1/82

REELE DE COMUNICAII MOBILE Pentru a oferi servicii de comunicaii mobile este necesar cunoaterea reelelor prin care este

posibil realizarea acestor servicii. Calitatea serviciului, perceput de utilizator, SQE - Service Quality Evaluation, depinde de mai

muli factori, obiectivi i subiectivi:

calitatea transmisiei oferit de reea; calitatea informaiei oferit de ofertantul serviciului; calitatea i accesibilitatea interfeei de comunicaie prin care se realizeaz serviciul; coninutul informaiei oferite i adaptarea acesteia la necesitile clienilor, etc.

Pentru analizarea calitii serviciului, dependent de reea, este necesar cunoaterea structurii

reelei sau a reelelor prin care se ofer serviciile de comunicaie. n prezent, serviciile de comunicaie se pot oferi folosind diferite reele de comunicaie, cu conectarea utilizatorului n trei moduri diferite:

Conexiune fix. - utilizatorul este conectat la reea ntr-un anumit punct, fr a avea posibilitatea s modifice punctul de conectare la reea, de ex. reele POTS (Plain Old Telephone System), ISDN (Integrated Services Digital Network), sau CATv.

Conexiune nomadic. - utilizatorul are posibilitatea de a-i modifica poziia n reea i s primeasc sau s transmit, n continuare, informaiile dorite, dar pe durata comunicaiei, poziia sa fa de reea rmne fix. Este cazul unor reele PLC (Power Line Communications), n care utilizatorul se poate muta de la o priz electric la alta i se poate reconecta pentru a relua sau a continua comunicaia. i reelele radio au capacitatea de a oferi o conexiune de tip nomadic.

Conexiune mobil. - utilizatorul realizeaz comunicaia aflndu-se n micare. Mobilitatea utilizatorului fa de reea, cu meninerea comunicaiei, este caracterizat n prezent prin trei limite de vitez:

mobilitate pietonal viteza de deplasare < 10 km/h ( interiorul cldirilor, trguri, expoziii;

mobilitate medie - viteza de deplasare < 120 km/h (deplasare pe osele);

mobilitate mare - viteza de deplasare < 500 km/h ( trenuri de mare vitez). Reelele radio folosite pentru conectarea mobil:

reele radio celulare acoper arii geografice mari (de regul la nivelul unei ri):

GSM; DCS 1800; UMTS; cdma2000

reele radio necelulare acoper arii geografice mici (de regul n interiorul/ jurul unei cldiri, n zone rurale sau suburbane, cu locuine dispersate sau n zone aglomerate, dar cu dimensiuni relativ reduse - trguri, expoziii):

Wi-Fi; WiMAX.

2/82

1. Reele GSM

Sistemul GSM - Global System for Mobiles, asigura prelucrarea i transmiterea semnalelor n form digital fiind considerat un sistem de generaia a doua ce poate oferi o serie de servicii de transmisii de date cu diferite viteze, pe un canal alocat transmisiei vocale. Este compatibil cu ree3lele POTS (Plain Old Telephone System), ISDN (Integrated Services Digital Network), PSPDN (Packet Switched Public Data Network) i CSPDN (Circuit Switched Public Data Network), cu folosirea unor metode i protocoale de acces adecvate cum sunt X25 sau X32.

Serviciile de transmisii de date oferite de GSM n faza iniial de dezvoltare sunt:

serviciul facsimil; servicii asincrone dedicate pentru transmisii duplex de date, cu viteze de transmisie de 300, 1200,

2400, 4800, 9600 bii/s precum i 1200/75 bii/s; servicii sincrone dedicate pentru transmisii duplex de date, cu viteze de 1200, 2400, 4800 sau

9600 bii/s; servicii de transmisii asincrone de date, dedicate pentru acces de pachete, cu viteze de 300, 1200,

2400, 4800, 9600 bii/s sau 1200/75 bii/s; servicii de transmisii sincrone de date, dedicate pentru acces de pachete, cu viteze de 2400, 4800

sau 9600 bii/s.

Generaia 2+ - se introduc trei tipuri noi de sisteme, derivate i compatibile GSM:

a. GPRS - General Packet Radio Service, b. HSCSD - High Speed Circuit Switched Data, c. EDGE - Enhanced Data rates for GSM/global Evolution.

devenind operaionale o serie de faciliti i servicii care vor fi preluate i de ctre UMTS (Universal Mobile Telecommunication System):

transmisii de date comutate n mod circuit, de mare vitez; codec "full rate"; faciliti de reea inteligent; servicii ASCI (Advanced Speech Call Items); cartele SIM (Subscriber Identity Module ) cu pachete de servicii prestabilite; suport pentru optimizarea rutrii.

1.1 Structura semnalului n reeaua GSM

Informaiile transmise n GSM sunt prelucrate digital. Transmisia se face, pe fiecare sens de comunicaie, de la staia mobil ctre reea, respectiv de la reea ctre staia mobil, pe canale de radiofrecven. Un canal de radiofrecven pentru GSM are lrgimea de band de 200 kHz, iar pentru realizarea unei legturi de comunicaie este necesar o pereche de asemenea canale, cte unul pentru fiecare sens de comunicaie. Pe fiecare pereche de canale de radiocomunicaie pot realiza legtura de comunicaie, n aceeai perioad de timp, pn la 8 utilizatori. Un timp a fost luat n discuie i soluia cu 16 utilizatori, care nu s-a dovedit a fi cea mai potrivit, din cauza calitii sczute a transmisiei pe canalul vocal.

GSM folosete pentru acoperirea unei zone principiile sistemelor celulare de comunicaii. Aceasta nseamn utilizarea repetat pe un teritoriu a canalelor RF alocate, cu respectarea regulilor de protecie impuse de obinerea unor rapoarte semnal/zgomot acceptabile. Sistemele GSM folosesc:

a. diviziunea de frecven - mprirea benzilor de frecven alocate n canale de

radiocomunicaie, cu lrgimea de band de 200 kHz;

b. diviziunea de timp - alocarea purttoarei de radiofrecven la mai muli utilizatori, cu folosirea alternativ a canalului de radiofrecven de acetia;

c. diviziunea de spaiu - repetarea pe un teritoriu a canalelor de radiofrecven.

3/82

n GSM, 8 sloturi de timp sunt grupate ntr-un cadru TDMA, cu o durat de 4,615 ms. Cte 26

sau cte 51 cadre TDMA formeaz un multicadru. Multicadrul format din 26 cadre este folosit pentru transmiterea traficului, deci pentru comunicaia generat de utilizatori, iar multicadrul format din 51 cadre se folosete pentru transmiterea de semnalizri. n intervalele de timp alocate (sloturi de timp) se transmit canalele logice de trafic precum i informaii de semnalizare, organizare a sistemului, buna funcionare a legturii de comunicaie etc. Pentru unele canale logice se atribuie canale fizice speciale, pe care transmisia respect aceeai mprire de timp.

Timpul de transmisie n sistem este utilizat ciclic, durata ciclului global fiind cel mai mic

multiplu comun al tuturor timpilor de repetare pentru bursturile de transmisie ale tuturor tipurilor de canale logice folosite n sistem.

n fiecare slot de timp, pe canalele fizice definite, se transmit diferite tipuri de informaie, fie

cele generate direct de ctre utilizator (informaii de trafic), fie informaii de semnalizare i control, fie informaii destinate pentru utilizatorii aflai n zona de serviciu a reelei GSM. Fiecare tip de informaie transmis se organizeaz n canale logice (tipuri de informaie - semnalizri i informaie util1).

Transmisia informaiilor se realizeaz pe canale fizice. Prin canal fizic se nelege suportul pe

care se transmite orice tip de informaie ntr-un sistem de comunicaie. Pentru realizarea unei transmisii este necesar ca unui utilizator s i se atribuie pentru folosire o poriune de band de frecvene, o succesiune de intervale de timp sau o combinaie timp - band de frecven. Deci un canal fizic folosete o combinaie de multiplexare n frecven i n timp i este definit ca o secven de canal de radiofrecven i de sloturi de timp. Definirea complet a unui canal fizic particular const n descrierea domeniului de frecven i a domeniului de timp.

Canalul de comunicaie poate fi alocat: permanent unui utilizator, cum este cazul sistemelor de radiodifuziune, n care un emitor

folosete, ntr-o zon, acelai canal pe o perioad ndelungat de timp; la cerere, adic temporar, dac utilizatorul l folosete la solicitare doar un timp limitat, pe

durata evoluiei mesajului i a semnalizrilor necesare acestuia, dup care elibereaz canalul pentru a fi preluat de alt utilizator.

Alocarea la cerere a canalului de comunicaie se poate face:

prin folosirea succesiv a canalului. Canalul de comunicaie este ocupat integral de utilizator pe toat durata desfurrii comunicaiei i poate fi ocupat de un alt utilizator de abia dup ce a fost eliberat de precedentul;

prin folosire alternativ, caz n care canalul este preluat, dup o anumit regul, de obicei ciclic, de mai muli utilizatori.

Canalele de comunicaie acordate la cerere pot fi, n funcie de modul de lucru adoptat de

sistemul de comunicaie pentru care sunt destinate: unilaterale - la sisteme de radiodifuzare de mesaje, sisteme de anunare (paging), la care

sensul de transmitere a informaiei pe canal este de la sistem ctre utilizator. n acest caz, pentru transmiterea informaiei utilizatorul primete un canal fizic de comunicaie;

bilaterale - transmiterea de informaie se realizeaz n ambele sensuri, att de la sistem ctre utilizator ct i de la utilizator ctre sistem. n acest caz, pentru transmiterea informaiei este necesar o pereche de canale fizice de comunicaie separate n banda de frecven sau un singur canal dar cu separarea n timp a celor dou sensuri de comunicaie.

1 pay load

4/82

1.2 Arhitectura reelei GSM

Tabelul 1.1 Parametrii tehnici principali ai sistemelor de radiocomunicaii digitale din familia GSM Caracteristici GSM 900 P GSM 900 E GSM 1800 GSM 1900

Benzi de emisie [MHz]

Staia de baz 935-960 921-960 1805-1880 1930-19902II

Staia mobil 890-915 876-915 1710-1785 1850-19102II

Separare duplex [MHz] 45 45 95 80 Banda canalului RF [kHz] 200 200 200 200

Numr canale RF 124 174 374 298

Modul de acces TDMA/ FDMA TDMA/ FDMA

TDMA/ FDMA

TDMA/ FDMA

Canale vocale pe o purttoare RF 81 81 81 81

Numr canale vocale 992 1492 2992 2384 Codare semnal vocal RPE / LTP RPE / LTP RPE / LTP RPE / LTP Tipul de modulaie GMSK GMSK GMSK GMSK

Viteza de transmisie pe canal RF [kbit/s] 270,833 270,833 270,833 270,833

Viteza de transmisie pe canal vocal [kbit/s] 13 13 13 13

Viteza de ieire la vocoder [kbit] 22,8V 22,8V 22,8V 22,8V

Durata unui cadru [ms] 4,615 4,615 4,615 4,615

Puterea maxim [W] /

trepte de putere

Staia de baz 320 / 3 dB min 2,5IV 320 / 3 dB min 2,5IV

20 / 20; 10; 5; 2,5IV

20 / 20; 10; 5; 2,5IV

Staia mobil 20 / 20; 8; 5; 2; 0,8 20 / 20; 8; 5;

2; 0,8 1 / 1; 0,25 1 / 1; 0,25

Raza maxim a celulei [km] 35III 35III 20 20

Observaii: 1. Sistemele GSM admit i varianta cu 16 canale vocale pe o purttoare RF 2. n GSM din banda de 1900 MHz, benzile de RF sunt subdivizate n 6 subbenzi i anume:

Subbanda Uplink Downlink

GSM 1900 A 1850 - 1865 MHz 1930 - 1945 MHz; GSM 1900 B 1870 - 1885 MHz 1950 - 1965 MHz; GSM 1900 C 1895 - 1910 MHz 1975 - 1990 MHz; GSM 1900 D 1865 - 1870 MHz 1945 - 1950 MHz; GSM 1900 E 1885 - 1890 MHz 1965 - 1970 MHz; GSM 1900 F 1890 - 1895 MHz 1970 - 1975 MHz.

3. n cazuri speciale, pentru zone rurale, cu trafic redus i condiii de propagare corespunztoare se admit raze ale celulei de pn la 120 km. 4. Se folosesc i microstaii de baz, cu puteri de 1,6; 0,5 i 0,16 W. 5. 11,4 kbit/s n cazul transmiterii pe canale cu viteza de transmisie pe jumtate (16 canale vocale pe purttoarea RF)

5/82

GMSC - Gateway Mobile Switching Center EIR - Equipment Identity Register MSC - Mobile Switching Center HLR - Home Location Register BSC - Base Station Controller VLR - Visitor Location Register BTS - Base Transceiver Station BSS - Base Station Subsystem

Fig. 1.1 Structura de principiu a unei reele PLMN GSM

Un sistem GSM conine patru subsisteme componente (figura 1.1):

staia mobil, MS, subsistemul staiilor de baz, BSS subsistemul reea i de comutare, NSS subsistemul de operare i ntreinere.

1.2. 1 Staia mobil

Figura 1.2 Structura de principiu a staiei mobile

n variantele mai noi, GSM face distincie ntre abonat i terminalul utilizat de acesta pentru realizarea legturii de comunicaie. Separarea este necesar pentru ca terminalul mobil s nu mai fie atribuit n exclusivitate unui utilizator, ci s poat fi folosit de oricare utilizator, cu ajutorul unui modul de identificare. Abonatul mobil este desemnat sub acronimul MS- mobile subscriber, iar terminalul mobil prin MT. Un abonat poate realiza conectarea la reea folosind orice terminal pe care l-a personalizat, prin introducerea modulului propriu de identificare SIM.

Staie mobil

Echipament Mobil, ME

Modul de identificare a utilizatorului

SIM

Ctre/de la sistemul

staiilor de baz

Interfaa Um

6/82

Echipamentul terminal poate fi format dintr-una sau mai multe uniti de echipament i poate s conin una sau mai multe din urmtoarele entiti:

set telefonic; terminale de utilizator, ca echipamente terminale de date, terminale telex; sisteme de utilizator.

Echipamentul mobil conine: seciune de emisie, seciune de recepie, un circuit duplexor care realizeaz conectarea att a seciunii de emisie ct i a celei de

recepie pe o anten comun, circuite de prelucrare a semnalului pornind de la banda de baz pn la semnalul de

radiofrecven, circuite de decodificare a semnalului recepionat i de transpunere a acestuia n banda de

baz, circuite necesare pentru semnalizrile i msurtorile necesare funcionrii n reea.

Fiecare echipament mobil este identificat printr-un numr de identificare internaional a

echipamentului staiei mobile IMEI, numr unic atribuit echipamentului. IMEI cuprinde indicativul fabricantului precum i alte elemente de identificare. Acest numr este rezultat printr- o convenie ntre realizatorii de echipamente i are drept scop identificarea staiilor i depistarea staiilor cu defecte, a celor furate etc. IMEI este utilizat de reea, prin intermediul EIR - registrul de identitate a echipamentelor, ori de cte ori este necesar.

Modulul SIM este realizat sub forma unei cartele magnetice pe care sunt nregistrate caracteristicile necesare pentru recunoaterea utilizatorului precum i alte informaii necesare, de exemplu cele pentru taxare.

Modulul de identificare a abonatului, SIM, conine informaiile necesare pentru conectarea unui abonat la reea. Exist dou categorii de informaii:

informaii fixe, care nu se modific pe durata exploatrii SIM, de ex. numrul de identificare

internaional a abonatului, IMSI informaii variabile, care se modific pe durata exploatrii, de ex. numrul de identificare

temporar a abonatului, TMSI, detalii referitoare la aria de localizare n care se afl abonatul la un moment dat (numrul ariei de localizare) etc.

Modulul SIM conine o serie de date obligatorii:

informaii administrative ca modul de operare (normal etc.); numrul de identificare a modulului, numr unic, stabilit de furnizorul SIM; pachetul de servicii oferit prin SIM; indentitatea internaional a abonatului; informaia de localizare a abonatului mobil; cheile de cifrare necesare pentru lucrul n reea; alte date ca lista canalelor ascultate pentru a fi raportate pentru eventuale necesiti de

transfer, lista reelelor PLMN n care nu este permis accesul; limba n care urmeaz a fi realizat afiajul diferitelor mesaje pe display.

Accesul la datele coninute de cartela SIM, este protejat printr-o parol, care constituie numrul de identitate personal - PIN. Multe dintre informaiile memorate pe SIM sunt protejate mpotriva citirii sau a modificrii ulterioare datei de emisie. Un operator emite un nou modul SIM cu ocazia nregistrrii unui nou abonat. Reeaua care emite modulul SIM este reeaua de origine (home network) (de apartenen) pentru abonatul mobil. n cazul n care exist convenii ntre operatorii de reea, abonatul poate s intre n legtur de comunicaie i n alte reele de operator.

7/82

Staiile mobile din generaia a doua de sisteme mobile de comunicaie preiau unele funciuni de control a calitii comunicaiei, realizndu-se astfel o distribuire n reea a funciilor de supraveghere i control. Astfel, staia mobil efectueaz msurtori asupra nivelului semnalului recepionat pe canalul de comunicaie de la staia de baz cu care este n legtur, precum i asupra semnalelor pe care le recepioneaz de la alte staii de baz aflate n zon. Rezultatele msurtorilor sunt comunicate reelei prin intermediul staiei de baz cu care se afl n legtur i servesc la luarea unor decizii importante ca reglarea nivelului de putere de emisie pe canal la staia mobil, stabilirea momentului de realizare a transferului legturii de comunicaie i a staiei de baz care trebuie s preia legtura etc.

1.2.2. Subsistemul staiilor de baz

Subsistemul staiilor de baz (figura 1. 3) controleaz funcionarea i calitatea legturilor realizate prin interfaa radio a GSM. Asigur parial managementul legturii de comunicaie, avnd o serie de funciuni precis stabilite n cadrul ansamblului unei reele GSM. Subsistemul staiilor de baz are dou componente funcionale:

staia de baz, format din unul sau mai multe echipamente de emisie - recepie, BTS; controlorul staiilor de baz, BSC.

Staia de baz reprezint un sistem de echipamente emisie - recepie, care realizeaz comunicaia pe un canal duplex de comunicaie. Deci o staie de baz conine cte un echipament de canal de radiofrecven, pentru fiecare sens de comunicaie, ctre i de la staia mobil. Pentru fiecare canal radio de comunicaie (i direcie, dac staia de baz funcioneaz cu antene sectoriale) la o staie de baz se monteaz cte un transceiver (BTS). n cele mai multe cazuri, ntr-un amplasament se monteaz mai multe transceivere, care sunt folosite ntr-o celul. Pe lng seciunile de emisie i de recepie, echipamentele de la o staie de baz cuprind uniti de semnalizare i control a semnalului, inclusiv uniti de msur a cmpului recepionat precum i circuite necesare pentru realizarea sincronizrii n timp a staiilor mobile aflate n legtur cu staia de baz. Dac la o staie de baz sunt montate mai multe echipamente de canal (transceiver), se poate realiza utilizarea n comun a unora dintre funciunile de semnalizare i control. De exemplu, n situaia montrii la o staie de baz a mai multor transceivere cu antene omnidirecionale, acestea pot funciona cu un singur canal alocat pentru realizarea solicitrilor de apel ctre staia de baz (canalul de acces) sau pentru anunarea staiilor mobile de primirea unui apel (canalul de apel). De asemenea, la o staie de baz cu mai multe transceivere, se poate monta doar o singur unitate de sincronizare i de stabilire a ncadrrii n ferestrele de timp pentru fiecare canal de comunicaie i de semnalizare.

La o staie de baz, toate transceiverele care acoper aceeai zon (fie c antenele sunt omnidirecionale, fie c acestea sunt sectoriale), sunt cuplate printr-un sistem duplexor pe o singur anten. Antena este realizat n funcie de teritoriul pe care staia de baz trebuie s-l acopere.

Fig. 1.3 Subsistemul staiilor de baz

(link radio, FO sau

cablu coaxial)

(link radio, FO sau

cablu coaxial)

8/82

Principalii parametri care caracterizeaz o staie de baz sunt:

canalele radio repartizate pentru a fi folosite la emisie i la recepie;

codul de identificare, BSIC, pentru fiecare staie de baz;

limitrile de putere, n cazurile n care staia de baz nu are permisiunea de a funciona la puterea maxim realizabil;

configurarea canalelor de semnalizare i control care pot fi folosite n comun de mai multe echipamente transceiver din cadrul aceleiai staii de baz;

limitrile de putere pe care staia de baz trebuie s le impun staiilor mobile cu care intr n legtur de comunicaie.

Principalele funciuni ale unei staii de baz sunt:

realizarea transmisiei semnalelor ctre staiile mobile aflate n zona sa de aciune, att pentru canalele de trafic ct i pentru canalele de control;

recepia semnalelor primite de la staiile mobile aflate n zona de aciune, att pe canalele de trafic ct i pe canalele de semnalizare i control;

procesarea semnalelor dup recepie sau nainte de transmitere, procesare prin care trebuie s se realizeze:

cifrarea mesajelor transmise; codarea canalului i ntreeserea biilor; demodularea; egalizarea;

sincronizarea staiilor mobile n fereastra de timp pe care au primit-o spre folosire, pe

purttoarea de radiofrecven;

gestionarea semnalizrilor realizate ntre MS i BSC;

realizarea de msurtori asupra nivelului i calitii recepiei semnalului primit de la staia mobil;

funciuni de management la nivel local. Legtura dintre staia de baz i controlorul staiilor de baz prin interfaa Abis se poate realiza att

prin mijloace radio ct i pe cablu.

Controlorul staiilor de baz - BSC este echipamentul din subsistemul staiilor de baz

care are atribuiuni de administrare i control asupra funcionrii staiilor de baz, fiind n acelai timp unitatea de legtur ntre staiile de baz BTS i centrul de comutare pentru comunicaii mobile MSC. Legturile de comunicaie i de semnalizare ctre staiile de baz se asigur printr-o reea de transport, care poate fi realizat prin mijloace radio sau pe cablu coaxial, fibr optic etc., prin interfaa Abis. Conectarea cu centrul de comutare pentru comunicaii mobile se asigur, de asemenea, printr-o reea de transport, dimensionat corespunztor i realizat prin mijloace radio sau pe cablu coaxial, fibr optic etc., prin interfaa A.

9/82

Principalele funciuni ale controlorului staiilor de baz sunt:

administrarea canalelor radio n subordine, prin care se realizeaz operaii de reconfigurare operativ a distribuiei canalelor radio n funcie de necesitile de trafic;

supravegherea calitii folosirii resurselor radio prin:

interpretarea msurtorilor fcute de staiile de baz i de staiile mobile, controlarea puterii de emisie a staiei mobile; msurtori de trafic i interpretarea evenimentelor de trafic;

codarea vorbirii i adaptarea vitezelor de transmisie;

transferul mesajelor de control ntre staia mobil i centrala de comutaie pentru reeaua

mobil MSC, prin intermediul staiei de baz BTS;

administrarea resurselor radio pe durata realizrii conectrii cu staia mobil;

operaiuni legate de gestionarea sistemului staiilor de baz:

gestionarea transferurilor legturii de comunicaie n deplasarea staiei mobile, ntre staiile de baz subordonate aceluiai BSC;

gestionarea datelor de sistem - informaii despre puterea maxim admis n celul, transmiterea indicativelor staiilor de baz ale cror niveluri trebuie msurate la staia mobil i trebuie raportate de aceasta;

interpretarea informaiilor despre nivelul de putere la recepie i calitatea legturii, transmise att de staia mobil ct i de staia de baz;

gestionarea datelor de localizare pentru staiile mobile; eventuale aciuni de ntreinere la nivelul staiilor de baz.

n cadrul funciunilor realizate de controlorul staiilor de baz se pot evidenia acele funciuni

legate direct de realizarea i meninerea legturii de comunicaie ntre reeaua GSM fix i staia mobil.

Funciunile BSC direct legate de stabilirea i realizarea n bune condiiuni a legturii de

comunicaie dintre staia mobil i reeaua GSM fix sunt de dou categorii:

1. Aciuni desfurate n etapa de stabilire a legturii de comunicaie:

realizarea i transmiterea mesajelor de paging ctre staiile de baz care sunt situate n aria de localizare n care este raportat staia mobil creia i este adresat mesajul;

stabilirea semnalizrilor pentru conectarea cu staia mobil, astfel:

dac solicitarea este realizat de staia mobil, cu transferarea semnalizrilor de pe canalul de control comun ctre un canal de semnalizare alocat de BSC,

dac solicitarea de comunicare este realizat ctre staia mobil, atunci semnalizarea se realizeaz de la nceput pe un canal de semnalizare alocat;

atribuirea canalului de trafic, pe care urmeaz s se desfoare legtura de comunicaie.

2. Aciuni desfurate pe durata legturii de comunicaie dintre staia mobil i partea fix a reelei GSM:

controlul dinamic al puterii att la staia mobil ct i la staia de baz pentru meninerea

la un nivel ct mai sczut posibil a perturbaiilor n celul i n celulele vecine;

localizarea staiei mobile, evaluat n cursul legturii de comunicaie, pentru a stabili, dac este necesar, transferul legturii i la care celul s se comute legtura;

10/82

transferul, realizat n condiiile n care fie legtura de comunicaie devine dificil prin

staia de baz curent, fie din raiuni de organizare n cadrul reelei;

organizarea saltului de frecven, care reprezint trecerea comunicaiei de pe un canal radio pe altul, n cadrul celulei, trecere realizat dup o anumit regul i care are drept scop realizarea unui nivel de recepie mai bun, prin evitarea parial a fadingului Rayleigh;

radiodifuzarea unor mesaje de serviciu n celule.

Canalele de control i de comunicaie din reea sunt totdeauna sub controlul BSC. Cu toate

acestea o serie de mesaje de semnalizare, asociate unei conexiuni stabilite, nu sunt afectate n mod direct de BSC. Pentru aceste mesaje, controlorul este transparent, deci un simplu releu de transfer.

BSC poate controla mai multe purttoare radio. Ordinul de mrime al numrului de canale radio controlate variaz, n funcie de fabricantul de echipament i de structura reelei, de la cteva zeci la cteva sute de canale radio.

1.2.3. Subsistemul reea i de comutare

Subsistemul reea i de comutare este compus modular din mai multe uniti distincte, fiecare cu funciunile sale specifice n cadrul reelei GSM i cu punerea n eviden a interfeelor (figura 1. 4).

Subsistemul reea conine trei grupe mari de uniti funcionale:

centrul de comutaie, MSC;

bazele de date necesare pentru gestiunea utilizatorilor i pentru realizarea diferitelor operaii funcionale ale sistemului:

AuC - Authentication Center, EIR - Equipment Identity Register, HLR - Home Location Register, VLR - Visitor Location Register;

entitile de adaptare la ieirea din GSM, cu alte sisteme de comunicaie: IWF - Interworking Function, EC - Echo Chanceller, XC - entitate pentru conversia semnalului n forma necesar BSS.

11/82

AuC - Authentication Center, IWF - Interworking Function EIR - Equipment Identity Register, EC - Echo Chanceller, HLR - Home Location Register, XC - entitate pentru conversia semnalului n VLR -Visitor Location Register; forma necesar BSS MSC - Mobile Switching Center PSTN - Public Switched Telephone Network PDN - Packet Data Network ISDN - Integrated Services Digital Network PLMN - Public Land Mobile Network

Fig. 1. 4 Schema bloc a Subsistemului reea i de comutare

Rolul subsistemului reea n cadrul unui sistem GSM este:

supravegherea i gestionarea legturii de comunicaie ntre un abonat mobil al reelei proprii i abonaii fici sau mobili conectai la alte reele de comunicaii (reele fixe, alte reele mobile, reele de comunicaii prin satelii, alte tipuri de reele);

supravegherea i gestionarea legturii de comunicaii dintre abonaii mobili aflai n zone de aciune ale unor controloare de staii de baz diferite;

supravegherea bunei funcionri a abonailor mobili proprii i a celor vizitatori, prin

intermediul bazelor de date AuC, EIR, VLR, HLR.

Centrul de comutare pentru abonaii mobili, MSC, reprezint componenta sistemului care realizeaz interfaa dintre sistemul staiilor de baz al unei reele celulare i alte reele de comunicaie, n particular cu reeaua telefonic public comutat. n acelai timp, MSC reprezint centrala de comutaie pentru comunicaiile cu reeaua de origine sau de destinaie precum i pentru comunicaiile care au loc n cadrul reelei.

ntr-o reea GSM exist mai multe MSC dintre care, acelea care asigur interfaa ctre alte sisteme de comunicaii, de exemplu o interfa PSTN sau o interfa ISDN etc., realizeaz pe lng funciunile curente i funcia de poart de interconectare, Gate - MSC, ctre respectivele sisteme. Centrul de comutare pentru serviciile mobile se realizeaz, de regul, sub form modular, astfel nct capacitatea de trafic i de prelucrare a datelor necesare gestionrii reelei s poat fi modificate rapid, fr eforturi mari, n funcie de necesitile de dezvoltare ale reelei n ansamblu.

12/82

Principalele uniti componente ale unui MSC sunt:

a. subsistemele de comutare formate din:

subsistemul de control al traficului - supravegherea traseului apelurilor, selectarea rutelor pe care acestea trebuie s le urmeze etc.;

subsistemul pentru semnalizare de trunchiuri - asigur conectarea ctre alte noduri ale reelei, inclusiv generarea i interpretarea semnalizrilor necesare;

subsistemul de semnalizare pe canal comun - genereaz mesaje, semnalizri etc. n

concordan cu sistemul de semnalizare CCITT nr. 7;

subsistemul de msurtori i statistici de trafic - asigur colectarea, stocarea i interpretarea datelor statistice de trafic;

subsistemul de taxare - asigur colectarea datelor necesare taxrii;

subsistemul de mentenan i operare - asigur anumite operaiuni de ntreinere i

supraveghere la nivelul centrului de comutare.

b. subsistemele soft de comand i control formate din:

subsistemul procesor central - asigur stocarea i administrarea, ncrcarea i supravegherea funcionrii programelor sistemului; poate fi asistat de subsisteme procesoare regionale, cu sarcini mai puin complexe pentru a descrca parial funciunile procesorului central;

subsistem de mentenan - urmrete localizarea defectelor hard i a erorilor de soft reducnd efectul acestora;

subsistem de gestionare a fiierelor folosite n sistem;

subsistem pentru realizarea comunicrii cu entitile de intrare/ieire - asigur

supravegherea funcionrii acestor entiti;

subsistem de comunicare om - main. Funciunile curente ale MSC:

a. funciuni similare cu cele ale centralelor din reelele telefonice publice

comutate: supravegherea stabilirii apelurilor; realizarea procedurilor de rutare; conversia numerotrii n vederea asigurrii secretizrii destinatarului apelului; alocarea trunchiurilor de ieire; realizarea procedurilor de taxare i a statisticilor de trafic;

b. funciuni tipice reelelor celulare:

meninerea unei liste cu abonaii angajai n comunicaie; asigurarea unor proceduri de protecie contra utilizatorilor nenregistrai, folosind

funcii ca:

13/82

verificarea identitii abonatului; secretizarea comunicaiei de date;

iniierea i supravegherea procedurilor de localizare i transfer a legturii de comunicaie n condiiile deplasrii staiei mobile, cu excepia acelor transferuri care se limiteaz la zona de aciune a sistemului staiilor de baz (staia mobil, n deplasarea ei pe durata comunicaiei, nu iese din zona de aciune a unui controlor al staiilor de baz);

Prin intermediul funciunilor de nregistrare i reactualizare a localizrii, folosind informaiile

de localizare transmise de staiile mobile, devine posibil realizarea automat a comunicaiilor care au ca destinaie staia mobil.

Tot n cadrul MSC sunt nglobate, de obicei, entitile care realizeaz IWF, EC i XC. Modulul funcional IWF - Interworking Function, confer reelei mobile capacitatea de

interconectare cu diferite alte tipuri de reele de comunicaie. IWF permite accesul abonatului la funcii de conversie de protocol i/sau de conversie de vitez de transmisie de date aparinnd abonatului mobil respectiv abonatului din reeaua la care se realizeaz conexiunea. De exemplu IWF va aloca, la cerere, un modem din setul de modemuri de care dispune, cnd terminalul de date mobil realizeaz transferul de date cu un terminal de date terestru conectat la o linie analogic nchiriat sau din reeaua telefonic public comutat. Prin IWF se poate asigura, de asemenea, conectarea direct pentru echipamente de date proprii abonatului (nestandardizate) cum ar fi, de exemplu, X. 25 PAD - Packet Assembler Disassembler.

Transcodorul, XC, este necesar pentru a realiza conversia de la semnalul PCM rezultat la ieirea centralei, de 64 kbit/s, vocal sau de date, la forma folosit pentru transmisia prin interfaa radio dintre staia de baz i staia mobil sau pentru forma utilizat la transmisia dintre centrala pentru abonaii mobili i subsistemul staiilor de baz. Deci transcodorul reprezint o entitate particular de conlucrare. n funcie de necesiti, transcodorul poate fi amplasat la centrala pentru abonaii mobili, MSC, la controlorul staiilor de baz, BSC, sau la echipamentul de emisie recepie, BTS. De exemplu, n cazul n care amplasarea se realizeaz la MSC iar sistemul folosete canale vocale GSM de 13 kbit/s, pentru adaptarea vitezelor de transmisie, informaiile primite n form digital sunt completate cu bii "albi" pn la 16 kbit/s, apoi grupate cte patru pe o linie telefonic fix de 64 kbit/s. Astfel, fiecare canal PCM de 2 Mbit/s (30 canale de 64 kbit/s) poart 120 canale vocale GSM pn la controlorul staiilor de baz.

Modulul de eliminare a ecourilor, EC- Echo Chanceller, este o entitate care permite eliminarea unor efecte neplcute la recepionarea mesajelor transmise n timp real ntre o reea mobil GSM i reeaua telefonic fix comutat. Timpul de ntrziere a semnalelor vocale cumulat pe ntreg lanul de comunicaie, specific sistemelor GSM, este de ordinul a 80 ms fiind datorat, n principal, codrii i decodrii. n cazul unei conectri defectuoase cu reeaua telefonic public ntrzierea este perceput de abonatul mobil. Conectarea dintre reeaua mobil i reeaua fix impune utilizarea unor transformatoare de la 4 la 2 fire, mod specific de lucu folosit de reeaua fix. Datorit imperfeciunilor, un astfel de transformator ntoarce o parte din semnalul de la perechea de recepie la perechea de transmisie din interfaa pe 4 fire. n acest mod apare un ecou pe care-l percepe abonatul mobil, dar care nu este sesizat de abonatul reelei fixe.

Baza de date primar a abonailor mobili, HLR - Home Location Register, este baza de date de referin n care sunt nregistrai parametrii abonatului. Este obligatoriu ca o reea GSM s conin cel puin un HLR. n funcie de dimensiuni i de modul pe care-l adopt operatorul pentru structurarea reelei sale, ntr-o reea pot exista mai multe HLR. Dispunerea HLR se realizeaz, de obicei, n acelai amplasament cu GMSC, dar nu este exclus ca amplasarea s se fac n alt loc iar legtura cu GMSC s fie realizat printr-o cale de comunicaie special creeat. HLR este realizat ca o unitate la care se pot distinge patru entiti funcionale soft (figura 1. 5):

14/82

1. 5 Entittile funcionale ale HLR

Funciunile principale ale HLR:

stocarea datelor abonailor reelei i actualizarea dinamic a datelor variabile n funcie de evoluia abonailor mobili;

prezentarea, la cererea unitilor reelei abilitate s primeasc informaii de la HLR, a datelor necesare pentru identificarea abonailor mobili care aparin de reea i anume:

furnizarea ctre VLR a datelor necesare pentru identificarea abonatului mobil i pentru

realizarea comunicaiei cu acesta (transmite i primete date de la VLR, actualizeaz aria de localizare a staiilor mobile);

colaborarea cu AuC pentru realizarea i stocarea parametrilor de securitate pentru autentificarea utilizatorului i cifrarea comunicaiei (tripletul de numere necesar pentru securizarea legturii).

Informaiile coninute n HLR pot fi accesate de MSC i de VLR ale altor reele mobile cu care exist convenii de colaborare, pentru a permite realizarea mobilitii abonailor ntre reelele de operator (roaming). n general, prin trecerea abonatului mobil dintr-o reea n alta, abonatul poate s beneficieze de aceleai faciliti ca i n reeaua de origine. HLR este totdeauna accesat atunci cnd legtura de comunicaie este ndreptat ctre abonatul mobil, pentru a se afla poziia acestuia n reea.

Informaii fixe: numerele de identificare i adresele; parametrii pentru procesul de autentificare a abonatului; tipurile de servicii oferite de reea i la care abonatul are acces.

Informaii variabile: adresa VLR la care este nscris n fiecare moment abonatul mobil; starea curent a abonatului (accesibil, funcionare pe robot, deconectat etc.) numrul temporar de funcionare pentru abonat, TMSI, cunoscut doar de reea.

Baza de date propriu-zis (informaii de abonat fixe

i variabile; triplei de cifrare formai mpreun

cu AuC)

Entitate de legtur (proceduri de semnalizare

pentru conectarea cu GMSC, VLR, AuC)

Analiza numerelor de adresare (IMSI -

International Mobile Subscriber Identity, MSISDN- Mobile

System ISDN)

Administrarea bazei de date (comenzi necesare

pentru exploatarea bazei de date)

GMSC

VLR

AuC

15/82

Baza de date a abonailor vizitatori, VLR, este o baz de date care conine o copie a principalelor informaii referitoare la abonai i nregistrate la HLR. Aceste informaii sunt temporare, deoarece sunt coninute de VLR doar pe durata de timp n care abonatul mobil se afl pe teritoriul controlat prin VLR-ul respectiv. Deci VLR conine datele despre abonai chiar dac acetia sunt nregistrai n acelai timp i la HLR care acoper zona respectiv. n acest mod se elimin o serie de accesri inutile ale HLR pentru realizarea legturilor de comunicaie. Cu alte cuvinte, un VLR conine toate datele necesare funcionrii staiilor mobile aflate n zona sa de aciune. Fiecare MSC are asociat cte un VLR.

Entitile funcionale ale VLR sunt asemntoare cu cele ale HLR, cu unele deosebiri rezultate din destinaia VLR (figura 1. 6):

Figura. 1. 6 Entitile funcionale ale VLR

Localizarea unui abonat mobil pentru un apel provenit din afara reelei GSM se face totdeauna la HLR, care cunoate adresa VLR unde se afl la momentul respectiv staia mobil. Deci accesarea unui abonat mobil printr-un apel provenit din afara reelei GSM se face totdeauna prin GMSC, care interogheaz HLR i care comunic adresa VLR la care se afl MS.

VLR este responsabil pentru folosirea datelor referitoare la abonatul vizitator care se afl n aria de serviciu a MSC. Prin abonai vizitatori ai ariei de serviciu a MSC se neleg toi utilizatorii care evolueaz n aria de serviciu a acesteia, indiferent c au realizat contract cu operatorul cruia i aparine MSC sau c sunt doar n convenie de roaming cu operatorul reelei.

VLR activeaz procesul de acordare a unui numr temporar, TMSI - Temporary Mobile Subscriber Identity, unui abonat mobil, numr pe care-l transmite i ctre HLR. Acest numr temporar TMSI, care ine locul IMSI - International Mobile Subscriber Identity n cadrul legturilor de comunicaie realizate n interiorul reelei, este memorat pe modulul SIM al abonatului, nefiind adus la cunotina abonatului. Deoarece la stabilirea legturii de comunicaie nu se transmite numrul IMSI, se asigur securitatea abonatului. Ca o precauie suplimentar de securitate, TMSI poate fi modificat periodic sau dup alte reguli stabilite de operator. O opiune poate fi chiar modificarea TMSI la fiecare apel, sau o dat cu procesul de actualizare a localizrii. Pentru a simplifica procesul de cutare i de localizare a abonailor mobili, celulele reelei sunt grupate n arii de localizare.

Fiecare VLR gestioneaz mai multe arii de localizare. n cazul n care abonatul se deplaseaz dintr-o arie de localizare n alta, informaia de localizare este actualizat la HLR, printr-un proces iniiat de VLR. n cazul n care abonatul se deplaseaz din zona de acoperire a unui VLR n zona de lucru a altui VLR, se schimb i aria de localizare. Totodat HLR care este ntiinat despre aceasta, iniiaz o procedur de tergere a datelor de la vechiul VLR i de nregistrare n noul VLR a datelor abonatului care a intrat pe noul teritoriu. n mod corespunztor se modific datele de localizare att la HLR ct i pe modulul SIM de abonat.

Linii de semnalizare i trunchiuri de conectare

Baza de date (date de abonat fixe i variabile;

triplei de cifrare)

Entitate de legtur (proceduri de semnalizare pentru conectarea cu MSC

i HLR) Analiza numerelor de

adresare (IMSI - International Mobile Subscriber

Identity,)

Administrarea bazei de date (comenzi necesare

pentru exploatarea bazei de date)

Entitate de acces la BSC, prin care se trateaz toate aspectele privind conectarea MS la reea

MSC

HLR

BSC

16/82

Dac abonatul mobil iese din reeaua de origine i se deplaseaz ntr-o reea pentru care exist o convenie de operator, VLR asociat zonei de localizare n care intr abonatul i va aloca un numr de staie mobil vizitatoare, MSRN - Mobile Station Roaming Number. Numrul este alocat dintr-o list de numere pstrat la nivelul VLR vizitat. MSRN va fi folosit pentru a direciona apelurile din reea ctre centrala pentru abonaii mobili, MSC, care controleaz sistemul staiilor de baz din aria n care este localizat abonatul mobil.

De asemenea, VLR aloc numere de "transfer" pentru a fi utilizate n cazul transferului legturii de comunicaie ntre centralele pentru abonaii mobili. Transferul legturii reprezint un proces dinamic desfurat ntre centrala "surs" i centrala "de destinaie". De menionat faptul c, n cazul transferului legturii de comunicaie de la o central la alta, centrala "surs" nu este pe deplin deconectat n raport cu legtura de comunicaie dect dup ncetarea complet a acesteia. Prin aceasta se asigur o supraveghere "global" a legturii de comunicaie de ctre un singur organ de urmrire (MSC "surs").

VLR este deci responsabil, prin intermediul protocolului de conectare cu HLR pentru:

actualizarea localizrii staiei mobile, actualizare pe care o transmite i la HLR; asigurarea numerelor de roaming, MSRN - Mobile Station Roaming Number, pe care le

comunic i la HLR; transmiterea ctre HLR a parametrilor necesari pentru furnizarea unor noi triplei de

numere pentru secretizare; anularea nregistrrii, solicitat la HLR.

Prin seciunea de administrare, VLR gestioneaz diferitele operaii care au loc pentru realizarea

conectrii cu BSC, iar prin entitatea de acces specific VLR (figura 1. 6) se contribuie la rezolvarea unor funciuni ca:

managementul conectrii; managementul mobilitii; managementul resurselor radio. Baza de date pentru identificarea echipamentelor, EIR, - baz de date centralizat

pentru controlul numrului de identitate al echipamentelor mobile care opereaz ntr- o reea mobil. Controlul se face prin verificarea numrului internaional de identificare al echipamentelor, IMEI. Numrul IMEI este unic, fiecare echipament obinnd, nc de la fabricant, o identitate unic.

Centrul de autentificare, AuC - Authentication Center, este o entitate a reelei care realizeaz funcii distincte n raport cu MSC, fiind responsabil:

pentru procesul de autorizare a accesului unui abonat mobil n reea; pentru cifrarea transmisiei pe traseul radio; pentru atribuirea identitii temporare, TMSI. De obicei, AuC se amplaseaz n acelai loc cu HLR, cu scopul creterii vitezei de adresare i

reactualizare a nregistrrilor abonailor. Procesul de verificare a autenticitii are loc de fiecare dat cnd abonatul mobil solicit

reconectarea la reea. La prima solicitare a unui canal de comunicaie, n cadrul fiecrei sesiuni de utilizare a reelei,

are loc un proces complet de autorizare a abonatului. Comunicaiile ulterioare, efectuate ntr-un interval de timp predeterminat sau n cadrul unor subreele aparinnd aceluiai operator, ar putea s nu mai activeze procesul de autorizare, dac datele produse n procesul iniial de autorizare, memorate n SIM, sunt identice cu cele coninute la HLR/VLR.

17/82

Procesul de verificare a autenticitii abonatului mobil const din: compararea unor date de siguran memorate pe SIM cu datele corespunztoare coninute

de HLR, date nregistrate att pe SIM ct i n HLR n momentul eliberrii modulului SIM;

prelucrarea unei serii de date memorate la AuC, conform unor algoritmi i transmiterea

rezultatelor sub forma unui mesaj codat ctre SIM. Mesajul recepionat este decodat la staia mobil i se elaboreaz rspunsul semnat, SRES - Signed RESponse, care este returnat ctre AuC. n funcie de coninutul rspunsului, abonatului mobil i este permis sau nu accesul n reea.

La realizarea conveniei cu operatorul (abonament etc.), abonatului i este atribuit, mpreun cu IMSI, o cheie de autentificare, denumit Ki, care este nregistrat att n SIM ct i la AuC. Pentru realizarea secretizrii adresrii (numrul de adresare temporar TMSI) ct i pentru cifrarea comunicaiei, AuC calculeaz mai multe chei de cifrare (figura 1. 7).

Procedura de autentificare respect urmtoarele etape principale: se stabilete un numr aleator, RAND - RANDom; avnd ca date de pornire RAND i Ki, se calculeaz, folosind algoritmii A3 (algoritm de

autentificare) i A8 (algoritm de cifrare), o cheie de cifrare (KC) precum i rspunsul semnat, SRES;

valorile calculate RAND, SRES i KC sunt livrate la HLR i sunt accesate pentru realizarea comunicaiei. La rndul su, la cerere, HLR livreaz tripleta ctre VLR.

1.3 Reele GPRS - General Packet Radio Service

1. 3. 1 Consideraii generale ale GPRS

Din punct de vedere tehnic, GPRS este standardizat de ETSI, astfel c operatorii dispun de elementele necesare (performane de calitate, protocoale etc.) pentru introducerea acestuia.

Standardele GPRS au fost elaborate n ideea integrrii transmisiilor de date structurate n modul pachet n reelele GSM. Deci reelele GPRS trebuie s se integreze n structura reelelor GSM.

O reea GPRS ofer servicii de transmisii de date organizate n mod pachet pe canal radio. Sistemul de comunicaii ce permite realizarea acestor servicii este compatibil cu GSM, fiind dezvoltat ca o extindere a acestuia. Se folosete deci structura de timp a canalelor GSM, realizndu-se asocieri convenabile ntre sloturile de timp din structura TDMA.

Fig. 1. 7 Furnizarea tripleilor de cifrare

18/82

Avantaje aduse de GPRS n comparaie cu GSM: Accesul mai rapid la resursele radio;

mprirea i folosirea mai flexibil a resurselor disponibile la interfaa radio;

Realizarea unei alocri dinamice a resurselor radio, pe baza cererii reale;

Viteze mai mari posibile oferite utilizatorilor.

n cadrul BSS, transferul de informaii ctre i de la NSS se realizeaz prin uniti de adaptare

de vitez i de transcodare (cadre TRAU - Transcoding Rate and Adaptation Unit). n esen, cadrele TRAU sunt mai degrab pachete de date dect un flux continuu de date. n acest mod, subsistemul staiilor de baz poate fi folosit i pentru GPRS, cu unele restricii. Pentru a integra entitile GPRS n structura existent GSM, este necesar s se introduc echipamente noi.

Pentru GPRS, BSC devine un element aproape transparent. Rolul staiilor de baz n

prelucrarea semnalelor primite sau transmise de la i ctre staiile mobile se micoreaz, acestea fiind destinate realizrii traficului de pachete de la i ctre unitatea de control a pachetelor, PCU, care apare ca un element nou n cazul reelelor GPRS (figura 1.9), montat n sistemul staiilor de baz BSS.

Alte elemente noi ce apar n GPRS sunt nodurile suport de serviciu respectiv poart, SGSN - Serving GPRS Supporting Node, GGSN - Gateway GPRS Support Node ca i poarta de margine (de reea) BG - Border Gateway. SGSN este entitatea prin care se realizeaz n mod curent accesul utilizatorilor mobili la reeaua GPRS, iar GGSN este entitatea de legtur cu alte reele de comunicaie.

1.3.2 Performanele GPRS n cazul transmisiei n GPRS, un utilizator poate folosi mai multe sloturi de timp GSM.

Vitezele de transfer realizate n GPRS difer n funcie de numrul de sloturi alocate transmisiei i de schema de codare a canalului. Viteza maxim pe care o poate realiza un utilizator ce folosete GPRS este de 172,4 kbit/s. Tabelul 1. 2 prezint vitezele de transmisie realizate n GPRS cu folosirea schemelor de codare C1, C2, C3, C4, pentru un slot, dou respectiv opt sloturi de timp folosite de utilizator. Valorile indicate conin i biii folosii de headerul MAC, format din 8 bii.

Deoarece sistemele GPRS folosesc n mare msur structura de reea dezvoltat pentru GSM, este necesar ca i interfaa radio realizat pentru transmisiile GPRS s urmeze, n mare, tehnologia standard folosit la interfaa radio a GSM iar prelucrarea semnalelor s fie aceeai ca i n GSM. Astfel, GSM i GPRS folosesc schema de modulaie GMSK, unde un bit este transformat ntr-un simbol i transmis pe traseul de radiofrecven. O combinaie de band de 200 kHz cu un interval de timp (slot de timp) de 20 ms, cu separare TDMA ntre canale, reprezint pentru GSM ca i pentru GPRS, o resurs fizic (figura 1. 8).

Tabelul 1. 2 Vitezele de transmisie n GPRS, pentru cteva combinaii de sloturi de timp Schema de

codare Nr. bii corespunztori unui

interval de timp de 0,02 s 1 slot de timp 2 sloturi de timp8 sloturi de

timp CS-1 184 9,2 kbit/s 18,4 kbit/s 73,6 kbit/s CS-2 271 13,55 kbit/s 27,1 kbit/s 108,4 kbit/s CS-3 315 15,75 kbit/s 31,5 kbit/s 126 kbit/s CS-4 431 21,55 kbit/s 43,1 kbit/s 172,4 kbit/s

19/82

Figura 1.8 Structura datelor transmise n GSM pe un slot TDMA, pe canal de trafic 1.3.3 Arhitectura GPRS Schema bloc de principiu pentru o reea GPRS este ilustrat n figura 1.9

SMS-GMSC Short Message Service-Gateway MSC SM-SC - SMS-Service Center SGSN - Serving GPRS Supporting Node CG - Charging Gateway GGSN - Gateway GPRS Support Node PCU - Packet Control Unit

Figura 1.9 Structura de principiu a unei reele GPRS, cu prezentarea interfeelor De menionat c att SGSN ct i GGSN trebuie s aib posibilitatea de comunicare cu bazele

de date ale reelei GSM la care reeaua GPRS este ataat. SGSN este responsabil pentru livrarea pachetelor de date de la i ctre staiile mobile din

interiorul ariei sale de serviciu, pachetele fiind oferite prin nodurile suport GPRS i prin PCU.

57 bii de informaie Secven de recuperare de 26 bii

57 bii de informaie

3 bii de 1 bit 1 bit 3 bii de Perioad de gard coad coad corespunztoare ca durat la 8,25 bii

20/82

Sarcinile SGSN:

rutarea pachetelor,

transferul pachetelor,

managementul mobilitii,

managementul localizrii.

SGSN are atribuii de taxare. Acesta colecteaz informaiile despre taxare, referitoare la

folosirea resurselor reelei proprii i n particular pe cele legate de folosirea interfeei radio. Datele apelului sunt transmise sistemului de taxare.

Dac n GSM, criptarea datelor i a vocii se realizeaz la BTS, n GPRS, aceasta se realizeaz la SGSN. Acesta preia i operaia de compresie a datelor pachet, care este o caracteristic opional a GPRS.

Componenta GGSN a reelei GPRS realizeaz interfaa ctre reeaua extern de date transmise

n mod pachet. GGSN realizeaz o funcie de ancor (figura 1. 10). O caracteristic important a unei reele mobile GSM / GPRS este aceea c ofer roaming. Roamingul este ns o capacitate pe care protocoalele pentru pachete de date fixe, IP sau X25, nu o accept. De aceea, GGSN rmne entitatea funcional prin care se realizeaz tranzaciile de pachete (funcia de ancor) atunci cnd staia mobil evolueaz n teritoriu, schimbnd aria de rutare iar controlul legturii trece de la un SGSN la alt SGSN. Prin arie de rutare se nelege un grup format din una sau mai multe celule, controlate de un SGSN, n care evolueaz staia mobil.

Fig. 1. 10 Realizarea funciei de ancor de ctre GGSN

Uneori, legtura de comunicaie dintre o reea PLMN de origine i o reea PLMN vizitat, nu se

realizeaz direct ntre cele dou reele, acestea fiind interconectate printr-o reea de tranzit. n aceast situaie, trecerea dintre reeaua PLMN i magistrala de tranzit se realizeaz printr-o poart de trecere, BG - Border Gateway, care asigur att interfaa ctre reeaua magistral de tranzit dintre PLMN - uri (figura 1. 11) ct i funciile de securitate.

21/82

Figura 1.11 Exemplu de folosire a porilor de trecere n conexiunea cu reeaua magistral de tranzit

1. 3. 4. Structura semnalului n GPRS

GPRS este realizat folosind modul de formare a canalelor din GSM. Sunt pstrate principiile de

formare a canalelor logice i se pstreaz schema de folosire a canalelor de frecven i a sloturilor de timp din GSM. n GSM, pentru fiecare purttoare de radiofrecven sunt atribuite cte 8 sloturi de timp. GPRS permite asocierea sloturilor de timp astfel nct se poate realiza o alocare dinamic a resurselor disponibile, unde prin resurse se neleg sloturile de timp folosite n GSM i aflate la dispoziia sistemului. Sistemul este capabil s atribuie, pe un anumit interval de timp, n funcie de necesitile de transmisie ale utilizatorului i de resurse, unul sau mai multe sloturi de timp (figura 1. 12).

Fig. 1. 12 Exemplu de folosire a resurselor radio pentru o transmisie GPRS

Deoarece GPRS nu poate spori resursele radio, este necesar o planificare inteligent a funcionrii n reea i un control dinamic i riguros al resurselor folosite.

n funcie de necesiti, sloturile de timp ale purttoarei radio vor fi ocupate pe rnd pentru

legturile de comunicaie cu diferite staii mobile. n exemplul prezentat n figura 1. 12, echipamentul de date aflat n conexiune de comunicaie cu echipamentul mobil folosete pentru transmisie, pe segmentul de cale radio, sloturile de timp alocate n GSM.

Sloturi de timp folosite pentru alte transmisii

22/82

Se presupune c transmisia de date este realizat de la echipamentul de date ctre staia mobil. n funcie de necesiti, se pot folosi unu pn la opt sloturi de timp ale purttoarei de RF. Astfel, n intervalul de timp de la T1 la T2, pentru transmisie sunt folosite patru sloturi de timp ale purttoarei RF, n intervalul T2 la T3 comunicaiei i se aloc toate cele opt sloturi de timp ale purttoarei, iar pe intervalul T3 la T4, pn la terminarea comunicaiei, sunt folosite doar dou dintre sloturi, atribuirea resurselor fiind funcie de coninutul informaiei transmise.

n cazul transmisiei cu date structurate n mod pachet, cum este cazul pentru GPRS, transferul pachetelor de date se realizeaz n uniti de blocuri radio, fiecare bloc radio coninnd 456 bii, ce se transmit pe cadrele de transmisie oferite de GSM. Pentru aceasta sunt necesare patru sloturi de timp GSM de tipul celor folosite la transmiterea traficului vocal sau de date (patru sloturi TDMA de trafic). Gruparea cadrelor n multicadre pentru GPRS este diferit de cea a GSM. n GPRS se introduce un nou tip de multicadru, format din 52 cadre, fiecare cu durata de 4,615 ms, numerotate de la 0 la 51, denumit 52-multicadru, cu durata de timp de 240 ms.

n evoluia ntr-o reea GPRS, staia mobil se poate afla ntr-una din urmtoarele stri:

Neconectat (Idle); Conectat dar inactiv (Standby); Conectat i activ (Ready).

n starea neconectat, utilizatorul nu este conectat la funcia de gestionare a mobilitii GPRS. Staia mobil i nodul SGSN nu dein informaii despre poziia utilizatorului sau despre calea de rutare a mesajelor ctre el. Nu sunt executate procedurile de gestionare a mobilitii referitoare la utilizator, ns staia mobil are efectuate funciile de selectare a reelei GPRS, de selectare a celulei GPRS i de reselectare a proceselor. Nu sunt posibile transmiterea datelor ctre i de la utilizatorul mobil i nici apelarea acestuia. Reeaua GPRS consider unitatea mobil ca fiind nedisponibil. Pentru a se stabili procedurile de management al mobilitii la unitatea mobil i la nodul GPRS, trebuie s se efectueze procedura de conectare GPRS.

n starea conectat dar inactiv, utilizatorul este conectat la funciile GPRS de gestionare a

mobilitii. Staia mobil i nodul SGSN au stabilit condiiile pentru managementul mobilitii, pentru identitatea IMSI a utilizatorului i acesta poate primi apeluri pentru transmisii de date sau informaii de semnalizare, precum i apeluri prin nodul SGSN pentru servicii pe circuite comutate. Staia mobil efectueaz local selecia i reselectarea ariei de rutare GPRS i a celulei GPRS, execut procedurile de gestionare a mobilitii pentru a informa nodul SGSN despre intrarea ntr-o nou arie de rutare, dar nu l informeaz despre intrarea ntr-o nou celul a aceleai arii de rutare. n timpul strii STANDBY, utilizatorul poate cere activarea sau dezactivarea procedurilor PDP.

n starea conectat i activ, funcia de gestionare a mobilitii este completat cu date despre poziia utilizatorului privind celula n care se afl. Staia mobil efectueaz procedurile de gestionare a mobilitii pentru a oferi reelei identitatea celulei selectate. n aceast stare, staia mobil poate primi sau transmite pachete de date, inclusiv pentru reele externe.

Aspectele operaionale ale GPRS se refer la o serie de operaii i de proceduri pe care reeaua

i echipamentul mobil trebuie s le realizeze n colaborare, pentru a asigura funcionarea n bune condiii a realizrii, meninerii i ncheierii comunicaiei:

Transferul legturii de comunicaie;

Controlul avansului de timp;

Codarea canalului;

Accesul iniial la reeaua GPRS;

Alocarea resurselor GPRS, pe fiecare dintre sensurile de transmisie;

Eliberarea resurselor GPRS, pe fiecare dintre sensurile de transmisie.

23/82

1.4 Reele HSCSD 1.4.1 Performane ale HSCSD

La interfaa radio a sistemelor GSM iniiale viteza de transmisie a utilizatorului a fost

determinat de posibilitile de prelucrare digital i de transmisie a semnalului vocal n GSM. Este necesar ca utilizatorului s i se asigure, dup prelucrare digital i transmisie, o calitate similar cu cea realizat de sistemele de transmisie pe fir. n prima faz a GSM, viteza de transmisie a datelor pentru un canal de trafic complet, TCH/F - Traffic Channel / Full (menionnd, dac este cazul, viteza de transmisie pe canalul de trafic), a fost limitat la viteza rezultat pentru transmisia vocal i anume 9,6 kbit/s, ceea ce corespunde la o vitez de transmisie la interfaa radio de 12 kbit/s.

HSCSD - High Speed Circuit Switched Data reprezint un procedeu care permite alocarea n

comun pentru un utilizator a mai multor canale de trafic, TCH, ntr-o configuraie special, denumit HSCSD. Scopul este de a oferi posibilitatea unei multitudini de servicii, cu viteze de transmisie diferite la interfaa radio pentru utilizatori, printr-o singur structur de strat fizic. Prin mbuntiri ale transmisiei la interfaa radio, cum ar fi folosirea de diferite scheme de codare i de modulare, se pot obine viteze mai mari de transmisie a datelor, deci viteze mai mari de transmisie pentru un slot de timp GSM. Configuraia reelei ce permite realizarea procedeului HSCSD este cea a unei reele GSM (figura 1. 1), cu condiia ca aceasta s permit realizarea de combinri de canale, n vederea sporirii vitezei de transmisie de date pe canalul de trafic atribuit utilizatorului. Capacitatea disponibil a unei configuraii HSCSD reprezint un multiplu al capacitii canalului de trafic, TCH (tabelul 1. 3), ajungndu-se astfel la mrirea semnificativ a vitezei de transfer la interfaa radio.

Tabelul 1. 3 Transformarea vitezei de utilizator la interfaa radio n funcie de viteza

de transmisie pe canalul de trafic, pentru serviciile nontransparente

n mod logic, cele n canale complete de trafic la interfaa radio aparin aceleiai configuraii

HSCSD i de aceea ele trebuie s fie controlate de reea ca o singur legtur radio pentru scopurile operaiilor cu caracter celular ca, de exemplu, transferurile. Aceasta impune ns noi funciuni n staiile de baz ale reelei.

n cazul folosirii unei modulaii corespunztoare, numrul de sloturi de timp la interfaa radio poate s nu corespund vitezei de transmisie a fluxului de date n seciunea reea. De exemplu, un serviciu de date cu viteza de 28,8 kbit/s poate fi oferit prin intermediul unui slot de timp la interfaa radio, dar va fi nevoie de dou canale Abis cu viteza de 14,4 (16 kbit/s).

Un alt exemplu este serviciul transparent 56/64 kbit/s pentru care dou sloturi de timp la interfaa radio, de 32 kbit/s, sunt multiplexate ntr-un flux de date de 64 kbit/s n partea de reea.

Viteza de utilizator la

interfaa radio

TCH/4,8 TCH/9,6 TCH/14,4 TCH/28,8 TCH/43,2

4,8 kbit/s 1 N/A N/A N/A N/A 9,6 kbit/s 2 1 N/A N/A N/A

14,4 kbit/s 3 N/A 1 N/A N/A 19,2 kbit/s 4 2 N/A N/A N/A 28,8 kbit/s N/A 3 2 1 N/A 38,4 kbit/s N/A 4 N/A N/A N/A 43,2 kbit/s N/A N/A 3 N/A 1 57,6 kbit/s N/A N/A 4 2 N/A

N/A - Neaplicabil

24/82

Pentru stabilirea unei conexiuni HSCSD este necesar negocierea unor parametri pe ansamblul

reelei: viteza de transmisie a utilizatorului din reeaua fix;

codarea canalului reelei de acces radio bazat pe GSM, GERAN - GSM Enhanced Radio Access Network, acceptabil pentru apel;

numrul maxim de canale de trafic (cu vitez complet) pe care-l poate accepta utilizatorul;

viteza de transmisie a utilizatorului dorit la interfaa radio, parametru aplicabil doar n cazul serviciilor nontransparente;

indicaia asupra unor modificri solicitate de utilizator i dac aceste modificri sunt cerute, atunci prezentarea resurselor necesare;

indicaii referitoare la asimetria codrii canalului.

1. 4. 2 Arhitectura HSCSD

Arhitectura reelei realizate (figura 1. 14) trebuie s permit transmisii bazate pe combinarea

unor canale de trafic GSM independente, ntr-o configuraie HSCSD.

Fig. 1. 13 Configurarea arhitecturii reelei pentru realizarea HSCSD

n reea i la staia mobil trebuie s fie oferite funcii de combinare respectiv de mprire a

datelor n fluxuri separate de date, fluxuri care sunt apoi transferate la interfaa radio prin intermediul a n canale radio, unde n = 1, 2, 3, ...., 8. Dup divizare, fluxul de date va fi transportat de n canale complete de trafic, denumite canale HSCSD, ca i cum acestea ar fi independente unul de cellalt, pn n punctul n care sunt recombinate, punct aflat la BSC respectiv la MS, n funcie de sensul de comunicare. ntre BSC i MSC, transmiterea se realizeaz pe un singur canal de trafic, configurat n conformitate cu procedura urmat de ITU-T, recomandarea I 460. n acelai timp, pentru realizarea procedeului HSCSD, staia mobil trebuie s fie prevzut cu funcia de adaptare de terminal, TAF - Terminal Adapter Function.

n canale cu vitez complet sau

n sloturi de timp pe un cadru TDMA

1 circuit maximum

ITU-T REC. I 460

25/82

1.5 Reele EDGE - Enhanced Data rates for GSM/global Evolution

Tehnologia EDGE ( denumit i EGPRS) este o completare a reelei GPRS i este compatibil cu orice reea GSM, nefiind necesare modificri de hard i soft n nucleul acestora.

Structura reelei EDGE este similar cu structura GPRS cu meniunea c datorit schemei de modulaie utilizate (8PSK), staiile de baz BTS trebuie echipate cu transceivere compatibile EDGE iar BSC trebuie upgradat n mod corespunztor. Fa de modulaia GMSK Gaussian Minimum Shift Keying, EDGE utilizeaz o modulaie de faz de ordin superior (8PSK) pentru a mri la 9 numrul schemelor de modulaie i de codare. Astfel se obine o triplare efectiv a ratei brute de transfer oferite de GSM. EDGE ca i GPRS utilizeaz un algoritm de adaptareb a schemei de modulaie i codare (MCS) n accord cu calitatea canalului radio (condiiile de propagare) obinndu-se rate de transfer variabile i astfel o ,,robustee a transmisiei de date. n plus, EDGE utilizeaz ,,redundana incremental retransmiterea pachetelor de date distorsionate, crescnd astfel probabilitatea decodrii corecte. EDGE poate asigura o vitez de pn la 236,8 kbit/s pentru 4 timeslots, ajungnd teoretic la maximum 473,6 kbit/s pentru 8 timeslots n modul pachet.

EDGE utilizeaz 9 scheme de modulare i codare (MCS- 1la 9) fa de 4 scheme de codare (CS-1 la 4) utilizate de GPRS, fiind de 3 ori mai eficient ca acesta din urm (tabelul 1.4).

Tabelul 1.4 Comparaie EDGE-GPRS Schema de

codare GPRS

Viteza (kbit/s)

Schema de modulare i codare EDGE (MCS)

Viteza (kbit/s/slot) Modulaia

CS-1 8.0 MCS-1 8.80 GMSK CS-2 12.0 MCS-2 11.2 GMSK CS-3 14.4 MCS-3 14.8 GMSK CS-4 20.0 MCS-4 17.6 GMSK

MCS-5 22.4 8-PSK MCS-6 29.6 8-PSK MCS-7 43.8 8-PSK MCS-8 54.4 8-PSK MCS-9 59.2 8-PSK

Evolved EDGE, varianta evoluat a EDGE, reduce durata de transmisie ,,cap la cap prin

scderea la jumtate a intervalului de timp de transmisie (de la 20 ms la 10 ms) . Deasemenea prin utilizarea a dou purttoare, o rat de simbol mai mare i o modulaie de ordin mai mare (16 QAM i 32QAM n loc de 8PSK) viteza de transfer crete pn la 1 Mbit/s, iar durata transmisiei ,,cap la cap scade de la 150 ms, n cazul EDGE, la 80 ms.

26/82

2. Reele 3 G

2.1 Obiectivele fundamentale ele sistemelor 3G ncepnd cu anii '80, ITU (International Telecommunication Union ) a nceput s conceap un

viitor sistem de telefonie mobil care s utilizeze n mod ideal un standard mondial unic (fig. 2.1)

Figura 2.1 Viziunea ITU asupra accesului radio global

La mijlocul anilor '90 proiectul a nceput s ia o form definitiv odat cu lansarea proiectului

IMT2000 (International Mobile Telecommunication ). IMT2000 este bazat pe Recomandri ITU destinate s standardizeze categoriile de servicii i tehnologiile nedefinite de inginerie radio i de reea.

Programul IMT2000 ar fi dus n mod ideal la dezvoltarea unui sistem unic, dar este clar c n realitate este un vis imposibil de realizat. Chiar dac un sistem comun nu a putut fi realizat, totui, cel puin vor fi nite similariti ntre diferitele sisteme de generaia a treia pentru a simplifica dezvoltarea de terminale multimod care pot fi folosite n mai mult de un sistem.

Avnd la baz cerinele de mai sus, au fost definite obiectivele fundamentale ale sistemelor 3G:

Flexibilitate

Posibilitatea integrrii uoare a dezvoltrilor viitoare n domeniul tehnologiei sau a categoriilor de servicii.

Platform multiserviciu Posibilitatea de a transporta n paralel servicii multiple innd cont de cerinele privind calitatea relevant a serviciului (QoS), adic transmisia de imagine i voce cu acces Internet simultan.

Eficien spectral ridicat Spectrul radio este resursa cea mai scump i insuficient ntr-o reea radio mobil. Succesul economic al unui operator este direct legat de ct de eficient exploateaz frecvenele disponibile.

Calitatea ridicat a transmisiei Calitatea transmisiei trebuie s fie cel puin la fel de bun ca n reelele fixe, i viteza transmisiei trebuie s fie cel puin 144 kbit/s, (preferabil 384 kbit/s) pentru acoperire universal i pn la 2 Mbit/s pentru acoperire local.

27/82

Din punct de vedere al calitii serviciului QoS - Quality of Service IMT 200 mparte serviciile disponibile n patru clase de trafic:

Conversaional

Comunicaia de voce este aici un serviciu tipic (de asemenea nsoit de transmisia de imagine). Acest serviciu este caracterizat de ntrzieri mici (de ordinul a zeci de ms) i fr variaii n ntrziere. Rata erorii de bit este mai puin important.

Streaming / Transfer Serviciile din aceast clas necesit un ir de date ctre receptor, de exemplu un semnal video. O ntrziere garantat este important, dar poate ajunge pn la ordinul secundelor. irul biilor trebuie s rmn n secvena proprie.

Interactiv Navigarea pe Internet implic comunicare interactiv ntre PC i un server de web. Utilizatorii n mod normal ateapt ntrzieri mici, dar orice variaie a ntrzierii nu este critic. Totui, coninutul datelor trebuie s fie fr erori.

Background / Auxiliar Serviciile de background sunt executate doar atunci cnd exist disponibile capaciti libere. ntrzierea nu prezint importan pentru aplicaiile tipice cum ar fi e-mail, SMS sau update-uri nocturne de date, dar rata erorii de bit trebuie s fie foarte mic.

2.2 Tehnologiile de transmitere radio pentru IMT 2000 n 1998 ITU a cerut membrilor si s elaboreze propuneri, bazate pe un catalog comun de

cerine, pentru tehnologia transmisiei radio (RTT - radio transmission technology). n urma analizrii propunerilor au fost acceptate ca "tehnologii de transmisie radio aprobate" pentru generaia a treia de sisteme 5 tipuri de tehnologii (fig. 2.2).

Figura 2.2 Tehnologiile de transmisie radio aprobate pentru IMT 2000 IMT-FT (Frequency/Time)

Aceasta este o propunere european i a fost dezvoltat chiar de ETSI. Structura ei de baz este similar cu cea utilizat pentru telefoanele digitale cordless DECT- Digital Enhanced Cordless Telecommunications, dar cu o lrgime de band a canalului mai mare pentru a permite viteze de date mai ridicate. Un canal este definit de frecvena i intervalul temporal proprii, iar operaia duplex pentru uplink i downlink utilizeaz aceeai frecven cu o ntrziere de timp. Aceast candidatur este cea mai slab dintre toate cele cinci, iar lucrul la ea a fost abandonat.

IMT-FT Frecven Timp

DECT

IMT-SC Purttoare unic

UWC 163

IMT-MC Purttoare

multipl CDMA2000

IMT-TC Cod Timp

UTRA TDD TD-CDMA

TD-SCDMA

IMT-DS mprtiere

direct UTRA FDD (WCDMA)

28/82

IMT-SC (Single Carrier)

Aceast propunere este o dezvoltare ulterioar a standardului american IS136 care este un standard de generaia a doua. Are lrgimi de band mai largi ale canalului i intervale temporale mai multe deci este apropiat de standardul GSM. i n acest caz canalul unui abonat este bazat pe combinaia frecven/interval temporal, dar operaia duplex este mai apropiat de clasica duplexare n frecven. Perspectivele de implementare sunt mult mai reduse comparativ cu al doilea candidat american. IMT-MC (Multi Carrier)

Cunoscut mai bine sub numele de cdma2000, i acesta este de asemenea o dezvoltare ulterioar a unui standard 2G existent cdmaOne (n cazul acesta IS95).

Pentru cdma2000 activitatea de standardizare este realizat n comitetul 3GPP2, cu urmtoarele etape:

cdma2000 1x, care reprezint o evoluie pentru cdmaOne, acceptnd servicii de date n mod pachet cu viteze pn la 144 kbit/s.

cdma2000 1xEV-DO care introduce o nou interfa radio i accept servicii de date de mare vitez pe sensul descendent. Sistemul folosete pentru transmisii de date o purttoare cu limea de band de 1,25 MHz. oferind viteze de pn la 2,4 Mbit/s pentru sensul descendent i doar de 153 kbit/s pe sensul ascendent. Transmisia simultan a vocii n cazul folosirii variantei 1x sau a datelor n cazul 1xEV-DO, este dificil din cauza folosirii de purttoare separate pe sens;

cdma2000 1xEV-DV care introduce o tehnic radio nou i o arhitectur IP pentru accesul

radio i pentru reeaua de baz. Vitezele de transmisie prevzute sunt de pn la 3 Mbit/s. Unul dintre atuu-rile cdma2000 este compatibilitatea sa n care telefoanele IS95 pot fi utilizate

pentru a comunica cu o staie de baz cdma2000. Totui, aceast compatibilitate este bazat pe un artificiu costisitor: pentru a obine o lrgime

de band mare - i prin urmare rate de bit mai ridicate - o staie de baz (n "modul 3X") genereaz semnale pe trei purttoare (de unde i numele "multi carrier" - multi purttoare), fiecare dintre acestea fiind un semnal IS95.

Un telefon IS95 recepioneaz doar una dintre aceste trei purttoare, n timp ce un terminal cdma2000 este maxim echipat cu trei receptoare pentru cele trei purttoare.

Pentru a ocoli aceste limitri hardware, telefoanele cdma2000 se limiteaz ele nsele n "modul 1X" la o singur purttoare.

n piaa global 3G, cdma2000 reprezint pentru UMTS concurena cea mai puternic. Aceast

tehnologie reprezint succesorul 3G ideal la standardul IS95, iar un operator care utilizeaz tehnologia IS95 nu va avea practic alte opiuni. IMT-TC (Time Cod)

n acest caz avem practic dou standarde diferite. Unul este modul European / Japonez UTRA-TDD (UMTSTerrestrial Radio Acces-Time Division Duplex), cunoscut de asemenea ca i TD-CDMA (Time Division - CDMA). Cellalt este favoritul Chinei: modul TD-SCDMA (Time Division - Synchronous CDMA). n timp ce modul UTRA-TDD se apropie foarte mult de modul UTRA-FDD din punct de vedere al specificaiilor RF, varianta chinezeasc difer foarte mult de aceasta. Alocarea canalului pentru un abonat este bazat pe o combinaie de frecven, interval temporal i cod. Operaia duplex este bazat pe duplexarea n timp.

29/82

IMT-DS (Direct Spread)

Acest standard este bazat pe un efort de asociere ntre Japonia i Europa. Este destinat pentru a asigura un nalt grad de compatibilitate ntre sistemele lor. Telefoanele dual-mod pentru ambele piee vor fi foarte uor de realizat i dezvoltat. Termenul frecvent utilizat WCDMA a stat la baza unui sistem CDMA de band larg.

Legturile uplink i downlink utilizeaz duplexarea n frecven (de unde i numele de modul FDD). Canalele abonailor sunt definite de o combinaie frecven / cod care implic aa numitele "canale de cod". Acest standard definete tehnologia radio pentru sistemul UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) pe care sunt concentrate toate activitile din Europa i Japonia legate de sistemele 3G.

2.3 Dezvoltarea UMTS

Compatibilitatea ntre reele UMTS i alte reele este strns legat de evoluia UMTS, care s-a

dezvoltat pornind de la reelele de generaia a doua de comunicaii mobile celulare, n primul rnd de la GSM.

UMTS a evoluat n timp, prima variant realizat fiind UMTS 99. De atunci, n cadrul ETSI i, apoi, al 3GPP, s-au realizat mai multe variante de UMTS, fiecare dintre acestea adugnd noi caracteristici la cele anterioare. Pn n prezent s-au dezvoltat variantele 99, 4, 5, 6, 7, 8, 9 i 10.

Figura 2.3 Dezvoltarea reelelor UMTS de ctre 3GPP

La sfritul anului 2004 3GPP a nceput s lucreze la dezvoltarea arhitecturii sistemului (SAE - System Arhitecture Evolution).

Astzi sistemul este denumit EPS Evolved Packet System, iar reeaua de baz de comutare de

pachete PSC - Packet Switched Core este denumit EPC Evolved Packet Core.

IMS IP Multimedia Subsystem HSUPA - High Speed Uplink Packet Access

HSDPA - High Speed Downlink Packet Access HSPA - High Speed Packet Access

MBMS - Multimedia Broadcast Multicast Service LTE Long Term Evolution

WLAN IW Wireless Local Area Network Inter Working

IMS Evoluat HSPA

IMS HSDPA

MBMS WLAN IW HSUPA HSPA HSPA HSPA

LTE V. 8

LTE V. 9

LTE V. 10

LTE Avansat

UMTS V. 99/4

UMTS V. 5

UMTS V. 6

UMTS V. 7

UMTS V. 8

UMTS V. 9

UMTS V. 10

3G

4G

30/82

2.3.1 Varianta UMTS 99 i UMTS 4

n prima variant de realizare a UMTS, varianta 99 (figura 2.4), principiile folosite de reeaua de baz rmn aceleai, i anume se folosete o reea de baz cu comutare de circuite pentru serviciul vocal i o reea de baz cu comutarea pachetelor pentru serviciile de transmisii de date. Principala modificare este realizat n partea de acces radio, denumit UTRAN - UMTS Terrestrial Radio Access Network, care permite viteze mai mari de transmisie a datelor. Prin varianta 99 se definete purttoarea de 5 MHz, care ofer utilizatorului capacitatea i performanele pe care le ofereau i variantele precedente ale GSM mbuntit cu GPRS, EDGE etc.

Fig. 2.4 Migrarea la UMTS varianta 99/4

Varianta 4 aduce n plus noi servicii, arhitectura pentru servicii deschise OSA, acceptnd n totalitate serviciile de localizare Urmtoarele variante de UMTS adaug noi capabiliti:

adug noi faciliti pentru utilizator;

ofer o mai bun integrare cu reelele IP, cu accent pe folosirea IPv6;

introduc noi procedee pentru managementul sesiunilor multimedia;

pun accent pe comutarea de pachete, eliminnd comutarea de circuite;

introduc criterii de apreciere i de control a calitii transmisiei n funcie de serviciul oferit;

permit aplicarea unor procedee de mrire a vitezei de transmisie la utilizator att pentru

sensul ascendent ct i pentru sensul descendent de transmisie.

31/82

2.3.2 UMTS varianta 5 Odat cu introducerea variantei 5 reeaua de baz cu circuite commutate dispare complet i arhitectura devine n totalitate IP. Principala modificare n reeaua de acces radio pentru varianta 5 este realizat prin introducerea stratului de transport IP, ca o alternativ pentru ATM, iar folosirea IP ca protocol de transport n RAN - Radio Access Network reprezint un prim pas ctre introducerea unor reele IP cap-la-cap.

Apelurile vocale pot fi realizate ntr-o reea convergent IP folosind SIP- Session Initiation

Protocol ca protocol de semnalizare pentru stabilirea apelului. Versiunea de protocol IP aleas este IPv6.

Reeaua de acces i reeaua cu comutarea pachetelor rmn nemodificate, dar UMTS varianta 5 introduce conceptul IMS - subsistem multimedia IP,.

IMS conine toate noile funcii de control i de semnalizare pentru managementul sesiunilor multimedia, incluznd pe cele pentru apelurile vocale i pe cele pentru sesiunile de date. IMS este funcional separat de reeaua de baz cu comutarea pachetelor, care ofer funciunile de transport.

n domeniul de transport al pachetelor pe sensul descendent se introduce tehnologia HSDPA -

High Speed Downlink Packet Access. n concluzie, elementele noi i definitorii ale variantei 5 sunt date de modul de folosire al

HSDPA, IMS i al IP. Avantajele aduse de elementele tehnologice principale promovate n varianta 5 se refer att la interfaa radio, prin HSDPA, ct i la reeaua de baz, prin IMS.

Figura 2.5 Migrarea la UMTS variant 5

32/82

2.3.2.1 Arhitectura HSDPA HSDPA este o tehnologie bazat pe o arhitectur nou, distribuit, care permite o reacie la

calitatea canalului, adaptarea conexiunii la ntrzieri reduse i procesarea HARQ - Hybrid Automatic Retransmission reQest. Multe dintre procesele de control i de programare sunt preluate de la RNC i transferate la staia de baz fiind astfel mai aproape de interfaa radio (figura 2.6). n acelai timp, funciunile MAC ce erau, n varianta 99, n totalitate realizate la RNC, sunt distribuite n varianta 5 ntre RNC i nodul B.

AMC - Adaptation Modulation and Coding HARQ - Hybrid Automatic Retransmission reQest ACK - ACKnowledge NACK - Negative ACKnowledge MAC - Medium Access Control MAC-HS -Medium Access Control to HS-DSCH HS-DSCH -High Speed Downlink Shared Channel

HSDPA introduce un canal descendent de mare vitez, HS-DSCH - High Speed Downlink Shared Channel, care poate fi folosit n partaj de mai muli utilizatori, cu alocare dinamic, viteza de vrf de transmisie, teoretic, pe canal fiind de 14,4 Mbit/s.

Mutnd decizia de programare de la RNC la interfaa radio, tehnologia HSDPA folosete

informaiile obinute de la terminal despre calitatea canalului, capacitatea terminalului, necesitile pentru realizarea calitii serviciului i disponibilul de resurse la interfaa radio, pentru a realiza o programare mai eficient a transmisiei de pachete de date. n acest mod se scurteaz timpul de reacie la informaiile obinute, deci o folosire mai eficient a resurselor.

n cazul n care din cauza interferenelor sau a altor cauze nu se poate realiza decodarea

pachetului de date este necesar retransmiterea acelui pachet. Spre deosebire de varianta 99 (la care decizia retransmiterii este luat la RNC), n varianta 5, HSDPA, decizia este luat la staia de baz. Dac decodarea pachetului iniial eueaz, atunci se realizeaz o retransmisie auto- decodabil sau care poate s fie combinat cu transmisia iniial, ce a fost nc pstrat n buffer nainte de decodarea canalului. Combinarea diferitelor transmisii ofer o eficien mai bun decodrii i o diversitate a ctigului, minimiznd necesitatea de realizare a ARQ.

Figura 2.6 Arhitectura HSDPA

HS-DSCH

33/82

Pentru adaptarea rapid la indicaiile de calitate ale canalului, CQI - Channel Quality Indication, i la semnalizrile ACK/NACK pentru HARQ primite de la terminal, se definete un canal de control fizic dedicat, de mare vitez, HS-DPCCH - High Speed Dedicated Physical Control Channel. La nodul B se colecteaz i se folosesc informaiile CQI obinute de la fiecare utilizator activ, pentru a stabili momentul n care fiecare dintre utilizatorii activi poate cpta dreptul de a folosi HS-DSCH.

Capacitatea de programare rapid oferit prin HSDPA se poate mbunti prin folosirea

modulaiei adaptive i a codrii, oferind fiecrui utilizator cea mai mare vitez de transmisie posibil n condiiile date. Schemele de modulaie i de codare sunt adaptate dinamic, pe baza calitii legturii radio, cu meninerea constant a puterii. n plus fa de modulaia QPSK se poate folosi, n condiii favorabile i modulaia 16-QAM.

HSDPA poate folosi pn la 15 coduri paralele care pot fi partajate n mod dinamic ntre

utilizatori. HSDPA folosete codarea turbo cu rata 1/3, dar aceasta poate fi variat de la 1/4 la 3/4 prin modificarea dimensiunii blocurilor, prin tipul de modulaie i prin numrul de coduri multiple.

Procedeul HSDPA reprezint o mbuntire a caracteristicilor de transmisie ale UMTS,

oferind posibilitatea mririi vitezei de transmisie de la reea ctre utilizator, de la 2 Mbit/s la aproximativ 14 Mbit/s. Procedeul devine posibil n cadrul ediiei a 5-a a UMTS Prin aplicarea sa, furnizorii de servicii vor beneficia de noi capaciti oferite reelelor UMTS, care se vor putea dezvolta i coexista mpreun cu capacitile oferite de reelele din primele generaii ale UMTS (99, ediia 4). Uneori, 3G folosind HSDPA este denumit i ca 3,5G (Congresul 3GSM de la Cannes, 2005).

Versiunea modernizat a WCDMA, cu HSDPA, reprezint o soluie care face posibil oferirea de servicii mobile de band larg, cu viteze pentru transferul de date similare reelelor fixe de band larg. Aceleai servicii de band larg, furnizate astzi de reelele fixe, sunt cerute i n reelele mobile.

Pentru realizarea unor procedee de mrire a vitezei de transmisie ntr-un sistem radio, se folosete adaptarea parametrilor de transmisie la condiiile oferite de canalul folosit. Procesul de modificare a parametrilor de transmisie, pentru compensarea variaiilor canalului folosit este denumit adaptarea legturii. O alt tehnic din aceeai categorie este folosirea modulaiei i a codrii adaptive, AMC.

HSDPA se caracterizeaz prin adaptarea rapid la schimbrile condiiilor de lucru ale canalului radio. Pentru rezolvarea necesitii de transmisie de mare vitez ctre utilizator, la UMTS / WCDMA ediia 5, se introduce un canal de transport de mare vitez care este partajat pe sensul descendent.

Realizarea HSDPA se bazeaz pe folosirea unui canal radio cu vitez mare de transmisie, partajat ntre utilizatori. AMC reprezint o caracteristic fundamental a HSDPA i const n optimizarea continu a ratei codului, a schemei de modulaie i a numrului de coduri folosite i a puterii retransmise pe fiecare cod. Astfel, canalul este adaptabil la condiiile variabile ale mediului radio i are capacitatea s realizeze retransmisia rapid a datelor eronate. De aceea, managementul canalului trebuie s fie situat aproape de interfaa radio. Pentru aceasta, n cadrul UMTS ediia 5, n WCDMA, a fost introdus un canal partajat, de mare vitez, pe sensul descendent, HS-DSCH. Introducerea HSDPA mbuntete performana la utilizatorii finali prin:

mrirea vitezei de vrf pentru transmisia datelor la 14 Mbit/s pe sensul descedent; reducerea ntrzierii; mrirea de 2 3 ori a capacitii sistemului.

i folosete urmtoarele procedee:

transmisia pe canal partajat; modulaia de ordin superior; intervalul scurt de timp de transmisie; adaptarea rapid a legturii; programarea rapid; procedeul hibrid pentru cererea de retransmitere automat, HARQ.

34/82

Pentru exemplificare, tabelul 2.1, prezint categoriile de transmisie, respectiv vitezele ce se pot

obine la utilizator, n funcie de tipul de modulaie, de numrul de coduri i de numrul de intervale dintre TTI.

Tabelul 2.1 Categorii HSDPA la utilizator

Categoria Nr. coduri Inter- TTI

Nr. total bii soft Modulaia

Viteza de date

[Mbit/s] 1 5 3 19200 QPSK/16QAM 1,2 2 5 3 28800 QPSK/16QAM 1,2 3 5 2 28800 QPSK/16QAM 1,8 4 5 2 38400 QPSK/16QAM 1,8 5 5 1 57600 QPSK/16QAM 3,6 6 5 1 67200 QPSK/16QAM 3,6 7 10 1 115200 QPSK/16QAM 7,2 8 10 1 134400 QPSK/16QAM 7,2 9 15 1 172800 QPSK/16QAM 10,2

10 15 1 172800 QPSK/16QAM 14,4 11 5 2 14400 Doar QPSK 0,9 12 5 1 Doar QPSK 1,8

Avantajele aduse de HSDPA constau n: utilizarea eficient a codurilor de canal i a resurselor de putere, prin folosirea n comun a

resurselor; utilizarea unui interval scurt de transmisie, care permite urmrirea rapid a variaiilor

condiiilor canalului de comunicaie; utilizarea adaptrii legturii, care permite maximizarea folosirii canalului i care permite

staiei de baz s opereze aproape la puterea maxim permis n celul; utilizarea modulaiei de ordin superior 16QAM, care ofer vitez mare de transmisie; utilizarea programrii rapide, care permite acordarea de prioriti utilizatorilor ce dispun

de cele mai favorabile condiii ale canalului de comunicaie; n funcie de scenariul folosit, ctigul combinat n capacitate este de dou-trei ori mai

mare fa de WCDMA 99; reprezint o dezvoltare a WCDMA, fiind astfel complet compatibil cu acesta.

Astfel, HSDPA ofer un bun suport tehnic pentru realizarea de transmisiuni cu vitez mare, n

primul rnd de transmisii multimedia, n condiii de mobilitate, att n timp real ct i n timp non-real, cu un control corespunztor al calitii transmisiei.

2.3.2.2 Subsistemul IP multimedia IMS

IMS ofer capaciti multimedia de comunicare n timp real de la persoan la persoan, cu

integrarea serviciilor, servicii telefonice configurate conform cerinelor utilizatorului i sesiuni multiple sincronizate. Toate entitile IMS sunt amplasate n reeaua de baz.

IMS este diferit n mod esenial de sistemele de comunicaie anterioare, deoarece permite

realizarea de servicii multiple pe un singur canal purttor. Aceasta faciliteaz integrarea serviciilor desfurate n timp real cu cele desfurate n timp non-real n cadrul aceleiai sesiuni i ofer serviciilor capacitatea s interacioneze ntre ele.

35/82

n acelai timp se realizeaz folosirea eficient a resurselor, ceea ce creaz reelei capacitatea de satisfacere a condiiilor de QoS pentru fluxurile de date ale diferitelor componente media ale serviciului. Se poate deci considera c IMS ofer o platform comun pentru servicii multimedia pentru reelele mobile, care au astfel capacitatea s asigure servicii fr ntreruperi ntre reele fixe i reele mobile.

Serviciile multimedia n timp real, asigur usual comunicarea videotelefonic de la persoan la

persoan. Trecerea la IMS nseamn c serviciile de imagine i voce pot fi oferite ntr-un singur domeniu de pachete, bazat pe protocoale Internet. Astfel, IP se transform din ce n ce mai mult ntr-un standard la nivel mondial pentru telecomunicaii, tehnologia informaiei etc. Aceasta nseamn c