sisteme_telefonie_mobila

8/6/2019 sisteme_telefonie_mobila

1/107

Sorin Huides

Sisteme de telefonie mobila

BUCURETI

2007


2/107

Sorin Huides Sisteme de telefonie mobila

Copyright 20072

Acest material este destinat uzului studenilorDepartamentului de Tehnologii al Universitii dinBucureti, forma de nvmnt la distan.Reproducerea integral sau parial a acestuimaterial este posibil doar cu acordul scris alDepartamentului

Universitatea din Bucureti

Editura CREDIS

Bd. Mihail Koglniceanu, Nr. 36-46, Corp C, Etaj I, Sector 5

Tel: (021) 315 80 95; (021) 311 09 37, 031 405 79 40, 0723

27 33 47

Fax: (021) 315 80 96Email: [email protected]

Http://www.credis.ro


3/107


Copyright 20073

Telefonie mobila celulara

Cuprins

1. Undele electromagnetice . .2

2. Modulatia in Radio Frecventa ..53. De ce DA transmisiilor digitale? .7

4. Modularea semnalului digital8

5. Tehnici de acces: FDMA, TDMA, CDMA..10

6. Erorile transmisiei radioelectrice si clasificarea perturbatiilor.........................11

7. RF si informatia digitala.De ce CDMA? ..13

8. Norme digitale de transmisie. Stabilirea normelor............................................17

9. Norma GSM.........................................................................................................18

10. Norma CDMA....................................................................................................21

11. Conceptele sistemului celular...........................................................................22

12. Structura sistemului GSM.................................................................................25

13. Structura sistemului CDMA.............................................................................29

14. Infrastructura reelei GSM.............................................................................. 30

15. Tehnologia reelei CDMA.......41

16. Infrastructura reelei CDMA...45

17. Transmisia multi-slot ..59

18. Codarea semnalului "voce".60

19. Procesele Scrambling & Spreading..71

20. Terminale CDMA. Receptorul de tip Rake..74

21. Terminale GSM.92

22. Introducere 4G................................................................................................. 97


4/107


Copyright 20074

1. Undele electromagneticeCuvintele, sau mai specific sunetele pe care omul le poate auzi (20Hz -20kHz), se

propag prin presiunea generat asupra moleculelor mediului (aer) nconjurtor. Aadar, sunetul

ii pierde energia relativ rapid i este limitat n propagarea pe distane lungi. Contrar, undeleelectromagnetice pot cltori o distan mult mai mare dect undele sonore.

Omul de tiin James Clerk Maxwell, n 1864, a prezis posibilitatea propagrii undelor

electromagnetice. Teoria sa era bazat pe lucrri facute de Michael Faraday. Omul de tiin

Heinrich Hertz, printr-o serie de experimente a reuit s demonstreze teoria lui Maxwell n 1886

i 1888. Ideea de baza era de a cupla energia electromagnetic de un mediu de propagare, printr-

un element radiant precum o anten. Frecvena, sau lungimea de und, ca i caracteristic a

undei electromagnetice, are o strans legatur cu, capacitatea de propagare a acesteia.

Undele de frecvene joase, sau undele lungi, au tendina de a urma suprafaa pamntului

i sunt reflectate i refractate de ctre ionosfer (poriune a atmosferei pmntului, aflat la

60Km deasupra suprafeei acestuia). La frecvene de peste 300MHz, undele electromagnetice se

propag cu viteza luminii, i undeva la frecvene peste 1000GHz, undele au caracteristici optice.

n anul 1876 Graham Bell inventeaz telefonul, iar n 1896 G. Marconi realizeaz prima

transmisie radio. Telefonia fix i epuizeaz rapid resursele de a produce profit astfel nct nanul 1950 n USA apare primul serviciu de radiotelefonie (Bell Tell) pentru public. Institu iile

erau cu un pas nainte. n 1964 apare n cadrul reelelor de radiotelefonie conceptul de partajare

a resurselor. Acesta va permite administrarea dinamic a reelei (frecvenelor) astfel nct pentru

prima dat numrul abonailor dintr-o reea depete numrul frecvenelor.

n 1971 tot Bell Tell prezint conceptul de reea celular ca rspuns la utilizarea unei

resurse limitate (banda de frecven) de ctre un numr ct mai mare de abonai. Primul sistem

comercial care aplic noul concept este AMPS Advanced Mobile Phone System - operaionaldin 1978 n Chicago.Bineneles, totul era n tehnologie analogic.

Conceptul de reea celular aduce n principal dou elemente noi:

- schimbarea dinamic a frecvenei de emisie a unui punct abonat mobil n timpul unei

comunicaii n funcie de deplasarea n reea i


5/107


Copyright 20075

- reutilizarea frecvenelor din celulele adiacente, suficient de deprtate unele de altele.

Sistemul american adoptat sub denumirea de AMPS n 1982 se extinde i n Europa fiind

preluat sub denumirea de Total Acces Celular System n GB i Italia.

rile scandinave, Benelux i Frana adopt sistemul NMT (Nordic Mobile Telephone).

Dezvoltarea telefoniei mobile este exponenial n raport cu timpul, ntr-o perioad scurt se

ajunge la epuizarea resurselor oferite de tehnologia analogic: numrul de cereri de abonament

depete posibilitile operatorilor de satisfacere a legturii. Cererea i oferta i spun cuvntul:

o nou tehnologie trebuia s preia tafeta. Multiplexarea temporal i tehnologia digital au

oferit soluia.

n 1982 CEPT (Conferina European a Administraiilor Potelori Telecomunicaiilor)

creeaz Grupul Special Mobil ce avea ca sarcin elaborarea de norme europene pentru

comunicaiile prin radio cu staii aflate n micare, ntr-o band de frecvene ce fusese rezervat

nc din 1978 acestui scop. Obiectivul desemnat de ctre CEPT era depirea limitrilor de

capacitate a sistemului de telefonie mobil bazat pe telefonia analogic, n condiiile pstrrii

compatibilitii la scar internaional.

n luna septembrie a anului 1987, utilizatorii din 13 ri europene (Germania, Belgia,

Italia, Danemarca, Spania, Finlanda, Frana, Irlanda, Norvegia, Olanda, Portugalia, Anglia iSuedia) semneaz un memorandum pentru punerea n funciune a unui sistem celular, digital

european. n anul 1989 Grupul Special Mobil ncheie prima faz a elaborrii standardului noului

Global System for Mobile Comunications, aka GSM i l nainteaz Institutului European

pentru Standardizarea Telecomunicaiilor (ETSI) care l va dezvolta n continuare pe cinci

subgrupe cum urmeaz: servicii oferite, interfa radio, configurarea reelei, transferuri de date,

modulul de identitate a abonatului (SIM card).

Avantajele utilizrii tehnologiei digitale, n afara celor implicite, vis-a-vis de calitateasemnalului vocal prelucrat digital, pot fi enumerate astfel: creterea de aproximativ trei ori a

numrului de abonai n reea datorit tehnologiilor de multiplexare n timp, TDMA (AMRT)

Time Division Multiplex Acces, n cod, CDMA (AMDC) Code Division Multiplex Acces,

apariia de noi servicii n reea cum ar fi transmisia de date binare, fax, text, imagine,

confidenialitatea transmiterilor prin codare, limitarea penetrrii reelei de ctre persoane


6/107


Copyright 20076

neautorizate prin autentificare, controlul automat al puterii la emisie utiliznd algoritmi, coduri

corectoare de erori, accesul ISDN, (RNIS) Integrated Services Digital Network.

Fie semnalul sinusoidal y(t), de formay(t) = A * sin(2p * F * t + f), prezentat n figura:

i un semnal y'(t) defazat cu +. Mrimile caracteristice ale semnalului lent: amplitudinea (A),

frecvena (f) i faza (). Modificarea fiecrei caracteristici a semnalului y(t) numit i purttoare

sau semnal modulat cu un semnal ce conine informaia ce se dorete s fie transmis, numit i

purttor sau modulator are ca rezultat obinerea unui semnal complex format din purttoare i

modulaie astfel:

- prin modificarea amplitudinii purttoarei proporional cu semnalul ce trebuie transmis se

obine modularea n amplitudine (MA);

- prin modificareafrecvenei purttoarei proporional cu semnalul ce trebuie transmis se

obine modularea n frecven (MF);

- prin modificareafazei purttoarei proporional cu semnalul ce trebuie transmis se obine

modularea n faz (MP).

Cele trei tipuri de modulaie prezentate mai sus, se ncadreaz n categoria

transmisiunilor cu semnal purttor sinusoidal fiind cu modulaie liniar n cazul modulaiei de

amplitudine (forma semnalului modulator este pstrat de-a lungul lanului de transmisie ca de

exemplu n cazul transmisiilor TV) i cu modulaie neliniar, exponenial (n unghi) n cazul

modulaiei n faz sau frecven (ca n cazul transmisiilor radio MF pe UUS). n mod evident

modulaia liniar are dezavantajul de a fi foarte sensibil la perturbaii, orice alterare a formei

semnalului pe canalul de transmisie producnd inevitabil erori de recepie dup demodulare.


7/107


Copyright 20077

Faza, respectiv frecvena semnalului sunt greu de modificat din cauze extrinseci sistemului de

transmisie, consecutiv protecia acestuia la transmisie este mult mbuntit.

Frecvenele radio sau RF (Radio Frequencies) fac referire n general la radiani, w, unde

w = 2p*f. frecvene cuprinse ntre 30kHz i 30GHz. Acestea sunt utilizare n reelele de

comunicaii mobile (sau sisteme celulare). Semnalul RF,y(t) = A * sin(2p * F * t + f),

se presupune c este un semnal pur sinusoidal cu amplitudinea A, frecvena F si faza f.

Frecvena principala, sau frecvena de centru, se numete frecvena purtatoare, saupurtatoare. Frecvena purtatoare trebuie s fie mult mai mare decat largimea de band efectiv a

semnalului util. Deoarece n propagare semnalele RF sunt mult mai bune decat sunetul, alegem

semnalul RF s transporte informaia dorit. Procesul de a face ca un semnal RF s poat purta o

informaie anume (un alt semnal) se numete modulare.

2. Modulaia n Radio Frecven

Avnd semnalul sinusoidaly(t) = A * sin(2p * F * t + f), putem ajusta, sau modula, treiparametri cu semnalul original care urmeaz a fi transmis, m(t). Cei trei parametri sunt

amplitudinea (A), frecventa (F), faza (f).

Modulaia n amplitudine - AM

Cnd semnalul ce conine informaia m(t) moduleaz amplitudinea semnalului iniial

(purtatoarea), numim acest tip de modulatie, Modulatie in Amplitudine (MA).

y(t) = A(t) * sin(2p * F * t + f)

Beneficiul semnalului modulat n tehnici de modulare n amplitudine este simplitatea cu

care poate fi demodulat.

Faptul c semnalul poate fi degradat foarte uor, de interferene sau zgomot, reprezint

un neajuns major al modulaiei n amplitudine.


8/107


Copyright 20078

Modulaia n frecven-FM

Cnd semnalul ce conine informaia m(t) moduleaz frecvena purttoarei, numim acest

tip de modulaie, Modulaie n Frecven (MF).

y(t) = A * sin(2p * f(t) * t + f)

Modulaia n frecven necesit, comparativ cu modulaia n amplitudine, un

demodulator complex care s poat detecta deviaii ale frecvenei. Sensibilitatea mai sczut la

interferene sau zgomot reprezint un avantaj al modulaiei n frecven.

Modulaia n faz- PM

Cnd semnalul ce conine informaia m(t) moduleaz faza purttoarei, numim acest tip

de modulaie, Modulaie n Faz (MF).

y(t) = A * sin(2p * F * t + f(t))

Deoarece cele dou tipuri de modulare seamn foarte mult ntre ele, modulaia n

frecveni respectiv n faz se afl n aceeai parantezi influeneaz n mod direct funcia

sin() din expresia de mai sus, putem spune c ele vor avea aproximativ aceleai caracteristici

privind rezistena la perturbaii.

Cele trei tipuri de modulaie prezentate mai sus, se ncadreaz n categoria

transmisiunilor cu semnal purttor sinusoidal fiind cu modulaie liniar in cazul modulaiei de

amplitudine (forma semnalului modulator este pstrat de-a lungul lanului de transmisie ca de

exemplu n cazul transmisiilor TV) i cu modulaie neliniar, exponenial (n unghi) n cazul

modulaiei n faz sau frecven (ca n cazul transmisiilor radio MF pe UUS). n mod evident

modulaia liniar are dezavantajul de a fi foarte sensibil la perturbaii, orice alterare a formei


9/107


10/107


Copyright 200710

transmis pe canal prin utilizarea codurilor corectoare de erori, informaia redundant adugat

semnalului util fiind folosit n acest scop; acest lucru nu este posibil n cazul transmisiei

analogice. Dintre dezavantejele sistemului digital se menioneaz complexitatea crescut a

echipamentelor (preul n momentul de fa nu mai constituie un obstacol), precum i zgomotul

de eantionare introdus la prelucrarea digital a semnalelor analogice. Conform teoremei lui

Nyquist, orice semnal analogic poate fi refcut din eantioanele sale dac frecvena de

eantionare este de cel puin douori mai mare dect frecvena maxima semnalului: fe2fmM.

Acesta poate fi considerat dezavantajul major al utilizrii tehnologiei digitale: pentru a transmite

un semnal cu fmax = 4 KHz (cazul semnalului telefonic), trebuie transmise eantioanele lui

codate cu o frecven de 2 ori mai mare fe = 8 KHz.

3. De ce DA transmisiilor digitale?

In 1928 Harry Nyquist face publica teorema esantionarii. Teorema de esantionare sau

criteriile Nyquist, spune ca un semnal analog poate fi reconstituit complet dintr-un set de

esantioane uniform distribuite in timp, daca rata de esantionare este egala sau mai mare decat

banda semnalului.

Transmisia semnalului Analog vs. zgomot

Semnalele analogice sunt mult mai susceptibile la zgomot decat cele digitale. Calitatea

semnalului analogic depinde de cat de bine se poate face detectia de anvelopa la receptor. In

figura este reprezentat un semnal analog cu zgomot adaugat. Semnalul corect este si elreprezentat prin linia continua.

Cand zgomotul este adaugat, valoarea instantanee a anvelopei poate varia semnificativ

fata de anvelopa actuala, degradand astfel calitatea semnalului.

Transmisia semnalului Digital vs. zgomotCand transmitem un semnal digital, trebuiesc detectati numai bitii cu valoare 1 sau

0.

Detectia poate fi facuta folosind un decodor de plauzibilitate maxima sau ML (Maximum

Likelihood). Daca presupunem ca 1 digital este reprezentat ca -1 volt, iar 0 digital este +1

volt. Atunci cand se face detectia, decodorul de plauzibilitate maxima poate decide daca bitul


11/107


Copyright 200711

receptionat este 1 in cazul in care tensiunea este mai mica ca 0 si daca bitul este 0 in cazul

in care tensiunea este mai mare ca 0. Se poate observa usor ca semnalul digital poate sustine mai

usor zgomotul decat cel analog si poate transmite informatia de bit fara a avea pierderi in

calitate la receptie.

Odata cu transmisia digitala vin si toate avantajele pe care microprocesoarele traditionale

le au in opozitie cu cele analogice. Orice intrerupere de scurta durata in canalul de comunicatie

poate fi rezolvata folosind un software adecvat. Circuitele de eroare pot asigura corectitudinea

receptionarii informatiei. De asemenea, informatia poate fi acum criptata, iar functiile corectiei

de eroare pot asigura corectitudinea transmisiei efectuate.

4. Modularea semnalului digital

Cand transmitem un semnal digital folosim variatii ale celor trei tipuri de modulare AM,

FM si PM. Schemele de modulare a unui semnal digital se regasesc sub denumirea Amplitude

Shift Keying (ASK), Frequency Shift Keying (FSK) si Phase Shift Keying (PSK). Precum FM si

PM, modularea FSK si PSK ofera o imunitate ridicata la zgomot, fiind si cele mai preferate

scheme de modulare digitala in aplicatiile curente.

Amplitude Shift Keying (ASK)

Tinand cont ca se transmit numai simboluri ce reprezinta valorile 1 si 0, modularea ASK

transmite un semnal cu o amplitudine data pentru o valoare, iar amplitudine zero sau foarte

scazuta pentru cealalta valoare. In trecut modulatia ASK era utilizata pentru transmiterea

codului Morse, dar in prezent acest tip de modulatie in forma ei pura este rar utilizata.

Frequency Shift Keying (FSK)


12/107


Copyright 200712

O simpla variatie a modulatiei analogice FM poate fi implementata prin aplicare unui

semnal digital la intrarea modulatorului. Semnalul de iesire capata forma unei unde sinusoidale

cu doua frecvente distincte.

Demodularea acestei unde se face trecand semnalul prin doua filtre si transformarea

rezultatului inapoi intr-un semnal digital.

Phase Shift Keying (PSK)

PSK presupune schimbarea fazei si nu a frecventei undei transmise. O unda PSK poate fi

grenerata utilizand informatia digitalizata pentru a comuta intre doua semnale de frecventa

egala, dar cu faza opus (Binary PSK, sau BPSK). Daca unda rezultata este inmultita cu o unda

sinusoidala de frecventa egala, sunt generate doua componente: o unda cosinus de frecventa

dubla fata de cea receptionata si inca o unda a carei frecventa nu conteaza dar care are

amplitudinea proportionala cu cosinusul schimbarii de faza. Filtrand semnalul de frecventa

ridicata, ramane doar semnalul modulat important ptentru transmisie. Conceptul PSK este dificil

de reprezentat grafic, in general fiind descries matematic.

Quadrature Phase Shift Keying (QPSK)

Quadrature Phase Shift Keying, ducand mai deparete conceptul PSK, se poate presupune

ca numarul de schimbari de faza nu este limitat la doua stari ci chiar la mai multe. Purtatoareatransmisa poate transporta oricate schimbari de faza, iar prin inmultirea semnalului receptionat

cu o unda sinusoidala de frecventa egala se pot demodula schimbarile de faza in nivele ale

tensiunii, fara dependenta directa fata de frecventa.


13/107


Copyright 200713

5.Tehnici de acces: FDMA, TDMA, CDMA

Sistemele de comunicatii mobile de tip celular, se bazeaza pe utilizarea frecvetelor radio

ca suport primar de comunicatii intre statiile mobile si statiile de baza. Intr-o lume ideala arexista un spectru nelimitat de frecvente. In realitate exista un spectru limitat, deoarece un anumit

numar din frecventele disponibile sunt deja alocate pentru utilizare in cadrul unor aplicatii

comerciale sau necomerciale, precum AM/FM radio, taransmisii TV, sisteme de navigare etc.

Pentru a avea acces la acest spectru limitat de frecvente, in sistemele de comunicatii mobile de

tip celular exista cateva scheme sau tehnici de acces. Cele mai comune dintre aceste tehnici de

acces sunt: FDMA sau Frequency Division Multiple Access (Acces Multiplu Separat in

Frecventa), TDMA sau Time Division Multiple Access (Acces Multiplu Separat in Timp),

CDMA sau Code Division Multiple Acces.Prin FDMA, largimea de banda disponibila B este impartita in N numar de canale fiecare

cu o largime de banda BN (~30kHz). Fiecarui utilizator activ ii este alocat un canal. Cu alte

cuvinte, N este numarul total de utilizatori. Numarul total de utilizatori suportati in sistem, poate

fi marit prin implementarea unui plan de reutilizare a frecventei, respectiv aceleasi canale sunt

reutilizate la o distanta suficient de mare astfel incat sa nu apara interferente.

Time Division Multiple Access (TDMA)

Prin TDMA, largimea de banda disponibila B este impartita in N numar de canale,

fiecare cu o largime de banda BN (~30kHz pentru IS-136 si 200kHz pentru GSM). In plus,

fiecare canal este divizat intr-un numar TS de perioade de timp mumite time slots (3 pentru

IS136; 8 pentru GSM). Fiecarui utilizator activ ii este alocat un canal si un time slot. Cu altecuvinte , N*TS este numarul de utilizatori care se pot afilia.. Capacitatea totala poate fi marita

prin folosirea unei scheme de reutilizare a frecventelor.


14/107


Copyright 200714

Code Division Multiple Access (CDMA)

Prin CDMA, o banda de largime extinsa BC, este alocata unui singur canal CDMA.

Aceasta largime de banda este de 1-5MHz, in functie de tehnologia utilizata.

Unui utilizator activ ii este alocat un cod unic in acel canal CDMA. Stiind si folosindu-se

de codul unic, receptorul poate extrage din canalul CDMA doar informatia estinata special

pentru un anume utilizator. Capacitatea suportata este dinamica fiind strans legata de nivelul de

interferente.

Intr-un sistem CDMA nu este necesara folosirea unui plan de reutilizare a frecventei.

6. Erorile transmisiei radioelectrice si clasificarea perturbatiilor

Spre deosebire de celelalte medii de transmisie (cupru, FO) pentru care teoria definete

tipurile de erori ce pot apare la propagare i consecutiv gsete i mijloacele tehnice de

compensare a acestora, n cazul transmisiei n spaiul liber (radioelectric), influena mediului de

transmisie asupra semnalului transmis nu poate fi prevzut, mediul nefiind controlat. De aceea

toate modelele matematice ce reprezint propagarea undelor electromagnetice n spaiul liber

sunt aproximri, uneori grosolane, ale comportrii semnalului de transmisie.

Perturbaiile sunt semnale aleatoare care intervin n canal, micornd capacitatea detransmisie a acestuia, implicit msura n care semnalul de la recepie reprezint copia fidel a

celui de la emisie. Perturbaiile pot fi aditive sau multiplicative.

Din clasa perturbaiilor aditive (adic a acelora care se adun cu semnalul) fac parte:

zgomotele

diafoniile


15/107


Copyright 200715

distorsiunile

Zgomotul este o perturbaie care nu este coerent cu nici unul din semnalele utile

transmise.

Diafoniile sunt semnale perturbatoare provenite din semnalele utile ale altor canale.

Distorsiunile sunt semnale perturbatoare coerente cu semnalul util din canalul

considerat.

Zgomotul poate fi alb sau colorat n funcie de repartiia densitii spectrale de putere

(constant sau variabil n funcie de frecven), gaussian sau negaussian, ergodic (previzibil n

medie, nu n detaliu), de impulsuri (energie mare i durat mic) sau de fluctuaii (nsumarea

unor zgomote de energie foarte mic, dar numeroase - zgomot de agitaie termic). Conform

principiului lui Huygens, atunci cnd un front de und (ansamblul punctelor materiale care

oscileaz n faz) ntlnete un obstacol, acesta se transform el nsui ntr-un generator de unde,

rezultnd astfel dou unde defazate. n cazul propagrii undelor radio refexiile pe obstacole sau

pe sol genereaz interferen de fading. Amplitudinea semnalului recepionat, ca sum a

amplitudinilor semnalelor undelor direct i reflectat, poate fi la un moment dat mai mic n

modul dect amplitudinea undei directe, datorit nsumrii undelor reflectate, fiecare cu

ntrzieri diferite i deci defazate.

Interferenele de cofrecven sau "intercanal" sunt interferene cauzate de emitoarele

altor staii (celule) care emit pe aceeai frecven cu celula n care se afl receptorul, dar care

dei sunt ndeprtate, produc zgomot n canal. Interferenele de intermodulaie sunt interferene

datorate emitoarelor ce emit pe alte frecvene dect cea recepionati fac parte din categoria

zgomotelor de diafonie. Cu ct frecvena perturbatoare este mai apropiat de frecvena

generatorului util i cu ct puterea perturbatorului este mai mare, cu att zgomotul produs la

recepie crete. Zgomotul de fondeste zgomot de fluctuaie, datorat micrii electronilor n

semiconductor. Este un zgomot de agitaie termic ce crete odat cu creterea sensibilitii

receptorului i bineneles cu creterea temperaturii. n categoria zgomotelor de impulsuri intr

zgomotul atmosferic datorat furtunilor sau altor fenomene atmosferice ce produc descrcri


16/107


Copyright 200716

electrice, precum i zgomotul industrial, datorat motoarelor electrice cu perii la rotor sau

motoarelor cu aprindere prin scnteie.

7. RF si informatia digitala. De ce CDMA?

Frecventele RF fac referire in general la undele electromagnetice propagate in plaja de la

30kHz pana 30GHz. Utilizand diverse tehnici de modulare a semnalului uti, acestal

poatetransportatn de un semnal RF, sau frecventa purtatoare. Pentru a modula informatia

digitala exista tehnici de modulare precum ASK, FSK si PSK. Transmisia digitala este preferata

fata de cea analogica deoarece semnalul digital poate sustine mai mult zgomot si in acelasi timp

se poate implementa un sistem de corectie de eroare.

Metode de acces

Cu un spectru de frecvente limitat si numerosi utilizatori, metoda de acces trebuie aleasa

astfel incat sa satisfaca necesarul de capacitate. Dintre cele trei metode descrise, respectiv

FDMA, TDMA si CDMA, ultima este preferata datorita capacitatii dinamice, performantelor RF

(Rake receiver si soft handoff) si nivelului ridicat de securitate. Capacitatea este dinamica

datorita faptului ca in toata reteaua este folosita aceeasi frecventa pentru purtatoare. Multiple

purtatoare CDMA pot co-exista cu conditia ca ele sa fie separate in frecveta (channel spacing) si

sa nu existe suprapunere peste largimea de banda de 3dB (1.23 MHz or 3.69 MHz).

Interfata-aer in CDMA

In aceasta lucrare sunt prezentate trei tehnologii CDMA air-interface, anume IS-95

(cdmaOne), IS2000 (CDMA2000, 3G-1X, or 3G-3X) si IS-856 (1xEV-DO). Dintre aceste trei

tehnologii IS-2000 si IS-856 sunt catalogate ca tehnologii 3G conform ITU. Standardul IS-2000

este compatibil in jos cu sistemul IS-95. Standardul IS-856 este o dezvoltare a standardului IS-

2000, si este orientat doar catre a suporta traficul de date nu si cel de voce.

De ce CDMA?Unul din beneficiile native ale tehnologiei CDMA este dinamica capacitatii. Asa cum o

sa demonstrez mai tarziu, capacitatea sistemului variaza in functie de nivelul de interferenta in

sistem. In CDMA se utilizeaza aceeasi frecventa de purtatoare pentru intreg sistemul (celule si

sectoare). Prin optimizarea sistemului, respectiv prin optimizarea hardware si software a

componentelor din retea, capacitatea sistemului poate fi marita. In CDMA, acoperirea,


17/107


Copyright 200717

capacitatea si calitatea serviciului sunt dependente una de alta, iar cresterea uneia dintre acestea

duce la afectarea uneia din celelalte doua.

In comparatie cu alte tehnologi precum GSM si IS-136 (TDMA), performantele unui

sistem CDMA sunt imbunatatite prin rake receiver si soft handoff. Rake receiver-ul permite

receptorului sa combata eficient multiplele cai/reflectari ale semnalului sursa, iar soft handoff-ul

permite terminalului receptor mobil sa fie intr-o conexiune permanenta si fara intreruperi fata de

sistem, daca acest terminal mobil se deplaseaza in retea.

In CDMA, prin transmiterea digitala a informatiei si utilizand tehnici de codificare

eficiente, puterea de emisie a terminalului mobil este mentinuta la un nivel scazut. Acest lucru

duce la mentinerea unui nivel scazut de interferente in sistem, dar si la marirea duratei de viata a

bateriei ce alimenteaza terminalul mobil.

Un alt beneficiu nativ al tehnologiei CDMA este nivelul foarte ridicat de securitate prin

utilizare de coduri tip pseudo-zgomot (pseudo-noise), coduri ce fac ca semnalul sa fie asociat ca

un zgomot si sa fie inpenetrabil. Interceptarea semnalului nu se poate face fara o actiune

intensiva de decodificate ce necesita o mare putere de calcul.

Datorita acestui sistem nativ de codificare, in sistemele CDMA informatia nu este

criptata, aceasta trebuind a fi facuta inainte de procesarea de tip CDMA a semnalului.

Deteriorarea calitatii semnalului RF

Intarzieri de imprastiere. Propagarea pe cai multiple.

Cand un semnal RF transnsmis intalneste un corp solid (cladiri, autovehicule etc.) acestaeste reflectat si apare fenomenul de multiplicare a semnalului intial. Prin reflectare semnalul isi

poate schimba directia de propagare, acesta poate fi rasfirat sau chiar redirectionat catre un alt

reflector. Atunci cand un semnal ajunge din diferite directii la antena unui receptor spunem ca

acesta este propagat pe mai multe cai.

Intr-un sistem CDMA, existenta unor caile multiple de propagare poate fi interpretata si

ca un avantaj dar si ca un dezavantaj. Daca semnalele din canalele multiple ajung la o distanta

de aproximativ 4ms unul de altul atunci ele pot fi folesite pentru a mentine un nivel scazut al

FER. Daca semnalele ajung cu intarzieri mai mari de 4ms pot inrautati calitatea semnaluluireceptionat.

Semnalul de la transmitator este receptionat de receptor ca fiind format din o suma de

semnale, fiecare calatorind pe o cale separata. Din cauza faptului ca lungimile acestor cai radio

nu sunt egale, informatia continuta in acestea intampina intarzieri de imprastiere pe distanta

dintre statia de baza si mobil.


18/107


Copyright 200718

Intr-un sistem CDMA, acest efect al intarzierii de imprastiere poate fi redus sau eliminat

prin utilizarea receptoarelor de tip Rake si a unor ferestre de cautare. O fereastra de cautare se

defineste ca fiind o fereastra de timp in care receptoarele de tip Rake pot decoda componenetele

multicale ale semnalului.

In imagine este expemplificata transmiterea unui purtatoare sub forma unui singur puls,

dar care la receptor ajunge ca fiind compusa din patru pulsuri, atunci cand intrazierea de

imprastiere este definita ca TM. Intarzierile tipice de imprastiere pentru zona urbana sunt de la 2

la 5ms.

Fadingul Rayleigh

Pe masura ce aceste semnale multicale sunt insumate constructiv sau distructiv la antena

de receptie, pe langa intarzierea de imprastiere acelasi mediu multicale provoaca si variatii

severe de putere ale semnalului. Acest tip de variatie se numeste fading Rayleigh. Statistic s-a

observat ca semnalul receptionat este cu 10dB sub medie in 10% din locatii, si 20dB sub medie

in 1% din locatii. Acest lucru poate duce la pierderea unor blocuri mari de informatie.

Daca setul de semnale reflectate are o componenta dominanta, precum un semnal linie

de vedere, utilizand modelul Rician fadingul este modelat mult mai corespunzator.

A se tine cont ca daca viteza statiei mobile este zero, nu exista fading, asta doar daca semnalul

nu este reflectat de un obiect in miscare.

Intr-un sistem CDMA, pentru a preintampina fadingul lent se utilizeaza functia de

control al puterii emisie. Deoarece controlul puterii este prea lent pentru a preintampina fadingul

rapid Rayleigh, in aceasta situatie se utilizeaza codarea FEC si intercalarea de bit. Avand o


19/107


Copyright 200719

purtatoarea CDMA de banda larga, fadingul selectiv de frecventa ingusta va avea o influenta

limitata asupra semnalelor.

Deplasarea Doppler

Caile multiple de propagare ale unui semnal si faptul ca statia mobila se afla in miscare

creaza o deplasare Doppler. Semnalul receptionat este deplasat in frecventa/faza ca functie a

directiei si a vitezei de deplasare. O deplasare de 100 si 200 Hz poate avea loc la 900 MHz si

respectiv 1800 MHz. Deplasarea maxima apare atunci cand unda vine din directia opusa

directiei statiei mobile.

O solutie de a preintampina deplasarea Doppler intr-un sistem CDMA o reprezinta

urmarirea continua a fiecarui semnal si utilizara unui semnal Pilot de sincronizare si pentru

estimarea de canal.

Pierderi de cale si umbra de fading

Intr-un sistem de RF celular exista doua tipuri de variatii ale puterii semnalului:

Variatii microscopice sau de scurta durata, cunoscute ca fading Rayleigh si care au loc

atunci cand statia mobila strabate o distanta mica in comparatie cu distanta dintre ea si statia de

baza.

Variatiile macroscopice sau pierderile de cale, care se pot descrie ca fiind suma a doua

componenete care duc la pierderi de cale intre statia mobila si statia de baza. Prima componenta

este una determinista L (linia de centru, punctata) care creste nivelul pierderilor odata cu marirea

distantei intre statia mobila si statia de baza.

L = 1 / R

n

unde n este 3,84 in functie de mediul RF. In decibeli aceasta componentacontribuie la o indepartare a 38,4dB pe fiecare a zecea parte din distanta.

L [dB] = 38,4 * log(R).

A doua componenta, umbra de fading, parte a variatiilor macroscopice este o variabila

aleatoare X. Variabila X (linia intrerupta) urmareste distributia, avand o valoare de 0dB si poate

lua valoarea tipica de 8dB pentru o deriviatie standard calculata. Aceasta componeta reprezinta

efectul de umbra de fading cauzat de diversele variatii de teren sau orice alt obiect ce poate

obstructiona calea radio. Cand adaugam componenta deterministica, obtinem valoarea pierderii

de cale, valoare in decibeli ce se scade din valoarea puterii RF radiate de transmitator rezultand puterea receptionata la antena statiei mobile. Functia de control al puterii este utila si la

combaterea umbrei de fading, iar atunci cand se planuieste realizarea sistemului din punct de

vedere RF, se include in design si o margine a umbrei de fading.


20/107


Copyright 200720

Legatura RF dintre transmitator si receptor este supusa afectarii de catre fenomene

naturale ce pot sa apara aleator. Semnalele reflectate sau multicale pot modifica semnificativsemnalul transmis initial. Semnalele reflectate ajung la receptor in timpi diferiti cauzand

intarzieri de imprastiere a semnalului, iar diferentele de faza ale semnalelor reflectate se pot

insuma constructiv sau distructiv la antena de receptie; fadingul Rayleigh. Cand un utilizator

este in miscare frecventa semnalului se poate schimba conform deplasarii Doppler. In final,

obstacolele aflate in calea caii RF pot crea o umbra de fading.

Receptorul de tip Rake Reprezinta un receptor CDMA ce utilizeaza un numar "degete"

Rake pentru a combate propagarea multicale, prin aceste degete se va acorda pe componentele

multicale si le va decoda.

Accesul aleator este ilustrat de situatia in care un utilizator intra in contact cu sistemul

folosind un canal de acces (Acces Channel) obtinut printr-un protocol de acces tip "trial-and-

error".

Soft handoff Soft handoff-ul reprezinta o functie unica a sistemelor CDMA ce permite

statiei mobile sa realizeze conexiuni cu o noua statie de baza inainte de a rupe legatura cu cea

veche. Aceasta functie aduce un castig prin diversitate in sistem, ceea ce duce la imbunatatirea

performantelor RF. Deciziile legate de soft handoff sunt luate pe baza semnalelor pilot ale

statiilor de baza. La receptor Pilotii sunt divizati in patru seturi: Active Set, Candidate Set,

Neighbor Set si Remaining Set; iar deplasarea lor intre seturi este guvernata de catre un set de

reguli si parametrii de handoff.

Controlul Puterii Este folosit pentru a controla nivelul puterii de emisie al statiilor

mobile astfel incat acestea sa fie receptionate la acelasi nivel de energie decatre statia de baza,

astfel incat semnalele slabe sa nu fie acoperite de un alt utilizator. Pentru calea inversa statia de


21/107


Copyright 200721

baza are la indemana un algorit de control al puterii in functie de raportul Eb/Nt. Decizia de a

trimite biti de control al puterii catre un anume terminal mobil, se ia pe baza compararii

raportului Eb/N0 masurat cu cel de referinta. Prin bitii transmisi statiei mobile se comunica

acesteia sa ridice sau sa coboare nivelul puterii de emisie.

Ridicarea zgomotului Cu cat numarul (incarcarea) de utilizatori creste, la receptor se

intampina mai mult zgomot. Cand ridicarea zgomotului creste, aria de acoperirea pentru un

semnal fix de calitate se reduce si vice versa.

8. Norme digitale de transmisie. Stabilirea normelor

Pentru tehnologia GSM, normele tehnice de produs sunt stabilite de ctre UIT (Uniunea

Internaional de Telecomunicaii) i ISO (International Standard Organisation). Privind

organizarea serviciilor GSM, ISO a recomandat modelul OSI (Open Sistem Interconect) pentrustructurarea reelelor, dar a lsat deplin libertate Autoritilor de Reglementare i Operatorilor

n alegerea i dezvoltarea sistemului de ierarhizare a serviciilor.

Normele digitale de transmisie stabilesc parametrii sistemelor, domeniul de utilizare al

acestora, ara, denumirea standardului, mrimile caracteristice ale interfeelor sistemului n

raport att cu utilizatorul, ct i cu mediul de transmisie. Odat adoptate, normele devin

obligatorii de respectat att pentru productorii de echipamente care le utlizeaz la atestarea

produselor lor prin obinerea unui certificat de conformitate la o anumit norm, ct i pentru

utilizatorii produselor crora li se interzice modificarea acestora ce ar avea ca rezultat

nencadrarea n normele produsului omologat. Normele prevd att tipul de reea i arhitectura

acesteia, ct i gama de servicii minim pe care produsul trebuie s le ofere utilizatorului. La

nivel mondial cele mai importante organisme care stabilesc norme n domeniul

telecomunicaiilori tehnologiei informaiei sunt:

ISO International Standard organisation 89 ri

UIT Uniunea Internaional de Telecomunicaii cu 3 organisme:

CCITT Comitet Consultatif International pour Telephone et Telegraphe

CCIR Comitet Consultatif International pour Radio Communication

IFRB International Frecquency registered Board

Pentru Europa, ETSI European Telecommunication Standard Institute creat n

1988 normeaz toate reelele publice de telecomunicaii din Europa


22/107


Copyright 200722

Normele garanteaz utilizatorilor calitate, performane, securitate pe parcursul utilizrii

i furnizeaz repere pentru toate aceste criterii. Pentru productorii de echipamente ce obin

atestarea produselor lor n raport cu un set de norme ct mai larg aplicabil, desfacerea pe orice

pia nu reprezint o problem, ei avnd din start un avantaj fa de competitorii ce nu au

produse atestate. n acelai timp, n cazul producerii unor evenimente nedorite pe parcursul

utilizrii produselor, responsabilitatea productorilor vis-a-vis de pagubele produse este limitat

de respectarea de ctre produs a unui set de norme care lrgete orizontul att productorului ct

i utilizatorului. Consumatorul i va uura existena procurndu-i un produs atestat, pe care-l

poate utiliza oriunde n lume (exemplu: cartea de credit). Tot astfel norma GSM pentru telefonie

mobil celular permite utilizatorului s-i cumpere de exemplu telefonul n Olanda, s

vorbeasc n Romnia unde locuiete permanent i s comunice n Norvegia cu operatorul local

pe timpul vacanei.

Din punct de vedere al operatorului GSM norma i permite s utilizeze n reeaua pe care

o administreaz echipamente de la productori diferii, n funcie de preferin, raport

calitate/pre etc., toate subansamblele reelei fiind compatibile ntre ele.

9. Norma GSM

Reeaua GSM ofer abonailor si trei categorii de servicii:

- servicii suport

- teleservicii- servicii suplimentare

Serviciile suport sunt servicii n cadrul aceleiai reele (ea pentru ea, mobil pentru

mobil).

Acestea sunt:

- Transmisie de date asincron duplex 300 - 9600 bit/s

- Transmisie de date sincron duplex 1200 9600 bit/s

- Acces sincron la un pad 300 9600 bit/s

- Transmisie de pachete asincron duplex 2400 9600 bit/s- Transmisie digital alternativ a sunetului 2400 9600 bit/s

Teleserviciile sunt aplicaii operaionale oferite abonailor de ctre reea. Ele permit

transmisia de informaie de la utilizator la utilizator n cadrul unei aplicaii. Cel mai important

este telefonia. Acest teleserviciu ofer:


23/107


Copyright 200723

- comunicarea de la un abonat mobil la alt abonat mobil

- comunicarea de la un abonat mobil la un abonat fix

- comunicarea de-a lungul unui numr oarecare de reele

Un alt teleserviciu este serviciul apelurilor de urgen. Atunci cnd un utilizator apas

butonul corespunztor acestei funcii se genereaz n mod automat un apel destinat serviciului

de urgen. Mai nou, prin directiva Congresului USA pn n anul 2004 i corespunztor a

Consiliului UE pn n 2005, operatorii de telefonie mobil din SUA respectiv Europa vor fi

obligai s doteze reelele pe care le opereaz cu echipamente n stare s localizeze cu o precizie

de 200 m staia mobil de la care s-a emis un apel 112.

GSM ofer de asemenea serviciul de transmitere de textscris( fax ), norma G3 viteza

pn la 9600 bps i pe cel de transmitere de mesaje SMS ce permite transmiterea de mesaje

alfanumerice scurte (max. 140 caractere). Un semnalizator confirm transmiterea mesajului

ctre corespondent ceea ce reprezint un pas nainte fa de serviciul radio-paging clasic. Acest

din urm teleserviciu poate fi exploatat att punct la punct, ct i punct la multipunct.

Serviciile suplimentare oferite de GSM sunt foarte numeroase, lista fiind nc deschis

(e-bankingul de exemplu), iar o parte din ele sunt prezentate mai jos:

- identificarea abonatului chemtor;

- redirecionarea apelului n situaii de urgen;

- afiarea progresului stabilirii convorbirii;

- bararea apelurilor: intrare, ieire, internaional;- informaii despre durat, tarif convorbire;

- mesagerie vocal;

- numerotare scurt; dubl; centrex;

- VPN-VIRTUAL virtual private network( grup nchis de utilizatori).

Tehnicile de multiplexare GSM prevd prin norma adoptat utilizarea a dou tipuri de

multiplexare: TDMA- Time division Multiplex Acces( Acces multiplu de diviziune n timp),

FDMA-Frecvency Division Multiplex Acces( Acces multiplu de divizare n frecven).

Cerinele normelor GSM- ETSI peste 140 de specificaii pentru GSM 900 DCS1800 icombinaia lor avnd n vedere utilizatorul, operatorul, productorul i autoritatea de

reglementare din fiecare ar.

a)Cerinele utilizatorului

- transmisia vocal de calitate asemntoare serviciului telefonic clasic cu fir;


24/107


Copyright 200724

- confidenialitatea conversaiilor;

- autentificarea utilizatorilor;

- acoperire teritorial larg (naional);

- transmisie de voce, date, mesaje scurte, fax cu acelai terminal;

- costuri de utilizare i acces rezonabile;

- terminal ergonomic, uor, compact, cu autonomie funcional mare;

- disponibilitate mare a serviciului (GoS crescut);

- acoperire internaional (Roaming - posibilitatea de a beneficia de servicii i n alte reele

dect cea la care este abonat utilizatorul n mod obinuit).

b) Cerinele operatorului

Operatorul privete reeaua ca pe o investiie care trebuie s fie rentabil, s dureze i s poat fi

modernizat. Operatorul este prin definiie un furnizor de servicii pentru abonai; reeaua este

instrumentul su de lucru i nsi raiunea de a fi a activitii sale. De aceea operatorul cere:

- utilizarea optim a resurselor (frecvene radio, capacitatea de transmisie);

- disponibilitate mare;

- exploatare uoari eficace;

- identificare facil a abonailori a terminalelor;

- numr mare de abonai;

- echipamente standardizate cu standarde flexibile, produse de muli productori;

- cost rezonabil al infrastructurii.

c) Cerinele productorului

- definirea exact a funciilor pe care produsul s le ndeplineasc;

- definirea clar a restriciilor;

- un organism unic pentru acreditarea produselor;

- pia de desfacere ct mai larg.

d) Cerinele autoritii de reglementare- oferirea accesului de serviciu al ntregii populaii;

- libera concuren ntre operatori;

- utilizarea intensiv a frecvenelor;

- acoperirea naional.


25/107


Copyright 200725

10. Norma CDMA

Relatii intre standardele IS-95A, IS-95B, IS-2000 si IS-856

IS-95 revizie A, IS-95A -a fost prima implementare comerciala a tehnologiei CDMA ca

sistem de comunicatii mobile. Publicate in 1993, specificatiile standardului devin foarte foarte

populare in special in America de Nord. IS-95A ofera suport pentru transmisii voce si pentru

aplicatii date ce folosesc rate de trasfer scazute, de pana la 14,4 kbps.

IS-95 revizie B, IS-95B -lansat la inceputul anului 1999. IS-95B mareste performantele

sitemului CDMA prin imbunatatirea algoritmilor si a parametrilor deja existenti. Ofera suport

transfer de date la o rata de pana la 115,2 kbps. Datorita aparitiei tehnologiilor 3G, au fost lasate

in lume foarte putine retele de telecomunicatii mobile prin implemetarea standardului IS-95B.

IS-2000 -datorita faptului ca nu au mai fost facute si alte revizii la IS-95, atentia a fostindreptata catre dezvoltarea IS-2000 sau IS-95C dar cu o descriere mai oportuna in ceea ce

priveste timpul lansarii, respectiv inceputul anului 2000. In IS-2000 au fost facute cateva

imbunatatiri tehnice, imbunatatiri ce au crescut dramatic capacitatea de suport voce in

comparatie cu IS-95, dar in acelasi timp pastrand si compatibilitatea cu acesta. De asemenea, au

fost implementate si rate de transfer ridicate, exprimate teoretic pana la 1.036,8 kbps, iar practic

cu un maxim de pana la 307,2 kbps. Prin utilizarea a doua purtatoare RF diferite si a canalelor

aditionale, IS-2000 se dovedeste a fi mult mai scalabil decat IS-95.

IS-856 -este publicat la inceputul lui 2002 si se bazeaza pe IS-2000, dar din care seexclude capacitatea de a suporta voce si este orientat doar catre suport date. Prin optimizarea

pentru aplicatii de tipul Data (transfer date), in acest sistem rata de transfer poate ajunge pana la

2.457,6 kbps. Inca o diferenta intre IS-856 si IS-2000 este aceea ca IS-856 este o retea de tip IP,

respectiv batazata pe Internet Protocol, iar IS-2000 este bazata pe protocoale proprietare. IS-856

este compatibil cu IS-2000 la nivel RF. Ceea ce inseamna ca la nivel RF se pot utiliza aceleasi

componente de catre ambele sisteme, daca acestea coexista in aceeasi retea.


26/107


Copyright 200726

Relatiile dintre standardele IS-95A, IS-95B, IS-2000 si IS-856

Evaluare

Mrimile caracteristice ale unui semnal electric i tipurile de modulaie pe care le

determin ele sunt amplitudinea, frecvena, faza, MA, MF, MP.

Desenai un lan de transmisie digital.

Perturbaiile pot fi aditive sau multiplicative. Zgomote, diafonii, distorsiuni. Zgomot alb

sau colorat, gaussian sau negaussian, ergodice, de impulsuri, de fond. Interferen de fading, de

cofrecven, de intermodulaie.

Serviciile oferite de reeaua GSM sunt determinate de cerinele utilizator, operator,

productor si autoritate de reglementare.

11. Conceptele sistemului celular

Reutilizarea frecvenelor

Mobilitatea

Stabilirea normelor

Structura sistemului (OSI)


27/107


Copyright 200727

Reutilizarea frecvenelor

Banda de frecven alocat comunicaiilor mobile digitale n standard GSM este 890 -

915 uplink, 935 - 950 MHz down link. Dup cum am vzut, lrgimea unui canal este de 200

KHz ceea ce nseamn c cele 124 de canale epuizeaz pentru o legtur full duplex ntreaga

band de frecven. Aceasta numai aparent, deoarece prin directivitate combinat cu puterile

relativ mici de emisie utilizate de sistem, frecvenele pot fi reutilizate dup cum vom vedea.

Limitrile determinate de mobilitatea abonailor n reea influeneaz caracteristicile unui

post de abonat. Mobilitatea postului de abonat n reea poate fi intrinsec (se mic abonatul) sau

implicit (abonatul st pe loc ntr-un mobil n micare). n ambele situaii, asigurarea continu a

legturii implic pe de o parte un volum mic al echipamentului de abonat, denumit n continuare

terminal, dari necesitatea staiei radio de baz denumit n continuare BTS( Base Transceiver

Station) de a putea localiza abonaii, de a le putea urmri micrile, precum i de a vedea n

orice moment starea acestora de accesibilitate (prezen n reea sau nu). O alt cerin a

sistemului dat fiind caracteristica de portabilitate a terminalului este autonomia energetic de o

durat convenabil. Evoluia tehnologic n domeniu a condus, pentru satisfacerea

compromisului autonomie mare volum i greutate reduse, la apariia noilor tipuri de

acumulatori NiMHybrite, LiIon, etc. , ce asigur pentru cele mai moderne terminale o

autonomie de circa 200 h / stand by sau 15h / convorbire. O ultim caracteristic amintit a

posturilor mobile const n faptul c acestea funcioneaz adesea n medii cu nivel mare al

bruiajului frecvenelor cmpului electromagnetic, de exemplu n orae, uzine, etc. Tehnologia

digital elimin o parte din neajunsurile privind protecia la perturbaii a undei radio, totui problema rmne de actualitate, perfecionarea continu a tehnicilor de modulaie i a

algoritmilor de corecie contribuind n mare msur la creterea calitii serviciului oferit. O

caracteristic a serviciului de telefonie mobil fie el analogic sau digital o reprezint utilizarea

pe o anumit poriune( ntre terminal i BTS )a undelor radio drept mediu de transmisie.

Necesitatea reutilizrii frecvenelor ca urmare a tratrii spectrului de frecven ca resurs

limitat n conexiune cu cererea de capacitate a condus la apariia telefoniei celulare. Termenul

deriv de la celula radio definit ca zona acoperit de o staie radio din reea (BTS). Principiul

care st la baza mpririi n celule a reelei de telefonie celular este propagarea undelor. Se tiec dac puterea emitorului este Pe i puterea recepionat la distan este Pr, atunci puterea

recepionat la distana 2d va fi de 4ori mai mic sau cu alte cuvinte puterea la recepie este

invers proporional cu ptratul distanei dintre emitori receptor (Pr ~ Pe / d2).

Dac puterea de emisie este mic, cum este cazul terminalelor portabile GSM, atunci

putem considera c zona acoperit de un astfel de terminal este limitati ca urmare frecvena


28/107


Copyright 200728

de emisie poate fi folosit de un alt terminal ntr-o celul suficient de ndeprtat, astfel nct

interferenele de cofrecven s nu deranjeze. ntr-o reea celula este unitatea elementar de

structur a unui spaiu n care este utilizat un ansamblu de frecvene. Reutilizarea frecvenelor

este un concept foarte important n radiotelefonie public, eficiena unui sistem fiind apreciat

dup gradul intensiv de prelucrare a benzii de frecven utilizat, tiut fiind faptul c numrul de

frecvene disponibile pentru o reea determin traficul maxim al acelei reele (capacitatea

maxim de procesare).

n concluzie, ntr-un spaiu dat, cu ct celulele sunt mai mici, cu att numrul de

frecvene ce pot fi utilizate simultan este mai mare i deci capacitatea reelei crete. Pe de alt

parte, interferenele de cofrecveni costul reelei fixe cresc i ele din nou, compromisul innd

de gradul de serviciu pe care operatorul l impune reelei. Gradul de serviciu (GoS) este msura

n care un anumit serviciu satisface nevoia pentru care a fost creat. n cazul reelelor GSM,

acesta are printre altele i urmtoarele componente: acoperirea, accesibilitatea, eficacitatea

spectral. Pentru exploatarea frecvenelor alocate unei celule, ntr-o alta, aceasta din urm

trebuie s se afle la o distan minim egal cu cel puin dou ori diametrul unei celule, tocmai

cu scopul de a limita interferenele de cofrecven.

Un exemplu de aranjare a celulelor n form de hexagon este dat n figura urmtoare:

ntr-o reea GSM, un grup de 9 celule reprezint un sistem complet (ansamblu

funcional). Sistemul este unitatea utilizat n telefonia celular pentru a structura un spaiu

geografic. n general, staiile fixe ale unei reele sunt localizate n punctele de intersecie a trei

celule cu scopul de a optimiza numrul lor. n figur, dac BTS este la intersecia celulelor A1

A2 A3 atunci el acoper cel mai bine celula A. Modelul prezentat ia n considerare un spaiu

geografic perfect plan, fr denivelri (cu curb de nivel zero) fr cldiri sau alte obstacole


29/107


Copyright 200729

naturale (pduri, lacuri etc.). n realitate ns, dup cum uor ne putem da seama, aceast situaie

nu este niciodat ntlnit, aezarea BTS-urilor fiind simulat cu programe complexe de

computer, corelat cu harta topografic a zonei, dar innd seama de anotimp (iarna nu sunt

frunze i propagarea este diferit de var!), de planuri urbanistice etc. Optimizarea reelei este

din punctul de vedere al reutilizrii frecvenelor prin amplasarea convenabil a BTS-urilor, o

chestiune de experien. Productorii de echipamente (antene) vin i ei n ajutor aducnd pe

pia diverse tipuri de antene BTS utilizate n funcie de condiiile reale. Modelarea pe calculator

a reelei din punct de vedere al acoperirii radio, dar i de optimizare a raportului calitate-pre

pentru operator este i ea de ajutor.

Mobilitatea

Mobilitatea abonailor unei reele impune considerarea urmtoarelor aspecte:

- localizarea abonailor n reea;

- estimarea deplasrilor abonailor n reea;

-pstrarea legturii ntre abonat i reea n timpul trecerii acesuia de la o celula la alta.

Dac reeaua apreciaz c un abonat aflat n convorbire urmeaz s intre n teritoriul altei

celule, ea iniiaz transferul comunicaiei dintr-o celul n alta, ntr-o manier "seamless" fa de

convorbirea aflat n desfurare. Practic, abonatul, dei aflat n convorbire, nu i d seama c a

fost mutat de la o celul la alta ("hand-over"). Aceasta este una din marile realizri ale

tehnologiei digitale. n reeaua de transmisie analogic, cnd un punct mobil (terminal) trece

ntr-o alt celul, nainte de a stabili dialogul cu noua celul, dialogul cu celula activ estentrerupt.

n cazul reelelor GSM, terminalul este inzestrat cu mai multe demodulatoare care

permit o comunicaie simultan ntredoustaii de baz, astfel nct transferul nu produce nici

o ntrerupere n convorbire. De asemenea, datorit faptului c transferul este iniiat de reea i nu

de abonat, efectul deping-pongla trecerea repetat n zona de grani comun ntre dou celule

este i el nlturat. n tehnologia GSM, un terminal aflat n reea, n timpul ct nu se afl n

convorbire, i construiete un tabel de alocare a BTS-urilor de la care primete semnal. Pn la

32 de staii de baz pot ncpea n acest tabel. Locaiile sunt prioritare pe considerente de putererecepionat, pe locul nti aflndu-se staia cu puterea recepionat cea mai mare, creia i se i

aloc legtura n momentul iniierii ei, dup verificarea, autentificarea i acordarea accesului n

reea. Pe msur ce terminalul i modific poziia relativ fa de BTS-urile nconjurtoare,

tabelul este actualizat, o schimbare a emitorului activ fiind oricnd posibil fr ca abonatul

aflat n convorbire s perceap vreo modificare. Recepionarea semnalelor de ctre mai multe


30/107


Copyright 200730

staii radio de baz permite de asemenea goniometrarea semnalului unui terminal i localizarea

sa cu o precizie de pn la 200 m.

12. Structura sistemului GSM

Sistemul de telecomunicaii GSM are structura organizat conform recomandrilor IS0.

Modelul, denumit OSI, (Open System Interconnect) organizeaz funcionalitile la diferite

niveluri, numrul acestora fiind apte, fiecare dintre acestea ndeplinind funcii bine specificate

i delimitate. n nodul unei reele, nivelul de ordin N comunic cu nivelele adiacente pe vertical

N-1 i N+1 printr-o interfa, urmare a comunicrilor de serviciu primite de la diferite alte

niveluri. Pe orizontal, un nivel N comunic cu un altul de acelai ordin dintr-un nod de reea

prin PDU - Protocol Data Unit. Unul dintre conceptele majore ale acestui tip de structur este c

un nivel N considerat ofer servicii nivelului de ordin superior N+1; cnd nivelele N+1 solicitun serviciu ctre nivelul N, poate cere specific anumii parametri. Aceasta este faza de

negociere. Principiul mpachetrii mesajelor se pstreaz; fiecare nivel adaug propria sa adres,

pe vertical, transmind mesajul mai departe. Analog, cnd se recepioneaz un mesaj din reea,

nivelurile folosesc un mecanism de extragere pentru a elibera mesajul adresat unui nivel

superior. Cele 7 niveluri i modul de mpachetare a mesajelor este precizat n figura urmtoare:


31/107


Copyright 200731

Nivelul Application al etajului A trimite un mesaj (I) nivelului aplica ie al etajului B;

pentru aceasta l transmite nivelului prezentare al propriului su etaj care l insereaz n zona de

date a unui mesaj; apoi trimite n A zona antetului descriptiv (adresei) informaii destinate

nivelului prezentare al modulului B; sunt descrise originea, destinaia, tipul mesajului etc.

Fiecare nivel adaug o adres pn se ajunge la nivelul fizic care emite mesajul ctre B unde se

execut operaia invers.

Nivelul fizic:

Acest nivel se nvecineaz n partea inferioar cu linia de transmisie, iar n partea

superioar cu nivelul legtur de date. El se adapteaz caracteristicilor suportului de transmisie

al reelei. Soft-ul nivelului fizic emite i recepioneaz date de la suportul de transmisie, rolul

su principal fiind transmisia de informaii binare. La acest nivel se alege tipul de transmisie

(sincron, asincron), debitul canalului de transmisie, modul de transmisie( analogic, digital ),

tipul de codare pentru transmisia de date i tipul de comunicare cu alte tipuri de reea (pp, pmp).

Nivelul fizic face schimb de cadre de informaii cu nivelul de legtur de date.

Nivelul legturde date

Situat ntre nivelul fizic i nivelul reea, acesta primete informaii (cadre) pe care le

asambleaz n pachete pentru a le transmite nivelului reea. Principala funcie a acestui nivel

este controlul i detectarea erorilor de transmisie din cadrele recepionate la nivelul fizic; astfel

se elibereaz nivelurile superioare de aceast nsrcinare. Unul dintre cele mai utilizate

protocoale este High Level Data Link Control( ISO ) n varianta CCITT LAP-B-Link Acces

Protocol-Balanced. Aceste protocoale utilizeaz coduri de detectoare a erorilor, adic adaug

semnale de control CRC cadrelor ce trebuie emise, atingnd o anumit sum. Destinatarul,

cunoscnd algoritmul de calcul, socotete sum de control ateptat pentru fiecare cadru i apoi

compar valoarea calculat cu valoarea recepionat. Dac cele dou valori difer, nseamn c

n timpul transportului a aprut o eroare i deci cadrul este greit. Procentul de erori reziduale

garantat de nivelul de legtur de date nedetectate de nivelurile superioare este inferior unei

valori determinate n funcie de procentul dorit de utilizatorul de reea (prin algoritmul ales). n

reelele locale, nivelul legtur de date rezolv problema legat de metoda de acces la reea,

atunci cnd mai muli utilizatori se afl n competiie pentru folosirea reelei. Evidena adreselor

nodurilor reelei prin asocierea unei adrese fizice cu una logic este inut cu ajutorul nivelului

legtura de date care n unele situaia administreazi controlul fluxului ntre dou puncte date

(rerutarea dinamic a fluxului de date).


32/107


Copyright 200732

Nivelul reea

Acest nivel supravegheaz reeaua, adic inventariaz n permanen staiile din reea i

nregistreaz adresele, lucru ce-i permite s in evidena actualizat n orice moment (cu

ajutorul nivelului legtur de date) a staiilor din reea precum i a strii acestora, eviden

denumit nivel de dirijare. Pentru a ndeplini aceast funcie nivelul reea emite cadre speciale,

denumite cadre de semnalizare pentru a putea fi deosebite de cadrele de date. Cu ajutorul

tabelului, nivelul poate determina sortarea pachetelor n reea, adic staia care va nlocui

pachetele ctre un anumit destinatar, atunci cnd acesta nu este vizibil direct de ctre staia

emitoare. Sortarea se poate face att n reele de conexiune, n acest caz pachetele urmnd un

traseu unic. n cazul datagramelor sortarea se face pentru fiecare pachet n parte. Tot nivelul

reea este acela care reordoneaz pachetele recepionate de la reea pentru a obine

secvenialitatea, dac acest serviciu este oferit. n general nivelul reea este cel care asigur

controlul fluxului transmis ntre dou noduri ale reelei.

Nivelul transport

Acest nivel marcheaz frontiera ntre elementele fizice ale unei reele (hardware - Hw) i

elementele sale logice (software - Sw). Asigur un transfer transparent de date ntre nivelul

sesiune a dou entiti distincte ale sistemului. Categoriile de servicii oferite nivelului superior

(sesiune) pot fi de la simplu la complex, catalogate n 5 grupe:

detecie eroare

detecie i reanalizare

multiplexare de conexiuni n fluxuri fr reanalizare i asigurarea controlului fluxului

multiplexare, control, reanalizare (total 1+2)

control, multiplexare, reanalizare, conexiuni de fluxuri

Cerinele aplicaiilori calitatea reelei dicteaz alegerea categoriei de servicii oferite de

nivelul transport.

Nivelul sesiune

Realizeaz sincronizarea comunicaiei ntre dou aplicaii i controleaz serviciile oferite

de nivelul transport. El poate identifica aplicaiile, dar nu administreaz transferurile de date

ntre ele (operaie ce trebuie s fie perfect). La deschiderea unei conexiuni prin nivelul

prezentare exist n faza negocierii urmtoarele opiuni:

- dimensiunile maxime ale blocurilor de date

- tipul de comunicare folosit de utilizatori (semiduplex, full duplex, data etc.)

Nivelul sesiune tipologizeaz structurarea datelor.


33/107


Copyright 200733

Nivelul prezentare

Acest nivel administreaz descrierea datelori sintaxa utilizat pentru a le structura. El

prezint datele ntr-o manier identic celor dou extremiti ale unei conexiuni logice. Nivelul

negociaz prezentarea de date aplicative i sintaxa de schimb utiliznd limbajul abstract Syntax

Notation One (ASN.1), informaia fiind codat conform BER (Basic Encoding Rules).

Informaiile complexe descrise cu aceste reguli (BER) permit manipularea cu uurin din partea

proiectantului de sistem pe de o parte iar pe de alta o traducere rapid cod main pentru

programator.

Nivelul aplicaie

Propriu-zis nu este un nivel funcional al modelului fiind de fapt o interfa cu utilizatorul ce

permite comunicarea ntre utilizatori i interaciuni ale acestora cu sistemul de comunicaii.

13. Structura sistemului CDMA

Sistemele de comunicatii bazate pe CDMA au adoptat de asemenea modelul OSI (Open

System Interconnection) care a fost creat in 1984 de catre Internatonal Standardization

Organization (ISO). Modelul OSI se refera la o structura bazata pe 7 straturi, structura folosita

ca referinta atunci cand se descrie arhitectura unui protocol si caracteristicile functionale ale

acestuia.

Definirea celor 7 layere ale modelului OSI:

7 - Applications: Stratul Aplicatie ofera suport pentru aplicatii si procese ce interactioneaza in

mod direct cu utilizatorul. Acest strat ofera aplicatii tip servicii pentru transferul de fisiere, e-

mail etc;

6 - Presentation: Stratul Prezentare transforma informatia provenita de la utilizator intr-un

format standard, informatia urmand a fi transmisa prin retea, oferind astfel compatibilitate in

retea. Acest strat se mai numeste si strat Sintaxa;

5- Session: Stratul Sesiune initiaza, coordoneaza si inchide conexiunile create intre aplicatii.

Acest strat initiaza, coordoneaza si inchide conversatiile, schimburile de informatii sidialogurile

intre aplicatii la ambele capete;

4 - Transport: Stratul Transport ofera transparenta in transferul de date intre sisteme si este

responsabil pentru corectiile de eroare in transferul si controlul datelor. Acest strat asigura

transferul datelor complet si fara erori;

3 - Network: Stratul Retea ofera tehnologii de rutare si switching, realizand trasee logice


34/107


Copyright 200734

cunoscute ca circuite virtuale pentru transmiterea informatiei de la un nod la altul;

2 -Data Link: Furnizeaza controlul erorilor aparute intre nodurile de comunicatie;

1- Physical: Stratul Fizic ofera suport in transmiterea sirurilor de biti prin canalele de

comunicatie.

Pentru aplicatiile de voce, modelul OSI nu a reprezentat o problema deoarece fiecare

utilizator de voce este vazut ca o resursa (RF, hardware etc). Dar, in aplicatiilor orientate strict

catre date, utilizatori diferiti posibil sa foloseasca aplicatii diferite. Fiind posibil ca fiecare

aplicatie sa aiba nevoi diferite in ceea ce priveste necesitatea de locare a resurselor. Asadar,

pentru a coordona informatia in sistem este importanta structura acestuia.

Cele mai multe aplicatii sunt bazate pe o retea IP. Din punct de vedere RF, intr-o retea

IP, reteaua de acces radio CDMA (CDMA radio access network -RAN) se suprapune peste

primele trei straturi ale modelului OSI, respectiv straturile 1, 2 si 3 suportand trafic IP. In timp

ce RAN (Radio Access Network) poate lucra cu primele trei straturi ale modelului OSI pentru a

oferi suport unei retele IP, RAN poate avea straturile sale interne asemanatoare modelului OSI

(ex. IS-856). Evident, modelul OSI reprezinta structura orientativa si pentru ca un sistem de

comunicatii sa poata functiona nu este necesara folosirea stricta a structurii sale.

Evaluare

Conceptul de reutilizare a frecvenelor reprezinta solutia gasita la epuizarea resurselor de

frecvent si este bazat pe putere mic de emisie i pe faptul c semnalul la recepie scade n

putere invers proporional cu ptratul distanei, ca urmare este posibil reutilizarea aceloraifrecvene la o distan suficient de mare, d2D unde D este diametrul celulei.

- O celul radio este zona acoperit de o staie radio de baz (BTS) din reea

- Un sistem complet este un ansamblu de 9 celule i reprezint unitatea utilizat n

telefonia celular pentru a structura un spaiu geografic

- GoS este msura n care un serviciu satisface nevoia pentru care a fost creat. Ex:

accesibilitate, acoperire, eficacitate spectral.

Aspectele considerate in mobilitatea abonatilorsunt: localizarea abonailor, estimarea

deplasrii, handover. Structura sistemelor este OSI. Nivelurile sunt: fizic, date, reea, transport,sesiune, prezentare, aplicaie. Nivelul modelului OSI care reprezint grania dintre Hw i Sw-ul

unei reele este nivelul transport.


35/107


Copyright 200735

14. Infrastructura reelei GSM

Prezentarea infrastructurii generale a unei reele de comunicaii (GSM)

Subsistemele reelei GSM

- subsistemul radio

- subsistemul transmisiuni (reea)

- subsistemul OMC (gestiune reea)

Prezentarea generala infrastructurii unei reele de comunicaii mobile

MS- mobile station- terminal

BTS- Base Transceiver Station- staie de baz

BSC- Base Station Controller- Conttrollerul staiilor de baz

OMC- Operation&Maintenance Center- Centrul de operare i mentenanMSC- Mobile Switching Centre- Comutatorul reelei GSM

VLR- Visitor Location Register- registrul pentru evidena abonailor vizitatori mobili

Vm- interfa radio mobil- BTS

Abis- interfa date BTS- BSC

A - interfa date BSC- MSC

PSTN - Public Switched Telephone Network- reeaua de telefonie public

Phone/Data - abonat telefonic sau date

Echipamentele reelei GSM

Staia radio de baz (BTS)

Celula este unitatea de baz pentru acoperirea radio a unui teritoriu n cazul GSM. BTS

asigur acoperirea radioelectric a unei celule din reea i ofer o poart de intrare n reea


36/107


Copyright 200736

abonailor si aflai n celula respectiv. Staia de baz poate administra simultan cel mult 8

comunicaii (datorit multiplexrii TDMA de ordin 8) pe o frecventa. Suprafaa unei celule

difer mult de la zona urban la cea rural. n urban densitatea de abonai pe unitatea de

suprafa este mare i considerentul preponderent la dimensionarea reelei este capacitatea, pe

cnd n rural aceasta este acoperirea. n zonele urbane se poate ajunge la dimensiuni ale

celulelor de 200 m (impus de cost i propagare) iar n rural de pn la 30 Km (limitat de

puterea emitorului). Staia de baz este n esen un emitor-receptor. Comanda se poate face

local sau prin controllerul su. BTS este conectat cu BSC prin interfee A bis.

Controllerul staiilor de baz (BSC)

Un BSC administreaz una sau mai multe BTS ndeplinind att funcia de comunicare

ct i de exploatare. n acelai timp BSC-ul polarizeaz traficul de informatii determinat de BTS

i orienteaz traficul de comunicaii spre MS-ul destinatar de la MSC. Privind funciile de

exploatare a reelei, BSC-ul este pentru OMC ultima verig din lanul de comunicaie care poate

fi telemanevrat n mod direct. El reprezint un releu pentru alarmele i statisticile BTS, o banc

de date pentru configuraiile reelei radio. Controlerul se ocupi de transferurile intracelulare,

cnd o staie mobil trece grania ntre 2 celule. El este cel care anun celula care urmeaz s

preia abonatul, comunicndu-i datele sale concomitent cu informarea HLR despre noua

localizare a abonatului. BSC este conectat cu MSC prin interfaa A i cu OMC prin interfaa Q3.

Un BSC poate administra intre 3 si 8 BTS ca n figur:

Comutatorul (MSC)Comutatorul asigur conexiunea dintre reeaua de radiotelefonie i reeaua de telefonie

public. El ine seama de elementele specifice determinate de mobilitate, transfer intracelular i

de administrarea abonailor vizitatori (abonai ai altor reele aflai n tranzit n reeaua

respectiv). Autocomutatorul de tip ISDN este cel mai ntlnit n reele. Funcionalitile oferite

de comutator sunt: accesul ctre bazele de date din reea i ctre centrul de autentificare ce


37/107


38/107


Copyright 200738

c prin reea nu circul algoritmul de recunoatere ci numai rezultatul su. Astfel AUC

autentific un abonat comparnd rezultatul primit cu cel ateptat. Dup ce abonatul este

autentificat AUC solicit HRL pentru a verifica opiunile nscrise n tipul e abonament i

n funcie de rspunsul primit d dreptul de acces la serviciu sau nu

Centrul de exploatare i mentenan(OMC) Operation&Maintenance Centre

Este entitatea care administreaz exploatarea reelei. Aici se regrupeaz gestionarea

administrativ a abonailor i gestionarea tehnic a echipamentelor. Activitile includ:

abonamente n curs de creare, de modificare, de anulare i de facturare, statistici de la MSC-

urile din reea privind obiceiurile i ateptrile abonailor, actualizri ale msurtorilor de trafic,

rerutri de fluxuri ntre nodurile reelei, administrarea software - ului, supravegherea

alarmelor. O bun parte din administrarea de ctre OMC a reelei interacioneaz cu HLR motiv

pentru care de cele mai multe ori se afl n aceeai locaie (cldire).

Subsistemele reelei GSM: - subsistemul radio

- subsistemul reea (transmisiuni)

- subsistemul OMC ( gestiune)

Subsistemul radio

Subsistemul radio este un sistem format din una sau mai multe sta ii radio de baza i

BCC ul asociat. Acest ansamblu administreaz canalele radio dintr-o centrala a reelei.

Subsistemul radio este prezentat n figura urmtoare:


39/107


Copyright 200739

Staia de baza BTS administreaz interfaa radio dintre infrastructura GSM i staiile

mobile. BCC ul conduce una sau mai multe BTS-uri n funcie de arhitectura reelei care

depinde de restriciile impuse de relief si densitatea abonailor. BSC-ul administreaz

frecvenele radio utilizate de diferite BTS ct i funciile de exploatare i mentenan a staiilor

de baz, comandate de la distan.

n mod autonom BSC-ul decide transferurile intercelulare ale staiilor mobile din zona sa

de acoperire. Controlerul are trei interfee prin cablu, prevzute n reglementri: Abis cu BTS-

urile, A cu MSC-ul i X25 cu OMC. Interfaa Abis este o legtur PCM de 2Mb/s, protocolul

utilizat fiind LAPD. n BTS pe interfaa radio, canalul de sunet are 13Kb/s fa de 64Kb/s al

canalului PCM. Rezult c un numr de 4 canale radio pot fi codate ntr-un canal PCM de

64Kb/s prin multiplexare, reducnd costul liniilor de transmisie i utiliznd echipamente deja

banalizate. Tranzistorul realizeaz trecerea de la 13Kb/s la 64KB/S canal cu canal, rezolvnd

problema transmisiei ntre MSC-BSC (interfaa A). Interfaa A este definit la nivel fizic de

legtura de 2Mb/s, conform CCITT no.7. Nevoia de acoperire radio impune prevederea

urmtoarelor tipuri de configuraii ale sistemului radio, adaptabile la orice tip de regiune, la

orice tip de relief, n zonele rurale cu densitate sczut a traficului i n zonele urbane cu

densitate ridicat:

1- omnidirecional un BTS i un BSC se gsesc mpreun n aceeai zon (rural)

2- ciorchine (stea, ochi sau lan) - mai multe BTS sunt conectate la un BSC (urban)

3- sectorial (direcional) - trei BTS i un BSC se afl n aceeai zona (urban)

Interfaa X25 se afl ntre BSC i OMC (interfaa Q3) i servete funcia de exploatare i

mentenan a reelei.

Relaiile ntre componentele interfeei radio sunt prezentate n figura urmtoare:


40/107


Copyright 200740

Funciile BTSsunt urmtoarele:

-transmisie radioelectric conform formatului GSM care asociaz tehnicile saltului de frecven

i ale diversitii antenelor

-utilizarea algoritmilor de egalizare pentru luarea n calcul a traiectoriilor multiple

-decodarea comunicaiilor

-gestionarea datelor pe calea radio folosind protocolul LAPD

-msurarea calitii i puterii de recepie pe cile de trafic

-transmisia pe calea de semnalizare

O staie de baz poate lucra cu 1-8 purttoare simultan fiecare cu 8 canale temporale.

Poate fi echipat cu o singur anten omnidirecional sau cu una cu acoperire pe sectoare

(1200). Astfel o zon poate recepiona mai multe purttoare fiind necesar sincronizarea lor

pentru optimizarea transferului intercelular. Un BTS are urmtoarele blocuri funcionale:

-baza de timp (sfert de bit, IT 577s, cadru (8IT=4.615ms), multixcadru

51c=supercadru)

-unitate de mentenan (alarme, comenzi, local administrare)

-unitate de salt de frecven

-unitate de test radio/unitate radio

-unitate de cadru (prelucrare BB)

-echipamentul de transmisie (interfaa cu BSC) - multiplexare maxim 80 canale de

13Kb/s ntr-un flux de 2048Mb/s.


41/107


Copyright 200741

n zonele urbane o BTS administreaz 3 celule (A1,A2,A3), fiecare cu cte 8 purttoare

(64 canale) sau 64 x3=192 canale (n total) radio.O BTS standard are n componen 1-4

emitoare/receptoare i alimentare dubl.

Funciile BSCsunt urmtoarele:

-administrarea resurselor radio (canale, trafic, semnalizatori)

-administrarea apelurilor(stabilire ,supraveghere, eliberare)

-administrarea transferurilor intercelulare proprii (hand over)

-administrarea puterii emisiilor radio

-administrarea comunicrii cu OMC

-administrarea alarmelor, proteciilor

-administrarea reconfiguraiilor

BSC-ul este organizat n jurul unei matrice de comutare ce permite conectarea punct

multipunct (o intrare spre toate ieirile) aa cum este prezentat n figura urmtoare:

Matricea are 64 de intrari putnd comuta un time slot al unui canal ctre un alt TSalturat la 64Kb/s.

Fiecrui BTS i se aloc minim un suport (purttoare) deci un controler de interfa. Mai

multe BSC uri pot fi conectate la o intrare a matricei, cile din legtura PVM fiind disponibile

la un moment dat fiind alocate ntre controlerele conectate la matricea respectiv.


42/107


Copyright 200742

Subsistemul reea

Este un sistem complex i reprezint legtura dintre partea radio GSM i reeaua

telefonic public sau ISDN. Echipamentele integrate n subsistemul reea sunt prezentate n

figura urmtoare:

Centrul de comunicare mobil MSC este elementul principal al subsistemului i asigurfunciile de comutare, conectnd abonaii mobili ntre ei sau dirijndu-i spre reele fixe. MSC

utilizeaz 3 tipuri de baze de date pentru procesarea apelurilori a solicitrilor abonailor:

- HLR, VLR, AUC - (registrul pentru evidena abonailor mobili locali, registrul pentru

evidena abonailor mobili vizitatori, centrul de autentificare) pe care le schimb cu

celelalte MSC-uri din reea. Un MSC furnizeaz urmtoarele servicii:

-servicii suport ( audio 3,1 Khz ,date sincronizate ,asamblare pachete i comutare

voce/date)

-teleservicii (telefonie, apeluri de urgen,etc.)-servicii complementare (divert, billing, baring, etc.)

HLR Registrul pentru evidena abonailor mobili locali - stocheaz informaii despre

abonaii mobili reprezentnd: tip de abonament, servicii accesibile, nregistrarea datelor

dinamice de localizare, starea terminalului i tipul. Reeaua cere informaii de la HLR pentru c

nu cunoate dect numrul. Este o baz de date fix pe durata unui abonament.

VLR Registrul pentru evidena abonailor mobili vizitatori memoreaz datele

referitoare la un abonat, la ultima intrare a acestuia n zona de acoperire. Este o baz de date

dinamic ce permite procesarea apelurilor unui abonat pe durata deplasrii acestuia din zona de

deservire a unui MSC n alt zon a unui alt MSC. Datele abonatului l nsoesc pe acesta de-a

lungul traseului su i sunt transmise din VLR n HLR.

AUC Centrul de autentificare controleaz identitatea utilizatorilor reelei i pe cea a

staiilor mobile. Dou din particularitile GSM sunt codarea transmisiilor pe calea radio i

autentificarea utilizatorilor, cheia aflndu-se n staia mobil (SIM) i n centrul de autentificare.


43/107


Copyright 200743

Funcia AUC este de a preveni apelul fraudulos. Schema procesului de autentificare este

prezentat n continuare:

Cheia de secretizare Kp i algoritmul sunt purtate n SIM (Subscriber Identity Module) i

nu sunt accesibile utilizatorului. Numrul personal al utilizatorului circul o singur dat, la

intrarea terminalului n reea; ulterior el este protejat de un substitut (Temporary Mobile

Subscriber Identity). IMSI( International Mobile Subscriber Identity) contine numrul

abonatului, numele reelei i codul rii n care este abonatul. Dup autentificare i logare n

reea, aceasta cere terminalului s protejeze cadrele cu o nou cheie (Kc) ajungndu-se la

algoritmi de ordinul 5. Acest mecanism complex garanteaz c nici o informaie nu poate fi

transmis n clar (neprotejat) prin reea. n plus fiecare cadru este emis pe o frecven diferit.

Registrul pentru identitatea echipamentelor

Pentru descurajarea furtului de echipamente, fiecare staie posed un numr de

identificare (International Mobile Equipment Identity) IMEI care nu are nici o legtur cu

identitatea abonatului. Ea este nscris n terminal n momentul fabricaiei. Reeaua controleaz

numrul la fiecare apel al unui terminal sau n momentul n care este localizat. Dac IMEI-ul

figureaz n lista cu echipamente furate, EIR (Equipment Identity Register) furnizeaz: negru -

echipament interzis ; gri - sub observaie; alb - autorizat.

Subsistemul OMC sau gestiune reea

O reea de telecomunicaii se compune din echipamente fizice mpreun cu SW asociat.


44/107


45/107


Copyright 200745

2. Denumii elementele subsistemului radio i enumerai funciile fiecruia (schema).

BTS

1 transmisie radioelectric

2 algoritm de egalizare pentru traiectorii multiple

3 decodarea comunicaiilor

4 gestionare date pe calea radio LAPD5 msurarea calitii i puterii de recepie

6 transmisie pe calea de semnalizare

BSC

1-administrarea resurselor radio (canale, trafic, semnalizri ,etc.)

2-administrarea apelurilor

3-administrarea transferurilor intercelulare proprii

4-administrarea puterii emisiilor radio

5-administrarea comunicrii cu OMC

6-administrarea alarmelori a proteciilor

7administrarea reconfigurrilor

3. Denumii elementele subsistemului reea i enumerai funciile fiecruia (Schema)

MSC - servicii suport

- teleservicii


46/107


Copyright 200746

- servicii suplimentare

HLR - baz de date fix

VLR - baz de date dinamic cu abonai vizitatori.

AUC - Centrul de autentificare- controleaz ,autentific i autorizeaz abonaii din

reea s primeasc anumite informaii/servicii.

EIR - Registru de identitate a echipamentelor (alb, gri, negru)

4. Descriei schema procesului de autentificare cu cheie public

Subsistemul OMC - funcii:

1 - gestionare administrativ (inventar componente, baze de date IMEI, statistici,

reclamaii, etc.)

2 - exploatare (garantarea GoS, alarme, costuri, resurse)

3 mentenan (meninerea n stare de funciune a sistemului)4 - gestionarea securitii (confidenialitatea identitaii abonailor, autentificare, codare

pe canalul radio)

5 - gestionarea evoluiilor (adaptarea sistemului la solicitrile clienilor, adaptarea

reelei la trafic).


47/107


Copyright 200747

15. Tehnologia reelei CDMA

Canalul CDMA

Un canal CDMA sau frecventa purtatoarei are o largime de banda de 1,23MHz pentru

IS-95 si IS-856, iar pentru IS-2000 "largimea de banda de 3db" este de 1,23MHz sau 3,69MHz,in functie de configuratia aleasa.

"Largimea de banda de 3db" a unui canal reprezinta plaja de frecventa unde semnalul are

la margini cu 3db mai putin decat valoarea de varf pentru frecventa de centu a canalului.

Frecventa de centru este utilizata pentru a preciza unde este pozitionat canalul CDMA in

spectrul de radio frecventa.

Daca marginile canalului CDMA sunt vecine cu spectrul neutilizat pentru CDMA,

aditional spectrului de frecventa necesar unui canal CDMA (delimitat de largimea de banda de

3db) mai sunt necesare la fiecare dintre aceste margini ale acestui canal si benzi de frecventa de

garda. Specificatiile standardelor de performanta recomanda benzi de frecventa de garda dediferite largimi de banda; IS-97 defineste specificatiile de performanta pentru statiile de baza IS-

95 si IS-2000, iar IS-864 defineste specificatiile de performanta pentru statiile de baza IS-856.

In cazul canalelor CDMA alaturate, nu sunt necesare benzi de frecventa de garda. Dar

canalele CDMA trebuiesc distantate intre ele la cel putin 1,23MHz (sau 3,69MHz).

Distanta dintre doua canale CDMA este definita ca "channel spacing" (distantare de canal).

Distantarea de canal folosita depinde de schema de numerotare a canalelor pentru banda de

frecventa folosita. De exemplu pentru spectrul 850MHz (band class 0), distanta de canal este de

1,23MHz, iar pentru spectrul 1900MHz (band class 1), distanta de canal este de 1.25MHz.

Tehnici de comunicare duplex: FDD vs. TDD

Intr-un sitem CDMA, in scopul de a oferi suport pentru operatiuni duplex (comunicatii

simultane sau asa-zis simultane intre treminalul mobil si statia de baza) se poate folosi una din

urmatoarele doua tehnici:


48/107


Copyright 200748

Frequency Division Duplex (FDD)

Pentru fiecare canal CDMA, exista doua directii de comunicare una de la statia de baza

catre terminalul mobil numit cale sau canal direct (forward link CDMA Channel) si una de la

terminalul mobil catre statia de baza numit cale sau canal invers (reverse link CDMA Channel).

Ceea ce inseamna ca daca un canal CDMA are o largime

sisteme_telefonie_mobila

Documents

Transcript of sisteme_telefonie_mobila