[GSM] Burst Type

먼저 이 글을 읽기 전에 아래 글을 먼저 보시는 걸 추천드립니다.

- [GSM] Frame Structure : https://ttistoryy.tistory.com/19

- [GSM] Logical Channel : https://ttistoryy.tistory.com/20

 

 이전 글에서 설명한 것과 같이 GSM Physical Channel을 용도에 따라 구분한 것이 Logical Channel입니다.

Logical Channel의 용도에 맞게 Burst 구조는 바뀌며, 총 5가지의 Burst type을 가집니다.

 

모든 Logical Channel에 단일 구조의 Burst를 사용하는 것보단

각각 Logical Chanel 용도에 맞는 여러 구조의 Burst를 사용하는 것이

네트워크 안정성과 효율에 좋습니다.

 

자, 이제 Burst Type의 종류와 bit 구조에 대해 알아보겠습니다.

 

[그림1] GSM 5 types of Burst  (출처 : https://ttistoryy.tistory.com)

 

1. Normal Burst

1) 사용하는 Logical Channel

 - TCH, SDCCH, SACCH, FACCH, BCCH, PCH

   (거의 대부분의 Logical Channel에 해당)

2) 용도 및 특징

 - 기지국과 단말 간 User Data (Traffic Data 또는 Voice Data)와 Control Data를 주고받을 때 사용됩니다.

3) 비트 구성

 ① 3 Tail Bits

     첫 tail bits 구간에서 ramp up 되고, 끝에 위치한 tail bits에서는 ramp down 됩니다.

     Tail bits는 ramping up & down을 위해 단말 또는 기지국에 주어지는 시간입니다.

     0으로 고정된 값을 가지는 비트입니다.

 ② 57 Data Bits

     TCH일 땐 User Data가 전송되고, CCH일 땐 Control Data가 실리는 구간입니다.

     총 114 bits의 데이터가 전달됩니다.

 ③ 1 Flag Bit (또는 Stealing bit)

     이 채널이 TCH인지 아니면 CCH인지 알려주는 Bit입니다.

     TCH인 경우 0을, CCH인 경우 1의 값을 가집니다.

     Logical Channel 관련 작성한 블로그 글에서 말씀드린 것처럼

     FACCH는 TCH 자리를 깡패처럼 빼앗아 쓰고 있습니다. (그래서 Stealing bit라고도 부릅니다.)

    이때 FACCH의 Flag Bit는 1입니다.

 ④ 26 training Sequence(or Midamble) Bits

     Training Sequence Bits에 대해서는 아래서 자세히 설명드리겠습니다.

 ⑤ 8.25 bits Guard Period

     Time Advance로 단말과 기지국 간 동기화가 되더라도 이상적으로 동작하지 않을 수 있습니다.

    그리고 단말의 위치가 계속 바뀌기 때문에 오차가 발생할 수밖에 없습니다.

    따라서 다른 Burst와의 Overlap을 피하기 위해 8.25 bits (=30.44μs)의 guard interval을 가집니다.

 

2. Frequency Correction Burst

1) 사용하는 Logical Channel

 - SCH에서만 사용합니다.

2) 용도 및 특징

 - 단말이 기지국과 프레임, 시간 동기화를 하기 위해 기지국에서 송부하는 Busrt입니다.

3) 비트 구성

 ① 3 Tail Bits

     Normal Burst와 동일하게 ramp up & down을 위한 구간입니다.

 ② 142 all zero bits 

     앞서 말씀드린 것처럼 모두 0의 값을 가지는 bits 구간입니다.

 ③ 8.25 bits Guard Period

     Normal Burst와 동일합니다. 다른 Busrt와의 Overlap을 피하기 위한 guard interval 입니다.

 

3. Synchronization Burst

1) 사용하는 Logical Channel

 - FCCH에서만 사용합니다.

2) 용도 및 특징

 - 단말이 기지국과 주파수 동기화할 수 있도록 기지국에서 보내는 Busrt입니다.

 - 기지국은 변조되지 않은 캐리어를 나타내기 위해 "all zeros" bits의 Burst를 전송합니다.

 - 이렇게 0으로만 구성된 데이터를 GMSK로 변조하게 되면 각 symbol 기간 동안 -90도의

   일정한 위상 회전이 발생하며, Carrier 주파수보다 67.7kHz(1625/24 kHz) 높은 사인파를

   가지게 되고 단말은 이를 역산하여 기지국 carrier 주파수를 알게 됩니다.

3) 비트 구성

 ① 3 Tail Bits

     Normal Burst와 동일하게 ramp up & down을 위한 구간입니다.

 ② 39 Data Bits 

     Normal Busrt는 Data Bits가 57 bits 였다면, Synchronization Burst의 Data Bits는 39 bits입니다.

    왜냐면 Training Sequence Bits가 64 bits로 길기 때문에 Data용으로 쓸 수 있는 bits가 작은 것이죠.

 ③ 64 Extended Training Sequence Bits

     Normal Burst에선 26 bits였다면, Synchronization Burst에선 Training Sequence Bits가 64 bits로 깁니다.

     Training Sequence Bits에 대해서는 아래서 자세히 설명드리겠습니다.

 ④ 8.25 bits Guard Period

     Normal Burst와 동일합니다. 다른 Busrt와의 Overlap을 피하기 위한 guard interval 입니다.

 

4. Dummy Burst

1) 사용하는 Logical Channel

 - BCCH Carrier의 IDLE Timeslot

2) 용도 및 특징

 - BCCH에서 전송할 정보가 없더라도 기지국은 항상 BCCH 신호를 쏩니다.

   이때 Dummy Burst를 사용합니다.

 - Dummy Burst에 실린 데이터 자체는 의미가 없는 값이지만

   단말은 Dummy Burst의 파워 (=BCCH의 파워)를 알 수 있습니다.

3) 비트 구성

 ① 3 Tail Bits

     Normal Burst와 동일하게 ramp up & down을 위한 구간입니다.

 ② 142 all zero bits 

     앞서 말씀드린 것처럼 아래와 같은 Fixed 값을 가집니다.

[그림2] Dummy Burst의 Fixed Bits값 (출처 : GSM 05.02)

 ③ 8.25 bits Guard Period

     Normal Burst와 동일합니다. 다른 Busrt와의 Overlap을 피하기 위한 guard interval 입니다.

 

5. Acces Burst

1) 사용하는 Logical Channel

- RACH, AGCH

2) 용도 및 특징

- 단말이 RACH를 쏠 때는 기지국과 연결이 되어있지 않은 상태입니다.

  그리고 기지국이 AGCH를 쏠 때도 단말이 보낸 RACH에 응답하는 첫 신호입니다.

  즉, RACH와 AGCH 모두 Path Delay를 모르는 상태입니다. (= Time Advance가 안된 상태)

- 그래서 인접 Burst Overlap을 피하기 위해 68.25 bits의 긴 Guard Time을 가집니다.

- 68.25 bits의 긴 Guard Time 때문에 Burst 구간은 짧아지게 되다 보니 Short Burst라고 부릅니다.

- 68.25 bits는 256.16μs(=68.25bits X 3.69μs) 시간이며, 이 시간은 37.5km 거리의 전파 지연과 똑같습니다.

 그리고 GSM의 Cell 반경은 35km이지요. 따라서 기지국 반경 끝자락에 있는 단말의 RACH 신호라고 하더라도

 인접 버스트와 중첩되지 않고 기지국에 전달됩니다.

3) 비트 구성

① 8 Tail Bits

     Ramp up을 위한 첫 번째 Tail Bits로 다른 Burst와 달리 3 bits가 아닌 8 bits입니다.

     3 tail bits는 "000"로 모두 0 bit이지만 8 Tail bits는 "00111010"을 가집니다.

     이렇게 Tail Bits가 다른 Busrt 대비 긴 이유는 네트워크에 접속 시 다른 Burst보다 추가 마진을 가지기 위해서입니다.

② 41 training Sequence(or Midamble) Bits

     Normal Burst는 Training Sequence Bits 길이가 26 bits 였다면,

     Random Access Busrt는 41 bits의 Training Bits를 가집니다.

③ 36 Data Bits

     SDCCH 할당을 위한 단말의 요청 정보들이 실립니다.

④ 3 tail bits

     Ramp Down을 위한 구간으로 다른 Burst들과 동일합니다.

⑤ 68.25 bits Guard Period

     앞서 설명드린 것과 같이 인접 Busrt와의 중첩을 피하기 위해 긴 Guard Period를 가집니다.

 

6. Training Sequence

 Normal Burst, Synchronization Burst, Access Burst 모두 Traning Sequence Bits를 가지며,

이 Traing Sequence Code(TSC)는 기지국과 단말이 서로 알고 있는 정해진 값입니다.

 

1) 용도

- 수신한 신호의 Traning Sequence Bits값과 정해진 Traning Sequence Code와 비교함으로써

  신호 퀄리티에 대한 평가가 가능합니다.

- 무선 인터페이스에서 신호가 저하되는 경우 수신된 신호를 Traning Sequence Code로 재구성하는 방식을 통해

  자체 디지털 필터를 조정하여 저하된 수신 신호를 개선할 수 있습니다.

  (= Equalization이 가능합니다.)

 

2) Burst별 Training Sequence

 ① Normal Burst의 Training Sequence Bits

   - Bit 길이 : 26 bits

   - Synchronization Burst, Access Burst와 달리 8개의 Training Sequence Code (TSC) 패턴이 있습니다.

   - TSC가 8개인 이유는 인접한 Cell들이 동일한 주파수의 채널을 사용할 때 각 Cell마다 뚜렷한 차이를 갖는

     Traning Sequence를 할당함으로써 변조 동안 공통으로 사용하는 주파수 간섭을 효율적으로 피하기 위해서입니다.

[그림3] Normal Burst의 Training Sequence Bits (출처 : GSM 05.02)

 ② Synchronization의 Training Sequence Bits

   - Bit 길이 : 64 bits

   - 기지국과 프레임, 시간 동기화하는데 사용되므로 다른 Burst보다 긴 Training Sequence Bits를 가집니다.

   - 아래와 같이 1개의 TSC를 가집니다.

[그림4] Synchronization의 Training Sequence Bits (출처 : GSM 05.02)

 ③ Access Burst의 Training Sequence Bits

   - Bit 길이 : 41 bits

   - 아래와 같이 1개의 TSC를 가집니다.

[그림5] Access Burst의 Training Sequence Bits (출처 : GSM 05.02)