Con eficienţă spectrală ridicată transmiterea unui debit ...

Comunicații mobile

4.3.5 Modulaţie

Constrângeri:

-eficienţă spectrală ridicată: transmiterea unui debit binar cât mai mare

utilizând o bandă îngustă de 200kHz

-spectru compact cu lobi laterali nesemnificatívi

- să aibă o anvelopă constantă: amplificatoarele din echipamentele GSM

(MS si BTS) pot fi utilizate aproape de saturaţie iar spectrul trebuie să

ramână nemodificat (sa nu apara componente spectrale noi)

Soluţia adoptată de standard: GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) –

derivată din MSK (Minimum Shift Keying)

Comunicații mobile

PS

D (

dB

/Hz)

Frecvență [KHz]

Răspuns la impuls BTbit=0.3

4.5 Canale logice şi fizice

❑ Canal fizic – un interval temporal în cadre TDMA consecutive

- poate transporta un canal logic sau mai multe canale logice

❑ Canale logice – identifică în GSM tipul informaţiei transmise :

- canale de trafic (date la diverse debite, voce FR sau HR)

- canale de control (doar semnalizări)

- un canal logic de un anumit tip transportă un anumit tip de

informaţie(Ex:PCH- paging channel)

- canale logice sunt mapate în canale fizice conform unei scheme

prestabilite

Cadru k Cadru k+1 Cadru k+2 Cadru k+3 Cadru k+4

Canal fizic

Canal logic A

Canal logic B

Comunicații mobile

Comunicații mobile

❑Organizarea și clasificarea canalelor logice

Canale logice

Canale

comune

Canale

dedicate

Canale

difuzate

Canale de

control comune

Canale de control

dedicate

Canale

de trafic

FCCH

SCH

BCCH

PCH

RACH

AGCH

TCH/F TCH/H

FACH

SDCCH

SACCH

Canale logice de control

- canale de control comune: canale utilizate pentru a permite accesul la

reţea

- canale de control dedicate: canale utilizate pentru transportul

semnalizărilor provenind/destinate unei singure staţii mobile

- canale difuzate: canale mapate pe frecvenţa baliză, informaţia este

transmisă doar în direcţia descendentă (downlink), alocarea acestora se face

cu o rezoluţie spaţială de o celulă

❑ Canale de trafic

Abreviere TCH/F sau TCH/H (ex. TCH/FS –voce,

TCH/F9.6 –date la 9.6kbiţi/s)

Directie Uplink şi downlink

Utilizare Transportul datelor utilizator

Punct la punct/ punct la multipunct Punct la punct

Alocare La cererea unei staţii mobile

Tipul de salve folosite normale

Comunicații mobile

Comunicații mobile

❑ Canale difuzate

-transportă informaţii specifice unei celule

-emise continuu pe frecvenţa baliză

Abreviere BCCH

Directie downlink

Utilizare Informaţii specifice celulei: CI, LAI,

lista frecvenţelor, lista frecvenţelor

baliză ale celulelor vecine,

configuraţia canalelor de control,

MNC, MCC

Punct la punct/ punct la multipunct Punct la multipunct

Alocare Permanentă

Tipul de salve folosite normale

Broadcast control channel

Comunicații mobile

Synchronization channel

Abreviere SCH

Directie downlink

Utilizare Numărul de cadru TDMA, BSIC,

secvenţă de antrenare pentru

sincronizare în timp


Alocare Permanentă

Tipul de salvă sincronizare

BSIC- identificatorul frecvenţei baliză

Număr de cadru TDMA - sincronizare în timp raportată la o structură de tip

hipercadru TDMA

Comunicații mobile

Frequency correction channel

Abreviere FCCH

Directie downlink

Utilizare Sincronizare în frecvenţă (calare a

frecvenţei MS pe o frecvenţă baliză)


Alocare Permanentă

Tipul de salve folosite Corecţie a frecvenţei

-la pornirea staţiei mobile aceasta scanează toate purtătoarele radio alocate

unui operator; doar cele ce transportă FCCH sunt purtătoare baliză

-o staţie mobilă ataşată în stare inactivă este informată pe BCCH care sunt

purtătoarele baliză ce trebuie monitorizate pentru a detecta o eventuală

schimbare a ariei de localizare ca și consecință a mobilității

Comunicații mobile

Abreviere SDCCH


Utilizare autentificare, setări ale canalului de

trafic, proceduri de actualizare a

localizării, transmiterea de SMS (MS

în stare inactivă)


Alocare La cerere

Tipul de salve folosite Normale

❑ Canale de control dedicate

- utilizate de o singură staţie mobilă

Standalone dedicated control channel

Comunicații mobile

Abreviere SACCH


Utilizare Alocat întotdeauna pentru un TCH sau

un SDCCH

Rapoarte cu măsurători (uplink), TA

(downlink), controlul puterii MS

(downlink), SMS (MS în stare activă),

lista frecvenţelor ce trebuie

monitorizate în stare activă


Alocare La cerere

Tipul de salve folosite Normale

Slow associated control channel

Comunicații mobile

Abreviere FACCH


Utilizare Transportă aceleaşi informaţii ca şi

SDCCH în situaţia în care timpul este

un factor critic (handover); operează

prin înlocuirea biţilor pari/impari ai

unei salve normale (TCH)


Alocare La cerere

Tipul de salvă Normale

Fast associated control channel

Comunicații mobile

Abreviere RACH

Directie Uplink

Utilizare Cerere de alocare a unui SDCCH ca răspuns la

un mesaj de paging pentru o procedură de

actualizare a localizării sau pentru o cerere de

resurse fizice pentru un apel

Punct la punct/ punct la

multipunct

Punct la multipunct

Alocare La cerere

Tipul de salvă folosit Acces

Canale de control comune

- dedicate pentru schimbul de informaţii cu mai multe staţii mobile

pentru a le permite acestora să treacă din starea inactivă în starea activăRandom access control channel

Comunicații mobile

Abreviere PCH

Directie Downlink

Utilizare Semnalizarea unui apel către o

staţie mobilă


Alocare Permanentă

Tipul de salvă Normală

Paging channel

- utilizat pentru semnalizarea unui apel către o staţie mobilă; transportă

identitatea GSM a staţiei mobile apelate: TMSI/IMSI

Comunicații mobile

Abreviere AGCH

Directie Downlink

Utilizare Indicarea către MS că un canal dedicat

de control a fost alocat (tipic SDCCH)

, ca răspuns la o mesaj de paging sau

la o cerere de resurse fizice formulată

de MS


Alocare Permanentă

Tipul de salvă folosit Normală

Access grant channel

4.5 Maparea canalelor logice în canale fizice

❑ TCH şi canalele de control asociate SACCHs – trebuie să fie mapate pe

acelaşi canal fizic

❑ Celelalte canale pot fi mapate în diverse combinaţii

- FCH+SCH, BCCH, RACH, PCH, şi AGCH – trebuie mapate pe canalul

fizic definit de frecvenţa baliză şi intervalul temporal TS0

- SDCCH şi canalul SACCH asociat – în orice canal fizic definit pe

frecvenţa baliză; tipic acestea sunt mapate în intervalul temporal TS1

Comunicații mobile

❑Mapare tipică

Comunicații mobile

❑ TCH, SACCH

- un canal SACCH este alocat întotdeauna unui canal TCH

- maparea este definită pe baza unei structuri repetitive formată din 26 de

cadre TDMA (traffic multiframe - multicadru de trafic)

-4x26 cadre TDMA sunt necesare pentru a transmite informaţiile de

semnalizare codate şi întreţesute pe SACCH (4x120 ms=480ms)

-în exemplul precedent o staţie mobilă are alocat intervalul temporal TS2

atât pentru TCH cât şi pentru SACCH

- toate intervalele temporale sunt utilizate de către MS pentru a detecta

intervalul temporal TS0 pe frecvenţele baliză indicate de către reţea

- pe durata TS2 in cadrul inactiv staţia mobilă nu emite şi nu recepţionează

- cele 8 intervale temporale inactive din cadrul inactiv permit deci citirea

informaţiilor difuzate de celulele vecine în TS0 (FCCH, SCH, BCCH)

Ultimul cadru TDMA activ Cadru inactiv

TS0 pe frecvenţele baliză din celulele alăturate?

TS0 TS1 TS2 TS3 TS4 TS5 TS6 TS7

-prin detectarea TS0 staţia mobilă poate citi mai întâi FCCH (pentru

sincronizarea în frecvenţă), măsura nivelul semnalului recepţionat pe

această frecvenţă şi mai apoi construi rapoarte cu măsurători indexate de

BSIC (citit prin decodarea SCH)

Comunicații mobile

Comunicații mobile

❑ FCCH, SCH, BCCH, PCH, AGCH, RACH

- mapate conform unei structuri repetitive de 51 cadre TDMA (signaling

multiframe - multicadru de semnalizări) definite în intervalul temporal TS0

pe frecvenţa baliză

Downlink TS0

Uplink TS0

R-RACH, F-FCH, S-

SCH, B-BCCH, P-

AGCH + PCH

I- cadru inactiv

Comunicații mobile

❑ Exemple

Pornirea staţiei mobile- staţia mobilă scanează toate frecvenţele definite pe cartela SIM,

determină cea mai bine recepţionată frecvenţă baliză şi se sincronizează cu

aceasta prin citirea FCCH

… F S B B B B …

- sincronizare în timp

… F S B B B B …

- citire informaţiilor de pe BCCH

… F S B B B B …

- staţia mobilă trebuie să se înregistreze ; pentru aceasta trimite o cerere de

canal (RACH)

TS0 downlink

TS0 downlink

TS0 downlink

Comunicații mobile

… R R R R R R …TS0 uplink

- reţeaua alocă un SDCCH utilizând canalul logic AGCH

… P P P P P P …

- semnalizările necesare (actualizarea localizării de ex.) sunt efectuate pe

SDCCH

Paging

- sistemul semnalizează un apel pentru o staţie mobilă utilizând PCH

TS0 downlink

… P P P P P P … TS0 downlink

- staţia mobilă care îşi recunoaşte identitatea formulează o cerere pentru un

canal utilizând RACH

… R R R R R R …TS0 downlink

❑ SDCCH şi canalul SACCH asociat

- sunt mapate uzual conform unei structuri repetitive de 102 cadre TDMA

definită pe frecvenţa baliză în intervalul temporal TS1- 8 canale SDCCH

partajează în acest caz acelaşi canal fizic

- un canal suplimentar (un alt TS) poate fi rezervat dar în acest caz

intervalulul respectiv nu mai poate transporta canale de trafic

Downlink

- Dx- SDCCH alocat pentru MSx - Ax- SACCH alocat pentru Dx- informaţiile transportate pe SDCCH/SACCH sunt mapate pe 4 cadre

consecutive TDMA

- în direcţia uplink – se utilizează o structură similară decalată cu 3TS

Comunicații mobile

Comunicații mobile

❑ Exemplu – acces pentru un apel

- staţia mobilă utilizează RACH pentru a accesa reţeaua

… R R R R R R …

- reţeaua alocă un SDCCH utilizând AGCH

… P P P P P P …

TS0 uplink

TS0 downlink

- semnalizările legate de stabilirea apelului (autentificare, verificare IMEI,

setarea modului de lucru criptat etc) se tranferă pe SDCCH; controlul

puterii şi măsurătorile sunt transmise pe SACCH-ul asociat

… D0 D0 D0 D0 … A0 A0 A0 A0 …

- un canal de trafic este alocat pe SDCCH, convorbirea are loc pe TCH

TS1 downlink şi

uplink

… T T T A T T T …

Comunicații mobile

Organizarea cadrelor TDMA

- cadrele emise de BTS sunt numerotate (numărul de cadru TDMA)

- perioada de repetiţie 3h28 min – defineşte durata unui hipercadru

- numărul de cadru TDMA modulo 51 – indică poziţia actuală în cadrul

unui multicadru de semnalizare

- numărul de cadru TDMA modulo 26 – indică poziţia în cadrul unui

multicadru de trafic

Cadru TDMA

Supercadru TDMA (26x51 cadre)

Multicadru de semnalizări Multicadru de trafic

Hipercadru

❑ De ce 26 și 51?

- alegere deliberată , 26 și 51 nu au divizori comuni iar începutul cadrelor

va “aluneca” în timp

- în exemplul de mai sus primul cadru Idle nu permite detectarea FCCH

dintr-o celulă învecinată recepționată; acest lucru este însă posibil la al

doilea cadru Idle

- După detecția FCCH stația mobilă va decoda SCH și va putea determina

BSIC (pt rapoare cu măsurători în handover), numărul de cadru TDMA

pentru criptare la un eventual handover în celula detectată

Mobile communications

Cadru trafic Cadru trafic

Cadru semnalizări

Comunicații mobile

5.Protocoale şi proceduri de semnalizare în sistemul

GSM

Comunicații mobile

Comunicații mobile

5.2 Stiva protocoalelor de semnalizare

5.3 Semnalizări pe interfaţa radio5.3.1 Stratul fizic

- transportul informaţiei între MS şi BTS se face pe canale logice de control

mesajele de semnalizare sunt codate pentru protecţie la erori, modulate,

criptate etc.5.3.2 Stratul legatură de date

- scopul principal: asigurarea unei legături fiabile pentru comunicaţii punct

la punct (Ex: transferul informatiilor pe SDCCH)

- atât protocolul ce operează la acest nivel pe interfața radio (LAPDm) cât şi

cele de pe interfetele A (MTP2) si Abis (LAPD) sunt derivate din protocolul

HDLC (High-level Data Link Control)

Funcţii implementate de HDLC:

-segmentare/asamblare

-sincronizare de cadre

-adresare

-detectie de erori folosind câmpuri de tip FCS şi implementarea de

mecanisme de retransmisie (ARQ)

Comunicații mobile

❑ LAPDm – protocolul dedicat GSM la nivel legătură de date pe interfaţa

radio – (Link Access Protocol for D channel); m- mobil

Funcţii HDLC implementate de LAPm:

- sincronizare de cadre –nu mai este necesară, este efectuată de stratul fizic)

- segmentare/reasamblare – un singur bit (”more” bit) este dedicat; o valoare

de 0 indică că pentru mesajul curent nu mai sunt cadre de transmis

- detectie de erori – cadrele LAPDm nu includ un câmp dedicat FCS;

detecţia de erori se bazează pe codarea de tip Fire făcută la nivelul fizic;

Structura unui cadru

LAPDm

Informatie

(21 octeti)

Control

(8biti)

Adresa

(8 biti)

Comunicații mobile

23 octeți=184 biți

-adresare– SAPI (Service Acces Point Identifier – SAPI=0 semnalizări

RR, MM sau CM – SAPI=3 SMS sau SS)

❑ 3 familii distincte de protocoale

RR (Radio Resource Management)

MM (Mobility Management)

CM (Connection Management)

❑ RR –Radio Resources Management

– familie de protocoale dedicate pentru gestiunea resurselor radio

ce definesc:

– tipul şi formatul mesajelor schimbate între statia mobila şi retea pentru

a stabili o legătură fizică punct-la-punct ce permite dialogul dintre staţia

mobilă şi reţea pe canale dedicate de control= conexiune RR

– modul de transmitere și procesare a informației pe BCCH, SCH, FCCH

– modul de transmitere și procesare a informației pe AGCH/PCH /RACH

Echipamentele GSM ce implementeaza familia de protocoale RR sunt

cele din BSS

5.3.3 Stratul 3

Comunicații mobile

❑ MM –Mobility Management- protocol de gestiune a mobilităţii ; implementează proceduri de

gestiune a mobilităţii cât şi proceduri legate de securitate şi

confidenţialitate :

- actualizarea localizării

- proceduri de atașare/detașare de la rețea (IMSI attach/detach)

- autentificare, setarea modului de transfer criptat etc

- anumite mesaje de semnalizare MM sunt iniţiate ca urmare a unor

cereri provenind de la nivelul superior (CM) (ex. autentificare) –MM

connection related procedures

- schimbul de mesaje MM nu este în mod necesar legat de un apel de date

sau de voce (proceduri specifice MM, de ex. actualizarea localizării) –

MM specific procedures

- toate procedurile MM necesită în prealabil o conexiune RR

- schimbul de mesaje de tip MM are loc între staţia mobila şi MSC/VLR

(eventual HLR) cu BSS avand doar funcţii de transport transparent

Comunicații mobile

❑ CM – Connection Management

- familie de protocoale între MS şi NSS; de fapt 3 protocoale distincte

SMSCC SSCM <=>

- CC – Call Control - funcţii de stabilire/terminare a unui apel,

obţinerea de informaţii de rutare pentru apeluri de tip MT etc.

- SMS – Short Message Service – trimiterea/recepţionarea de SMS-uri

- SS– Supplementary Services management – gestiunea serviciilor

suplimentare: activarea/dezactivarea serviciilor suplimentare

-schimbul de mesaje CM are loc între MS si MSC, MS si HLR sau MS si

centrul de mesaje scurte (SC)

Comunicații mobile

Structura unui mesaj de strat 3

Protocol discriminator (PD) – identificator pe 4 biți inserat de

echipamentul care generează informația de semnalizare; utilizat la

recepție pentru distribuirea mesajului la secvența de cod/aplicația care

gestionează semnalizările de un anumit tip

PD Functie Origine/destinatie

RR – 0110 Gestiunea resurselor radio MS catre/de la BTS sau

BSC

MM – 0101 Gestiunea mobilitatii MS catre/de la VLR

CC, SS – 0011 Gestiunea apelurilor

/gestiunea serviciilor

suplimentare

MS de la /catre MSC si/sau

HLR

SMS – 1001 Mesaje scurte MS catre/de la SC via MSC

Comunicații mobile

- pentru a permite efectuarea de semnalizări concurente mesajele

includ un câmp suplimentar - Transaction Identifier

Message Type– identifică un anumit mesaj MM,CM sau RR (doar în

cadrul aceleiaşi familii)

Tipul mesajului +PD – identifică în mod unic un anumit mesaj de strat 3

5.4.1 Stratul fizic

- mai multe destinaţii/origini posibile

(BSC trebuie să comunice cu toate

transceiverele din fiecare BTS)

-fiecare TRX are un canal dedicat de

semnalizări (RSL) de 64kbiţi/s sau 16

kbiți/s în structura unui multiplex PCM

-pentru operare şi întreţinere fiecare BTS

are o legatură dedicată de 64kbiți/s

Exemplu BSC-BTS cu

4 TRX:

5.4 Semnalizări pe interfaţa Abis

Comunicații mobile

Ex: - MEASUREMENT_REPORT trimis de MS: 01100000 -

00010101 va fi decodat de BTS; BTS va adăuga propriile

măsurători pentru direcţia uplink şi va transmite mesajul către BSC

Information elements – corpul mesajului de semnalizare

Con eficienţă spectrală ridicată transmiterea unui debit ...

Documents

Transcript of Con eficienţă spectrală ridicată transmiterea unui debit ...