2. Sistemul GSM: servicii, arhitectură, descriere funcţională
Transcript of 2. Sistemul GSM: servicii, arhitectură, descriere funcţională
Comunicații mobile
2. Sistemul GSM: servicii, arhitectură, descriere
funcţională
Comunicații mobile
2.1 Introducere
❑ mai târziu standardizarea a fost încredinţată unui grup de lucru
SMG (Special Mobile Group) ce funcţiona sub cadrul
ETSI (European Telecommunications Standards Institute)
❑în 1991 denumirea se schimbă în Global System for Mobile
Communications ce include şi variantele DCS1800 şi PCS1900
❑evoluţia GSM către UMTS este standardizată de către un organism
denumit 3GPP ( 3rd Generation Partnership Project)
❑ viziunea iniţială a fost elaborată de un grup de lucru
GSM (Groupe Spéciale Mobile) înfiinţat la conferinţa
Conférence Européenne des Administrations des Poste et des
Télécommunications (CEPT) -1982
-benzi de frecvenţă iniţiale 890-915 MHz (uplink) şi 935-960 MHz
(downlink)
Comunicații mobile
❑Standardul este descris în peste 6000 pagini, sub formă de specificaţii
tehnice (recomandări)
Ex: GSM 05.03 –
codarea canalului,
GSM 11.10 – teste
ce trebuie
efectuate înainte
ca o staţie mobilă
să fie
comercializată
http://www.3gpp.org
Comunicații mobile
2.2 Categorii de servicii
-standardul a fost dezvoltat în 3 faze: Faza 1 (până în 1991),
Faza 2 (1991-1995), Faza 2+ (specificaţiile au fost elaborate anual
Release 96, Release 97, Release 98)
-teleservicii: - servicii complete ce nu necesită un alt echipament adiţional
telefonului mobil
-servicii de transport/suport (bearer services): servicii de transport a
informaţiei digitale între puncte de acces (interfeţe) standardizate
-conexiunile externe sunt posibile din/în următoarele rețele
- PSTN – Public Switched Telephone Network
- ISDN – Integrated Services Digital Network
- CSPDN – Circuit Switched Public Data Network – rețele de date
compatibile cu standardul ITU-T X.21
- PSPDN – Packet Switched Public Data Network – rețele de date
compatibile cu standardul ITU-T X.25
- Internet (doar via PSTN sau ISDN)
Comunicații mobile
Comunicații mobile
-pentru utilizarea unui serviciu de transport un utilizator poate
utiliza un echipament adiţional (ex. un laptop prevăzut cu o interfaţă
serială)- un operator GSM
poate opta pentru
implementarea tuturor
serviciilor de
transport sau doar a
câtorva
– serviciul duplex
asincron 9.6 kbiţi/s
este cel mai popular
-servicii suplimentare: CLIP/CLIR, CF etc; servicii ce oferă funcții adiționale,
implementate și tarifate opțional de către operatori
Exemple de servicii suplimentare GSM:
- dezvoltările aduse rețelei - CAMEL- SOR etc. sunt aduse de
asemenea folosind aceeași modalitate de standardizare în etape
Comunicații mobile
Comunicații mobile
- GSM este un sistem celular
- serviciile oferite sunt de tip CSD : un apel de date sau de voce utilizează
resurse dedicate
- orice staţie mobilă implicată într-o convorbire telefonică sau o sesiune
de transmitere de date este considerată de reţea ca fiind activă (dedicated
mode)
- o staţie mobilă ce nu are un canal fizic alocat este considerată de reţea
ca fiind inactivă (idle mode)
- o staţie mobilă oprită este considerată ca fiind detaşată (detached )
- o staţie mobilă pornită este considerată ca fiind ataşată (attached )
❑ Suport pentru mobilitatea terminalului
- mecanisme de transfer al legăturii (handover)
- proceduri de localizare
GSM utilizează un mecanism de handover de tip hard (“break- before-
make” - staţia mobilă este în stare activă
2.3 Suport pentru mobilitate în GSM
Comunicații mobile
- decizia de handover e luată întotdeauna de către reţea (MAHO- Mobile
Assisted HandOver) şi se bazează pe măsurători ale calităţii transmisiei şi
ale nivelului semnalului recepţionat, măsurători efectuate de staţia
mobilă precum şi de staţiile de bază
- într-o procedură de handover staţia mobilă îşi opreşte emisia pe
frecvenţa iniţială şi începe să emită din nou după ce reţeaua alocă un alt
canal radio pe o altă frecvenţă purtătoare
Procedurile de localizare sunt utilizate pentru asigurarea conectivităţii
pentru convorbiri sau sesiuni de date ulterioare (staţia mobilă este în stare
inactivă)
- în stare inactivă staţia mobilă efectuează în permanenţă măsurători
ale nivelului semnalului recepţionat şi se sincronizează cu celula cel
mai bine recepţionată
Comunicații mobile
Conceptual există trei tipuri distincte de proceduri de localizare în
sistemele celulare:
a) staţia mobilă indică reţelei orice schimbare de celulă; poziţia
acesteia este cunoscută de reţea la nivel de celulă
b) staţia mobilă comunică orice schimbare de grup de celule; poziţia
acesteia este cunoscută de reţea la nivel de grup de celule
c) staţia mobilă nu îşi comunică poziţia curentă
- sistemul GSM implementează al doilea tip de proceduri: poziţia staţiei
mobile e cunoscută la nivel de grup de celule – arie de localizare
(location area)
Arie de localizare = un grup de celule în care se va difuza un mesaj de
paging pentru a semnaliza un apel către abonat
Comunicații mobile
Mobilitatea serviciilor = un serviciu (voce, date, multimedia) la care un
utilizator s-a abonat va fi accesibil chiar dacă utilizatorul îşi schimbă
terminalul mobil sau reţeaua mobilă)
- schimbarea terminalului mobil – în GSM identitatea echipamentului
este separată de cea a utilizatorului
- identitatea utilizatorului e legată de cartela SIM (Subscriber Identity
Module) iar serviciile la care acesta s-a abonat nu sunt legate în nici un
fel de echipamentul folosit
- schimbarea reţelei mobile – în terminologie GSM – roaming
❑ Suport pentru mobilitatea serviciilor
- utilizatorul poate utiliza cartela SIM într-o reţea GSM sau non GSM
(dacă aceasta implementează o reţea de acces compatibilă) naţională, sau
internaţională
Comunicații mobile
Funcţiile legate de mobilitate sunt denumite în GSM:
- funcţii de gestiune a resurselor radio (radio resource management
functions) : handover, paging, alocare canale radio.
- funcţii de gestiune a mobilităţii (mobility management functions) –
includ pe lângă procedurile de localizare şi proceduri de
autentificare şi de setare a modului de criptat
Comunicații mobile
2.4 Caracteristici tehnice ale sistemului GSM
Banda de frecvenţe [MHz] GSM: 890-915 (uplink), 935-960 (downlink)
DCS1800: 1710-1785 (uplink),
1805-1880 (downlink)
EGSM : 880-915 (uplink), 925-960 (downlink)
Număr de frecvenţe duplex /separarea
purtătoarelor
124/200KHz
(DCS 1800 – 374/200KHz)
Tehnica de acces multiplu FDMA/TDMA (8 intervale de timp definite pe fiecare purtătoare)
Distanţă duplex 45 MHz/ (DCS 1800-95 MHz)
Debit rezultat în urma digitizării vocii 13kbps(rată întreagă)/6.5kbps (rată 1/2)
Debit rezultat în urma codării canalului 22.8 kbps (rată întreagă) /11.4kbps (half rate)
Debit maxim utilizator 9.6kbiţi/s (14.4 kbiţi/s)
Codarea vocii (full rate) Linear predictive coding /Long term
prediction/Regular Pulse Excitation –
LPC/LTP/RPE
Raza minimă/maximă a unei celule 100 m/35km (până 70 km –celule extinse)
Modulaţie Gaussian Minimum Shift Keying - GMSK
Comunicații mobile
MSCBTS
BTS
BSC MSC
BSC
VLR HLR AUC
EIR
GMSC
BSS
NSS
OMC
OMS
Interfata
Um
Interfata
Abis
Interfata A
X25
PSTN
ISDN
PSPDN
CSPDN
PLMN
IWF
MS
date/voce
semnalizări
MS
2.5 Arhitectura unei rețele GSM
Comunicații mobile
❑ Subsisteme
BSS – Base Stations Subsystem – subsistemul staţiilor de bază
NSS – Network and Switching Subsystem – subsistemul reţea şi comutaţie
- fiecare subsistem este compus din unul sau mai multe echipamenteconectate prin interfeţe standardizate
BSS – staţii de bază - BTS(Base Transceiver Station)
- controler al staţiei de bază - BSC (Base Station Controller)
- transcodor TRAU (Transcoder and Rate Adaptation Unit)
NSS – comutator servicii mobile MSC (Mobile Services Switching Centre)
- MSC de tip gateway GMSC (Gateway Mobile Services
Switching Centre)
- registrul cu localizările abonaţilor proprii HLR (Home Location Register)
- registrul cu localizările vizitatorilor VLR (Visitor Location Register)
- centrul de autentificare AuC- Authentication Centre
- registrul cu identitatea echipamentelor EIR – Equipment Identity Register
OMS – Operation and Maintenance Subsystem – sistemul de operare
şi întreţinere
Comunicații mobile
OMS – centrul de operare şi întreţinere
OMC (Operation and Maintenance Centre)
2.5.1 Staţia mobilă (MS)
❑ MT (Mobile Termination) = terminal mobil – echipamentul ce include
toate funcţiile necesare pentru conectarea pe interfaţa radio
❑ TE (Terminal equipment) = echipament terminal – echipamentul în contact
direct cu utilizatorul (laptop / PDA/fax); funcţionalitatea TE poate fi sau nu
înclusă în terminalul mobil
MT0
MT1
MT1
MT2
TE1
TATE2
TE2
4 fire ISDN
Interfață S
Interfață seriala V24/RS
232/emulată
❑ TA (Terminal adaptor)-adaptor de terminal
- MT0 include atât funcţii TE cât şi MT
-MT1 permite conectarea terminalelor
compatibile ISDN sau a terminalelor
non ISDN (calculator + modem)
(TE1/TE2)
-MT2 permite conectarea doar a
terminalelor non-ISDN
Comunicații mobile
❑ o staţie mobilă GSM nu poate opera în absenţa unei cartele SIM
(Subscriber Identity Module); microcontroller + memorie EEPROM/RAM
- o cartelă SIM conţine date statice sau dinamice :• IMSI (International Mobile Subscriber Identity) – identitatea
abonatului în interiorul reţelei
• chei secrete de autentificare (Ki)/ criptare(Kc)
• coduri PIN/PUK
• identitatea temporară a utilizatorului TMSI (Temporary Mobile
Subscriber Identity)
• informaţii legate de grupul de celule în care se află utilizatorul (LAI)
• lista reţelelor interzise/ lista purtătoarelor radio ale operatorului
(ARFCn)
• numărul de telefon MSISDN (Mobile Station International ISDN
number (opţional)
• memorie la dispoziţia utilizatorului pentru stocare de informaţii
diverse (agendă, SMS-uri primite sau trimise etc)
- implementează algoritmi de criptare (A8) şi de autentificare(A3)
Comunicații mobile
▪ Funcţii principale
-emisie şi recepţie pe canalul radio alocat
- măsurători ale calitătii transmisiei/puterii semnalului recepţionat
- transmiterea măsurătorilor către BSC via BTS
- funcţii de aliniere temporală (timing advance) pentru compensarea
Întîrzierilor datorate mobilităţii
- procesări de semnale –codarea vocii, codarea canalului, modulaţie,
criptare , formare salve, egalizare, compresie de date
2.5.2 Subsistemul staţiilor de bază
▪ un BSS – mai multe BTS , un singur BSC, un echipament de tip TRAU
▪ este responsabil pentru toate funcţiile legate de accesul radio
- gestionează comunicarea radio cu staţia mobilă)
(procesări de semnale, alocarea/eliberarea resurselor radio)
- gestionează procedurile de handover (posibil asistat de MSC)
- implementează funcţii de transcodare a vocii, funcţii de adaptare a
debitului binar pentru transmisii de date
Comunicații mobile
▪ asigură transferul transparent de mesage între MS şi MSC
Staţia de bază - Base Transceiver Station
▪asigură acoperirea radio a unei celule utilizând o o pereche sau mai
multe perechi de frecvenţe purtătoare (tipic 12 într-o celulă)▪ implementează toate prelucrările de semnal pe care le efectuează
o staţie mobilă (mai puţin codarea/decodarea vocii)▪ implementează funcţii de multiplexare/demultiplexare pentru
transmisiuni pe interfaţa Abis▪ întocmeşte şi trimite către BSC rapoarte cu măsurători ale
calităţii şi puterii semnalului recepţionat de la staţii mobile active (uplink)
❑ O staţie de bază este compusă din:
- mai multe emiţătoare/receptoare ce operează fiecare pe o pereche de
frecvenţe purtătoare (TRE –transceiver equipment – echipament hardware,
TRX- TRE configurat logic: canal, putere de emisie etc.)
- o antenă sau mai multe antene omnidirecţionale sau direcţionale
duplexoare(pentru combinarea căilor de emisie şi recepţie în aceeaşi antenă)
şi combinere (combinarea mai multor căi de emisie în aceeaşi antenă)
Comunicații mobile
❑Configurație tipică cu 4 TRX
combiner/duplexor
TRX1 TRX2 TRX3 TRX4
BTSBTS
❑ unitatea de operare şi întreţinere
- este controlată distant de către BSC sau local prin conexiuni
USB/seriale
- gestionează semnalul de tact
- semnalul de tact poate fi trimis de către BSC
- o unitate de operare și întreținere
Comunicații mobile
❑ topologii de interconectare cu BSC
BSCBTS
BTS
BTS
BSCBTS
BTS
BTS
BSCBTS
BTS
BTS
stea
buclă (inel)
serială