[GSM] Frame Structure

2세대 이동 통신 규격(2G)으로 CDMA, GSM이 있습니다.

대부분의 국가에서는 2G로 유럽통신표준협회(ETSI) 주도로 만들어진 GSM을 사용했으나

당시 한국전자통신연구원(ETRI)은 2G로 GSM 대신 세계 최초로 CDMA를 채택했습니다.

따라서 한국에서는 GSM이 서비스된 적이 한 번도 없고 GSM이 표준화된게 20년보다 더 전이다 보니

한글로 된 GSM 관련 내용들이 찾기 힘들더라구요.

그래서 ETSI 표준 문서 및 구글링한 내용을 바탕으로 GSM의 Frame Structure에 대해 설명드리겠습니다.

 

1. TDMA + FDMA Multiplexing

- GSM은 TDMA(시간 분할)와 FDMA(주파수 분할)을 같이 사용합니다.

- FDMA를 위해 주파수 기준 200kHz 단위로 분할하며 따라서 Carrier가 차지하는 Bandwidth는 200kHz입니다.

(채널 간 Spacing 하고 있는 주파수가 겹치지 않으므로, 채널간 간격이 200KHz라는 말과 동일합니다.)

- 이 200kHz 주파수 Slot을 ARFCN(Absolute Radio Frequency)라고 하며,

  각 사용자는 이 ARFCN을 기지국으로부터 배정받아 사용합니다.

- 시간을 나누는 기준 최소 단위는 Timeslot이며 576.92μs의 시간을 차지합니다.

[그림1] GSM Multiplexing TDMA & FDMA 출처 : https://ttistoryy.tistory.com/

 

2. GSM Burst

- FDMA로 나눠진 주파수 200kHz와 TDMA로 나눠진 한 개의 Timeslot(576.92μs)가 차지하는 한 칸을

  Physical channel 이라고 합니다.

- 이 한 개의 Physical channel에 한개의 Burst가 생깁니다.

- 한개의 Timeslot(576.92μs)은 156.25 bits를 실을 수 있는 시간이며, 이 156.25 bits중 guard period (8.25 bits)를

  제외한 148 bits를 burst에 실어서 송수신하게 됩니다.

 (Guard period는 일반적으로 8.25 bits이며, Access burst의 경우엔 68.25 bits입니다.)

- Burst bit 구성은 Logical Channel에 따라 달라지는데요, 이후 자세히 포스팅 하도록 하겠습니다.

[그림2] GSM Burst (Normal Burst 기준) 출처 : https://ttistoryy.tistory.com/

 

3. TDMA Structure

- 앞서 말씀드렸듯이 GSM은 FDMA(주파수 분할)와 TDMA(시간 분할)을 같이 사용합니다.

- 시분할 최소 단위가 Timeslot 이라고 말씀드렸는데요, 이 Timeslot으로 구성된 Frame에 대해 알아보겠습니다.

- TCH(Traffic Channel)인지 CCH(Control Channel)인지에 따라 Multiframe의 구성이 다릅니다.

 

º Hyperframe (약 3h 29m) = 2,048 Superframes
º Superframe (6.12s) = 51 Traffic Multiframes
                                    = 26 Control Multiframes
º Traffic Multiframe (120ms) = 26 Frames
  Control Multiframe (235.365ms) = 51 Frames
º Frame (4.615ms) = 8 Timeslots
º Timeslot = 576.92μs

[그림3] GSM Frame Structure 출처 : https://kr.mathworks.com/help/comm/ug/gsm-tdma-frame-parameterization-for-waveform-generation.html