Retele Mobile

7/31/2019 Retele Mobile

1/66

1. REELE DE COMUNICAII MOBILE

1. 1 Prezentare general

Pentru a oferi servicii de comunicaii mobile este necesar cunoaterea reelelor prin careeste posibil realizarea acestor servicii. Calitatea serviciului, oferit utilizatorului, calitate pe careo percepe acesta, SQE, depinde de mai muli factori, obiectivi i subiectivi. Dintre acetia se potenumera:

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.

n funcie de viteza de transmisie realizat, respectiv de banda de frecven utilizat,serviciile oferite pot fi de band larg sau de band ngust. Termenul de band larg, respectiv

de band ngust nu are, n prezent, o definiie suficient de riguroas. Exist definiii, ca celepromovate de FCC, prin care limita dintre banda largi banda ngust ar fi marcat de viteza detransmisie de aproximativ 200 kbit/s, definiie care este ns contestat.

n funcie de modul n care acestea sunt configurate, se pot oferi servicii singulare, deexemplu serviciul telefonic sau servicii multimedia, de exemplu serviciul de videoconferin, ncare imaginile sunt nsoite de sunet i, uneori de grafice i desene, formnd un ansamblucoerent.

n prezent, se pot defini trei tipuri de conectare pentru un utilizator la reea:

Conexiune fix. Utilizatorul este conectat la o reea de comunicaie ntr-un anumit punct,fr a avea posibilitatea s modifice punctul de conectare la reea. Este cazul conexiuniiutilizatorului la o reea telefonic, POTS, ISDN, sau la o reea CATv.

Conexiune nomadic. Utilizatorul are posibilitatea de a-i modifica poziia n reea i sprimeasc sau s transmit, n continuare, informaiile dorite. n timpul comunicaiei, poziiautilizatorului fa de reea rmne fixat. Este cazul unor reele PLC, n care utilizatorul se

poate muta de la o priz electric al alta i se poate reconecta pentru a relua sau a continuacomunicaia. Reelele radio au capacitatea, la rndul lor, de a oferi conexiune nomadic,dac, de exemplu, utilizatorul care folosete un laptop, transmite sau recepioneazinformaiile dorite dintr-un amplasament fix, dup care se deplaseaz ntr-un altamplasament, din care poate s comunice.

Conexiune mobil. Utilizatorul realizeaz comunicaia aflndu-se n micare. n prezentexist trei limite de vitez care definesc mobilitatea fa de reea a utilizatorului i anume:

mobilitate pietonal, prin care se definete deplasarea cu o vitez de pn la 10km/h, cu meninerea comunicaiei;

mobilitate cu vitez de pn la 120 km/h, pentru utilizatori aflai n micare. mobilitate cu vitez de pn la 500 km/h, pentru utilizatori aflai n micare, de

exemplu n trenuri de mare vitez.

1


2/66

Pentru analizarea calitii serviciului, dependent de reea, este necesar cunoatereastructurii reelei sau a reelelor prin care se ofer serviciile de comunicaie mobil. n prezent,serviciile de comunicaie mobil se pot oferi folosind diferite reele de comunicaie, cuconectarea utilizatorului prin intermediul unui canal radio.

Reelele radio folosite pentru conectarea mobil a utilizatorului sunt, n prezent, reele de

radiocomunicaii digitale, celulare sau necelulare. Reelele celulare sunt, n general, reele cucare se acoper suprafee mari, de cele mai multe ori la nivelul unei ri. Reelele radionecelulare sunt folosite, de obicei, pentru a rezolva problema comunicaiilor pe anumite zone, fien jurul unei locuine, fie n zone rurale sau suburbane, cu locuine dispersate, fie n zoneaglomerate, dar cu dimensiuni relativ reduse cum ar fi trguri, expoziii etc.

Sistemele celulare folosite n prezent pentru comunicaii mobile, n Europa, sunt:

GSM; DCS 1800; UMTS; cdma2000cu diferite variante, aparinnd fie generaiei 2G fie celei 3G de sisteme de comunicaii mobile.

Sistemele necelulare, cu cea mai mare dezvoltare sau cu cel mai mare potenial n prezentsunt:

Wi-Fi; WiMAX.

Aceste sisteme se pot configura i ca sisteme celulare, n special WiMAX, astfel nct pots ofere capacitatea de acoperire a unor suprafee relativ mari, fr ns a ajunge la acoperirilerealizate de reelele celulare. Att Wi-Fi ct i WiMAX sunt realizate n mai multe varianteconstructive.

1. 2 Reele GSM

1. 2. 1 Dezvoltarea GSM

Apariia i dezvoltarea GSM a devenit necesar deoarece sistemele de comunicaiimobile ale anilor 19801990 (NMT, AMPS, TACS etc. denumite i sisteme de comunicaie

mobil de generaia 1) nu mai reueau s fac fa cererii de mijloace de comunicaie n domeniui nici solicitrilor la care erau supuse din partea noilor servicii, n special a celor de transmisiide date. Pentru a face fa noilor solicitri i innd seama de progresele realizate n tehnicile decomunicaie i n tehnologia circuitelor, pentru realizarea GSM s-a apelat la prelucrarea digital(numeric) a semnalelor. Aceasta ofer numeroase avantaje tehnice n raport cu tehnicile de

prelucrare a semnalelor folosite de sistemele de generaia 1 de comunicaii mobile. n acest modGSM se ncadreaz, mpreun cu alte sisteme de comunicaii, n generaia a doua de sisteme decomunicaie.

2


3/66

Principalele etape n dezvoltarea GSM sunt:

1979 Alocarea domeniilor de frecven pentru serviciul de comunicaii celulare;1982 Constituirea grupului GSM;1986 Formarea grupului permanent GSM;1989 GSM devine comitet tehnic n ETSI;

1990 Faza 1 de standardizare GSM i ncepe procesul de definire pentru DCS 1800;1991 Intr n funciune experimental primul sistem GSM;1992 ncepe faza comercial de exploatare a sistemului GSM;1993 Sunt acoperite cu reele GSM marile orae din vestul Europei;

GSM depete graniele Europei, fiind adoptat n Australia;Primul sistem DCS 1800 devine operaional n Marea Britanie;

1995 Sunt realizate acoperiri extinse i coridoare de comunicaie;1996 Se definitiveaz standardele GSM faza 2;

n Romnia intr n exploatare dou reele GSM 900;1997 Continu lucrrile de standardizare pentru faza 2+ i pentru ncadrarea sistemelor

GSM n sistemul de telecomunicaii mobile universal UMTS.

2000 n Romnia intr n exploatare o reea GSM 1800 (DCS 1800).

Astfel, GSM s-a dezvoltat n trei etape principale, denumite faza 1, faza 2 i faza 2+. nfaza 1 s-au pus bazele funcionale ale GSM, fiind oferite servicii de transmisii de voce i de date

pe circuite comutate, cu viteze de transmisie de pn la 22,8 kbit/s etc. Faza 2+ a nsemnatmbogirea coninutului de servicii oferit de GSM care, n faza iniial oferea doar servicii decomunicaie vocali servicii de transmisii de date pe canal de utilizator, cu viteze de ordinul a9,6 kbit/s. Prin introducerea n exploatare a specificaiei GSM pentru faza 2+ au devenitoperaionale o serie de faciliti i servicii care vor fi preluate i de ctre UMTS:

transmisii de date comutate n mod circuit, de mare vitez; codec "full rate"; faciliti de reea inteligent; servicii ASCI; cartele SIM cu pachete de servicii prestabilite; suport pentru optimizarea rutrii.

Deoarece GSM realizeaz prelucrarea i transmiterea semnalelor n form digital, sepoate oferi o serie de servicii de transmisii de date cu diferite viteze, pe un canal alocattransmisiei vocale. Aceste transmisii se pot realiza pentru utilizatorii POTS, ISDN, PSPDN iCSPDN, cu folosirea unor metode i protocoale de acces adecvate cum sunt X25 sau X32.

Serviciile de transmisii de date oferite de GSM n faza 1 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.

3


4/66

Generaia 2+ a GSM reprezint n concepia european o punte de trecere ctre reelelede comunicaii mobile digitale terestre, mai complexe i cu posibiliti sporite, de generaia atreia, 3G. n sistemele 2+, se introduc trei tipuri noi de sisteme, derivate i compatibile GSM:

a. GPRS,b. HSCSD,c. EDGE.

1. 2. 2 Performanele reelei GSM

O reea de comunicaie coninereeaua propriu-zis i utilizatorii acesteireele. n caz particular, reeaua decomunicaie poate fi GSM (figura 1. 1).Utilizatorii se conecteaz la reea cu

echipamente specifice, de utilizator,denumite n cazul GSM ca echipamentemobile. Utilizatorii pot s comunice ntreei doar prin intermediul reelei i nudirect. n cazul din figura 1. 1, utilizatorul1 comunic cu utilizatorul 2, ambii fiindconectai la reeaua GSM. n cazul n carereelele de comunicaii accept conectareantre ele, un utilizator dintr-o reea poatecomunica cu un utilizator din alt reea.Este i cazul GSM (conform figurii 1. 1,utilizatorul 1 comunic cu utilizatorul 3).Aceast alt reea poate fi o reea GSM,o reea telefonic, o reea de transmisiunide date etc. n aceast situaie este necesarca ntre cele dou reele s se realizeze o

punere de acord a modului de transmisieprecum i a semnalizrilor folosite.

O legtur a unui utilizator cu o reea de comunicaie se face printr-un canal decomunicaie. n cazul comunicaiei bilaterale, adic n situaia n care fiecare dintre utilizatori

poate s i transmit i s i recepioneze n acelai interval de timp, pentru realizarea uneicomunicaii sunt necesare dou canale. Aceasta este situaia n cazul reelelor telefonice, alreelelor GSM etc. Fiecare reea este compus din mai multe entiti constructive sau elementeconstructive, cu funciuni specifice n cadrul reelei. Utilizatorii comunic cu reeaua la care suntconectai.

Sistemul de comunicaii mobile GSM este realizat n trei variante constructive care sedeosebesc ntre ele, n funcie de banda de frecvene n care funcioneaz (tabelul 1. 1). Cele treivariante constructive sunt:

Figura 1. 1 Comunicarea utilizatorilor ntre ei prinintermediul reelelor de comunicaie

Reea de comunicaie GSM

Alt reea

Utilizator mobil,u.m. 1

u.m.2

utilizator 3

Cale de legturntre reele

a GSM 900, cu dou subvariante, P i E;b GSM 1800, cunoscut i sub denumirea echivalent de DCS 1800;

4


5/66

c GSM 1900, cunoscut i sub denumirea echivalent de PCS 1900.Tabelul 1. 1

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

Staia de baz 935960 921960 18051880 19301990IIBenzi de

emisie[MHz] Staia mobil 890915 876915 17101785 18501910

II

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

Numr canale RF 124 174 374 298Modul de acces TDMA/

FDMATDMA/FDMA

TDMA/FDMA

TDMA/FDMA

Canale vocale pe o purttoareRF

8I 8I 8I 8I

Numr canale vocale 992 1492 2992 2384Codare semnal vocal RPE / LTP RPE / LTP RPE / LTP RPE / LTPTipul de modulaie GMSK GMSK GMSK GMSKViteza de transmisie pe canal RF[kbit/s]

270,833 270,833 270,833 270,833

Viteza de transmisie pe canalvocal [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 4,615Staia de baz 320 / 3 dB

min 2,5IV320 / 3 dBmin 2,5IV

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

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

Putereamaxim [W]

/ trepte deputere 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 20Observaii:

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

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

III: n cazuri speciale, pentru zone rurale, cu trafic redus i condiii de propagare corespunztoare se admit raze alecelulei de pn la 120 km.

IV: Se folosesc i microstaii de baz, cu puteri de 1,6; 0,5 i 0,16 W.V: 11,4 kbit/s n cazul transmiterii pe canale cu viteza de transmisie pe jumtate (16 canale vocale pe purttoarea

RF)

Folosirea vitezei de transmisie pe canalul telefonic de 9,6 kbit/s este suficient pentrutransmisii vocale, precum i pentru unele servicii de transmisii de date cum ar fi serviciul fax, e-mail, Internet/Intranet precum i pentru scanarea lent a unor imagini, fr pretenii prea mariasupra calitii realizate. Transmisiile moderne, n primul rnd cele de tip multimedia, cer vitezemai mari de transmisie. Deci pentru GSM a reprezentat o problem esenial gsirea de procedee

tehnice destinate sporirii vitezei de transmisie pe reea i, n primul rnd, pe traseul radio.

5


6/66

Aceasta s-a realizat prin continuarea dezvoltrii sistemului, n cadrul fazei 2+. Astfel se

pot realiza transmisii de date, incluznd servicii de purttori date n pachete comutate, cu vitezade 115 kbit/s i chiar mai mult, deci o cretere semnificativ de vitez n raport cu transmisiile dedate n mod circuit n varianta iniial GSM, efectuate cu viteza de 9,6 kbit/s. Standard, cunoscutsub numele HSCSD, permite transmisii de date cu viteze de 64 kbit/s i mai mari. HSCSD ofer

viteze sporite pentru transmisii de date, prin combinarea mai multor sloturi de timp. Prinintroducerea HSCSD devin posibile noi aplicaii ca, de exemplu, videoconferine, se poate utilizasoftul instalat pe laptop etc. Tehnic, HSCSD a impus un nou protocol radio. Un canal vocalfolosete un singur slot de timp sau poate fi folosit pentru transmisia de date cu viteza de 9,6kbit/s; pentru transmisia de date cu viteza de 64 kbit/s este necesar s se foloseasc toate cele optsloturi de timp ale unui canal radio. Procedeul poate ns s nu fie foarte avantajos, mai ales nreelele care sufer din cauza aglomerrii solicitrilor pentru canale radio de comunicaie.

n consecin, HSCSD reprezint o transmisie de informaii realizat pe circuite de datecomutate de mare vitezi poate s asigure conlucrarea cureele de tip PSTN i ISDN. HSCSDreprezint un mod de a introduce servicii suport generale1 i un mecanism multislot prin care

viteza de transmisie de care dispune utilizatorul poate fi realizat cu unul sau mai multe canalede trafic. n acest mod, se obine o folosire flexibil a resurselor oferite de interfaa radio deci ocretere a eficienei folosirii spectrului.

Un alt procedeu pentru mrirea vitezei de transmisie pe canalul radio de utilizator esteGPRS, care face posibil stabilirea rapid a legturii de comunicaie, fr a se mai ateptaformarea numrului de telefon, aa cum se procedeaz n cazul legturilor vocale. GPRSfolosete tehnologia bazat pe mprirea datelor n pachete mici i uor de manevrat, pachetecare sunt transmise pe calea de comunicaie i reasamblate la destinaie. Acest mod de lucru esteasemntor cu cel folosit n tehnologia Internet astfel c GPRS este, n mod firesc, uor adaptabilla aplicaii de tip Internet. GPRS reprezint un serviciu ideal pentru e-mail, pentru serviciul deacces la baze de date etc. Viteza de transmisie minim n procedeul GPRS este de 14.4 kbit/s,folosind doar un slot de timp i poate ajunge pn la 115 kbit/s i chiar mai mult, folosind toatecele opt sloturi de timp. Este posibil astfel transmiterea de la mesaje scurte, cu vitez redus,

pn la vizualizarea de pagini complexe Web, cu coninut grafic complex. Devine astfel posibili accesul la Internet, prin reeaua GSM. n cazul procedeului GPRS, toate resursele radio suntfolosite n comun de toi utilizatorii din celula respectiv. Spectrul este folosit doar n cazul ncare cineva are ceva de transmis. Dac nu mai sunt date de transmis, spectrul rmne liber pentruun alt utilizator.

GPRS este deci o procedur aplicabil reelelor GSM de generaia 2+, procedur pentru

aplicarea creia sunt necesare echipamente specifice. GPRS permite ca utilizatorul serviciului stransmiti s recepioneze date n mod pachet, transferate cap-la-cap, fr folosirea resurselorreelei n mod circuit. GPRS permite folosirea eficient a resurselor reelei pentru aplicaii dedate n mod pachet, adic pentru date cu una sau mai multe dintre urmtoarele caracteristici:

sunt transmisii de date intermitente, n rafale, la care timpul dintre transmisiile succesivedepete cu mult ntrzierea medie de transfer;

reprezint transmisii frecvente de volume mici de date, de exemplu tranzacii care constau nmai puin de 500 octei de date, ce au loc la o frecven de cteva tranzacii pe minut;

1 General Bearer Service

6


7/66

transmisii relativ rare de volume mari de date, de exemplu tranzac ii ce constau n mai mulikilobii de date, cu o frecven de cteva tranzacii pe or.

Att procedeul HSCSD ct i procedeul GPRS sunt uor aplicabile n reele GSM, dar nureprezint o limit ci doar o zon de tranziie ctre generaia a treia de sisteme de comunicaiimobile, n care se ajunge la viteze de transmisie de 2 Mbit/s i chiar mai mult, pe canalul radio

de utilizator. Vitezele maxime oferite de noile sisteme sunt de pn la 57 kbit/s pentru HSCSD,172 kbit/s pentru GPRS i 384 kbit/s pentru EDGE.

1. 2. 3 Arhitectura reelei GSM

Reelele GSM sunt construite cu o structur ierarhic. Ele sunt constituite din zoneadministrative, unui MSC fiindu-i alocat cel puin o asemenea zon, denumit arie delocalizare. Fiecare reea (figura 1. 2) este format din mai multe subsisteme de staii de baz,BSS, compuse din staii de baz, BTS i controlori ai staiilor de baz, BSC, conectate lasubsistemul reea, NSS.

Un sistem GSM conine patru subsisteme componente (figura 1. 2):

GMSC

Arie PLMN -GSM Arie

MSC

ArieMSC

ArieMSCGMSC

HLREIR

Alte reele

Alte

re eleVLR

BTS ArieMSC

Fig. 1. 2 Structura de principiu a unei reele PLMN - GSM

VLR

MS

BSS

MSC

BSC

BSC

Subsistemul de operare i ntreinere

Subsistemul reea, NSS

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

1. 2. 3. 1 Staia mobil

GSM folosete mai multe tipuri de terminale mobile. Primele tipuri de terminale folositeerau personalizate, fiind atribuite utilizatorului. n variantele mai noi, GSM face distincie ntreabonat 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

7


8/66

poat fi folosit de oricare utilizator, cu ajutorul unui modul deidentificare. Abonatul mobil este desemnat sub acronimulMS iar terminalul mobil prin MT. Un abonat poate realizaconectarea la reea folosind orice terminal pe care l-a

personalizat, prin introducerea modulului propriu deidentificare SIM. Structura de principiu a unei staii mobile

capabil a fi acionat cu ajutorul modulului SIM esteilustrat n figura 1. 3. Modulul SIM este realizat sub formaunei cartele magnetice pe care sunt nregistratecaracteristicile necesare pentru recunoaterea utilizatorului

precum i alte informaii necesare, de exemplu cele pentrutaxare.

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

Echipamentmobil, ME

Modul deidentificare autilizatorului

InterfaaUm

Staia mobil

Ctre /de lasistemul

staiilor debaz

Fig. 1. 3 Structura deprincipiu a staiei mobile

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

Echipamentul mobil conine o seciune de emisie, o seciune de recepie, un circuitduplexor care realizeaz lucrul comun al emisiei i recepiei pe o anten comun, precum icircuite de prelucrare a semnalului pornind de la banda de baz pn la semnalul deradiofrecven ca i circuite de decodificare a semnalului recepionat i de transpunere a acestuian banda de baz. Echipamentul mobil conine, de asemenea, o serie de circuite necesare pentrusemnalizrile i msurtorile necesare funcionrii n reea.

Fiecare echipament mobil este identificat printr-un numr de identificare internaional aechipamentului staiei mobile IMEI, numr unic atribuit echipamentului. IMEI cuprindeindicativul fabricantului precum i alte elemente de identificare. Acest numr este rezultat printr-o convenie ntre realizatorii de echipamente i are drept scop identificarea staiilori depistareastaiilor cu defecte, a celor furate etc. IMEI este utilizat de reea, prin intermediul registrului deidentitate a echipamentelor, ori de cte ori este necesar.

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

informaii fixe, care nu se modific pe durata exploatrii SIM,

informaii variabile, care se modific pe durata exploatrii.Un exemplu de informaie fix poate fi numrul de identificare internaional a

abonatului, IMSI, iar ca exemple de informaii variabile, se pot da numrul de identificaretemporar a abonatului, TMSI, detalii referitoare la aria de localizare n care se afl abonatul laun 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;

8


9/66

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 constituienumrul de identitate personal, cu o funcie similar cu cea a parolelor coninute de crile decredit. Multe dintre informaiile memorate pe SIM sunt protejate mpotriva citirii sau amodificrii ulterioare datei de emisie. Un operator emite un nou modul SIM cu ocazianregistrrii unui nou abonat. Reeaua care emite modulul SIM este reeaua de origine2 (deapartenen) 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.

Pentru evitarea sau pentru reducerea la un minim tehnic posibil a perturba iilor reciprocecare pot s fie generate n reea prin funcionarea simultan, n aceeai zon, a mai multor staiimobile, este necesar s se ia o serie de msuri de prevenire. Acestea sunt de dou categorii:

n banda de lucru, este necesar s se limiteze puterea de emisie a staiei mobile la nivelulnecesar asigurrii unui bun nivel al comunicaiei, pentru a se evita perturbri de comunicaiirealizate n zon pe acelai canal (perturbaii co canal). Aceasta se realizeaz prin reglareaautomat a nivelului semnalului de ieire. Reglajul se face n trepte de 2 dB, pornind de la

puterea maxim pe care o poate realiza staia mobil. Comanda nivelului de putere esteasigurat de sistem, prin intermediul staiei de baz, pe baza msurtorilor nivelului derecepie efectuate pe canalul de comunicaie att la staia mobil ct i la staia de baz.

n afara benzii de lucru, este necesar evitarea perturbrii comunicaiilor care se desfoarpe alte canale precum i evitarea perturbrii comunicaiilor realizate n alte sisteme decomunicaie.

Staiile mobile din generaia a doua de sisteme mobile de comunicaie preiau unelefunciuni de control a calitii comunicaiei, realizndu-se astfel o distribuire n reea a funciilorde supraveghere i control. Astfel, staia mobil efectueaz msurtori asupra niveluluisemnalului 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 afln legturi 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 decomunicaie i a staiei de baz care trebuie s preia legtura etc.

1. 2. 3. 2 Subsistemul staiilor de baz

Subsistemul staiilor de baz (figura 1. 4) controleaz funcionarea i calitatea legturilorrealizate prin interfaa radio a GSM. Asigur parial managementul legturii de comunicaie,avnd o serie de funciuni precis stabilite n cadrul ansamblului unei reele GSM. Subsistemulstaiilor de baz are dou componente funcionale:

2 home network

9


10/66

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

Staii mobile Staii de baz

Controlorulstaiilor de

baz

Subsistemreea

Interfaa Um Interfaa Abis Interfaa A

Fig. 1. 4 Subsistemul staiilor de baz

Staia de baz reprezint un sistem de echipamente emisie recepie, care realizeazcomunicaia pe un canal duplex de comunicaie. Deci o staie de baz conine cte un echipamentde canal de radiofrecven, pentru fiecare sens de comunicaie, ctre i de la staia mobil. Pentrufiecare canal radio de comunicaie (i direcie, dac staia de baz funcioneaz cu antenesectoriale) 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. Pelng seciunile de emisie i de recepie, echipamentele de la o staie de baz cuprind uniti desemnalizare i control a semnalului, inclusiv uniti de msur a cmpului recepionat precum icircuite necesare pentru realizarea sincronizrii n timp a staiilor mobile aflate n legtur custaia 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 icontrol. De exemplu, n situaia montrii la o staie de baz a mai multor transceivere cu anteneomnidirecionale, acestea pot funciona cu un singur canal alocat pentru realizarea solicitrilor deapel 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 poatemonta doar o singur unitate de sincronizare i de stabilire a ncadrrii n ferestrele de timppentru fiecare canal de comunicaie i de semnalizare.

La o staie de baz, toate transceiverele care acoper aceeai zon (fie c antenele suntomnidirecionale, fie c acestea sunt sectoriale), sunt cuplate printr-un sistem duplexor pe osingur anten. Antena este realizat n funcie de teritoriul pe care staia de baz trebuie s-lacopere. Legtura dintre staia de bazi controlorul staiilor de baz prin interfaa Am se poaterealiza att prin mijloace radio ct i pe cablu.

Principalii parametri care caracterizeaz o staie de baz sunt:

10


11/66

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 pentrucanalele de trafic ct i pentru canalele de control;

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

procesarea semnalelor dup recepie sau nainte de transmitere, procesare prin care trebuie sse 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, pepurttoarea 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.

Controlorul staiilor de baz este echipamentul din subsistemul staiilor de baz care areatribuiuni de administrare i control asupra funcionrii staiilor de baz, fiind n acelai timpunitatea de legtur ntre staiile de baz i centrul de comutare pentru comunicaii mobile.Legturile de comunicaie i de semnalizare ctre staiile de baz se asigur printr-o reea detransport, care poate fi realizat prin mijloace radio sau pe cablu coaxial, fibr optic etc., prininterfaa Abis. Conectarea cu centrul de comutare pentru comunicaii mobile se asigur, deasemenea, printr-o reea de transport, dimensionat corespunztori realizat prin mijloace radiosau pe cablu coaxial, fibr optic etc., prin interfaa A.

Principalele funciuni ale controlorului staiilor de baz sunt:

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

supravegherea calitii folosirii resurselor radio prin: interpretarea msurtorilor fcute de staiile de bazi 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, prin intermediul staiei de baz; administrarea resurselor radiope durata realizrii conectrii cu staia mobil;

11


12/66

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 staiamobili 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 acelefunciuni legate direct de realizarea i meninerea legturii de comunicaie ntre reeaua GSMfixi staia mobil. Funciunile BSC direct legate de stabilirea i realizarea n bune condiiuni alegturii de comunicaie dintre staia mobili 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, cu transferarea

semnalizrilor de pe canalul de control comun ctre un canal de semnalizare alocat deBSC, dac solicitarea este realizat de staia mobil. Dac solicitarea de comunicareeste realizat ctre staia mobil, atunci semnalizarea se realizeaz de la nceput pe uncanal 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 celulelevecine;

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;

transferul, realizat n condiiile n care fie legtura de comunicaie devine dificil prinstaia de baz curent, fie din raiuni de organizare n cadrul reelei;

organizarea saltului de frecven, care reprezint trecerea comunicaiei de pe un canalradio pe altul, n cadrul celulei, trecere realizat dup o anumit reguli care are dreptscop realizarea unui nivel de recepie mai bun, prin evitarea parial a fadinguluiRayleigh;

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 afectaten mod direct de BSC. Pentru aceste mesaje, controlorul este transparent, deci un simplu releu detransfer.

BSC poate controla mai multe purttoare radio. Ordinul de mrime al numrului decanale radio controlate variaz, n funcie de fabricantul de echipament i de structura reelei, de

la cteva zeci la cteva sute de canale radio.

12


13/66

1. 2. 3. 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. 5). Subsistemul reea conine trei grupe mari de uniti funcionale:

centrul de comutaie, MSC; bazele de date necesare pentru gestiunea utilizatorilori pentru realizarea diferitelor operaii

funcionale ale sistemului, AuC, EIR, HLR, VLR; entitile de adaptare la ieirea din GSM, cu alte sisteme de comunicaie, IWF, EC, XC

(entitate pentru conversia semnalului n forma necesar BSS).

Rolul subsistemului reea n cadrul unui sistem GSM este:

Interfaa F Interfaa D

EIRVLR HLR AuC

Interfaa B Interfaa C

BSS

Interfaa A

VLR

VLR

MSC MSC

Interfaa E

MSC

XC IWF EC

XC IWF EC

PSTN

PDNISDN

PLMN

Subsistemul reea

Fig. 1. 5 Subsistemul reea i de comutare

supravegherea i gestionarea legturii de comunicaie ntre un abonat mobil al reelei propriii 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 deaciune ale unor controloare de staii de baz diferite;

supravegherea bunei funcionri a abonailor mobili proprii i a celor vizitatori, prinintermediul bazelor de date AuC, EIR, VLR, HLR.

Centrul de comutare pentru abonaii mobili, MSC, reprezint componenta sistemuluicare realizeaz interfaa dintre sistemul staiilor de baz al unei reele celulare i alte reele decomunicaie, n particular cu reeaua telefonic public comutat. n acelai timp, MSCreprezint centrala de comutaie pentru comunicaiile cu reeaua de origine sau de destinaie

precum i pentru comunicaiile care au loc n cadrul reelei.

13


14/66

ntr-o reea GSM exist mai multe MSC dintre care, acelea care asigur interfaa ctrealte sisteme de comunicaii, de exemplu o interfa PSTN sau o interfa ISDN etc., realizeaz pelng funciunile curente ifuncia de poart de interconectare, Gate MSC, ctre respectivelesisteme.

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 reeleis poat fi modificate rapid, fr eforturi mari, n funcie de necesitile de dezvoltare ale reelein ansamblu.

Principalele uniti componente ale unui MSC sunt:a. subsistemele de comutare. Sunt formate din:

subsistemul de control al traficului, cu rol de supraveghere a traseului apelurilor,selectarea rutelor pe care acestea trebuie s le urmeze etc.

subsistemul pentru semnalizare de trunchiuri, prin care se asigur conectarea ctre altenoduri ale reelei, inclusiv generarea i interpretarea semnalizrilor necesare;

subsistemul de semnalizare pe canal comun, care genereaz mesaje, semnalizri etc. nconcordan cu sistemul de semnalizare CCITT nr. 7;

subsistemul de msurtori i statistici de trafic, pentru colectarea, stocarea iinterpretarea datelor statistice de trafic;

subsistemul de taxare, destinat colectrii datelor necesare taxrii; subsistemul de mentenan i operare, prin care se asigur anumite operaiuni de

ntreinere i supraveghere la nivelul centrului de comutare.

b. subsistemele soft de comandi control. Conin o serie de uniti funcionale ca: subsistemul procesor central, cu rolul de a stoca i administra, ncrca i supraveghea

funcionarea programelor sistemului; subsistemul procesor central poate fi asistat de

subsisteme procesoare regionale, cu sarcini mai puin complexe i cu rolul de adescrca ntr-o oarecare msur funciunile procesorului central; subsistem de mentenan, prin care se urmrete localizarea defectelor hard i a erorilor

de soft ncercnd minimizarea efectelor acestor erori; subsistem de gestionare a fiierelor folosite n sistem; subsistem pentru realizarea comunicrii cu entitile de intrare / ieire, cu rolul

supravegherii funcionrii acestor entiti; subsistem de comunicare om main.

Funciunile curente ale MSC sunt de dou categorii:

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:

14


15/66

verificarea identitii abonatului; secretizarea comunicaiei de date;

iniierea i supravegherea procedurilor de localizare i transfer a legturii decomunicaie n condiiile deplasrii staiei mobile, cu excepia acelor transferuri care selimiteaz la zona de aciune a sistemului staiilor de baz (staia mobil, n deplasareaei 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, folosindinformaiile de localizare transmise de staiile mobile, devine posibil realizarea automat acomunicaiilor care au ca destinaie staia mobil.

Tot n cadrul MSC sunt nglobate, de obicei, entitile care realizeaz IWF, EC i XC.

Modulul funcional IWF, confer reelei mobile capacitatea de interconectare cu diferitealte 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, lacerere, un modem din setul de modemuri de care dispune, cnd terminalul de date mobilrealizeaz transferul de date cu un terminal de date terestru conectat la o linie analogicnchiriat 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, deexemplu, X. 25 PAD.

Transcodorul, XC, este necesar pentru a realiza conversia de la semnalul PCM rezultat laieirea centralei, de 64 kbit/s, vocal sau de date, la forma folosit pentru transmisia prin interfaaradio dintre staia de bazi staia mobil sau pentru forma utilizat la transmisia dintre centrala

pentru abonaii mobili i subsistemul staiilor de baz. Deci transcodorul reprezint o entitateparticular de conlucrare. n funcie de necesiti, transcodorul poate fi amplasat la centralapentru abonaii mobili, MSC, la controlorul staiilor de baz, BSC, sau la echipamentul de emisierecepie, BTS. De exemplu, n cazul n care amplasarea se realizeaz la MSC iar sistemulfolosete 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 patrupe o linie telefonic fix de 64 kbit/s. Astfel, fiecare canal PCM de 2 Mbit/s (30 canale de 64kbit/s) poart 120 canale vocale GSM pn la controlorul staiilor de baz.

Modulul de eliminare a ecourilor, EC, este o entitate care permite eliminarea unor efecteneplcute 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 decomunicaie, specific sistemelor GSM, este de ordinul a 80 ms fiind datorat, n principal, codriii decodrii. n cazul unei conectri defectuoase cu reeaua telefonic public ntrzierea este

perceput de abonatul mobil. Conectarea dintre reeaua mobili reeaua fix impune utilizareaunor transformatoare de la 4 la 2 fire, mod specific de lucu folosit de reeaua fix. Datoritimperfeciunilor, un astfel de transformator ntoarce o parte din semnalul de la perechea derecepie 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, este baza de date de referin n caresunt 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

15


16/66

sale, ntr-o reea pot exista mai multe HLR. Dispunerea HLR se realizeaz, de obicei, n acelaiamplasament cu GMSC dar nu este exclus ca amplasarea s se fac n alt loc iar legtura cuGMSC s fie realizat printr-o cale de comunicaie special creeat. HLR este realizat ca ounitate la care se pot distinge patru entiti funcionale soft (figura 1. 6):

baza de date propriu-zis, care coninedatele de abonat i tripleii de cifrareformai mpreun cu AuC;

Baza de date

(date de abonatfixe i variabile;triplei decifrare)

Entitate de legtur

(proceduri desemnalizare pentruconectarea cu

GMSC, VLR, AuC)

Analizanumerelor de

adresare (IMSI,MSISDN)

Administrarea bazeide date (comenzinecesare pentru

exploatarea bazei dedate)

GMSC

VLR

AuC

Fig. 1. 6 Entitile funcionale ale HLR

entitatea de analiz; entitatea administrativ; entitatea prin care se asigur legtura cu

unitile care acceseaz HLR (VLR, AuC,MSC).

n baza de date primar a abonailormobili sunt coninute dou tipuri de date: fixei variabile.

a. Informaiile fixe cuprinse n baza de date HLR sunt stabilite n momentul nregistrrii unuiabonat i sunt pstrate ca atare pe toat durata de timp n care profilul serviciilor convenite cuoperatorul nu se modific. Informaiile fixe sunt: numerele de identificare i adresele; parametrii pentru procesul de autentificare a abonatului; tipurile de servicii oferite de reea i la care abonatul are acces.

b. Informaiile variabile sunt informaii care se modific n mod dinamic, pe toat durataexistenei conveniei dintre operatori abonatul mobil. Informaii variabile sunt:

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.

Funciunile principale ale HLR:

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

prezentarea, la cererea unitilor reelei abilitate s primeasc informaii de la HLR, a datelornecesare pentru identificarea abonailor mobili care aparin de reea: furnizarea ctre VLR a datelor necesare pentru identificarea abonatului mobil i pentru

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

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

Informaiile coninute n HLR pot fi accesate de MSC i de VLR ale altor reele mobilecu care exist convenii de colaborare, pentru a permite realizarea mobilitii abonailor ntrereelele de operator3. 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

3 roaming

16


17/66

atunci cnd legtura de comunicaie este ndreptat ctre abonatul mobil, pentru a se afla poziiaacestuia n reea.

Baza de date a abonailor vizitatori, VLR, este o baz de date care conine o copie aprincipalelor informaii referitoare la abonai i nregistrate la HLR. Aceste informaii sunttemporare, 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 dacacetia sunt nregistrai n acelai timp i la HLR care acoper zona respectiv. n acest mod seelimin o serie de accesri inutile ale HLR pentru realizarea legturilor de comunicaie. Cu altecuvinte, un VLR conine toate datele necesare funcionrii staiilor mobile aflate n zona sa deaciune. Fiecare MSC are asociat cte un VLR.

Entitile funcionale ale VLR suntasemntoare cu cele ale HLR, cu uneledeosebiri rezultate din destinaia VLR (figura1. 7). Entitile funcionale sunt:

baza de date propriu-zis, care coninedatele de abonat;

entitatea de analiz; entitatea administrativ; entitatea prin care se asigur legtura cu

unitile care acceseaz VLR (HLR); entitatea de acces la BSC.

Localizarea unui abonat mobil pentruun apel provenit din afara reelei GSM se facetotdeauna la HLR, care cunoate adresa VLRunde se afl la momentul respectiv staiamobil. Deci accesarea unui abonat mobil

printr-un apel provenit din afara reelei GSM se face totdeauna prin GMSC, care interogheazHLRi care comunic adresa VLR la care se afl MS.

VLR este responsabil pentru folosirea datelor referitoare la abonatul vizitator care se afln aria de serviciu a MSC. Prin abonai vizitatori ai ariei de serviciu a MSC se neleg toiutilizatorii care evolueaz n aria de serviciu a acesteia, indiferent c au realizat contract cuoperatorul 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, unui abonat mobil,numr pe care-l transmite i ctre HLR. Acest numr temporar TMSI, care ine locul IMSI ncadrul legturilor de comunicaie realizate n interiorul reelei, este memorat pe modulul SIM alabonatului, nefiind adus la cunotina abonatului. Deoarece la stabilirea legturii de comunicaienu se transmite numrul IMSI, se asigur securitatea abonatului. Ca o precauie suplimentar desecuritate, 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 alocalizrii.

Pentru a simplifica procesul de cutare i de localizare a abonailor mobili, celulelereelei sunt grupate n arii de localizare.

Baza de date(date de abonatfixe i variabile;

triplei decifrare)

Entitate de legtur(proceduri de

semnalizare pentruconectarea cu MSC

i HLR)

Analizanumerelor deadresare (IMSI)

Administrarea bazeide date (comenzinecesare pentru

exploatarea bazei dedate)

MSC

HLR

Fig. 1. 7 Entitile funcionale ale VLR

Entitate de acces la BSC, prin care setrateaz toate aspectele privind

conectarea MS la reea

BSC

Linii de semnalizare itrunchiuri de conectare

17


18/66

Fiecare VLR gestioneaz mai multe arii de localizare. n cazul n care abonatul sedeplaseaz 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 aunui VLR n zona de lucru a altui VLR, se schimbi aria de localizare. Totodat HLR care estentiinat despre aceasta, iniiaz o procedur de tergere a datelor de la vechiul VLR i denregistrare 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.

Dac abonatul mobil iese din reeaua de origine i se deplaseaz ntr-o reea pentru careexist o convenie de operator, VLR asociat zonei de localizare n care intr abonatul i va alocaun numr de staie mobil vizitatoare, MSRN. Numrul este alocat dintr-o list de numere

pstrat la nivelul VLR vizitat. MSRN va fi folosit pentru a direciona apelurile din reea ctrecentrala pentru abonaii mobili, MSC, care controleaz sistemul staiilor de baz din aria n careeste localizat abonatul mobil.

De asemenea, VLR aloc numere de "transfer" pentru a fi utilizate n cazul transferuluilegturii de comunicaie ntre centralele pentru abonaii mobili. Transferul legturii reprezint un

proces dinamic desfurat ntre centrala "surs" i centrala "de destinaie". De menionat faptulc, 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 aacesteia. Prin aceasta se asigur o supraveghere "global" a legturii de comunicaie de ctre unsingur 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, pe care le comunici 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 pentrurealizarea conectrii cu BSC, iar prin entitatea de acces, specific VLR (figura 1. 7) se contribuiela rezolvarea unor funciuni ca:

managementul conectrii; managementul mobilitii; managementul resurselor radio.

Baza de date pentru identificarea echipamentelor, EIR, reprezint o baz de datecentralizat pentru controlul numrului de identitate al echipamentelor mobile care opereaz ntr-o reea mobil.

Controlul se face prin verificarea numrului internaional de identificare alechipamentelor, IMEI. Numrul IMEI este unic, fiecare echipament obinnd, nc de lafabricant, o identitate unic.

Centrul de autentificare, AuC, este o entitate a reelei care realizeaz funcii distincte nraport cu MSC, fiind responsabil:

18


19/66

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 deadresare i reactualizare a nregistrrilor abonailor.

Procesul de verificare a autenticitii are loc de fiecare dat cnd abonatul mobil solicitreconectarea la reea. La prima solicitare a unui canal de comunicaie, n cadrul fiecrei sesiunide utilizare a reelei, are loc un proces complet de autorizare a abonatului. Comunicaiileulterioare, efectuate ntr-un interval de timp predeterminat sau n cadrul unor subreeleaparinnd 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 laHLR/VLR.

Procesul de verificare a autenticitii abonatului mobil const din:

compararea unor date de siguran memorate pe SIM cu datele corespunztoare coninute deHLR, 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 transmiterearezultatelor sub forma unui mesaj codat ctre SIM. Mesajul recepionat este decodat la staiamobili se elaboreaz rspunsul semnat, SRES, care este returnat ctre AuC. n funcie deconinutul 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 ila AuC. Pentru realizarea secretizrii adresrii (numrul de adresare temporar TMSI) ct i

pentru cifrarea comunicaiei, AuC calculeaz mai multe chei de cifrare (figura 1. 8). Procedurarespect urmtoarele etape principale:

se stabilete un numr aleator, RAND; 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 HLRi sunt accesate pentru realizareacomunicaiei. La rndul su, la cerere, HLR livreaz tripleta ctre VLR.

GeneratorRAND

Baza de date AuCIMSI. Ki, A3, A8

Algoritm A3de autentificare

Algoritm A8de cifrare

Ki

RAND

SRES

Kc

AuC

Trimitere detriplei ctre HLR

Cerere de tripleide la HLR

Fig. 1. 8 Furnizarea tripleilor de cifrare

19


20/66

1. 2. 3. 4 Structura semnalului n reeaua GSM

Informaiile transmise n GSM sunt prelucrate digital. Transmisia se face, pe fiecare sensde comunicaie, de la staia mobil ctre reea, respectiv de la reea ctre staia mobil, pe canalede 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 potrealiza legtura de comunicaie, n aceeai perioad de timp, pn la 8 utilizatori. Un timp a fostluat n discuie i soluia cu 16 utilizatori, care nu s-a dovedit a fi cea mai potrivit, din cauzacalitii 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 respectarearegulilor de protecie impuse de obinerea unor rapoarte semnal/zgomot acceptabile. SistemeleGSM folosesc:

a. diviziunea de frecven, prin mprirea benzilor de frecven alocate n canale deradiocomunicaie, cu lrgimea de band de 200 kHz;

b. diviziunea de timp, prin alocarea purttoarei de radiofrecven la mai muli utilizatori, cufolosirea alternativ a canalului de radiofrecven de acetia;

c. diviziunea de spaiu, prin repetarea pe un teritoriu a canalelor de radiofrecven, nconformitate cu schemele de grupare i refolosire a canalelor RF n zone de reutilizare.

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 estefolosit pentru transmiterea traficului, deci pentru comunicaia generat de utilizatori, iarmulticadrul format din 51 cadre se folosete pentru transmiterea de semnalizri.

n intervalele de timp alocate (sloturi de timp) se transmit canalele logice de traficprecum i informaii de semnalizare, organizare a sistemului, buna funcionare a legturii decomunicaie etc. Pentru unele canale logice se atribuie canale fizice speciale, pe care transmisiarespect aceeai mprire de timp. Timpul de transmisie n sistem este utilizat ciclic, durataciclului global fiind cel mai mic multiplu comun al tuturor timpilor de repetare pentru bursturilede 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 icontrol, 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 util4).

Transmisia informaiilor se realizeaz pe canale fizice. Prin canal fizic se nelegesuportul pe care se transmite orice tip de informaie ntr-un sistem de comunicaie. Pentrurealizarea unei transmisii este necesar ca unui utilizator s i se atribuie pentru folosire o poriunede band de frecvene, o succesiune de intervale de timp sau o combinaie timp band defrecven. Deci un canal fizic folosete o combinaie de multiplexare n frecveni n timp ieste definit ca o secven de canal de radiofrecveni de sloturi de timp. Definirea complet a

4 pay load

20


21/66

unui canal fizic particular const n descrierea domeniului de frecveni a domeniului de timp.Canalul de comunicaie poate fi alocat:

permanent unui utilizator, cum este cazul sistemelor de radiodifuziune, n care un emitorfolosete, 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, pedurata 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 utilizatorpe toat durata desfurrii comunicaiei i poate fi ocupat de un alt utilizator de abia dup cea fost eliberat de precedentul;

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

Canalele de comunicaie acordate la cerere pot fi, n funcie de modul de lucru adoptat desistemul de comunicaie pentru care sunt destinate:

unilaterale, la sisteme de radiodifuzare de mesaje, sisteme de anunare (paging), la caresensul 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, la care 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 informaieieste necesar o pereche de canale fizice de comunicaie separate n banda de frecven sau unsingur canal dar cu separarea n timp a celor dou sensuri de comunicaie.

1. 2. 4 Reele GPRS

1. 2. 4. 1 Probleme generale ale GPRS

O reea GPRS ofer servicii de transmisii de date organizate n mod pachet pe canalradio. 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. Cele maiimportante avantaje aduse de GPRS n comparaie cu GSM sunt:

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.

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

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

GSM.

21


22/66

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

adaptare de vitezi de transcodare (cadre TRAU). n esen, cadrele TRAU sunt mai degrabpachete de date dect un flux continuu de date. n acest mod, subsistemul staiilor de baz poatefi folosit i pentru GPRS, cu unele restricii. Pentru a integra entitile GPRS n structuraexistent GSM, este necesar s se introduc echipamente noi.

Pentru GPRS, BSC devine un element aproape transparent. Rolul staiilor de baz nprelucrarea semnalelor primite sau transmise de la i ctre staiile mobile se micoreaz, acesteafiind 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 3. 5), montat n sistemul staiilor de

baz BSS. Alte elemente noi ce apar n GPRS sunt nodurile support de serviciu respectiv poart,SGSN, GGSN ca i poarta de margine (de reea) BG. SGSN este entitatea prin care se realizeazn mod curent accesul utilizatorilor mobili la reeaua GPRS, GGSN entitatea de legtur cu altereele de comunicaie.

1. 2. 4. 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 transmisieii de schema de codare a canalului. Viteza maxim pe care o poate realiza un utilizator cefolosete GPRS este de 172,4 kbit/s. Tabelul 1. 2 prezint vitezele de transmisie realizate nGPRS cu folosirea schemelor de codare C1, C2, C3, C4, pentru un slot, dou respectiv opt sloturide timp folosite de utilizator. Valorile sunt indicate conin i biii folosii de headerul MAC,format din 8 bii.

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

Schema decodare

Nr. bii corespunztori unuiinterval de timp de 0,02 s

1 slot de timp2 sloturi de

timp8 sloturi de

timp

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

Deoarece sistemele GPRS folosesc n mare msur structura de reea dezvoltat pentruGSM, 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 cai n GSM. Astfel, GSM i GPRS folosesc schema de modulaie GMSK, unde un bit estetransformat ntr-un simbol i transmis pe traseul de radiofrecven. O combinaie de band de200 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. 9).

3 bii decoad

3 bii decoad

Perioad de gard,corespunztoare cadurat la 8,25 bii

57 bii deinformaie

57 bii deinformaie

Secven de re-cuperare de 26 bii

1 bit 1 bit

Fig. 1. 9 Structura datelor transmise n GSM pe un slot TDMA, pe canal de trafic

22


23/66

1. 2. 4. 3 Arhitectura GPRS

Schem de ansamblu, de principiu, pentru o reea GPRS este ilustrat n figura 1. 10.

EIR HLRVLR

MSC

Reea depachete

de date,PDN

Interfa desemnalizare

D

SGSN

Gi

Interfa desemnalizarei transfer dedate GPRS

Gc

Gn

CEGd

Gs

BSC PCU

Abis

BSS

SMS-GMSCSMS-IW-MSC

SM-SC

De menionat c att SGSN ct i GGSN trebuie s aib posibilitatea de comunicare cubazele 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 dininteriorul ariei sale de serviciu, pachetele fiind oferite prin nodurile suport GPRS i prin PCU. nsarcinile SGSN sunt incluse:

rutarea pachetelor, transferul pachetelor, managementul mobilitii, managementul localizrii.

SGSN are atribuii de taxare. Acesta colecteaz informaiile despre taxare, referitoare lafolosirea resurselor reelei proprii i n particular pe cele legate de folosirea interfeei radio. Dateapelului sunt transmise funciei poart de taxare.

Um

A

GbGn

Gi

Ga

GGSN

Ga

Ga

CGSistem de

taxare

Alt

reea

SGSN

Gn

Fig. 1. 10 Structura de principiu a unei reele GPRS, cu prezentarea interfeelor

GGSN

23


24/66

n GSM, criptarea datelor i a vocii se realizeaz la BTS. n GPRS, responsabilitateapentru aceste operaii trece asupra 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 datetransmise n mod pachet. GGSN realizeaz o funcie de ancor (figura 1. 11). O caracteristic

important a unei reele mobile GSM / GPRS este c ofer roaming. Roamingul este ns ocapacitate 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 deancor) atunci cnd staia mobil evolueaz n teritoriu, schimbnd aria de rutare iar controlullegturii trece de la un SGSN la alt SGSN. Prin arie de rutare se nelege un grup format din unasau mai multe celule, controlate de un SGSN, n care evolueaz staia mobil.

Uneori, legtura de comunicaie dintre o reea PLMN de origine i o reea PLMNvizitat, nu se realizeaz direct ntre cele dou reele, acestea fiind interconectate printr-o reea detranzit. n aceast situaie, la trecerea dintre reeaua PLMN i reeaua de tranzit se realizeaz

printr-o poart de trecere, BG, care asigur interfaa ctre reeaua magistral de tranzit dintrePLMN (figura 1. 12) i realizeaz funciile de securitate.

SGSN

Direcia dedeplasare a

staiei

mobile

Reea depachete

de date

Arie derutare

MS

Fig. 1. 11 Realizarea funciei de ancor de ctre GGSN

SGSN

SGSN

SGSN

INTERNET

PLMN

de origine

GGSN BG

Reeamagistral

inter PLMNBG GGSN

PLMN

vizitat Arie derutare

Fig. 1. 12 Exemplu de folosire a porilor de trecere n conexiunea cu reeaua magistral de tranzit

24


25/66

1. 2. 4. 4 Structura semnalului n GPRS

GPRS este realizat folosind modul de formare a canalelor din GSM. Sunt pstrateprincipiile de formare a canalelor logice i se pstreaz schema de folosire a canalelor defrecveni a sloturilor de timp din GSM. n GSM, pentru fiecare purttoare de radiofrecvensunt 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 detimp folosite n GSM i aflate la dispoziia sistemului. Sistemul este capabil s atribuie, pe unanumit interval de timp, n funcie de necesitile de transmisie ale utilizatorului i de resurse,unul sau mai multe sloturi de timp (figura 1. 13).

Deoarece GPRS nu poate spori resursele radio, este necesar o planificare inteligent afuncionrii 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 cudiferite staii mobile. n exemplul prezentat n figura 1. 13, echipamentul de date aflat nconexiune de comunicaie cu echipamentul mobil folosete pentru transmisie, pe segmentul decale radio, sloturile de timp alocate n GSM. Se presupune c transmisia de date este realizat dela echipamentul de date ctre staia mobil. n funcie de necesiti, se pot folosi unu pn la optsloturi de timp ale purttoarei de RF. Astfel, n intervalul de timp de la T1 la T2, pentrutransmisie sunt folosite patru sloturi de timp ale purttoarei RF, n intervalul T2 la T3comunicaiei i se aloc toate cele opt sloturi de timp ale purttoarei, iar pe intervalul T3 la T4,

pn la terminarea comunicaiei, sunt folosite doar trei dintre sloturi, atribuirea resurselor fiind

funcie de coninutul informaiei transmise.

Timp

T1

T2

T3

T4

nceputultransmisiei

Sfritultransmisiei

Momentul trecerii de la

folosirea a patru sloturide timp la folosirea aopt sloturi de timp

Momentul trecerii de lafolosirea a opt sloturi detimp la folosirea a dou

sloturi de timp

Sloturi de timp folosite pentru transmisia GPRS analizat

Sloturi de timp folosite pentru alte transmisii

Fig. 1. 13 Exemplu de folosire a resurselor radio pentru o transmisie GPRS

25


26/66

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 coninnd456 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 de4,615 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 neconectat5, utilizatorul nu este conectat la funcia de gestionare a mobilitiiGPRS. Staia mobili nodul SGSN nu dein informaii despre poziia utilizatorului sau despre

calea de rutare a mesajelor ctre el. Nu sunt executate procedurile de gestionare a mobilitiireferitoare la utilizator, ns staia mobil are efectuate funciile de selectare a reelei GPRS, deselectare a celulei GPRS i de reselectare a proceselor. Nu sunt posibile transmiterea datelorctre i de la utilizatorul mobil i nici apelarea acestuia. Reeaua GPRS consider unitatea mobilca fiind nedisponibil. Pentru a se stabili procedurile de management al mobilitii la unitateamobili la nodul GPRS, trebuie s se efectueze procedura de conectare GPRS.

n starea conectat dar inactiv6, utilizatorul este conectat la funciile GPRS de gestionare amobilitii. Staia mobili nodul SGSN au stabilit condiiile pentru managementul mobilitii,

pentru identitatea IMSI a utilizatorului i acesta poate primi apeluri pentru transmisii date sauinformaii de semnalizare, precum i apeluri prin nodul SGSN pentru servicii pe circuitecomutate. Staia mobil efectueaz local selecia i reselectarea ariei de rutare GPRS i a celuleiGPRS, execut procedurile de gestionare a mobilitii pentru a informa nodul SGSN despreintrarea ntr-o nou arie de rutare, dar nu l informeaz despre intrarea ntr-o nou celul aaceeai arii de rutare. n timpul strii STANDBY, utilizatorul poate cere activarea saudezactivarea procedurilor PDP.

n starea conectat i activ7, funcia de gestionare a mobilitii este completat cu datedespre poziia utilizatorului privind celula n care se afl. Staia mobil efectueaz procedurile degestionare a mobilitii pentru a oferi reelei identitatea celulei selectate. n aceast stare, staiamobil poate primi sau transmite pachete de date, inclusiv pentru reele externe.

Aspectele operaionale ala GPRS se refer la o serie de operaii i de proceduri pe carereeaua i echipamentul mobil trebuie s le realizeze n colaborare, pentru a asigura funcionarean bune condiii a realizrii, meninerii i ncheierii comunicaiei:

Transferul legturii de comunicaie; Controlul avansului de timp; Codarea canalului;5 idle6

standby7 ready

26


27/66

Accesul iniial la reeaua GPRS; Alocarea resurselor GPRS, pe fiecare dintre sensurile de transmisie; Eliberarea resurselor GPRS, pe fiecare dintre sensurile de transmisie.

1. 2. 5 Reele HSCSD

1. 2. 5. 1 Performane ale HSCSD

La interfaa radio a sistemelor GSM iniiale viteza de transmisie a utilizatorului a fostdeterminat de posibilitile de prelucrare digitali de transmisie a semnalului vocal n GSM.Este necesar ca utilizatorului s i se asigure, dup prelucrare digital i transmisie, o calitatesimilar cu cea realizat de sistemele de transmisie pe fir. n prima faz a GSM, viteza detransmisie a datelor pentru un canal de trafic complet, TCH/F (menionnd, dac este cazul,viteza de transmisie pe canalul de trafic), a fost limitat la viteza rezultat pentru transmisiavocali anume 9,6 kbit/s, ceea ce corespunde la o vitez de transmisie la interfaa radio de 12kbit/s.

HSCSD reprezint un procedeu care permite alocarea n comun pentru un utilizator a maimultor canale de trafic, TCH, ntr-o configuraie special, denumit HSCSD. Scopul este de aoferi 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 lainterfaa radio, cum ar fi folosirea de diferite scheme de codare i de modulare, se pot obineviteze mai mari de transmisie a datelor, deci viteze mai mari de transmisie pentru un slot de timpGSM. Configuraia reelei ce permite realizarea procedeului HSCSD este cea a unei re ele GSM(figura 1. 2), cu condiia ca aceasta s permit realizarea de combinri de canale, n vedereasporirii vitezei de transmisie de date pe canalul de trafic atribuit utilizatorului.

Capacitatea disponibil a unei configuraii HSCSD reprezint un multiplu al capacitiicanalului de trafic, TCH (tabelul 1. 3), ajungndu-se astfel la mrirea semnificativ a vitezei detransfer la interfaa radio.

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

de trafic, pentru serviciile nontransparenteViteza deutilizator lainterfaaradio

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/A9,6 kbit/s 2 1 N/A N/A N/A14,4 kbit/s 3 N/A 1 N/A N/A19,2 kbit/s 4 2 N/A N/A N/A28,8 kbit/s N/A 3 2 1 N/A38,4 kbit/s N/A 4 N/A N/A N/A43,2 kbit/s N/A N/A 3 N/A 157,6 kbit/s N/A N/A 4 2 N/A

N/A Neaplicabil

27


28/66

n mod logic, cele n canale complete de trafic la interfaa radio aparin aceleiaiconfiguraii 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 impunens 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. Deexemplu, un serviciu de date cu viteza de 28,8 kbit/s poate fi oferit prin intermediul unui slot detimp la interfaa radio, dar va fi nevoie de dou canale Abis cu viteza de 14,4 (16 kbit/s). Un altexemplu 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.

Pentru stabilirea unei conexiuni HSCSD este necesar negocierea unor parametri peansamblul reelei:

viteza de transmisie a utilizatorului din reeaua fix; codarea canalului reelei de acces radio bazat pe GSM, GERAN, 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 utilizatori dac aceste modificri sunt cerute,

atunci prezentarea resurselor necesare; indicaii referitoare la asimetria codrii canalului.

1. 2. 5. 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.

n reea i la staia mobil trebuie s fie oferite funcii de combinare respectiv demprire 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 fitransportat de n canale complete de trafic, denumite canale HSCSD, ca i cum acestea ar fiindependente unul de cellalt, pn n punctul n care sunt recombinate, punct aflat la BSC

MSC

IWFBSC

BTS

MScu

TAFInterfaa

radio(Um)

Interfaa

AbisInterfaa A

n canale cu vitezcomplet sau n sloturi detimp pe un cadru TDMA

1 circuit maximum

Fig. 1. 14 Configurarea arhitecturii reelei pentru realizarea HSCSD

28


29/66

respectiv la MS, n funcie de sensul de comunicare. ntre BSC i MSC, transmiterea serealizeaz 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 trebuies fie prevzut cu funcia de adaptare de terminal, TAF.

1. 3 Reele 3G

1. 3. 1 Dezvoltarea UMTS

Reelele de comunicaii mobile de generaia a treia, 3G, sunt cunoscute n documenteleITU sub acronimul de IMT 2000, iar varianta lor pentru Europa este denumit cu acronimulUMTS. IMT 2000 i, n particular, UMTS are capacitatea de a oferi numeroase servicii, nspecial servicii multimedia i transmisii de date n modul pachet, cu viteze mari de transmisie.Problema cea mai delicat, ce trebuie rezolvat pentru noile sisteme, este cea a transmisiunii lainterfaa radio. Soluia care prezint cele mai mari avantaje, n special pentru transmisiile carenecesit viteze mari la interfaa radio, este cea de CDMA de band larg WCDMA. Aceasta estensoit i de o variant TD-CDMA. Dezvoltarea acestora a fost preluat i este n prezent

susinut n cadrul 3GPP. Varianta 3G a crei dezvoltare a fost iniiat de S.U.A este cdma2000,dezvoltat n prezent de 3GPP2.

UMTS a evoluat n timp. Prima variant realizat a fost UMTS 99. De atunci, n cadrulETSI i, apoi, al 3GPP, s-au realizat mai multe variante de UMTS, fiecare dintre acesteaadugnd noi caracteristici la cele anterioare. Pn n prezent s-au dezvoltat variantele 99, 4, 5,6 i 7. Compatibilitatea ntre reele UMTS i alte reele este strns legat de evoluia UMTS, cares-a dezvoltat pornind de la reelele de generaia a doua de comunicaii mobile celulare, n primulrnd de la GSM.

Primul pas al migrrii, realizat de reelele de comunicaii mobile, a fost obinut printrecerea de la 2G la 2,5G, cu introducerea GPRS. Standardul GSM a fost realizat cu comutare decircuite, ca i PSTN. A rezultat o reea de comunicaii bazat pe circuite comutate destinat, n

primul rnd, pentru a oferi servicii telefonice, beneficiind, n plus, de accesul radio i demobilitate. Ca i n cazul reelelor PSTN este posibil realizarea de sesiuni de transmisii de date,aceasta cu constrngerile impuse de folosirea tehnicii de circuite comutate, ceea ce conduce la outilizare slab, din punctul de vedere al operatorului, a lrgimii de band disponibili la vitezede transmisie mici.

Serviciile bazate pe GPRS, ce se ncadreaz n generaia 2,5G, au fost lansate nexploatare la mijlocul anului 2001 i ofer un mod mai eficient de transmisie a traficului de date.

Noutatea introdus de GPRS const n introducerea unei reele de baz cu pachete comutate nreeaua operatorului mobil, prin care se permite activarea unor sesiuni de transmisii de date cupachete comutate.

Migrarea a continuat de la 2,5G, care a introdus GPRS, la UMTS varianta 99 i, apoi, laUMTS varianta 4. n prima variant de realizare a UMTS, varianta 99 (figura 1. 15), principiilefolosite de reeaua de baz rmn aceleai, i anume se folosete o reea de baz cu comutare decircuite pentru serviciul vocal i o reea de baz cu comutarea pachetelor pentru serviciile detransmisii de date. Principala modificare este realizat n partea de acces radio, denumitUTRAN, 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.

29


30/66

Varianta 4 a UMTS ofer fa de varianta 99 un plus de noi servicii i caracteristiciprecum mediul virtual de domiciliu, VHE i arhitectura pentru servicii deschise, OSA. Deasemenea, varianta 4 accept, n totalitate, serviciile de localizare.

Elementele de baz ale reelelor UMTS, fie ele WCDMA fie TD-CDMA, sunt cuprinsen variantele 99 i 4. Variantele care urmeaz acestora:

BSCBTS

Acces radio

GSM

MSC

Reea de baz cucircuite comutate

GMSC

PSTN

Reea

inteligentDatele

abonatului

Reea de baz cucomutarea pachetelorNod

serviciu

UMTS

PoartUMTS

Reea

extern IP

Legtur cu comutare de circuite

Legtur cu comutare de pachete

Legtur de semnalizare

Fig. 1. 15 Migrarea la UMTS varianta 99

Nod

radio

Acces radioUMTS

(UTRAN)

UMTS

Controlorreea

radio

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.

De la UMTS varianta 4, evoluia continu ctre variantele 5, 6 i 7. UMTS varianta 5(figura 1. 16) introduce o modificare major n structura reelei de baz. Reeaua de baz cucircuite comutate dispare complet i arhitectura devine n totalitate IP. Principala modificare nreeaua 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 reprezint un prim

pas ctre introducerea unor reele IP cap-la-cap.

30


31/66

Apelurile vocale pot fi realizate ntr-o reea convergent IP folosind SIP ca protocol desemnalizare pentru stabilirea apelului, dup cum a fost specificat de 3GPP, IPv6 fiind aleas caversiune de protocol IP. Reeaua de acces i reeaua cu comutarea pachetelor rmnnemodificate, dar UMTS varianta 5 introduce conceptul de subsistem multimedia IP, IMS. IMSconine toate noile funcii de control i de semnalizare pentru managementul sesiunilormultimedia, incluznd pe cele pentru apelurile vocale i pe cele pentru sesiunile de date. IMSeste funcional separat de reeaua de baz cu comutarea pachetelor, care ofer funciunile detransport. n domeniul de transport al pachetelor pe sensul descendent se introduce tehnologiaHSDPA. n concluzie, elementele noi i definitorii ale variantei 5 sunt date de modul de folosireal HSDPA, IMS i al IP. Avantajele aduse de elementele tehnologice principale promovate nvarianta 5 se refer att la interfaa radio, prin HSDPA, ct i la reeaua de baz, prin IMS.

HSDPAeste o tehnologie bazat pe o arhitectur nou, distribuit, care permite o reaciela calitatea canalului, adaptarea conexiunii la ntrzieri reduse i procesarea HARQ. Multe dintreprocesele de control i de programare sunt preluate de la RNC i transferate la staia de bazfiind astfel mai aproape de interfaa radio (figura 1. 17). n acelai timp, funciunile MAC ceerau, n varianta 99, n totalitate realizate la RNC, sunt distribuite n varianta 5 ntre RNC inodul B.

BSBTS

Acces radio

GSM

PSTN

Reea de baz cucomutarea pachetelorNod

serviciu

UMTS

PoartUMTS

Reea externIP

Legtur cu comutare de pachete

Legtur de semnalizare

Fig. 1. 16 Migrarea la UMTS varianta 5

Controlorreea

radioNodradio

Acces radioUMTS

UTRAN

WLAN

Poart

Poart

Subsistem IP multimedia

Servicii SIP

Servicii oferite deo ter parte

Reele inteligente

Funcii de control

Adugiri realizate de

UMTS varianta 5

Dateleabonatului

31


32/66

HSDPA introduce un canal descendent de mare vitez, HS-DSCH, care poate fi folosit n

partaj de mai muli utilizatori, cu alocare dinamic, viteza de vrf de transmisie, teoretic. pecanal fiind de 14,4 Mbit/s.

Mutnd decizia de programare de la RNC la interfaa radio, HSDPA foloseteinformaiile 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 sescurteaz 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 decodareapachetului de date este necesar retransmiterea acelui pachet. Spre deosebire de varianta 99 (lacare decizia retransmiterii este luat la RNC), n varianta 5, HSDPA, decizia este luat la staiade 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 buffernainte de decodarea canalului. Combinarea diferitelor transmisii ofer o eficien mai bundecodrii i o diversitate a ctigului, minimiznd necesitatea de realizare a ARQ.

Pentru adaptarea rapid la indicaiile de calitate ale canalului, CQI, i la semnalizrileACK/NACK pentru HARQ primite de la terminal, se definete un canal de control fizic dedicat,de mare vitez, HS-DPCCH. La nodul B se colecteazi se folosesc informaiile CQI obinute dela 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 transmisieposibil n condiiile date. Schemele de modulaie i de codare sunt adaptate dinamic, pe bazacalitii 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 coduriparalele care pot fi partajate n mod dinamic ntre utilizatori. HSDPA folosete codarea turbo curata 1/3, dar aceasta poate fi variat de la 1/4 la 3/4 prin modificarea dimensiunii blocurilor, printipul de modulaie i prin numrul de coduri multiple.

Controlorreea radio

(RNC)

Nod B

radio

Reea de baz

La alte RNC

Programare rapid de strat 1,AMC i HARQ, ACK /NACK rapid de strat 1 i

ie la calitatea canaluluireac

Ctre alt nodradio B

n UMTS, varianta 99,ntregul MAC se afl laRNC, ceea ce conduce laprogramare lent

n ediia 5 funciile cheie MAC,MAC-HS sunt stabilite la nodul B(reacie i programare rapid)

Fig. 1. 17 Arhitectura HSDPA

32


33/66

HSDPA se poate folosi att pentru modul FDD ct i pentru cel TDD iar cretereasemnificativ a vitezei de transmisie la utilizator se realizeaz doar pentru serviciile bazate pe celmai bun efort, ca de exemplu pentru accesul Internet sau pentru descrcarea de fiiere. n primaetap, HSDPA nu va fi folosit ca o soluie pentru serviciile n timp real, care au nevoie de QoSgarantat i care impun condiii dificile terminalelor, fiind folosit la transmiterea de date n timpnon-real.

IMS ofer capaciti multimedia de comunicare n timp real de la persoan la persoan,cu integrarea serviciilor, servicii telefonice configurate conform cerinelor utilizatorului isesiuni multiple sincronizate. Toate entitile IMS sunt amplasate n reeaua de baz.

IMS este diferit n mod esenial de sistemele de comunicaie anterioare, deoarece permiterealizarea de servicii multiple pe un singur canal purttor. Aceasta faciliteaz integrareaserviciilor desfurate n timp real cu cele desfurate n timp non-real n cadrul aceleiai sesiunii ofer serviciilor capacitatea s interacioneze ntre ele. n acelai timp se realizeaz folosireaeficient a resurselor, ceea ce creaz reelei capacitatea de satisfacere a condiiilor de QoS pentrufluxurile 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 va avea, nfinal, capacitatea s asigure servicii fr ntreruperi ntre reele fixe i reele mobile.

Serviciile multimedia n timp real, de la persoan la persoan, ofer, n cele mai multecazuri, telefonie vocal. n viitor va spori i coninutul de videotelefonie. Trecerea la IMSnseamn c aceste servicii vor fi oferite ntr-un singur domeniu de pachete, bazat pe protocoaleInternet. Astfel, IP se transform din ce n ce mai mult ntr-un standard la nivel mondial pentrutelecomunicaii, tehnologia informaiei etc. Aceasta nseamn c, n viitor, uti

Retele Mobile

Documents

Transcript of Retele Mobile