5 Cm6 Sistema Gsm

UCV Sistemas celulares mviles

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C2

GLOBAL SYSTEM FOR MOBILE

COMMUNICATION(GSM)


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C2

celular GSM en la banda de 900 MHZ.

El ancho de banda para el Uplink (Reverse Link) es 25 MHZ

El ancho de banda para el Downlink (Forward Link) es 25 MHZ

La separacin duplex es 45 MHZ,

Separacin de canal: 200 Khz. Esta permite 124 portadoras.

Otras bandas de frecuencia de GSM son:

1930-1990/1850-1910

BANDAS DE FRECUENCIA EN GSM


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C2

ARQUITECTURA DEL SISTEMA GSM

La arquitectura de la red GSM est constituida bsicamente por tres partes:

El sistema de conmutacin

El sistema de estaciones bases(Radio bases)

El sistema de operacin y mantenimiento

Cada una de estos sistemas contiene una serie de funcionalidades en las cuales se realizan todas las funciones que el sistema de GSM es capaz de proporcionar.

Las funciones relacionadas con el proceso de llamadas y abonadosestn implementadas en el sistema de conmutacin, mientras las funciones relacionadas con la radio se concentran en el sistema de Radio bases; todo ello est supervisado por el sistema de operacin y mantenimiento.

Al sistema de radio bases ir conectado el terminal (MS) va una interfaz area y, a travs del terminal ser capaz de efectuar y recibir llamadas.

Para la gestin de llamadas hacia/desde abonados de la Red. es necesario que el sistema tenga implementadas sus interfaces


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EQUIPOS DE RADIO BASES

BSC( Base station controller)

Hace de interfaz entre el sistema de estaciones base y el sistema de conmutacin, es decir separa las funciones de radio de las de conmutacin.

Las principales funciones que realiza son:

Gestin de canales de radio

Transcodificacin y adaptador de velocidades.

Localizacin de estaciones mviles

BTS (Base transceiver station)

Incluye la interfaz de radio y los equipos de transmisin necesarios para cubrir una o varias celdas.

Las funciones mas importantes son:

Codificacin y decodificacin de canales

cifrado/ descifrado del camino de radio

Medidas de intensidad de seal


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SEALIZACIN DENTRO DEL SISTEMA GSM

La sealizacin dentro de la red GSM est basada en las recomendaciones de ITU-T para los sistemas de sealizacin por canal comn No.7.

MAP(Mobile aplication part) corresponde a los niveles mas altos de sealizacin entre la MSC y los registros de posicin(HLR,VLR,AUC y EIR) y otras MSC.

Los niveles bajos de sealizacin son gestionados por la parte de transferencia de mensajes(MTP).

Entre MAP y MTP se usa TCAP(Transaction capabilities) y SSCP (Signalling connection control part).

La sealizacin debe operar internacionalmente entre las redes GSM y los registros de posicin. Esta sealizacin es adicional al trfico telefnico convencional al igual a la que se utiliza para el handover, actualizacin, etc.


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HLR(HOME LOCATION REGISTER) (Continuacion)

Un HLR est organizado segn lo siguiente:

Base de datos: Donde se almacenan datos y tripletas para cada abonado

Administracin: Gestiona informacin sobre el status de los abonados.

Anlisis: Efecta las traslaciones entre IMSI y MSISDN (Mobile station ISDN Number.

TCAP(Transaction Capabilities): Parte de aplicacin de las capacidades transacionales. Provee facilidades para intercambiar informacin entre aplicaciones usando sealizacin no relacionada con los circuitos(Non circuit related signnaling)

MAP(Mobile aplication Part): Es una aplicacin de TCAP es la parte que recibe/envia y toma decisiones apropiadas. Corresponde al nivel 7 (Application Part) del sistema OSI.

CCS-7(Common control channel)): Se refiere al sistema de sealizacin por control comn. Permite a travs de los enlaces y terminales de sealizacin la transferencia de informacin hacia desde MSC/VLR.


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IDENTIDAD DEL SUBSCRIPTOR

Mobile station ISDN Number (MSISDN):Es el nmero de subscripcin del

abonado mvil

International Mobile Subscriber Identity(IMSI):Es el nmero de identidad asignado a cada abonado mvil y facilita su identificacin en toda la red. Est almacenado en la tarjeta SIM


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Location area identity(LAI):Es una identidad temporal y sus funciones son :

Usado para Paging. Informa al MSC en donde esta localizado el MS.

Actualizacin de la localizacin del

abonado

Cell Global Identity (CGI)Es la identidad temporal para identificar una celda dentro de una LA

LAC : Location area


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Mobile Station Roaming Number (MSRN)Es una identidad temporal el cual es asignado durante el

establecimiento de una llamada a un abonado que est en Roaming.

SN : Servicing node


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ESTACION mvil ( MOBILE STATION)

Una estacin mvil est compuesta por dos entidades fsicas diferentes:

El equipo mvil (MS)

El mdulo de identidad de abonado (SIM, Subscriber identity Module)

La parte personalizada de la estacin mvil es el mdulo de identidad. Es una tarjeta inteligente .

La informacin almacenada en tarjeta SIM es de tres clases

1. Datos de identificacin permanente:

IMSI

La clave de autenticacin (Ki)

Los algoritmos de autenticacin y de clculo

2. Datos de identificacin dinmicos:

TMSI

Localizacin del terminal.

3. Datos adicionales:Una lista de nmeros de telfonos de marcacin abreviada,Mensajes cortos, etc.


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SEGURIDAD

El canal de radio es la parte ms vulnerable de la red. Para proteger tanto al operador como a los abonados, se ponen en practica las llamadas funciones de seguridad, por un lado, contra la intrusin no autorizada de un tercero en el canal de radio, por otro, contra la escucha indiscreta de una comunicacin. Las funciones de seguridad se aplican a la autenticacin y a la confidencialidad de la identidad del abonado, la confidencialidad de la informacin que circula por el canal de datos de sealizacin

Se utilizan tres tipos de medidas:

El mdulo de identidad de abonado es autenticado por el sistema. Con esto se pretende impedir el uso de la red a usuarios no registrados, de forma que protege el operador de la red.

La identidad del abonado est protegida, nunca circula por la red sin cifrar

Las comunicaciones en la parte de radio del enlace se cifran para evitar que se puedan escuchar las conversaciones( de voz o datos)

Para realizar la seguridad se crean una serie de codigos y algoritsmos en un un centro de autenticacin mostrado en la figura.


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CREACION DE TRIPLETAS

Para el proceso de autenticacin y cifrado se crean unas tripletas de cdigos.

A cada usuario se le asigna un authentication Key (Ki. Esta es almacenada en el AUC junto con el IMSI. Ambos se usan para la generacin de las tripletas y tambin se almacenan en la tarjeta SIM.

En un AUC se realizan los siguientes pasos para producir un triplete:

1.Un nmero RANDOM, no predecible es generado.

2.RAND Y Ki se utilizan para calcular SRES y KC, usando 2 tipos de algoritsmosA3 y A8 respectivamente

3.RAND, SRES y Kc son entregados juntos al HLR como tripletas y est los entregar al VLR segn sea requerido.


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AUC(AUTHENTICATION CENTER)

La misin del AUC es generar tripletas para cada abonado.

Las tripletas constan de:

RAND:Numero aleatorio( A non predictable RANDom number)

SRES: Respuesta ( A signed RESponses)

Kc: Clave de cifrado (Ciphering Key)

La tripleta se utiliza para autenticar una llamada y para obtener las claves de cifrado del camino de radio.

el proceso de autenticacin comienza de forma automtica cuando un abonado mvil intenta acceder al sistema bien porque quiere hacer/ recibiruna llamada o porque cambia de rea de localizacin(Cambio de VLR),

El operador escoge como va a realizar la autenticacin:

Por registracin

Por intento de llamada.

Por actualizacin en la localizacin

Antes de activar servicios suplementarios


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AUTENTICACION

mvil

A3 A3

RAND

SRES=SRES?

ACCESOPERMITIDO

ACCESONEGADO

RAND

SRES

Ki

SRES

SI NO

SIM (MS ) GSM

RADIOENLACE

En primer lugar, el operador introduce la clave secreta Ki del usuario que desea identificar como entrada a un algoritmo secreto denominado A3, siendo un valor aleatorio RAND la segunda de las entradas a dicho algoritmo. En estas condiciones A3 produce como salida una respuesta SRES. A continuacin el operador enva el numero aleatorio RAND al usuario, el cual lo enva a su vez a su SIM (Modulo de Identidad del Usuario). Este modulo es precisamente el encargado de obtener la respuesta SRES utilizando la clave secreta Ki que reside en la SIM, as como el algoritmo A3 igualmente almacenado en el telfono. Ntese que la clave de autenticacin (ki) nunca se transmite sobre el canal de radio. Seguidamente, la estacin mvil enva su respuesta al operador, el cual comprueba si esta coincide con el valor calculado previamente, en cuyo caso autoriza al usuario el acceso a la red. Si los valores no coinciden la conexin se termina y se indica un fallo de autenticacin a la estacin mvil.


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TIPOS DE CANALES (fisicos y lgicos)

Cada frecuencia es divida en time slots. Cada time slot es llamado un canal fsico. Hay 8/16 canales fsicos por frecuencia portadora. Un canal fsico puede llevar varios mensajes. Los mensajes son llamados canales lgicos.

Por ejemplo, en uno de los canales fsicos usados para trfico, el trfico mismo es transmitido usando el canal de trfico(TCH), mientras una instruccin de handover es transmitida usando Fast Associated Control Channel (FACCH)


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CANALES LGICOS Y SU RELACIN CON LOS BURSTS EN GSM

Hay muchos tipos de canales lgicos, cada uno lleva diferentes mensajes desde y hacia el MS(Mobile Station). Toda la informacin desde y hacia el MS debe ser formateada correctamente de manera que el receptor pueda entender el significado de los diferentes bits del mensaje.

Hay varios tipos de bursts. La relacin entre los bursts y los canales lgicos se muestran en la figura.


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CANALES LOGICOS DE TRAFICO

CANALES DE TRAFICO(TCH,.TRAFFIC CHANNEL)

Contienen la informacin del usuario, esto es , voz codificada o datos. En principio se usan canales de 22.8 Kbits/sec(Full rate), de los cuales 13 Kbits/sec se utilizan para codificacin de la voz y el resto como bits de correccin de error. Tambin se estn utilizando canales a la mitad de la velocidad(Half rate)


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Los canales de control contienen la sealizacin o datos de los canales de control contienen la sealizacin o datos de sincronizacin. Se dividen a su vez:

Canales de radiodifusin (BCH.BROADCASTING CHANNELS):

Transmiten de la BTS hacia varias MS informacin sobre correcciones de frecuencia, sincronizacin, etc.

Cuando un abonado enciende su celular recibe por intermedio de estos canales informacin sobre el LOCATION AREA, la mxima potencia permitida en celda y la identidad de las celdas vecinas.

Canales comunes de control(CCCH).COMMON CONTROL CHANNELS.

Transmiten desde BTS a un MS y viceversa informacin para la localizacin del mvil, por ejemplo paging

Canales de control dedicados(DCCH.DEDICATED CONTROL CHANNELS.

Sirven para la iniciacin de las llamadas, envo de informes sobre control de potencia o sealizaciones especiales como en el caso de HANDOVER

CANALES LOGICOS DE CONTROL


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RELACION ENTRE LA RAFAGA(BURST) Y LA TRAMA(FRAME)

La informacin que va por los intervalos de tiempo se conoce como rfaga(Burst). Hay varios tipos de rfaga:

Trfico

Sincronizacin

De acceso

La relacin entre Burst y trama se ve en la figura.

Para minimizar en lo posible los errores en recepcin provocados por los desvanecimientos de la seal de radio, se emplean varios mtodos que afectan directamente a la interfaz de radio: El interleaving que consiste en intercalar los bits de diferentes rfagas, la codificacin de canal que introduce bits de correccin de errores


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DESCRIPCION DE LAS JERARQUIAS DE LAS TRAMAS

Una trama se divide en 8 intervalos de tiempo con una duracin de 577 microsegundos. Cada intervalo constituye un canal de comunicacin en el cual un mensaje elemental, llamado paquete, se trasmite peridicamente. Este paquete es un conjunto estructurado de bits.


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TOPOLOGIA DE LOS PAQUETES GSM

La norma define cuatro tipos de paquetes:

De acceso

De sincronizacin

Normal

De correcin

Como su nombre lo sugiere, cada uno de estos tipos tiene definido un uso especifico y una estructura particular.

Cabe destacar que todos los tipos de paquete poseen una estructura

formada por cuatro zonas.


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CASOS DE TRAFICO EN ESTADO ENCENDIDO

(IDLE)

IMSI Atached

Location Updating

Cambios de celda dentro de la LA(Location area)

Location Updating en la misma MSC/VLR

Location Updating en una nueva MSC/VLR

Location Updating ( Registracin periodica)

IMSI apagado


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En la figura se presenta un sistema constituido de la sguiente manera:

Una central MSC A que cubre las location areas LA1 y LA2

Una central MSC B que cubre las location areas LA3.

A continuacin se describen los procesos para cada una de las situaciones emnumeradas arriba.

CASOS DE TRAFICO


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(IDLE)

1. IMSI attach

1. El MS envia un mensaje IMSI attach a la red indicando el cambio de estado ( De apagado a encendido)

2. El VLR determina si hay un registro ya existente.

3. Si no hay registro el VLR solicita este al HLR.

El VLR actualiza el status de MS a encendido

4. El reconocimiento (Acknowledgement) es enviado al MS


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2. Location Updating

En la figura un MS pasa del LOCATION AREA (LAI) LAI 1 AL LAI 2.

Si el MS ha cambiado de LAI mientras est apagado, al encenderlo el IMSI attach puede hacer un Update location del MS. El VLR puede determinar si el actual LA del MS es diferente del LAI almacenado en el MS. Si es as el VLR envia el reconocimiento(acknowledgement) del nuevo LA del MS. LAI: Location area Identity

LA1

LA2BTS

BTS

VLRBSC MSC


(IDLE)


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C2

LA1

BTS

BTS

VLRBSC MSC

3. Cambiando celdas dentro de un LA

Este caso es igual anterior pero el MS pasa de un LA a otro encendido. Si el MS cambia de celda en el mismo LA , entonces el MS compara el ltimo LAI con el nuevo LAI. Si no ha cambiado, entonces no informa de esto a la red.


(IDLE)


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4. Location Updating en la misma MSC/VLR

1. Si el MS detecta un cambio en el LAI, entonces un LOCATION UPDATE debe ser hecho.

2. El MS envia un Location update request message al VLR

3 y 4. VLR actualiza el regisro de VLR y envia al MS LOCATION UPDATING AREA


(IDLE)


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5. Location Updating en una nueva MSC/VLR

1.El VLR chequea su base de datos para determinar si hay un record para este MS.

2. Si el VLR determina que no hay un registro ya existente, entonces el VLR solicita este al HLR.

3. El HLR pasa la informacin al VLR y actualiza su localizacin. El HLR instruye al viejo VLR a cancelar la informacin acerca del MS.

4. El VLR almacena la informacin sobre la subscripcin del MS incluyendo la ltima localizacin y status (idle) . El VLR envia el reconocimiento al MS.


(IDLE)


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6. Location Updating (Registracin periodica)

La registracin periodica es un feature el cual forza al MS a enviar un mensaje de registracin a la red a predifinidos intervalos.


(IDLE)

Se envia un reconocimiento (Acknowledgement) al MS

El VLR marca al correspondiente IMSI como apagado.

El IMSI detach permite al MS indicar a la red que est apagado

7. IMSI APAGADO (IMSI DETACH)


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IMPLICIT DETACH

Si el MS envia un IMSI detach al sistema y la calidad de la transmisin es pobre, el sistema podria no decodificar la informacin.

En este caso el sistema mantendr el MS como apagado. El VLR ejecuta un IMPLICIT DETACH , marcando un MS como detach.


(IDLE)


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1. Llamada desde un MS

2. Llamada a un MS

3. Handover intra-BSC

4. Handover inter -BSC, intra MSC

5. Handover inter-MSC

CASOS DE TRAFICO CON UN MS EN MODO ACTIVO


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1. LLAMADA DESDE UN MS

1. El MS solicita un canal de sealizacion para iniciar la llamada

2. El BSC/TRC asigna un canal de sealizacin

3. El MS envia un CALL SET UP REQUEST

4. El MSC/VLR instruye al BSC/TRC para asignar un canal de trfico. El RBS y el MS se sintoniza al canal de trfico.

5. El MSC/VLR envia el nmero B a la central de PSTN, la cual establece una conexin al subscriptor.

6. Si el abonado B responde, la conexin es establecida.


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2. LLAMADA A UN MS

1. El PSTN recibe el nmero del abonado B. Analiza que es una llamada a un abonado mvil. Se establece una conexin al GMSC.

2. El GMSC analiza el nmero B y busca en cual HLR est registrado y pide informacin acerca de como enrutar la llamada al MSC/VLR servidor.

3. El HLR con el IMSI determina cual MSC/VLR est actualmente sirviendo al MS

4. El HLR requiere un MSRN desde el MSC/VLR servidor.

5. El MSC/VLR retorna un MSRN via HLR al GMSC.

6. GMSC analiza el MSRN y enruta la llamada al MSC/VLR

7. El MSC/VLR sabe en cual LA el MS est localizado. Un mensaje de paging es enviado al BSC que controla el LA.

8. La BSC distribuye el mensaje de paging a las RBS en que est el MS.

9. El MS detecta el mensaje de paging y responde al mismo

10.El MSC/VLR instruye al BSC/TRC asignar un canal de trfico. El RBS y MS son sintonizados al canal de trfico.

11. Si el abonado B responde, entonces la conversacin es establecida.


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Hasta aqu a presentacin


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SISTEMA OPERACIN Y MANTENIMIENTO

El sistema de opercin y mantenimiento(Operation support System) ,centralizado y remoto,proporciona los medios necesarios para poder llevar una eficiente gestin de la red tanto de la parte de conmutacin como radio.

Las principales tareas son:

Gestin de la red celular y conmutacin

Administracin de abonados

Gestin de averas y medidas de funcionamiento de la red de conmutacin y de radio


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CENTRAL DE CONMUTACION

La central MSC es la interfaz entre la red GSM y las redes pblicas de voz y datos.

Las funciones mas importantes son:

Establecimiento,enrutamiento,control y finalizacin de llamdas.

Gestin de handover entre centrales.

Gestin de servicios suplementarios.

Manejo de datos de tarificacin


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HLR (HOME LOCATION REGISTER)

Es una base de datos que almacena y maneja todas las subscripciones de un operador especifico. Cuando un usuario adquiere servicios con una operadora se crea un registro en el HLR.

El HLR es el LOCATION REGISTER en el cual se asigna una identidad al MS pata propositos de registro

Este registro tiene una base de datos donde se almacenan parmetros de los abonados mviles.

Una red puede tener uno o ms HLR dependiendo de la capacidad de los equipos y de la organizacin de la red.

Entre otros se almcenan los siguientes datos:

Informacin de la subscripcin (Nmero de directorio)

Informacin para el enrutamiento de llamadas hacia la central donde el mvil est localizado.

Actual localizacin

Nmero internacional del abonado IMSI (International Mobile Subscriber Identity).

Informacin sobre servicios suplementarios.

HLR

MSC/SSP

PLMN


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VLR(VISITOR LOCATION REGISTER)

Esteequipo es una base de datos en donde se almacenan parmetros de todos los abonados que se encuentran dentro del rea de servicio del VLR.

Cuando un abonado cambia de rea de servicio,el nuevo VLR debe actualizar los datos de este abonado y pide al HLR todos los datos necesarios para el establecimeinto de llamadas haciadesde el abondo mvil.

Este nodo est habitualmente integrado en la MSC


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AUC(AUTHENTICATION CENTER)

El MS enva el IMSI (Nmero de identificacin dentro de la red del mvil) hacia el MSC/VLR , luego comienza el proceso de autenticacin

1. El MSC/VLR enva el RAND hacial el MS.

2. MS calcula SRES usando Ki y RAND

3. MS enva SRES a MSCVLR.

4. MSC/VLR recibe SRES y lo compara con el que tiene. Si hacenmatch, entonces el MSC/VLR continua con el establecimiento de la llamada.


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CIFRADO(CIPHERING)

Confidencialidad significa que el intercambio de informacin y sealizacin entre el usuario y la BTS no pueda ser interferida por personas,entidades o procesos no autorizados.

1. Se inicia el proceso desde MSC/VLR mediante el envo de un comando M y el Kc.

2. El comando M es enviado al MS

3. M es encriptado usando Kc(Calcualdo anteriormente con SRES en el proceso de autenticacin)

4. El mensaje encriptado es enviado a la BTS

5. El mensaje es descriptado en el BTS usando Kc.

6. Si el descriptamiento de de M fue exitoso, el modo de encriptamiento es es enviado al MSC. Toda la informacin sobre el air interface es cifrada desde este punto.


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EIR(EQUIPMENT IDENTITY REGISTER)

Es la base de datos que almacena la identidad internacional del equipo mvil (IMEI).

Contiene tres(3) listas:

Lista blanca: Contiene la identidad de todos los nmeros existentes en la red.

Lista negra: Contiene la identidad de todos los nmeros bloqueados

Contiene una lista de todos los equipos con fallas o hurtados.


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SEALIZACIN ENTRE EL SISTEMA DE CONMUTACION Y LAS RADIO BASES

MSC y BSC

La sealizacin entre el sistema de conmutacin y las RBS(interfaz A) se realiza segn la parte de aplicacin de RBS (BSSAP) dentro del sistema de aplicacin de sealizacin No.7 .

Algunos procedimientos gestionados por BSSAP son:

Transferencia de llamadas,control de llamadas,gestin de mvilidad.

BSC y BTS

La sealizacin entre la BTS y BSC (interfaz A-bis) es implementado como un esquema especial de sealizacin por canal comn para canales PCM de 64 kbits/s.

INTERFAZ DE RADIO

Usa una interfaz llamada Um. La sealizacin usa un protocolo llamado protocolo de enlace sobre canal LAPdm


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El sistema de acceso utilizado por GSM es TDMA con una trama TDMA portadora de radio. Cada trama consta de 8/16 intervalos detiempo(time slot) y cada uno de ellos se conoce como canal fisicopor el que se transmite una rafaga(burst) de informacin. Por cada uno de ellos se puede enviar una gran variedad de canales de informacin(datos de abonado,sealizacin,etc.). Dependiendo del tipo de informacin transmitida hablamos de diferentes canales lgicos que se envan a travs de los mismos.

TIPOS DE CANALES (Fisicos Y lgicos)


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Una canal(portadora) est dividido en canales lgicos y periodos de tiempo. Time slot es el periodo de tiempo mas pequeo individual disponible para cada subscriptor.

Un frame (trama ) est constituido 8 por time slots (ranuras de tiempo) y su duracin es 4.615 msec.

Los frames 13 y 26 son dedicados como frames de control

Cada time slot tiene 148 bits,unos son para data yotros para el control.

26 TDMA frames= Multiframe

1 super frame= 1326 TDMA frames

1 hiperframe= 2048 TDMA frames

ESTRUCTURA DEL RADIO CANAL


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C2

TIME ALIGMENT


C646

C2

TIME ALIGMENT

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