS功能的GPRS手機(當然前提是網路有IMS功能元件)；UE則是WCDMA/GSM的雙模手機(dual mode)。GSM與GPRS的核心網路可以與UMTS共用，但要經過適當的軟硬體升級，以便提供新的協定支援與傳輸方式。

Um界面的GSM通信協定堆疊
接下來以OSI的參考模型來說明GSM在Um界面的堆疊，請參考圖二[Um界面通信協定堆疊圖(GSM)]。由下而上，可分成L1、L2、L3與應用層(稱為DTAP)，其中L1為實體層(PHY)與實體通道(Physical Channels)，GSM的實體通道沒有特殊名稱，所以沒有特別畫出。

L1使用FDD技術，將下行鏈路(指BTS發射到MS接收的方向，通常以DL表示)與上行鏈路(指MS發射到BTS接收的方向，通常以UL表示)用不同的頻帶來區隔，以GSM900(又稱為P-GSM)為例，下行鏈路935 ~ 960MHz，上行鏈路890 ~ 915MHz。除此之外，GSM還有很多不同的頻帶，例如E-GSM, R-GSM, GSM850, GSM1800, GSM1900甚至在北歐、東歐與俄羅斯地區使用的GSM400，都佔有不同的頻帶，其FDD相同的特徵是DL的頻率都高於UL的頻率(有人認為此設計可以節省MS的發射功率)，而且DL的頻寬與UL頻寬相同。

[GSM Burst]
每個鏈路的頻帶上以FDMA的多工方式，將每200KHz當作一個頻道，以GSM900為例共分成124個頻道，每個頻道上再使用TDMA的多工技術，將4.615ms時間長度的frame等分成8個TS(Time Slot)，每個MS依服務不同可一次使用一到多個TS，每個TS中僅放入一個burst，共有5種Burst，分別是：
- Access Burst(上行)，當MS需要網路分配無線資源時，用來爭取以及承載RACH的burst。A-Burst形成的logical channel為RACH。

- Normal Burst(雙向)，用來傳送用戶語音或數據資料(即User Traffic)，以及除RACH以外的所有CCCH, 和ACCH中的控制信令。N-Burst形成的logical channel為TCH, PCH, AGCH, SDCCH, SACCH與FACCH。

- Frequency Correction Burst(下行)，用來當作MS與BTS頻率同步時的參考指標，除此用途之外，還可以放置BTS的廣播信號。F-Burst形成的logical channel為FCCH與BCCH。F-Burst與S-Burst在相同頻率。

- Synchronization Burst(下行)，用來當作MS與BTS時間同步的參考指標，除此用途之外，還攜帶小區中的RFN與BSIC資料。S-Burst形成的logical channel為SCH。S-Burst與F-Burst在相同頻率。

- Dummy Burst(下行)，用來當作BCCH沒有傳送廣播資料時的樣本burst，所以D-Burst與F-Burst在相同頻率，用來確保MS可以時時進行下行通道的品質量測而無中斷之虞。沒有形成logical channel。

...圖二加入CBCH
...開始寫logical channel

關於GSM實體層的深入相關資料，請參考[9],[10],[11],[12]與[13]。

上推一層是L2:數據鏈路層，協定名稱為LAPDm，是修正版本的ISDN-D通道協定。在L2與L1之間是Logical Channel，GSM在Logical Channel劃分出兩群通道：Signaling Channel(又稱為Dm channel)與Traffic Channel(又稱為Bm channel，低速則稱為Lm channel)，Signaling Channel又分為三類：BCH, CCCH與DCCH；而Traffic Channel只有一類：稱為TCH，只是有高低速之別。

接下來，如圖所示，BCH其實包含了三種，分別是BCCH、SCH與FCCH，由於....

參考文獻與延伸閱讀：
[1] ETSI TS 100 938 V8.2.1 (2002-05) Technical Specification Digital cellular telecommunications system (Phase 2+); Mobile Station - Base Stations System (MS - BSS) Interface Data Link (DL) Layer Specification (3GPP TS 04.06 version 8.2.1 Release 1999)

[2] ETSI TS 144 060 V4.1.0 (2001-04) Technical Specification Digital cellular telecommunications system (Phase 2+); General Packet Radio Service (GPRS); Mobile Station (MS) - Base Station System (BSS) interface; Radio Link Control/ Medium Access Control (RLC/MAC) protocol (3GPP TS 44.060 version 4.1.0 Release 4)

[3] EN 301 349 V6.3.1 (1999-06) European Standard (Telecommunications series) Digital cellular telecommunications system (Phase 2+); General Packet Radio Service (GPRS); Mobile Station (MS) - Base Station System (BSS) interface; Radio Link Control/ Medium Access Control (RLC/MAC) protocol (GSM 04.60 version 6.3.1 Release 1997)

[4] Jörg Erbespächer, Hans Jörg Vogel, Christian Bettstetter, GSM: Switching services and protocols, Wiley 2001.

[5] Gunnar Heine, GSM Networks: Protocols, Terminology and Implementation, Artech House, 1998.

[6] Yi-Bing Lin and Imrich Chlamtac. Wireless and Mobile Network Architectures. John Wiley, 2001.

[7]ETSI TS 101 350 V8.9.0 (2001-11) Technical Specification Digital cellular telecommunications system (Phase 2+); General Packet Radio Service (GPRS); Overall description of the GPRS radio interface; Stage 2 (3GPP 03.64 version 8.9.0 Release 1999)

[8]OMA/Material from Affiliates/WAP Forum: http://www.openmobilealliance.org/tech/affiliates/wap/wapindex.html

[9] GSM 05.01;Physical layer on the radio path;General description

[10] GSM 05.02;Multiplexing and multiple access on the radio path.

[11] GSM 05.03;Channel coding; Specifies the channel coding and interleaving schemes for all radio channel types and modes of transmission.

[12] GSM 05.04;Modulation; Specifies the GMSK modulation used in GSM.

[13] GSM 05.05;Radio transmission and reception; Specifies the transmitter and receiver characteristics and their performances (transmission power and spectrum, phase accuracy, intermodulation, receiver sensitivity, etc.).

[14] 賴薇如等箸，個人通訊服務網路，維科圖書，2006年。

070721r3
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