CAPCAPÍÍTULO 5TULO 5--11GSMGSM

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GSM: OBJETIVOS ECONGSM: OBJETIVOS ECONÓÓMICOSMICOS

Varios operadores de red en cada estado competitividad en tarifas y provisión de servicio la mejor manera de asegurar una rápida expansión del sistema GSM abaratamiento de equipos por economía de escala

El sistema GSM debe ser un sistema abierto permitir la coexistencia de equipos de diferentes suministradores ahorro de costes para los operadores de red

No se requieren grandes cambios en la PSTN para la interconexión a PLMN

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GSM: OBJETIVOS TECNICOSGSM: OBJETIVOS TECNICOS

El sistema debe ser paneuropeoEl sistema debe ofrecer una buena calidad de vozEl sistema debe usar las frecuencias de radio de la forma más eficiente posibleEl sistema debe tener una alta capacidadEl sistema debe ser compatible con la ISDN y con otras especificaciones de comunicación de datosEl sistema debe ofrecer seguridad tanto relativa al usuario como a la información transmitida.

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INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓN A GSM (I)N A GSM (I)

A comienzos de los 80 la CEPT (ConférenceEuropéenne des Postes et Télécommunications) funda un grupo denominado “Groupe Spéciale Mobile” para especificar un sistema móvil digital de aplicación en Europa Occidental

A comienzos de los 90, la ausencia a nivel mundial de un sistema móvil digital común hizo que el sistema GSM se expandiera hacia Europa del Este, Africa, Asia y Australia. EEUU, América del Sur y Japón adoptaron otros sistemas de telefonía móvil no compatibles con GSM (Global System for Mobile Communications)

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INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓN A GSM (N A GSM (IIII))

La primera fase de estandarización del sistema GSM, Fase I, se completó en 1990 e incorpora, entre otros, el servicio telefónico básico, el servicio de mensajes cortos SMS, servicios de transmisión de datos en modo circuito, el servicio de roaminginternacional, el empleo de la tarjeta SIM y algunos servicios suplementarios como el desvío y la restricción de llamadas.

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INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓN A GSM (N A GSM (IIIIII))

Se decidió que el sistema fuera evolucionando en el tiempo, ofreciendo continuas mejoras y nuevos servicios con el avance de la tecnología de acceso radio y de la computación.

En 1995 se congelaron las especificaciones de la fase II, que incorpora mejoras en la mayoría de los servicios definidos en la Fase I (por ejemplo en SMS y fax). Desde entonces la evolución del estándar ha sido muy rápida con muchas nuevas funcionalidades definidas en la fase 2+ y nuevas versiones de las mismas.

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INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓN A GSM (N A GSM (IVIV))

La Fase II + cuenta con tres versiones o Releases: 1996, 1997 y 1998. Complementa a la Fase II, mejorando los servicios existentes y añadiendo nuevas capacidades. En la Rel 96 se incorporan algunas mejoras en los servicios de transmisión de datos en modo circuito, como la posibilidad de alcanzar 14,4 Kbps de velocidad de transmisión utilizando menor protección frente a errores en condiciones de buena cobertura, y de utilizar varios canales simultáneamente (HSCSD= High Speed CircuitSwitched Data).

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INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓN A GSM (V)N A GSM (V)

En la Rel 97, destaca la inclusión del servicio GPRS que permite la transmisión de datos a alta velocidad utilizando la técnica de conmutación de paquetes y cuya especificación se completa en la Rel 98.

Actualmente, el número de usuarios de GSM a nivel mundial es de más de 1000 millones. Tras un crecimiento inicial circunscrito al continente europeo, la incorporación al MoU (Memorandum of Understanding: acuerdo de cooperación abierto a los operadores móviles a nivel mundial) de operadores de todo el mundo provocó una expansión sin precedentes.

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VENTAJAS DE GSM VENTAJAS DE GSM

Uso eficiente de las frecuencias de radio 200 kHz, 8 comunicaciones

La calidad del servicio mejora ya que la tecnología analógica propaga al receptor todos los disturbios de la transmisión por radio (desvanecimientos, multitrayecto, interferencias)

Transformando las señales en bits y combinándolas con otras técnicas (codificación) se evitan parte de esos disturbios y se mejora la calidad de transmisión.

Permite la transmisión de datos

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VENTAJAS DE GSM (II)VENTAJAS DE GSM (II)

La voz se encripta y se garantiza la seguridad de la información referente al usuario

Técnicamente es posible la itinerancia internacional entre todos aquellos países que tengan implantado el sistema GSM.

Al ir creciendo el mercado, aumenta la competitividad y disminuyen los costes tanto para inversiones como para el uso del sistema

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VENTAJAS DE GSM (III)VENTAJAS DE GSM (III)

Se ofrecen nuevos servicios avanzados como:Servicios de datos a alta velocidad (9,6 Kbps 14,4 Kbps (HSCSD) 57,6 Kbps (GPRS) 384 Kbps (EDGE) para la Mobile Internet y Servicios Multimedia inalámbricos

Todo esto con cambios menores de hardware y software en los elementos de red utilizando las actuales bandas de frecuencias.

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GSM: CRONOLOGGSM: CRONOLOGÍÍAA1982 – Constitución del grupo de trabajo GSM en la CEPT (Conference Européenne des administrations des Postes et des Télécommunications).1985 - La CEPT decide el plan de acción y plazos. La Comisión Europea acuerda que la norma que elabore el grupo GSM será adoptada en todos los países comunitarios.1986 – Se propone el empleo de la banda de 900 MHz para GSM1987 – Se acuerda que GSM sea un sistema digital y que emplee la técnica TDMA1988 – El grupo GSM se convierte en una comisión del ETSI (European Telecommunications Standard Institute)

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GSM: CRONOLOGGSM: CRONOLOGÍÍA (II)A (II)

1990 – Se cierra la Fase I de las especificaciones. Validación de los sistemas implementados y primer congreso mundial GSM en Roma con 650 participantes1991 - Primera llamada oficial GSM en el mundo (1 de julio)1992 - Primera red GSM en el mundo (Finlandia). Primeras pruebas en la Expo de Sevilla1993 - 13 operadoras en enero. Debido al considerable aumento de usuarios comienza a utilizarse adicionalmente la banda de 1800 MHz. Primeros acuerdos de itinerancia internacional

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GSM: CRONOLOGIA (III)GSM: CRONOLOGIA (III)

1994 - 32 operadoras en enero. Primera red en Africa(Sudáfrica). Lanzamiento de los servicios portadores de datos/fax de GSM fase 2. 69 operadoras en diciembre.

1995 - 117 operadoras. Implementación de servicios de fax, datos e itinerancia de SMS. Se completa la estandarización de GSM fase 2 incluyendo la adaptación para GSM 1900 (PCS 1900). Primera red GSM 1900 en USA.

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GSM: CRONOLOGIA (IV)GSM: CRONOLOGIA (IV)

1996 - 120 operadoras en diciembre. Mas de 4 millones de usuarios de GSM 1900 en USA y un total de 250 millones de GSM 900/1800/1900 en todo el mundo

2004 – 626 operadoras. Se alcanza la cifra de mil millones de usuarios a lo largo del primer cuatrimestre, finalizando el año con 1.268 millones: 559 millones en Europa; 54,9 millones en EEUU y Canadá (de ellos 50,78 sólo en EEUU), 57,3 millones en América Central y del Sur y el resto entre Asia (destacando los 288 millones de China y los 37,6 de la India), Pacífico y África

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GSM: FUNCIONES BGSM: FUNCIONES BÁÁSICASSICAS

Prestación de servicios básicos– Establecimiento y supervisión de las llamadas (voz y

datos) hacia otras redes móviles (PLMN) y fijas (PSTN, ISDN)

– Servicio de mensajes cortos SMS– Autentificación de usuarios y equipos– Encriptación del contenido de la comunicación– Llamadas de emergencia– Servicios suplementarios (multiconferencia, desvío de

llamada, identificación del número llamante, restricción de llamadas entrantes y salientes, asignación de prioridad y recursos, información de tarificación etc)

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GSM: FUNCIONES BGSM: FUNCIONES BÁÁSICAS (II)SICAS (II)

Los servicios pueden clasificarse en:

Servicios Vocales: El intercambio de información se realiza utilizando la voz (llamadas de voz, buzón de voz, desvío de llamadas). Siguen constituyendo la base del negocio de la telefonía móvil

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GSM: FUNCIONES BGSM: FUNCIONES BÁÁSICAS (III)SICAS (III)

Servicios de Mensaje: El intercambio de información se realiza mediante mensajes de texto que pueden incluir además, imágenes, sonidos etc. Responsables del rápido auge del tráfico de datos, constituyendo la segunda fuente de ingresos de las operadoras móviles

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GSM: FUNCIONES BGSM: FUNCIONES BÁÁSICAS (IV)SICAS (IV)

Servicios de Navegación: El usuario intercambia información con un equipo remoto, transmitiendo y recibiendo datos en el terminal móvil. Incluye navegación por WAP, i-mode, comercio electrónico etc

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GSM: FUNCIONES BGSM: FUNCIONES BÁÁSICAS (V)SICAS (V)

Funciones de movilidad

– Registro (attach)– Localización– Aviso (paging)– Traspasos (handover)– Itinerancia (roaming)– Abandono de la red (detach)

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GSM: FUNCIONES BGSM: FUNCIONES BÁÁSICAS (VI)SICAS (VI)

Roaming o itinerancia internacional: Permite recibir y realizar llamadas en el extranjero sin cambiar de terminal y utilizar todos los servicios suscritos si están disponibles. Se caracteriza por el pago del tramo internacional de la llamada por parte del desplazado y por la posibilidad de elección de la operadora destino.

Si en el país destino no hay tecnología GSM, la operadora puede prestar un terminal al cliente, desviando las llamadas desde el móvil original al prestado y en situaciones especiales sin cobertura se proporciona telefonía móvil por satélite.

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GSM: FUNCIONES BGSM: FUNCIONES BÁÁSICAS (VII)SICAS (VII)

Funciones de gestión de red– Operación y Mantenimiento (gestión de alarmas,

estadísticas, software de elementos de red, reclamaciones de clientes, etc)

– Gestión de abonados (facturación, atención al cliente).

Gestión de los recursos radio− Asignación de frecuencias− Mediciones de señal− Saltos de frecuencia

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JERARQUJERARQUÍÍA EN LA RED GSMA EN LA RED GSM

Zona de sistema GSM : Es el nivel más alto, constituido por el área resultante de la unión de todas las zonas del mundo en las que se presta servicio GSM. El área de la zona GSM de España tiene un código, el MCC (Mobile Country Code), cuyo valor es 214.

Zona de servicio PLMN-GSM : Es el área geográfica servida por un operador GSM. El código MNC (MobileNetwork Code) de Telefónica Móviles España es el 07, el de Vodafone el 01 y el de Amena el 03.

Zona de conmutación: Es la superficie controlada por un MSC, es decir, el conjunto de zonas de cobertura de estaciones base conectadas al mismo MSC.

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JERARQUJERARQUÍÍA EN LA RED GSM (II)A EN LA RED GSM (II)

Zona de servicio PLMN-GSME:\Tektronix\CH1\Images\ANI_TEK_0103.gif

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JERARQUJERARQUÍÍA EN LA RED GSM (III)A EN LA RED GSM (III)

Zona de localización (LA=Location Area) : Es el área dentro de la cual una estación móvil puede moverse libremente sin que se modifique su registro de localización. Comprende varias estaciones base. Cuando es necesario alertar a un móvil para pasarle un mensaje o una llamada entrante, se le avisa por las estaciones base de la zona de localización.

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JERARQUJERARQUÍÍA EN LA RED GSM (IV)A EN LA RED GSM (IV)

Cada móvil realiza una actualización de localización cuando accede a una nueva LA. Un mismo MSC puede controlar varias LA y a la inversa, una LA puede depender de más de un MSC. El LAI es la identificación del área de localización. Consta de tres partes: el MCC, el MNC y el LAC.

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JERARQUJERARQUÍÍA EN LA RED GSM (V)A EN LA RED GSM (V)

CI (Cell Identity). Zona de celda o de estación base : Es el área cubierta por una estación base, dentro de la cual un móvil puede conectarse vía radio a esa estación base. Si se utiliza cobertura sectorizada con 2 ó 3 sectores, se definen 2 ó 3 áreas de celda servidas por otras tantas estaciones base. Cada estación base se identifica mediante el CI (Cell Identity).

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JERARQUJERARQUÍÍA EN LA RED GSM (VI)A EN LA RED GSM (VI)

CGI (Cell Global Identification). Incluye el MCC, MNC, LAC y CI. Ejem. 214-07-00201-00781

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ARQUITECTURA DE LA RED GSMARQUITECTURA DE LA RED GSM

Red GSM: Subsistemas

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ARQUITECTURA DE LA RED GSM (II)ARQUITECTURA DE LA RED GSM (II)

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ARQUITECTURA DE LA RED GSM (III)ARQUITECTURA DE LA RED GSM (III)

MS La estación móvil (Mobile Station)BSS Subsistema de estaciones base, (Base StationSubsystem) − BTS, BSC y Transcoders

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ARQUITECTURA DE LA RED GSM (IV)ARQUITECTURA DE LA RED GSM (IV)

NSS Subsistema de red y conmutación, (Networkand Switching Subsystem) – MSC, HLR, VLR, AuC, EIR

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ARQUITECTURA DE LA RED GSM (V)ARQUITECTURA DE LA RED GSM (V)

OSS Subsistema de operación y mantenimiento, (Operation and Support Subsystem).– OMC

Se encarga de multitud de tareas, entre las que se encuentran:– Obtención de información: Para planificar la evolución y

reestructuración de la red, manteniendo la calidad de servicio (por ejemplo estadísticas de tráfico)

– Configuración remota: Modificando los parámetros de funcionamiento de los distintos equipos de red, según las necesidades del momento

– Mantenimiento: Recibiendo y gestionando las alarmas de fallos y averías que se puedan producir

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ARQUITECTURA DE LA RED GSM (VI)ARQUITECTURA DE LA RED GSM (VI)

La gran complejidad de la red GSM, con un gran despliegue de equipos e instalaciones y un importante volumen de programas (software), requiere todo un subsistema que se encargue de velar por el correcto funcionamiento de todos estos elementos. Debido a la dispersión geográfica de muchos de ellos, es necesario que estas tareas de supervisión puedan llevarse a cabo de forma remota y centralizada.

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UNIDADES FUNCIONALES: MSUNIDADES FUNCIONALES: MS

Estación móvil (MS, UE:User Equipment)Es el equipo físico utilizado por el usuario de GSM para acceder a los servicios proporcionados por la red a través de la interfaz Um. Se identifica por su IMEI (International Mobile Equipment Identity). Como equipo, la MS proporciona la plataforma física para el acceso pero es anónima y no puede funcionar con la red hasta que se personaliza mediante la inserción de una SIM (Subscriber IdentityModule) donde figura, entre numerosas informaciones, la identidad del abonado, IMSI (International Mobile Subscriber Identity)

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UNIDADES FUNCIONALES:MS (II)UNIDADES FUNCIONALES:MS (II)

Componentes de un terminal móvil

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UNIDADES FUNCIONALES:MS (III)UNIDADES FUNCIONALES:MS (III)

Terminales monobanda: Funcionan únicamente en una banda de frecuencias, por ejemplo 900 MHz

Terminales multibanda: Funcionan en más de una banda de frecuencias: bibanda (900 y 1800 MHz), tribanda (900, 1800 y 1900 MHz)

Terminales monomodo: Funcionan en un único sistema de comunicaciones móviles

Terminales multimodo: Funcionan en más de un sistema, por ejemplo un terminal GSM/UMTS o un terminal AMPS/CDMA

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UNIDADES FUNCIONALES:MS (IV)UNIDADES FUNCIONALES:MS (IV)

Los terminales móviles disponen de una serie de capacidades que permiten a sus usuarios acceder a los distintos servicios ofrecidos por las operadoras sobre sus redes de comunicaciones móviles. Estas capacidades de servicio son de dos tipos:

Capacidades básicas: Son las que están presentes en todos los terminales y permiten utilizar los servicios básicos de las operadoras como son la telefonía vocal o el servicio de SMS

Capacidades avanzadas: Presentes en terminales más modernos y de gamas altas, permitiendo el acceso a nuevos servicios que van incorporando las operadoras (WAP,MMS, i-mode)

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UNIDADES FUNCIONALES:MS (V)UNIDADES FUNCIONALES:MS (V)

Capacidades de servicio básicas:

Telefonía vocal (códec Full Rate): opcionalmente pueden incorporar otros codecs como HR (Half Rate) y EFR (Enhanced Full Rate). Esta capacidad debe permitir la realización de llamadas vocales en cualquier red GSM

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UNIDADES FUNCIONALES:MS (VI)UNIDADES FUNCIONALES:MS (VI)

Servicios suplementarios: Estas capacidades de tipo opcional permiten a los usuarios acceder a los distintos servicios suplementarios que complementan al servicio de la telefonía vocal como por ejemplo la llamada en espera y el desvío de llamadas– Servicio de Mensajes Cortos (SMS): Tanto punto a punto

como de difusión de célula (CBS Cell Broadcast Service)

– Mensajes USSD (Unstructured Supplementary Service Data): Permiten intercambiar información entre el terminal y la red, siendo utilizados, por ejemplo, para la activación de los servicios suplementarios o para los servicios de pago con el teléfono móvil (ej: Mobipay)

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UNIDADES FUNCIONALES:MS (VII)UNIDADES FUNCIONALES:MS (VII)

Capacidades de servicio avanzadas

– Integración de los sistemas operativos y de las aplicaciones características de las agendas electrónicas o PDAs con las funcionalidades típicas de los terminales móviles: dan lugar a los denominados terminales de Mobile Computing como los Smart Phones y los Communicators.

– Incorporación de Entornos de Navegación y Ejecución de aplicaciones: permiten acceder a servidores de información y contenidos remotos, descargar aplicaciones y programas y ejecutarlos en el terminal.

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UNIDADES FUNCIONALES:MS (VIII)UNIDADES FUNCIONALES:MS (VIII)

– Incorporación de nuevas interfaces de comunicación: Permiten conectar los terminales con otros dispositivos como PCs y agendas electrónicas. Destacan el IrDA (Infrared Data Association), Bluetooth y los protocolos de comunicaciones por cable serie y USB (Universal Serial Bus).

– Integración de capacidades de otros dispositivos: radio FM, cámara etc.

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UNIDADES FUNCIONALES:MS (IX)UNIDADES FUNCIONALES:MS (IX)

Para permitir la conexión de los terminales GSM con otros equipos y dispositivos como ordenadores personales y agendas electrónicas, ya se han integrado en los terminales distintos protocolos estándar de comunicación por línea como:

– Protocolos de Tipo Serie: El más significativo es el estándar RS-232, que permite alcanzar velocidades del orden de 115 kbps. También podría emplearse en el futuro alguno de sus sucesores: RS-422, RS-423 y RS-485

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UNIDADES FUNCIONALES:MS (X)UNIDADES FUNCIONALES:MS (X)

– Protocolo USB (Universal Serial Bus):Estandarizado por los principales organismos y empresas del mundo de la informática y de las telecomunicaciones para satisfacer las necesidades de conexión de periféricos a los ordenadores personales, cumpliendo las especificaciones Plugand Play de Microsoft. Se han definido tres modelos distintos: High Speed (480 Mbps-USB 2.0), Full Speed (12 Mbps) y Low Speed (1,5 Mbps)

– Protocolo Firewire (IEEE 1394): Especificado por el IEEE, es similar a USB y está pensado para grandes transferencias de información, permitiendo velocidades entre 100 y 4000 Mbps

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UNIDADES FUNCIONALES:MS (IX)UNIDADES FUNCIONALES:MS (IX)

También se han desarrollado dos protocolos de comunicaciones inalámbricas que están cobrando gran importancia en los últimos tiempos: IrDA y Bluetooth.– IrDA (Infrared Data Association): Familia de

protocolos de comunicaciones mediante rayos infrarrojos en la ventana de 850 nm. Los dispositivos entre los que se efectúa la comunicación (por ejemplo, un terminal GSM y un PC) deben estar a una distancia máxima de 1 metro y uno enfrente de otro (el ángulo máximo permitido entre transmisor y receptor es de 30º). El protocolo empleado en la actualidad se denomina SIR (Slow Infrared) y permite velocidades de hasta 115,2 Kbps aunque se han especificado otros protocolos que proporcionan mayores tasas de transmisión.

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UNIDADES FUNCIONALES: SIM UNIDADES FUNCIONALES: SIM

SIM (Subscriber Identity Module)Contiene la siguiente información del sistema GSM: Parámetros como el IMSI, MSISDN y TMSI que identifican al abonado en la red, lista de frecuencias de las células vecinas, información de localización (identidad de área de localización LAI), algoritmos (algoritmos de autentificación A3 de obtención de la clave kc (A8) y de cifrado (A5)), autenticación para acceder al terminal (parámetros PIN, Personal Identification Number, PUK, Personal UnblockingKey) y a la red (ki), PLMN no autorizadas e información del usuario como la agenda, SMS recibidos y enviados, servicios GSM adicionales etc.

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UNIDADES FUNCIONALES:BTSUNIDADES FUNCIONALES:BTS

Estaciones base (BTS)Constituidas por los equipos transmisores/receptores de radio (transceptores), los elementos de conexión al sistema radiante (combinadores, multiacopladores, cables coaxiales), las antenas y las instalaciones accesorias (torres soporte, pararrayos, tomas de tierra, etc..). Debido a que funcionan en lugares donde no hay mantenimiento “in situ”, los equipos de BTS deben ser sencillos, fiables, duraderos y de coste moderado

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UNIDADES FUNCIONALES:BTS (II)UNIDADES FUNCIONALES:BTS (II)

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UNIDADES FUNCIONALES:BTS (III)UNIDADES FUNCIONALES:BTS (III)

Estaciones base de intemperie

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UNIDADES FUNCIONALES:BTS (IV)UNIDADES FUNCIONALES:BTS (IV)

Estación base “indoor”(picocélulas)

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UNIDADES FUNCIONALES:BTS (V)UNIDADES FUNCIONALES:BTS (V)

Cableado de RF entre cabeza de bastidor y antena

GSM

Basiccabinet

DCS

Extensioncabinet

6 TRX 6 TRX

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UNIDADES FUNCIONALES:BTS (VI)UNIDADES FUNCIONALES:BTS (VI)

Para reducir el impacto visual de las estaciones base se llevan a cabo una serie de actuaciones como:– Evaluar la sensibilidad visual del lugar de localización de

la antena para seleccionar el emplazamiento menos impactante

– Reutilizar las infraestructuras existentes– Reducir el número de antenas por emplazamiento– Compartir las infraestructuras– Aplicar las técnicas básicas de integración, camuflaje y

ocultación

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UNIDADES FUNCIONALES:BTS (VII)UNIDADES FUNCIONALES:BTS (VII)

Integración: Se consigue que el elemento se transforme en un elemento más del paisaje.

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UNIDADES FUNCIONALES:BTS (VIII)UNIDADES FUNCIONALES:BTS (VIII)

Camuflaje: Se modifican las características de la estación base de modo que parezca lo que no es.

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UNIDADES FUNCIONALES:BTS (IX)UNIDADES FUNCIONALES:BTS (IX)

Ocultación: Se instala la antena de modo que no sea visible.

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SECTORIZACISECTORIZACIÓÓNN

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COBERTURACOBERTURA

Cobertura en estaciones de tren y metro.

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COBERTURA (II)COBERTURA (II)

Cobertura en elinterior de edificios

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COBERTURA (III)COBERTURA (III)

Arquitectura picocelular en interior de edificios.

picocélulas

Radioenlace

de microondas

hub

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COBERTURA (IV)COBERTURA (IV)

Cobertura en calles y plazas comerciales.

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COBERTURA (V)COBERTURA (V)

Cobertura en centros metropolitanos.

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COBERTURA (VI)COBERTURA (VI)

picocélulas

Cobertura en “hot spots” (áreas comerciales, aeropuertos etc).

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COBERTURA (VII)COBERTURA (VII)

Cobertura en carreteras y zonas rurales

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TIPOS DE ANTENASTIPOS DE ANTENAS

Antena sectorial de panel.

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TIPOS DE ANTENAS (II)TIPOS DE ANTENAS (II)

Antena de interiores, colineal y de panel.

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TIPOS DE ANTENAS (III)TIPOS DE ANTENAS (III)

Ejemplo de diagramas de radiación.

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UNIDADES FUNCIONALES:BSCUNIDADES FUNCIONALES:BSC

Controlador de estaciones base (BSC)

Elemento de red que se encarga de la gestión de varias BTS en lo relativo a los recursos radio : asignación, utilización y liberación de las frecuencias,ciertos tipos de traspasos, control de potencia etc... También puede realizar ciertas funciones de conmutación

Se interacciona con él a través del OMC para labores de operación y mantenimiento. También recoge todo tipo de estadísticas y alarmas tanto de su propio funcionamiento como de las BTS que controla para detectar posibles problemas en la red radio

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UNIDADES FUNCIONALES:BSC (II)UNIDADES FUNCIONALES:BSC (II)

Arquitectura funcional del BSC

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UNIDADES FUNCIONALES:TRAUUNIDADES FUNCIONALES:TRAU

TRAU (Transcoder)Es la unidad de transcodificación/adaptación de velocidadEn la interfaz Abis, cada canal de voz tiene una velocidad de 16 kbit/s mientras que en la interfaz A la velocidad es de 64 kbit/s. La TRAU se encarga de la conversión de velocidades para poder adaptar la velocidad entre ambas interfaces.

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UNIDADES FUNCIONALES:TRAU (II)UNIDADES FUNCIONALES:TRAU (II)

Transcodificación (Full rate)

Transcodificación (Full o Half Rate)

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UNIDADES FUNCIONALES:MSCUNIDADES FUNCIONALES:MSC

Centro de conmutación de móviles (MSC):Es, en esencia, una central telefónica que realiza las funciones de encaminamiento y conmutación de llamadas para las MS situadas en su demarcación. Además, proporciona las funciones adicionales necesarias para sustentar la movilidad y organizar la asignación de los recursos radioeléctricos y realizar los traspasos de llamadas entre BTS controladas por distintas MSCs

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UNIDADES FUNCIONALES:MSC (II)UNIDADES FUNCIONALES:MSC (II)

Las G-MSC (Gateway-MSC) son aquellas MSC dotadas de una funcionalidad adicional encargadas de dar acceso a redes externas a la propia PLMN.Otras MSCs incorporan funcionalidades más especializadas para el procesado y encaminamiento de los mensajes cortos (SMS-IW-MSC y SMS-G-MSC).

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UNIDADES FUNCIONALES:HLRUNIDADES FUNCIONALES:HLR

Registro general de abonados (HLR)

Es una base de datos donde están inscritos todos los clientes de un operador, que se utiliza para la gestión de los abonados móviles. El HLR contiene información estática: toda la información administrativa de cada abonado (parámetros de identificación, servicios contratados, limitaciones de servicio) junto con los datos de localización del mismo (información dinámica: direcciones del VLR y del MSC e identidad temporal de la MS).

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UNIDADES FUNCIONALES:VLRUNIDADES FUNCIONALES:VLR

Registro de abonados itinerantes (VLR): Base de datos, asociada a un MSC, donde se almacena información dinámica (temporal) sobre los usuarios transeúntes en el área geográfica cubierta por la MSC. Cuando un MS itinerante entra en una zona de MSC, éste lo notifica al VLR asociado. El MS recibe una dirección de visitante que sirve para encaminar las llamadas destinadas a ese móvil.El VLR contiene otras informaciones necesarias para el tratamiento de las llamadas desde/hacia el móvil como los datos de los servicios contratados por el usuario, identificación completa del cliente, estado del terminal (apagado, registrado), restricciones...etc..

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UNIDADES FUNCIONALES:VLR (II)UNIDADES FUNCIONALES:VLR (II)

Por tanto, la información de cada cliente se almacena en un HLR único, entre todos los que existen en la red, dependiendo de la numeración que posea. El HLR contiene una “ficha” con la información de cada abonado. Cuando éste se mueve por la red, se hace una copia de esta ficha en el VLR de la zona en que se encuentra dicho abonado, teniéndole de esta forma localizado.

Cuando realiza una llamada, si la información sobre él estáactualizada en el VLR de la zona en donde se encuentra, no es necesario que intervenga el HLR. Sin embargo, cuando recibe una llamada, siempre es necesario que intervenga el HLR pues es el único que sabe en qué VLR se encuentra dicho cliente

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UNIDADES UNIDADES FUNCIONALES:AuCFUNCIONALES:AuC

Centro de autentificación (AuC):

Base de datos en donde se guardan las identidades IMSI de los clientes junto con la clave secreta de identificación ki de cada usuario, el cual tiene almacenada en la tarjeta SIM de su teléfono móvil una copia de ki.

El AuC está asociado al HLR y proporciona la información necesaria para la validación de los usuarios por parte de la red.

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UNIDADES FUNCIONALES:EIRUNIDADES FUNCIONALES:EIRRegistro de identidad de equipos (EIR):

Base de datos que contiene las identidades de los equipos móviles, IMEI (International Mobile Equipment Identity). El IMEI permite identificar cada terminal internacionalmente de forma unívoca. Incluye, junto a otra información, el código del fabricante y el número de serie del equipo. También se almacena en la memoria del terminal. Cuando un MS trata de realizar una llamada, el MSC consulta al EIR la validez del IMEI de ese equipo.

Contiene tres tipos de listas– Lista blanca: terminales autorizados para el acceso a la red– Lista gris: terminales en observación (fallos, irregularidades)– Lista negra: terminales que tienen prohibido el acceso a la red

(por ejemplo por haber sido robados)

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UNIDADES FUNCIONALES:OMCUNIDADES FUNCIONALES:OMC

Centro de Operación y Mantenimiento (OMC): Desde él se realizan y supervisan las funciones de control y gestión de la red de carácter técnico y/o administrativo.

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CONCEPTO DE SECONCEPTO DE SEÑÑALIZACIALIZACIÓÓNNSeñalización: Información de control y de servicio que debe intercambiarse entre los terminales y los elementos de red y entre los propios elementos de red para:

– Establecer llamadas informando al usuario llamante acerca del progreso de la llamada y del estado del destinatario de la misma (comunicando, libre, sin cobertura), proporcionar información al usuario llamado avisándole de que le estáentrando una llamada, mantener la comunicación en curso y liberar llamadas

– tarificación, servicios suplementarios (buzón, desvíos, envío de SMSs)

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SISTEMAS DE SESISTEMAS DE SEÑÑALIZACIALIZACIÓÓNN

Sistema de señalización: Se ocupa de facilitar y gestionar el intercambio de información de control entre los distintos elementos de la red, facilitando el funcionamiento coordinado de todos ellos. Incluye los medios de transmisión, el conjunto de señales intercambiables entre nodos y procedimientos estructurados que regulan el intercambio de información y las acciones a tomar por cada nodo.

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PROTOCOLOS DE SEPROTOCOLOS DE SEÑÑALIZACIALIZACIÓÓN EN GSMN EN GSM

MM

CM

RR

LAPDm

Capa 1 Capa 1 Capa 1

LAPDm LAPD

RR’ BTSM

Capa 1

LAPD

BTSM

RR

Capa 1

MTP

SCCP

BSSMAP

Capa 1

MTP

SCCP

BSSMAP

MM

CM

Capa 1

MTP

SCCP

TCAP

MAP

Capa1

MTP

T

U

P

/

I

S

U

P

MS

BTS

BSC

MSCBSS

Um Abis AHacia VLR, HLR, PSTN, GMSC

DTAP

BSSAP

NIVEL 1

NIVEL 2

NIVEL 3

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PLATAFORMAS DE SERVICIOPLATAFORMAS DE SERVICIO

Las operadoras están continuamente creando nuevos servicios y lanzándolos al mercado. Las plataformas de servicio son potentes computadoras conectadas a la red cuya misión es facilitar la creación, desarrollo y prestación de servicios sofisticados, independizándolos de la red, sin tener que estar modificando la red en cada ocasión.

De este modo, los creadores y desarrolladores de un servicio pueden ir desarrollándolo en la plataforma sin que la red se vea afectada. Cuando el servicio esté listo y haya sido probado en una maqueta (una reproducción parcial y a escala de la red), se llevará a cabo la conexión de la plataforma a la red, comprobándose que funciona correctamente mediante una prueba piloto antes de su definitivo lanzamiento comercial

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PLATAFORMAS DE SERVICIO (PLATAFORMAS DE SERVICIO (IIII))Una vez en red, las plataformas permiten la introducción de nuevas funcionalidades en el servicio sin que la red se vea afectada, logrando un aislamiento perfecto entre red y servicios.

Las principales plataformas presentes en las operadoras de GSM son:

Plataforma de Prepago: Modalidad de contratación en la que el cliente desembolsa una cierta cantidad (saldo) antes de acceder a los servicios de la red

Centro de Mensajes Cortos: Almacenan y envían a sus destinatarios los mensajes cortos (SMS) generados por los usuarios

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PLATAFORMAS DE SERVICIO (PLATAFORMAS DE SERVICIO (IIIIII))

Buzón de voz: Almacenan los mensajes de voz y permiten su escucha a sus destinatarios

Centro USSD: Permite la activación de distintos servicios suplementarios (desvío de llamadas, llamada en espera etc) y utilizar otros servicios como Mobipay (utilizar el terminal como medio de pago)

Plataforma WAP: Facilita el acceso a Internet desde el terminal móvil

Otras plataformas presentes son el CBC y la de servicios basados en localización.

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CENTRO DE MENSAJES CORTOSCENTRO DE MENSAJES CORTOS

El servicio de SMS consiste en el envío y recepción de mensajes de texto alfanuméricos entre dos móviles o entre un móvil y una estación fija (PC, estación UNIX..)

Los Centros de Mensajes Cortos (SMSC) tienen dos misiones fundamentales:

Recibir los SMS enviados por los usuarios y dirigirlos hasta su destinatario

Almacenar aquellos mensajes destinados a usuarios que no se encuentran conectados a la red en ese momento para enviárselos cuando se conecten

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CENTRO DE MENSAJES CORTOS (II)CENTRO DE MENSAJES CORTOS (II)

Plataforma del Servicio de SMS (SMSC). Su funcionalidad es la gestión de los mensajes cortos: recibe los mensajes, los almacena y los envía a su destino final. Se conecta con la red GSM a través de los MSCs y HLRs

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CENTRO DE MENSAJES CORTOS (III)CENTRO DE MENSAJES CORTOS (III)

Los elementos que constituyen la plataforma son:– Núcleo: Alberga la inteligencia de la plataforma que le

permite dirigir los mensajes a sus destinatarios– Base de datos: Almacena los SMS hasta su envío– Interfaz hacia la red GSM a través de la cual se envían y

reciben los SMS– Interfaz hacia otros sistemas

como plataformas de facturación– Comunicación con aplicaciones

externas para, por ejemplo,envío y recepción de SMS desde Internet, chat SMS etc

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CENTRO DE MENSAJES CORTOS (IV)CENTRO DE MENSAJES CORTOS (IV)

Mensaje SMS de MS a MS– El MS transmite el mensaje

corto que llega a través de la red GSM al SMSC, en el seno de un mensaje de señalización MAP denominado “Forward Mobile Originated Short Message”

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CENTRO DE MENSAJES CORTOS (V)CENTRO DE MENSAJES CORTOS (V)

– El SMSC confirma la recepción del mensaje (si se ha producido con éxito) en un mensaje de señalización MAP llamado “Result Message”

– El SMSC solicita al HLR la información de ruta “Routing Information” necesaria para dirigir el SMS a su destinatario y envía el SMS a través del MSC, BSC y BTS correspondientes, en el seno de un mensaje de señalización MAP denominado “Forward Short Message”

– El MS confirma la recepción del mensaje generándose en la central MSC un mensaje de notificación de entrega “Result Message” que se envía al SMSC

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PLATAFORMA DE BUZPLATAFORMA DE BUZÓÓN DE VOZN DE VOZ

El buzón de voz permite a los usuarios recoger las llamadas entrantes en un dispositivo automático que se activa cuando el usuario tiene habilitadas las opciones necesarias y se dan unas condiciones predeterminadas (abonado ocupado, no responde, terminal desconectado)

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PLATAFORMA DE BUZPLATAFORMA DE BUZÓÓN DE VOZ (II)N DE VOZ (II)Las plataformas que soportan el buzón de voz están conectadas a los MSC, que encaminará las llamadas dirigidas a este servicio. Dicha plataforma tiene una serie de capacidades y funciones:

– Recoger, almacenar y recuperar los mensajes de voz– Notificar a los usuarios que tienen mensajes pendientes– Locuciones grabadas que guían al usuario en su acceso al

buzón– Detección de tonos DTMF: tonos que genera el teléfono

cuando pulsamos sus teclas, por ejemplo para borrar mensajes, volverlos a escuchar etc

– Reconocimiento del habla: Detección de voz y procesado de órdenes

– Gestión de claves para acceso personalizado y restringido al buzón

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CAMELCAMELHasta ahora, cuando un cliente utilizaba los servicios de su operadora en el extranjero, por ejemplo el buzón de voz, en lugar de marcar el número propio habitual necesitaba marcar un número mucho más largo que comprendía el prefijo del país de origen y nueve dígitos más. Esto ya se ha solucionado con las capacidades de inteligencia de red proporcionadas por la tecnología CAMEL (Customised Applications for Mobilesnetwork Enhanced Logic)

CAMEL permite a los usuarios de teléfonos móviles seguir usando los servicios de su operadora cuando se encuentran en otro país. Para ello, utiliza la capacidad de red inteligente convencional, incorporando nuevas funciones de comunicación con algunos elementos característicos de las redes móviles, como las bases de datos de abonados HLR.

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CAMEL (II)CAMEL (II)

Así, al marcar por ejemplo el número 609 de atención al cliente de MoviStar en otro país, los elementos de red inteligente de ese país, detectan que un usuario español ha marcado ese número y se ponen en contacto con los elementos de la red española para prestar el servicio solicitado.

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LAS FUNCIONES DE GSMLAS FUNCIONES DE GSM

En GSM se definen cinco funciones principales:

– Transmisión

– Gestión de los recursos radio (RR)

– Gestión de la movilidad (MM)

– Gestión de la conexión (CM)

– Operación y mantenimiento (O&M)

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TOPOLOGTOPOLOGÍÍA DE CONEXIA DE CONEXIÓÓNN

Se denomina topología a la estructura de conexión física de las BTS al BSC.Un elemento muy importante para poder realizar las distintas topologías es el transconector digital, DXX (Digital Cross Connector).El DXX es una entidad que permite combinar canales (intervalos temporales) que le llegan de diferentes PCM de entrada en una única o varias PCM de salida mediante conexiones semipermanentesPueden utilizarse tanto líneas enterradas como radioenlaces

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TOPOLOGTOPOLOGÍÍA DE CONEXIA DE CONEXIÓÓN (II)N (II)

BSC

BTSBTSBTS

BTS

DXX

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TOPOLOGTOPOLOGÍÍA DE CONEXIA DE CONEXIÓÓN (III)N (III)

Ejemplo de topología de conexión

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TOPOLOGTOPOLOGÍÍA DE CONEXIA DE CONEXIÓÓN (IV) N (IV)

Conexión en estrella: En este caso la configuración física coincide con la lógica, todas las BTS van directamente conectadas al BSC.

Configuración en estrella remota: Una BTS actúa como concentrador de otras cercanas a ella.

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TOPOLOGTOPOLOGÍÍA DE CONEXIA DE CONEXIÓÓN (V)N (V)

Conexión en anillo: Es la más fiable junto a la de estrella, al proporcionar un camino alternativo para cada BTS

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TOPOLOGTOPOLOGÍÍA DE CONEXIA DE CONEXIÓÓN (VI)N (VI)

Conexión en cascada: Las BTS se encadenan una a otra. Permite un ahorro muy grande en el coste de los enlaces

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TOPOLOGTOPOLOGÍÍA DE CONEXIA DE CONEXIÓÓN (VII)N (VII)

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GESTIGESTIÓÓN DE LOS RECURSOS RADION DE LOS RECURSOS RADIO

El papel de esta función es establecer, mantener y liberar los enlaces de comunicación entre los móviles y la MSC. Esta función reside principalmente en los móviles y BTS, pero como la conexión debe mantenerse aunque el usuario se mueva de una célula a otra, la BSC y la MSC, en el caso de los traspasos (handovers), también se ven implicadas en este tipo de función.

Otras responsabilidades de la gestión de recursos radio es gestionar el espectro de frecuencias y reaccionar ante el cambio de las condiciones de transmisión en la interfaz radio para lo cual se tienen diversos procedimientos:

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GESTIGESTIÓÓN DE LOS RECURSOS RADIO (II) N DE LOS RECURSOS RADIO (II)

Gestión del espectro de frecuencias:– Asignación, cambio y liberación de canal– Salto en frecuencia (frequency hopping)– Transmisión y recepción discontínua

Reacción ante las condiciones de transmisión radio:– Traspasos (handover)– Control de potencia– Avance temporal (timing advance)

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TRASPASOTRASPASO

Al moverse por la zona de cobertura de la red, los terminales cambian frecuentemente de célula. Para garantizar la continuidad de las comunicaciones en curso, se utiliza el procedimiento de traspaso (handover) que es aquel proceso de cambio de los recursos asignados en un principio a la comunicación. Hay cuatro tipos:

– Traspaso a otro canal de la misma célula (intracell)– Traspaso a otra célula de la misma BSC (intra BSC)– Traspaso a otra célula de la misma MSC pero de distinta

BSC (inter BSC, intra MSC)– Traspaso a otra célula controlada por otra MSC (inter

MSC)

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TRASPASO (II)TRASPASO (II)Tipos de traspaso en función del elemento de red implicado

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TRASPASO (III)TRASPASO (III)

Ejemplo: Traspaso Inter-MSC– El usuario se encuentra en la frontera entre las dos células– La BSC1, con la que se está comunicando el móvil, decide

iniciar el traspaso y se lo comunica al MSC1– El MSC1 solicita el traspaso al MSC2 indicándole el código

de la BSC2– El MSC2 establece los enlaces correspondientes con la

BSC2 y con la MSC1. La comunicación todavía se mantiene por los enlaces iniciales

– Se ejecuta el traspaso: desde el MSC2 se comunica al móvil, a través de la BSC1 que comience a comunicarse con la BTS correspondiente a la nueva célula, utilizando el canal asignado por la BSC2

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TRASPASO (IV)TRASPASO (IV)

Para determinar si es necesario realizar un traspaso, el terminal móvil y la BTS realizan continuamente medidas de potencia, calidady avance temporal (timing advance) de la señal que reciben. Además el terminal realiza medidas de las señales recibidas de las células vecinas.El terminal envía los resultados de sus medidas a la BTS y ésta a su vez a la BSC. Cuando estas medidas se sitúan por debajo delos umbrales definidos por el operador, la BSC inicia el procedimiento de traspaso.

Celdas adyacentes

A

B

S

Celda

servidora

C

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TRASPASO (V)TRASPASO (V)

Los traspasos intracelulares e intra-BSC son controlados por ella misma de forma autónoma para evitar intercambio innecesario de señalización, mientras que los inter-BSC e inter-MSC requieren la participación del MSC correspondiente.Es esencial que el MS identifique las BTS próximas que estámidiendo. Debido a la intensa reutilización de las frecuencias, puede haber portadoras f que, ocasionalmente, se reciban con niveles similares, pero que corresponden a una célula próxima y a otra u otras alejadas. La MS debe medir la célula próxima y saber que lo hace así. Para solventar este problema se utiliza un parámetro denominado BSIC (Base Station Identification Code)=NCC (Network Color Code)+BCC (BTS Color Code). Así, el MS sabe si la célula es de su PLMN y si es próxima, ya que posee los BCC de éstas.

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TRASPASO (VI)TRASPASO (VI)

cell adjacent cell

adjacent cell

adjacent cell serving cell

co-channel interference

f1’ f4

f3f2

f1

adjacent cell

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TRASPASO (VII)TRASPASO (VII)

Causas de traspasos o handover

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GESTIGESTIÓÓN DE LA MOVILIDADN DE LA MOVILIDAD

Las redes móviles deben permitir la comunicación entre usuarios aunque éstos accedan a la red en cada ocasión desde diferentes puntos. Por tanto, la red necesita conocer la posición de cada usuario para saber que estación base es la adecuada para cursar la comunicación.

La gestión de la movilidad es la función encargada de todos los aspectos relacionados con la movilidad de los usuarios, especialmente la localización de los clientes y los procesos de autenticación y seguridad (cifrado)

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GESTIGESTIÓÓN DE LA MOVILIDAD (II)N DE LA MOVILIDAD (II)

En la gestión de la movilidad existen tres tipos de actuaciones en función del estado del terminal:

Sin registro: El terminal está apagado y se enciende dentro del área de cobertura o estaba fuera de esta área y entra en ella. En este caso deberá registrarse en la red par que ésta conozca su posición.

Registrado sin comunicación (idle): El terminal está registrado en la red pero sin ninguna comunicación en curso. Cuando la red necesite establecer una comunicación con el terminal, lo buscará en todas las células del área de localización en que esté registrado. El HLR contiene una ficha con la información de cada usuario, de forma que cuando éste se mueve por la red, se hace una copia de dicha ficha en el VLR de la zona en que se encuentra. Asi se consigue tenerle localizado de modo que se puedan establecer adecuadamente las comunicaciones originadas o acabas en él.

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GESTIGESTIÓÓN DE LA MOVILIDAD (III)N DE LA MOVILIDAD (III)

Registrado con comunicación (busy): El terminal estámanteniendo una comunicación. En este caso, debe garantizarse la continuidad de la comunicación cuando el terminal se desplace por la zona de cobertura, solventando los cambios de célula mediante el mecanismo de traspaso.

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GESTIGESTIÓÓN DE LA LOCALIZACIN DE LA LOCALIZACIÓÓNN

Cuando se enciende un móvil, realiza un procedimiento de actualización de la localización, indicando su IMSI a la red. Es lo que se conoce como un “IMSI attach”.

También se hace lo mismo cuando cambia de área de localización (LAC) o de PLMN.

Por último, se vuelve a realizar de forma periódica cada cierto tiempo y si el móvil no responde se le desregistra.

Cuando un móvil se apaga, lo indica a la red con un IMSI Detach para informar que no está alcanzable

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AUTENTICACIAUTENTICACIÓÓN Y SEGURIDADN Y SEGURIDAD

En el proceso de autenticación participan la SIM y el AuC. Se utiliza una clave secreta almacenada en ambos. Esta clave, junto con un número aleatorio y el algoritmo A3 se utilizan para crear otra respuesta que debe coincidir en el AuC y en la SIM para que la autenticación tenga éxito.

También puede identificarse al terminal; en este caso la red pide que se envíe el IMEI (International MobileEquipment Identity)

El cifrado encripta la información de usuario en la interfaz radio y se realiza tras el proceso de autentificación

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IDENTIDADES Y NIDENTIDADES Y NÚÚMEROS DE ABONADO Y REDMEROS DE ABONADO Y RED

Para los procesos de autentificación de usuarios y encaminamiento de las llamadas se han establecido los siguientes números:

IMSI (International Mobile Subscriber Identity): Es la identidad internacional de cada cliente, único a nivel mundial, indicando a que red GSM pertenece y en que país está esa red. Se almacena en el HLR y en la SIM.

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IDENTIDADES Y NIDENTIDADES Y NÚÚMEROS DE ABONADO Y RED MEROS DE ABONADO Y RED (II)(II)

TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity): Como el IMSI se difunde por la interfaz radio, para preservar la confidencialidad, una vez registrado un abonado en GSM, el VLR le asigna una identidad ficticia, el TMSI, el cual se utiliza en todos los procedimientos posteriores y se actualiza cada vez que se cambia de LAC

MSISDN (Mobile Subscriber ISDN Number): Es el número de teléfono de cada cliente e incluye el prefijo nacional, identificándolo de forma única. Se almacena en el HLR y en la SIM del terminal ej: 34 609 090716

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IDENTIDADES Y NIDENTIDADES Y NÚÚMEROS DE ABONADO Y RED MEROS DE ABONADO Y RED (III)(III)

MSRN (Mobile Station Roaming Number): Es el número de itinerancia o seguimiento del cliente móvil y permite a la MSC en que se encuentra registrado el móvil que origina la comunicación o a la GMSC, en el caso de que la comunicación proceda de otra red, encaminar dicha comunicación hasta llegar al usuario de la red GSM destinatario de la misma. Lo genera el VLR en que se encuentra registrado el usuario a petición del HLR. El HLR a su vez lo envía a la MSC o a la GMSC correspondiente para que encamine la comunicación.

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GESTIGESTIÓÓN DE LA CONEXIN DE LA CONEXIÓÓNN

Se ocupa de los procesos relativos al establecimiento y control de las llamadas y servicios suplementarios asociados. Consta de tres entidades:– control de la llamada (responsable del establecimiento,

mantenimiento y liberación, modificaciones del servicio, cambio de voz a datos...)

– gestión de servicios suplementarios (tratamiento de servicios como llamada en espera, reencaminamiento en ausencia de respuesta...)

– gestión del servicio de mensajes cortos

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FASES DE UNA LLAMADA ORIGINADA EN FASES DE UNA LLAMADA ORIGINADA EN MMÓÓVILVIL

− Registro− Solicitud de Servicio− Autentificación− Cifrado− Validación del equipo− Establecimiento de la llamada− Traspasos− Liberación

Alguna de estas fases pueden no tener lugar en una llamada concreta. Todas se basan en intercambios de señalización entre los distintos elementos de la red

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LLAMADA DE MOVIL A MOVILLLAMADA DE MOVIL A MOVIL

El usuario llamante, previamente registrado en la red GSM, marca el número del destinatario (MSISDN).

El terminal móvil contacta con la estación base que recibe a mayor potencia (normalmente la más cercana) y solicita un canal. La red le concede un canal de señalización

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LLAMADA DE MOVIL A MOVIL (II)LLAMADA DE MOVIL A MOVIL (II)

Utilizando este canal de señalización, el terminal realiza una petición de servicio, que en este caso es la llamada, que llega hasta el VLR.Seguidamente se lleva a cabo la autenticación del usuario llamante y se comprueba que su terminal es válido. Además se generan las claves que se emplearán en el resto del proceso para cifrar y proteger las comunicacionesFinalizados los procesos anteriores, el terminal transfiere el número del destinatario (MSISDN) al MSC, a través de la BTS y el BSC. En el VLR asociado al MSC se comprueba si la llamada es válida y si el abonado no tiene ninguna restricción al respecto. Superado este análisis, el MSC establece el canal de tráfico hasta el terminal origen

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LLAMADA DE MOVIL A MOVIL (III)LLAMADA DE MOVIL A MOVIL (III)

Simultáneamente el MSC inicia la búsqueda del destinatario. Supongamos que es otro cliente móvil de la misma red que el llamante. En este caso, el MSC interroga al HLR de la red y éste consulta en su base de datos y averigua en que MSC/VLR se encuentra el usuario llamado. Tras esto, se pone en contacto con el VLR solicitándole el MSRN correspondiente al usuario llamado.

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LLAMADA DE MOVIL A MOVIL (IV)LLAMADA DE MOVIL A MOVIL (IV)El VLR genera el MSRN en cuestión y lo envía al HLR y éste a su vez a la MSC en que se encuentra el usuario llamante. Con este parámetro, la MSC ya es capaz de encaminar la llamada hasta la MSC donde se encuentra el destinatario

Este MSC consulta a su VLR asociado la situación del destinatario. Una vez conocida ésta, se pone en contacto con el BSC correspondiente, que se encarga, a través de un conjunto de BTSs, de avisar al móvil del destinatario de que tiene una llamada: el móvil suena

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LLAMADA DE MOVIL A MOVIL (V)LLAMADA DE MOVIL A MOVIL (V)

Si el usuario acepta la llamada se establece el canal de tráfico hasta él, quedando establecida la comunicación y los dos usuarios pueden hablar

Cuando uno de los cuelga se inicia el proceso de liberación de los recursos utilizados que pasan a estar disponibles para una nuevacomunicación

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LLAMADA EN ITINERANCIALLAMADA EN ITINERANCIA

Con el objetivo de ampliar los límites de la movilidad más allá de las fronteras de cada país, el estándar GSM incluye una serie de procedimientos de itinerancia o roaming que permiten a los clientes de una operadora GSM utilizar las redes de todas aquellas operadoras que hayan suscrito acuerdos con la suya.

El encaminamiento de una llamada desde un usuario que se encuentra en su país dirigida a otro de su misma red que se encuentra en itinerancia sigue el siguiente proceso:

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LLAMADA EN ITINERANCIA (II)LLAMADA EN ITINERANCIA (II)

El usuario llamante marca el MSISDN del usuario llamadoEl MSC de la zona en que se encuentra el usuario llamante recibe este número y lo envía al HLR en que se encuentra la información del usuario llamado, preguntándole dónde se encuentra éste.El HLR consulta su base de datos y averigua en que MSC/VLR se encuentra el usuario llamado. Como respuesta obtiene que éste está en un MSC/VLR de la red francesa.

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LLAMADA EN ITINERANCIA (III)LLAMADA EN ITINERANCIA (III)

Tras esto, se pone en contacto con este VLR (a través de los GMSCs de las dos redes y de las centrales internacionales correspondientes ISCs) y le solicita el MSRN correspondiente al usuario llamado.El VLR francés genera el MSRN en cuestión y lo envía al HLR español, éste a su vez lo remite al MSC en que se encuentra el usuario llamanteAl recibir este parámetro, el MSC ya es capaz de encaminar la llamada hasta el usuario llamado, estableciéndose la comunicación

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OPERACIOPERACIÓÓN Y MANTENIMIENTON Y MANTENIMIENTO

Esta función tiene a su cargo las funciones de gestión de red tanto técnico como administrativo y comercial (abonados, facturación, estadísticas, seguridad, mantenimiento...)

El OMC proporciona el acceso a los elementos de la red GSM para la operación y mantenimiento remotos

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INTERFAZ RADIOINTERFAZ RADIO

En radiotelefonía móvil los enlaces radio son dúplex, empleándose dos frecuencias distintas, una para el enlace móvil-base (enlace ascendente o uplink) y otra para el enlace base-móvil (enlace descendente o downlink). Cada pareja de frecuencias es un radiocanal.

La señal empleada en GSM se modula digitalmente utilizando la modulación GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying). Se trata de una modulación de fase, en la que la señal moduladora es filtrada con un filtro gaussiano. De este modo se consigue que la mayor parte de la señal modulada quepa en menos de 200 KHz. Gracias a esto, la canalización en GSM se realiza en radiocanales de 200 KHz de ancho de banda

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INTERFAZ RADIO (II)INTERFAZ RADIO (II)

Para la explotación del GSM se han reservado varias bandas de frecuencias:

– GSM 900 (124 radiocanales)• inferior 890-915 MHz• superior 935-960 MHz

– E-GSM (49 radiocanales)• inferior 880-890 MHz• superior 925-935 MHz

– GSM 1800 (374 radiocanales)• inferior 1710-1785 MHz• superior 1805-1880 MHz

– GSM 1900 ( radiocanales, banda PCS: Personal Communicat. System)

• inferior 1850-1910 MHz• superior 1930-1990 MHz

Fuplink (n)=890 + 0,2 n

Fdownlink (n)= Fuplink(n) + 45 1 ≤ n ≤ 124

Fuplink (n)=1710,2 + 0,2 ( n – 512 )

Fdownlink (n)= Fuplink(n) + 95 512 ≤ n ≤ 885

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INTERFAZ RADIO (III)INTERFAZ RADIO (III)

Se ha propuesto la utilización de otras bandas de frecuencia en GSM como la banda de 800 MHz pensando en el mercado americano en el que se utiliza esta banda para comunicaciones móviles, y la de 400 MHz pensando en los operadores que desean modernizar sus redes analógicas NMT-400.

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INTERFAZ RADIO (IV)INTERFAZ RADIO (IV)

La interfaz radio GSM utiliza un método de acceso múltiple que combina por un lado el acceso por división en frecuencia (FDMA) y por otro el acceso por división en el tiempo (TDMA)

Cada portadora de RF sustenta una trama temporal (TDMA) constituida por ocho intervalos de tiempo (time slots) numerados del 0 al 7 que se utilizan para llevar información de usuarios y señalización móvil-red.

La señal digital transmitida/recibida en un intervalo se denomina ráfaga (burst) y se modula en GMSK

E:\Inacon\CH1\Images\AN_1501_Zeiger.gif

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INTERFAZ RADIO (V)INTERFAZ RADIO (V)

Se denomina canal físico a cada uno de los ocho intervalos temporales en que se divide un radiocanal de 200 KHz. Si una estación base tiene N radiocanales (N frecuencias portadoras), puede ofrecer 8xN canales físicos. Un canal físico se puede dividir a su vez en diferentes bloques lógicos que se utilizan con fines distintos. Cada una de estas divisiones es un canal lógico. Los canales lógicos pueden ser de dos tipos: de tráfico (transportan datos de usuario) o de señalización y su contenido (información) es el que se inserta sobre los canales físicos

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CANALES LCANALES LÓÓGICOS EN GSMGICOS EN GSM

Los canales lógicos se clasifican en dos grandes grupos: canales comunes y canales dedicados

Los canales comunes son aquellos que transmiten información de señalización común a todos los móviles que se encuentran en una celda dada. Entre ellos se distinguen los canales de difusión (BCH) y los canales de control común (CCCH).

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CANALES LCANALES LÓÓGICOS EN GSMGICOS EN GSM (II)(II)

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CANALES DE DIFUSICANALES DE DIFUSIÓÓNNFCCH (Frequency Correction CHannel): Canal descendente. Por él se envía una frecuencia piloto para sincronización de la frecuencia de recepción (y, en consecuencia de transmisión) de las MS

SCH (Synchronization Channel): Canal descendente. Transmite información de sincronización (número de trama, de time slot etc..) y de identificación de la estación base (BSIC).

BCCH (Broadcast Control Channel): Canal descendente. Proporciona información general sobre la estación base (identificación de la celda, LAC, configuración de los canales comunes, celda con acceso prohibido, células vecinas o adyacentes etc..).

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CANALES DE CONTROL COMCANALES DE CONTROL COMÚÚNN

PCH (Paging Channel): Canal descendente. Utilizado para avisar a las MS cuando tienen comunicaciones entrantes

RACH (Random Access Channel): Canal ascendente. Empleado por los móviles cuando necesitan acceder a la red, por ejemplo para realizar una actualización de localización, un registro o para el establecimiento de una llamada.

AGCH (Access Grant Channel): Canal descendente. Se emplea para la asignación de un canal de señalizaciónSDCCH a las MS que previamente solicitaron recursos para continuar con el establecimiento de una comunicación

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CANALES DE CONTROL COMCANALES DE CONTROL COMÚÚN (II)N (II)

CBCH (Cell Broadcast Channel): Canal descendente. Utilizado para transportar el servicio de difusión de mensajes cortos (cell broadcast)

NCH (Notification Channel): Canal descendente que se emplea para el servicio de difusión a grupos cerrados de usuarios de llamadas de voz.

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CANALES DEDICADOSCANALES DEDICADOS

TCH (Traffic Channel): Son los canales lógicos de tráfico a través de los cuales se transmite la información generada por los usuarios (voz o datos). Son bidireccionales. Los hay de velocidad total (FR, Full Rate) o mitad (HR, Half Rate)

SACCH (Slow Associated Control Channel):Bidireccional. Es el canal de señalización “lento” asociado al canal de tráfico. En él se transmite información asociada a la conexión necesaria para la gestión de la movilidad y de los recursos radio (medidas de nivel y calidad del DL de la celda a la que está enganchada el móvil, medidas de nivel de las celdas vecinas etc..)

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CANALES DEDICADOS (II)CANALES DEDICADOS (II)

FACCH (Fast Associated Control Channel):Bidireccional. Es el canal de señalización rápido asociado al canal de tráfico. Se utiliza para transmitir señalización que no puede esperar a que llegue el SACCH correspondiente (por ejemplo la gestión de traspasos), sustrayendo bits de las tramas de tráfico por información de señalización.

SDCCH (Stand Alone Dedicated Control Channel):Bidireccional. Se utiliza para transmitir toda la información de señalización necesaria para:

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CANALES DEDICADOS (III)CANALES DEDICADOS (III)Establecimiento de una llamada: la información incluye la comprobación de la identidad del cliente, la autentificación del móvil, el número al que se llama y el establecimiento de los parámetros necesarios para el cifrado de la conversación.

Encendido/apagado del móvil: IMSI Attach/IMSI Detach

Actualización de posición: la información incluye la comprobación de la identidad del cliente, autentificación del móvil, establecimiento del cifrado e indicación del valor del nuevo LAC en el que quiere registrarse el móvil.

Envío/recepción de SMS (mensajes cortos): la información transmitida es semejante a la que corresponde al establecimientode una llamada, pero además se incluye el contenido del mensaje.

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0 1 2 3 4 5 6 7nº TDMA 0 FCCH D0 TCH TCH TCH TCH TCH TCH

1 SCH D0 TCH TCH TCH TCH TCH TCH2 BCCH D0 TCH TCH TCH TCH TCH TCH3 BCCH D0 TCH TCH TCH TCH TCH TCH4 BCCH D1 TCH TCH TCH TCH TCH TCH5 BCCH D1 TCH TCH TCH TCH TCH TCH6 CCCH D1 TCH TCH TCH TCH TCH TCH7 CCCH D1 TCH TCH TCH TCH TCH TCH8 CCCH CBCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH9 CCCH CBCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH

10 FCCH CBCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH11 SCH CBCH TCH TCH TCH TCH TCH TCH12 CCCH D3 SACCH IDLE SACCH IDLE SACCH IDLE13 CCCH D3 TCH TCH TCH TCH TCH TCH14 CCCH D3 TCH TCH TCH TCH TCH TCH15 CCCH D3 TCH TCH TCH TCH TCH TCH16 CCCH D4 TCH TCH TCH TCH TCH TCH17 CCCH D4 TCH TCH TCH TCH TCH TCH18 CCCH D4 TCH TCH TCH TCH TCH TCH19 CCCH D4 TCH TCH TCH TCH TCH TCH20 FCCH D5 TCH TCH TCH TCH TCH TCH21 SCH D5 TCH TCH TCH TCH TCH TCH22 CCCH D5 TCH TCH TCH TCH TCH TCH23 CCCH D5 TCH TCH TCH TCH TCH TCH24 CCCH D6 TCH TCH TCH TCH TCH TCH25 CCCH D6 IDLE SACCH IDLE SACCH IDLE SACCH26 CCCH D6 TCH TCH TCH TCH TCH TCH27 CCCH D6 TCH TCH TCH TCH TCH TCH28 CCCH D7 TCH TCH TCH TCH TCH TCH29 CCCH D7 TCH TCH TCH TCH TCH TCH30 FCCH D7 TCH TCH TCH TCH TCH TCH31 SCH D7 TCH TCH TCH TCH TCH TCH32 CCCH A0 TCH TCH TCH TCH TCH TCH33 CCCH A0 TCH TCH TCH TCH TCH TCH34 CCCH A0 TCH TCH TCH TCH TCH TCH35 CCCH A0 TCH TCH TCH TCH TCH TCH36 CCCH A1 TCH TCH TCH TCH TCH TCH37 CCCH A1 TCH TCH TCH TCH TCH TCH38 CCCH A1 SACCH IDLE SACCH IDLE SACCH IDLE39 CCCH A1 TCH TCH TCH TCH TCH TCH40 FCCH A2 TCH TCH TCH TCH TCH TCH41 SCH A2 TCH TCH TCH TCH TCH TCH42 CCCH A2 TCH TCH TCH TCH TCH TCH43 CCCH A2 TCH TCH TCH TCH TCH TCH44 CCCH A3 TCH TCH TCH TCH TCH TCH45 CCCH A3 TCH TCH TCH TCH TCH TCH46 CCCH A3 TCH TCH TCH TCH TCH TCH47 CCCH A3 TCH TCH TCH TCH TCH TCH48 CCCH IDLE TCH TCH TCH TCH TCH TCH49 CCCH IDLE TCH TCH TCH TCH TCH TCH50 IDLE IDLE TCH TCH TCH TCH TCH TCH

0 1 2 3 4 5 6 7nº TDMA 0 RACH A5 TCH TCH TCH TCH TCH TCH

1 RACH A5 TCH TCH TCH TCH TCH TCH2 RACH A5 TCH TCH TCH TCH TCH TCH3 RACH A5 TCH TCH TCH TCH TCH TCH4 RACH A6 TCH TCH TCH TCH TCH TCH5 RACH A6 TCH TCH TCH TCH TCH TCH6 RACH A6 TCH TCH TCH TCH TCH TCH7 RACH A6 TCH TCH TCH TCH TCH TCH8 RACH A7 TCH TCH TCH TCH TCH TCH9 RACH A7 TCH TCH TCH TCH TCH TCH

10 RACH A7 TCH TCH TCH TCH TCH TCH11 RACH A7 TCH TCH TCH TCH TCH TCH12 RACH IDLE SACCH IDLE SACCH IDLE SACCH IDLE13 RACH IDLE TCH TCH TCH TCH TCH TCH14 RACH IDLE TCH TCH TCH TCH TCH TCH15 RACH D0 TCH TCH TCH TCH TCH TCH16 RACH D0 TCH TCH TCH TCH TCH TCH17 RACH D0 TCH TCH TCH TCH TCH TCH18 RACH D0 TCH TCH TCH TCH TCH TCH19 RACH D1 TCH TCH TCH TCH TCH TCH20 RACH D1 TCH TCH TCH TCH TCH TCH21 RACH D1 TCH TCH TCH TCH TCH TCH22 RACH D1 TCH TCH TCH TCH TCH TCH23 RACH D2 TCH TCH TCH TCH TCH TCH24 RACH D2 TCH TCH TCH TCH TCH TCH25 RACH D2 IDLE SACCH IDLE SACCH IDLE SACCH26 RACH D2 TCH TCH TCH TCH TCH TCH27 RACH D3 TCH TCH TCH TCH TCH TCH28 RACH D3 TCH TCH TCH TCH TCH TCH29 RACH D3 TCH TCH TCH TCH TCH TCH30 RACH D3 TCH TCH TCH TCH TCH TCH31 RACH D4 TCH TCH TCH TCH TCH TCH32 RACH D4 TCH TCH TCH TCH TCH TCH33 RACH D4 TCH TCH TCH TCH TCH TCH34 RACH D4 TCH TCH TCH TCH TCH TCH35 RACH D5 TCH TCH TCH TCH TCH TCH36 RACH D5 TCH TCH TCH TCH TCH TCH37 RACH D5 TCH TCH TCH TCH TCH TCH38 RACH D5 SACCH IDLE SACCH IDLE SACCH IDLE39 RACH D6 TCH TCH TCH TCH TCH TCH40 RACH D6 TCH TCH TCH TCH TCH TCH41 RACH D6 TCH TCH TCH TCH TCH TCH42 RACH D6 TCH TCH TCH TCH TCH TCH43 RACH D7 TCH TCH TCH TCH TCH TCH44 RACH D7 TCH TCH TCH TCH TCH TCH45 RACH D7 TCH TCH TCH TCH TCH TCH46 RACH D7 TCH TCH TCH TCH TCH TCH47 RACH A0 TCH TCH TCH TCH TCH TCH48 RACH A0 TCH TCH TCH TCH TCH TCH49 RACH A0 TCH TCH TCH TCH TCH TCH50 RACH A0 TCH TCH TCH TCH TCH TCH

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MECANISMOS DE CORRECCIMECANISMOS DE CORRECCIÓÓN N Los efectos del canal móvil sobre la señal van deteriorando su calidad, empleándose distintas técnicas para evitar las pérdidas de información:

– Diversidad: Estas técnicas se emplean para combatir los desvanecimientos debidos a la propagación multitrayecto. El objetivo es aumentar el número de vías por las que puede llegar la información del transmisor al receptor de forma que las señales sean lo más incorreladas posible para que al combinarlas adecuadamente se disponga de la señal completa durante altos porcentajes de tiempo. Algunas técnicas son:

• Separación de antenas (diversidad espacial) (unos 3m. Para GSM 900 y 1.5m. Para GSM 1800).

• Antenas crosspolar (diversidad de polarización): Una única antena receptora de doble polarización para reducir impacto visual e infraestructuras

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MECANISMOS DE CORRECCIMECANISMOS DE CORRECCIÓÓN (II)N (II)

− Ecualización: En GSM se emplea el ecualizador de Viterbi, que a partir de la recepción de una señal de referencia conocida (secuencia de entrenamiento) es capaz de estimar de forma aproximada cuáles son los efectos del canal sobre las señales transmitidas, compensándolos en parte. El ecualizador calcula los coeficientes de la respuesta impulsiva del canal, construyendo un filtro inverso pasa pasar por él la señal recibida y extraer la señal correcta.

– Codificación de canal: Como medidas de protección frente a errores en GSM se utilizan diversas técnicas de codificación de canal que dependen del tipo de bits que se quieren proteger (voz, señalización, datos). Estas técnicas incluyes códigos de bloque, códigos convolucionales, códigos Fire y procesos de entrelazado.

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CARACTERCARACTERÍÍSTICAS INTERFAZ RADIOSTICAS INTERFAZ RADIO

Para conseguir que la red GSM funcione correctamente y de un modo eficiente, se utilizan distintas técnicas en la interfaz radio entre el terminal y la estación base:

Avance temporal (Timing Advance): Técnica que permite que las transmisiones de los distintos terminales en una célula lleguen correctamente alineadas a la BTS. Consiste en solicitar a los terminales más alejados de la BTS que adelanten sus transmisiones, compensando asíel mayor retardo que sufren éstas al recorrer una distancia más grande. Fundamental para lograr la perfecta sincronización que requiere el acceso múltiple TDMA.

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CARACTERCARACTERÍÍSTICAS INTERFAZ RADIO (II)STICAS INTERFAZ RADIO (II)

Transmisión discontinua: La función de la DTX es suspender la transmisión radio durante los periodos de silencio en una conversación, reduciéndose la interferencia y prolongando la batería de los MS. Para evitar la sensación de no tener nadie al otro lado, las tramas en recepción se rellenan con muestras de ruido de conveniencia cuyas características espectrales y de amplitud son iguales a las del ruido de fondo telefónico.

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CARACTERCARACTERÍÍSTICAS INTERFAZ RADIO (III)STICAS INTERFAZ RADIO (III)

Control de potencia: Realizado tanto por las BTS como por el MS para reducir al mínimo la interferencia de RF y prolongar la duración de las baterías de los MS, pero manteniendo siempre el valor mínimo necesario para asegurar niveles de RF y calidad de señal adecuados. La portadora que soporta el BCCH, al ser la “piloto” siempre emite a la misma potencia

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CARACTERCARACTERÍÍSTICAS INTERFAZ RADIO (IV)STICAS INTERFAZ RADIO (IV)

Recepción discontinua: Para aumentar la duración de las baterías de los MS en los periodos en que están vinculados a la red sin realizar llamadas, la escucha del canal de control no es permanente sino que sólo se escucha el PCH cada cierto número de multitramaspermaneciendo desconectado el receptor el tiempo restante.

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CARACTERCARACTERÍÍSTICAS INTERFAZ RADIO (V)STICAS INTERFAZ RADIO (V)

Salto en frecuencia (frequency hopping): Esta técnica consiste en ir cambiando periódicamente la frecuencia en que se transmite. Se logra reducir el nivel de interferencias y mejorar la protección frente a errores (es similar a una técnica de diversidad de frecuencia)

La frecuencia de cada intervalo va cambiando en cada ráfaga. La frecuencia usada en cada momento depende del tipo de salto en frecuencia y de los parámetros definidos para ello.

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TRANSMISITRANSMISIÓÓN RADIO N RADIO

TRANSMISIÓN

La transmisión se realiza en bloques de 114 bits

Cada bloque utiliza un intervalo de tiempo de cada trama

7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1

Trama N - 1 Trama N Trama N + 1