GSM Arhitectura

download GSM Arhitectura

of 14

  • date post

    05-Jul-2015
  • Category

    Documents

  • view

    701
  • download

    3

Embed Size (px)

Transcript of GSM Arhitectura

Comunicaii Mobile Digitale Arhitectura Sistemului GSM

Conf. Dr. Ing. Octavian Fratu

Capitolul 3 ARHITECTURA SISTEMULUI GSM 3.1. Prezentare de ansamblu O reea de telefonie mobil (Public Land Mobile Network PLMN) are n primul rnd rolul de permite comunicaiile ntre abonaii mobili i abonaii reelei telefonice publice comutate (Public Switched Telephony Network - PSTN). Ea se interfaeaz cu PSTN i conine comutatoare. Este caracterizat printr-un acces foarte specific: legtura radio. n sfrit, ca toate reelele, ea trebuie s ofere operatorului faciliti de exploatare i de mentenan. O reea de radiotelefonie poate fi decupat n trei subansamble: - subsistemul radio (BSS, Base Station Sub-System) care asigur transmisiile radioelectrice i administreaz resursa radio; - subsistemul de dirijare numit curent reea fix (NSS, Network Sub-System) care cuprinde ansamblul funciilor necesarela la stabilirea apelurilor i la mobilitate; (n faza a doua a specificaiilor GSM, termenul utilizat este SMSS pentru Switching and Management Sub-System; bineneles c acest termen a fost foarte apropiat de NSS care este utilizat n continuare fiind larg rspndit); - subsistemul de exploatare i mantenan (OSS, Operation Sub-System) care permite exploatatorului s-i administreze reeaua. Echipamentul terminal (MS) este n mod alternativ inclus sau exclus din subsistemul radio n funcie de context. Separarea funciilor ntre BSS i NSS necesit a face distincia ntre aspectul itineranei i cel al mobilitii radio. Itinerana este definit prin posibilitatea de a utiliza un terminal de telecomunicaii ntr-un punct oarecare. Este absolut posibil s considerm o reea acceptnd itinerana cu o interfa filar. Abonatul dispune, de exemplu, de o cartel echivalent cartelei SIM care introdus ntr-un telefon, bineneles cu un cod personal, i permite s se identifice pe orice banal telefon. El poate deci apela reeaua neavnd importan terminalul, facturndu-i-se din contul su personal i poate fi n aceeai msur apelat prin numrul su personal. O anumit reea trebuie deci s memoreze locaia abonatului i s fie capabil s dirijeze apelurile care i sunt destinate. Totui, n cursul unei comunicaii, nu este posibil debranarea telefonului i conectarea din nou fr pierderea corespondentului. Este deci necesar luarea n considerarea a itineranei, dar inutil considerarea transferului (handover). n acest sens NSS-ul administreaz itinerana. Mobilitatea radio ofer suplimentar posibilitatea de deplasare n cursul unei comunicaii i implic deci funcia de handover. BSS-ul, administreaz la nivelul su aspectul specific radio al reelei GSM. Are ca sarcin transmisia adaptat la canalul radio, alocarea canalelor radio i decide transferul.

1

Comunicaii Mobile Digitale Arhitectura Sistemului GSM

Conf. Dr. Ing. Octavian Fratu

3.2. Arhitectura canonic

BSS

NSS (SMSS)

BTS Abis A

HLR BTS BSC D C

BTS VLR A B Abis BTS D BSC MSC G BTS

E

VLR BTS Abis A B

BTS

BSC

MSC

Semnaliuare Circ. de cuvnt

Figura 3.1.

2

Comunicaii Mobile Digitale Arhitectura Sistemului GSM

Conf. Dr. Ing. Octavian Fratu

Figura 3.1 indic principalele elemente ale unei reele GSM fr subsistemul de exploatare i mentenan. BSS-ul conine : BTS-ul, (Base Transceivier Station), care sunt emitoare receptoare avnd un minim de inteligen, BSC-ul, (Base Station Controller) care controleaz un ansamblu de BTS-uri i permite o prim concentrare de circuite.

NSS-ul conine baze de date i comutatoare: MSC-ul, (Mobile-services Switching Center) sunt comutatoare mobile asociate n general bazelor de date ale VLR-urilor (Visitor Location Register), HLR-ul, (Home Location Register) este o baz de date de localizare i de caracterizare a abonailor.

3.3. Arhitectura material a subsistemului radio 3.3.1. Funciile BTS BTS-ul este un ansamblu de emiatoare receptoare numite TRX. Ea are rolul transmisiei radio: modulare, demodulare, egalizare, codere corectoare de erori. Ea administreaz n general tot nivelul fizic: multiplexarea TDMA, saltul lent de frecven, cifrarea. Realizeaz de asemeni ansamblul msurtorilor radio necesare pentru verificarea c o comunicaie n curs, se deruleaz corect. Aceste msurtori nu sunt interpretate prin BTS, ci sunt transmise direct BSC.ului. BTS-ul administreaz nivelul legturii de date pentru schimbarea semnalizrii ntre mobile i infrastructur (LAP Dm). n sfrit, ea administreaz legtura de date cu BSC-ul pentru ca s asgure fiabilitatea dialogului (LAP D). Capacitatea maxim a unui BTS este n mod tipic de 16 pori, ceea ce nseamn c poate suporta mai mult de 100 de comunicaii simultane.n zona rural, BTS-ul poate fi restrns la gestiunea unei singure pori suportnd pn la 7 comunicaii simultane. n zona urban, BTS comport n general 2 pn la 4 TRX putnd suporta circa 14 pn la 28 de comunicaii simultane. Pentru a da un ordin de mrime, la sfritul lui 94, Parisul intravilan era acoperit de puin mai mult de 100 de BTS-uri. Fiecare BTS deservete o suprafa de circa 1km2. Norma deosebete BTS-urile zise normale de micro-BTS. Primele corespund staiilor de baz clasice sistemelor celulare cu echipamente instalate n locaiile tehnice i antene pe acoperiuri conectate prin cabluri. Dispozitivele de cuplaj permit a avea o singur anten pentru mai multe TRX-uri dar pot reduce considerabil puterea disponibil la intrarea antenei.

3

Comunicaii Mobile Digitale Arhitectura Sistemului GSM

Conf. Dr. Ing. Octavian Fratu

Norma specific sensibilitatea i puterile maximale ale TRX-urilor, fr a pune n calcul aceste dispozitive de cuplaj (cf. fig. 3.2 i 3.4). valorile indicate sunt deci foarte superioare celor date n figura 3.9 pentru mobile. O mic toleran este acceptat pentru puterea maxim efectiv. GSM 900 Puterea maxima Limita puterii (W) maxime (W) 320 640 160 320 80 160 40 80 20 40 10 20 5 10 2,5 5 DCS1800 Puterea maxima Limita puterii (W) maxime (W) 20 40 10 20 5 10 2,5 5

Numarul clasei

2 3 4 5 6 7 8

Fig 3.2. Clasele de puteri ale BTS normale nainte de cuplare Micro BTS-urile sunt prevzute pentru a asigura acoperirea zonelor urbane dense cu ajutorul microcelulelor. Acestea sunt echipamente de talie redus, integrnd dispozitivele de cuplaj i un cost foarte redus fa de BTS-urile normale, ele fiind n numr mult mai mare i putnd fi montate n exterior, norma propune puteri mici pentru a avea porturi limitate i impune restricii severe pentru a permite funcionarea a dou BTS-uri apropiate [GSM 05.05 /3]. Diferitele clase de putere i de sensibilitate sunt date n tabelele din figurile 3.3 i 3.4. Cnd un mobil se afl aproape de o BTS, recomandrile prevd c el poate reduce puterea efectiv de emisie ctre mobilul su. Clasele de puteri definesc deci bine, valorile maximale de putere. GSM 900 Puterea maxima Limita puterii (W) maxime (W) 0,08 0,25 0,03 0,08 0,01 0,03 DCS 1800 Puterea maxima Limita puterii (W) maxime (W) 0,5 1,6 0,16 0,5 0,05 0,16

Numarul clasei M1 M2 M3

Fig. 3.3. Clasele de puteri ale micro-BTS dup eventuala cuplare

4

Comunicaii Mobile Digitale Arhitectura Sistemului GSM

Conf. Dr. Ing. Octavian Fratu

Tip de BTS Micro BTS M1 Micro BTS M2 Micro BTS M3 BTS normale

GSM 900 -97 dBm -92 dBm -87 dBm -104dBm Fig. 3.4. Sensibilitatea BTS

DCS 1800 -102 dBm -97 dBm -92 dBm -104dBm

Exist diferite configuraii BTS BSC. BTS-urile sunt n general legate la BSC n configuraie configuraie reea (multi-drop) sau n stea (star). BSC-ul poate fi plasat n acelai loc cu un BTS. n funcie de mediu, o locaie comport o singur BTS (configuraie omnidirecional frecvent n zona rural) sau mai multe (configuraie sectorizat n zona urban i pe autostrzi). Cteva configuraii BTS BSC sunt reprezentate n figura 3.5. 3.3.2. Funciile BSC-ului Controlerul staiei de baz BSC este organul < inteligent > al BSS. El are funcia principal de a administra resursa radio. El comand alocarea canalelor, utilizeaz msurtorile fcute de BTS pentru a controla puterea de emisie a mobilului i / sau a BTS, ia decizia executrii transferului. Mai mult, este un comutator care realizeaz o concentrare de circuite spre MSC. BSC-ul este legat prin una sau mai multe legtutri MIC cu BTS i MSC i administreaz deci o legtur de date cu acestea. Legtura BTS-BSC este n parte similar cu un acces RNIS i face apel la LAPD. Legtura BSC-MSC utilizeaz CCITT nr.7 i diferitele sale niveluri. Iniial, diferii constructori de infrastructur nu au avut toi aceeai filozofie privind BSC. Unii au construit BSC-uri de mic capacitate prefernd s multiplice numrul lor pentru a minimiza distanele BTS-BSC i a reduce costurile exploatrii de ctre operatori. Alii au preferat s construiasc BSC-uri de capacitate forte. Primele sunt adaptate mai mult zonelor rurale slab populate. Ultimele convin n zonele urbane care datorit densitii mari pe unitatea de suprafa necesit BSC-uri capabile s preia un trafic important. Capacitile BSCurilor sunt cuprinse ntre 100 i 900 Erlang. Pentru Paris intra-muros cteva zeci de BSC-uri sunt necesare.

5

Comunicaii Mobile Digitale Arhitectura Sistemului GSM

Conf. Dr. Ing. Octavian Fratu

BTS

Abis A Configuraie n stea

BSC BTS

BTS

BTS

BTS

BTS

Configuraie reea

Abis

BSC

BTS

BTS

BTS

BTS Abis

BTS

BTS A

BSC Configuraie reea de sectorizare

Fig. 3.5. Diferitele configuratii de BTS-BSC

6

Comunicaii Mobile Digitale Arhitectura Sistemului GSM

Conf. Dr. Ing. Octavian Fratu

3.4. Arhitectura material a subsistemului fix 3.4.1. Funciile HLR-ului HLR-ul sau nregistratorul de locaie nominal este baza de date care administreaz abonaii unui PLMN dat. El memoreaz o parte a caracteristicilor fiecrui abonat: - identitatea internaional a abonatului utilizat n reea (IMSI), - numrul de carte de telefo