Comunicaciones móviles. GSM

Comunicaciones móviles digitales GSM 1

Comunicaciones móviles. GSM

GSM.Introducción.

Especificaciones, ServiciosArquitectura.

Estructura jerárquica.Subsistemas GSM.Sistema de numeración

Interfaces y señalización.Interfaces entre los diferentes subsistemas.Estructura y tipo de canales lógicos.

Canal Radio.Técnica de acceso múltiple, estructura de ráfagas, tramas y multitramas.Procesos de transmisión y recepción. Codificación, Modulación ….Control del enlace radio.

Funcionalidades.Seguridad. Autentificación y cifradoGestión de movilidad y llamadas. Tarificación


Orígenes del sistema GSM

En 1947 idea básica de radio celular (laboratorios Bell)Primeros sistemas a comienzos de los años 80 (AMPS)En la década de los 80 sistemas analógicos de Telefonía Móvil Pública celular con distintos estándares: NMT (Países nórdicos), RADIOCOM 2000 (Francia), TACS (Reino Unido, España), C-450 (Alemania), incompatibles.En 1982, se crea un grupo de estandarización llamado GSM (Group SpecialMobile) para establecer las especificaciones del Sistema Celular Paneuropeo. 1986:La comisión europea elabora una directiva y una recomendación reservando bloques de frecuencias en la banda de 900 MHz para GSM.En 1992 se produce la implementación de la 1ª fase de la red GSM dando cobertura principalmente a aeropuertos y grandes ciudades.Ampliación para incluir un interfaz radio en la banda de 1800 MHz, y en la banda de 1900 MHz, PCS (Personal Communication System - USA), conocidos como GSM 1800 y GSM 1900 respectivamente. En 2004 existen más de 256 redes comerciales GSM en 110 países, con 1000 millones de usuarios.


Requisitos básicos del sistema GSM

Itinerancia dentro de los países de la CE.Tecnología digital.Gran capacidad de tráfico.Utilización eficiente del espectro radioeléctrico.Empleo de sistemas de señalización digital.Servicios básicos de voz y datos.Amplia variedad de servicios telemáticos.Posibilidad de conexión con la ISDN (Integrated Digital ServiceNetwork).Seguridad y privacidad en la interfaz radio con encriptación de la transmisión.Utilización de teléfonos portátiles.Terminales personalizables.Calidades altas de cobertura y de señal recibida.


Cobertura GSM y fases.

1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997

Fase 1

Fase 2Fase 2 +

Voz, Roaming, Fax/datos (9,6 Kb/s), SMS, Cifrado, SIMAviso de cargo, Identificación, espera, retención, conferencia

Servicios múltiples, numeración privada, GSM 1800-1900

EstandarizaciónIdea Implementación


Especificaciones GSM

El sistema GSM especifica las funciones e interfaces en detalle.Las especificaciones del GSM, elaboradas y editadas por el ETSI http://www.etsi.org , se dividen en series sobre temas concretos.

El número de series es 12 aunque la 10 carece de documentos.

Serie Tema

010203040506070809101112

Cuestiones generalesAspectos de servicioAspectos de redInterfaz MS-BS y protocolosCapa física en el trayecto radioeléctricoCodificación de la vozAdaptadores de terminal para MSInterfaces BS-MSCInterfuncionamiento de la redInterfuncionamiento de servicios (carece de documentos)Especificaciones y homologación de los equiposOperación y mantenimiento

http://www.etsi.org/


GSM prevé una variedad de servicios de telecomunicaciones: facilidades decomunicación puestas a disposición del usuario.

Clasificación.Servicios Básicos.

Servicios Portadores..Teleservicios

Servicios Suplementarios.

Teleservicios.Telefonía.Llamada de emergencia:Mensajes cortosFaxVoz para grupos.

Servicios suplementarios.Identificación de númerosDesvio de llamadas, llamada en espera.Grupo cerrado de usuarios.Restricción de llamadas Asignación de recursos,etc.

TERMINAL TERMINAL

TELESERVICIOS

SISTEMA GSM RED FINALRED DE

TRANSITO

SERVICIOS PORTADORES

Otros servicios.De valor añadido: USSD (Unstructured Supplementary Service Data). * ….#CAMEL: Red inteligente. Movilidad de servicios en otras redes.WAP: Wireles Aplication Protocols: Acceso a Internet móvil.HSCSD: High Speed Circuit Switched Data. Varios Time Slots hasta 57,6 kbps

Servicios del Sistema GSM.


Estructura jerárquica en la Red GSM

La Red GSM, tiene niveles jerárquicos que se corresponden con zonas o áreas de control:

Área de SistemaGSM

Área de operador GSM

Área de MSC

Área de localización

Célula

MSC

LA1

LA2

LA3

LA4 Cel1Cel2 Cel3

Cel4Cel5

Cel7Cel6

Área de Sistema GSM: donde un subscriptor GSM puede tener acceso.Área de Operador GSM: (GSM-PLMN). donde un operador ofrece cobertura y acceso a su red. (Centros de conmutación, estaciones base y accesos a la red fija.Área de MSC: Parte geográfica controlada por una MSCÁrea de localización (LA): grupo de células en que el sistema tiene localizado a las MS.Área de cobertura de una célula: Zona geográfica cubierta por una célula.


Entidades funcionales Interfaces

(OMSS)

Centro de Operación y

MantenimientoOMC

RTC

BSC

Central deconmutación

móvilGMSC/MSC

BTS BTS

BSC

Subsistema Radio

BSC: ControladorBST: Transceptor

E

RDSI

RPCP

MSMS

HLR AUC

EIR

VLR

Centro de Explotación

de REDNMC

Subsistema de conmutación (SSS)

BTS

Otras MSC Subsistema de operación y supervisión

Q3

MS

A-bis

H

D

C

B

Subsistema de Estaciones Base: BSSUm

UI

AA

RSS

F

Qx

Arquitectura del sistema GSM


Subsistema de Conmutación y Red (NSS)

Funciones desarrolladas en el Subsistema de Conmutación.Además de las funciones desarrolladas en cada una de sus entidades

Localización AutomáticaEvaluación de la señal de control por parte del móvil y la devolución de su identidad a la red. (IAL) (214 + (01 telefónica, 07 Airtel) + CAL

Seguimiento (Roaming) Internacional de las estaciones móvilesEntendimiento entre las MSC de cada país y entre países.El sistema conoce en todo momento la situación del móvil suscrito al sistema, independientemente del país en el que se encuentra.

Encaminamiento de las llamadasProporcionar las diferentes rutas (enlaces) por las que transita una llamada, según el origen/destino de la llama, hasta alcanzar su destino.

Entidades funcionalesCentral de Conmutación Móvil/ Cabecera, (MSC/GMSC).Unidad de Interfuncionamiento (IU).Registros de posición base HLR, de visitantes VLR, y de ident. de equipos EIRCentro de autenticación AUC

Encargado de manejar todo el servicio de comunicaciones entre móviles y conexión con otras redes


Central de Conmutación Móvil (MSC).

Interfaz inteligente entre el sistema de estaciones base y las redes de conmutación (RDSI, RTC, RTPCP) y señalización (SSCC Nº 7) fijas.Además de actuar como una central de la red fija se encarga de:

Procedimiento para la localización y registro de abonados y su actualización.Gestión de llamadas y aviso a los móviles de las llamadas entrantes.Gestión de protocolo de señalización con el BSS.Intercambio de señalización con las otras entidades funcionales (HLR, VLR u otra MSC) a través de la Parte de Aplicación Móvil (MAP) del CCIT N0 7, Procedimiento de conmutación de llamada en curso durante un traspaso; la MSC debe efectuar la transferencia de la conexión a un nuevo BSC situado en su propio área o controlado por otra MSC.Asegurar la compatibilidad entre el formato de transmisión de datos interno de la red GSM, y el de la red fija, Transferencia de los parámetros de encriptación entre VLR y BSS.Control de la operación de los canceladores de eco, Rec. 03.50 del GSM.Soporte del servicio de mensajes cortos, de acuerdo con Rec. 03.40 del GSM.Recopilación de datos de tráfico y facturación.

En una red GSM existen, usualmente, varios MSC que suelen estar interconectados en forma mallada.


Central de Conmutación Móvil Cabecera, (GMSC).

MSC a través de la cual se gestionan las llamadas en las que interviene la red fija, permitiendo el interfuncionamiento de la red fija con la red móvil (Cabecera: Gateway).

Se encarga de interrogar al Registro local de abonados (HLR) adecuado para conocer la posición del móvil al que va dirigida la llamada, y posteriormente encaminar la llamada hacia la central de conmutación móvil correspondiente. Esta función la pueden incorporar todos los MSC de la red o únicamente algunos.

Unidad de Interfuncionamiento (IWF)Asociada al MSC, IWF (InterWorking Function).

Permite el interfuncionamiento del sistema GSM con otras redes y la prestación de las diferentes clases de servicios. Convertir los protocolos utilizados en el sistema GSM a los utilizados en las redes fijas.


Registro de Localización Base (HLR).

Base de datos para la gestión y administración de los usuarios.El HLR puede estar integrado con el MSC/VLR o separado. La capacidad típica de un HLR autónomo es de 500.000 abonados.En GSM todas las llamadas entrantes convergen en el HLR.

Información de suscripción de los abonados, que consta de:Dos números de identificación

IMSI: Identificador Internacional de Abonado Móvil.MSISDN: Número RDSI Internacional de la Estación Móvil (número de abonado).

Servicios portadores y teleservicios que el usuario puede utilizar.Restricciones de servicios, servicios suplementarios

Características del equipo móvil utilizado por el usuario.Información de localización de la estación móvil.

Para encaminar las llamadas entrantes al MSC donde está registrada la MS. (siempre que esté activada),

Esta información comprende el MSRN, direcciones del VLR y del MSC e identidad temporal (TMSI) de la MS.


Registro de Localización de Visitantes (VLR)

Base de datos, asociada a un MSC, donde se almacena información dinámica sobre los usuarios transeúntes en la zona del MSC.

Todo abonado estará inscrito, en cada momento en algún VLR. El número típico de abonados que puede gestionar es de unos 150.000.

Cuando abonado móvil (MS) entra en un área de un MSC,MSC lo notifica al VLR, la MS se registra y recibe una dirección de visitante, número de ruta, MSRN (Mobile Subscriber Roaming Number) que sirve para encaminar las llamadas destinadas a esa MS. El VLR interrogará al HLR, almacenando la información: (Rec. GSM 03.03)

Identificador Internacional de Abonado Móvil (IMSI).Identificador Temporal del Abonado Móvil (TMSI).Número RDSI Internacional de la Estación Móvil (MSISDN).Número de encaminamiento (MSRN).Área de localización donde la MS se ha registrado (LAI). Categoría del abonado móvil.Parámetros de servicios suplementarios.Características técnicas del equipo móvil.


Centro de Autentificación (AuC)

El AuC está asociado al HLR y proporciona la información necesaria para la validación y autentificación de los usuarios por la red. El AuC es una base de datos donde se guardan:

Las identidades (IMSI) de los abonados junto con la clave secreta de identificación de cada usuario, ki

Cada usuario tiene una copia de la clave ki almacenada en la tarjeta SIM de su teléfono móvil, al igual que el IMSI.

Dos algoritmos denominados A3 y A8. El algoritmo A3 se utiliza para la autentificación El A8 para la generación de la clave de cifrado de la información.

Mediante la clave y los algoritmos se generan y se envían al HLR las Tripletas de autenticación para cada usuario.

Un número aleatorio (RAND), Respuesta que debe proporcionar el móvil cuando se le envía ese número aleatorio (SRES), La clave de cifrado que hay que utilizar en la comunicación.


Registro de Identidad de Equipos (EIR)

El EIR (Equipment Identity Register) es una base de datos que contiene las identidades de los equipos móviles:

IMEI (International Mobile Equipment Identity), identifica a los equipos por sus códigos de fabricación y homologación.Cuando un teléfono móvil trata de realizar una llamada, el MSC consulta al EIR la validez del IMEI de ese equipo. En el EIR hay tres listas de aparatos:

Lista “blanca”, donde figuran las identidades de aparatos autorizados para el acceso.Lista “negra”, que contiene las identidades de equipos que tienen prohibido el acceso,

Por ejemplo porque han sido denunciados como robados o utilizados de una forma ilegal, También la de aquellos equipos que no pueden acceder al sistema porque podrían producir graves problemas técnicos.

Lista “gris”, donde están las identidades de equipos en observación, por ejemplo porque se ha detectado en ellos algún tipo de fallo.


Subsistema de Estación Base (BSS ).

El BSS comprende el conjunto de equipos utilizados para proporcionar cobertura radioeléctrica en el área celular Entidad responsable del establecimiento de las comunicaciones con las MS que se encuentran dentro de su área de influencia.

Este área puede estar constituida por una o más BTS, y éstas a su vez pueden integrar una o más células radio.

El BSS desempeña las siguientes funciones:Transmisión/recepción radioeléctrica, a través de la interfaz Um.Establecimiento, supervisión y conclusión de las llamadas.Traspaso entre BTS controladas por el mismo BSC.Procesado de voz y adaptación de velocidad.Control de equipos y funciones de reconfiguración.Control de mantenimiento rutinario.

El sistema de estación base se divide en dos partes: Las estaciones transceptoras de base, BTS (Base Transceiver Station)Los controladores de esas estaciones, BSC (Base Station Controler).


Subsistema de Estación Base (BSS ).

Existen dos tipos de BSS:El BSS Integrado, BSC y una BTS integrados en un mismo equipo.El BSS Separado, donde el BSC entidad distinta de las estaciones base, a las que se conecta mediante una interfaz normalizada, A-bis.

A-bisBSC

BTS

BTS

BSS

OMC

MSC

A

Clasificación de BSS

BSS Salto Control de Txlento frec. Potencia discontinua

Clase 1 No No NoClase 2 No Sí NoClase 3 Sí No NoClase 4 Sí Sí NoClase 5 No No SíClase 6 No Sí SíClase 7 Sí No SíClase 8 Sí Sí Sí


Controlador de Estación Base (BSC ).

Maneja las funciones de control radio de la red GSM.Se encarga de la gestión de los recursos radio de varias BTS:

Asignación, utilización y liberalización de las frecuencias, traspasos, funcionamiento con saltos de frecuencia.

FuncionesGestión de canales en el enlace BSC-MSC. Indicación de bloqueo.Gestión de canales en el enlace BSC-BTS. Asignación de canal.Gestión de canales de radio.

Configuración de los canales radio (que recibe a través del OMC ).Gestión de secuencia de salto de frecuencia (enviada al BSC por el OMC). Estas son enviadas por el BSC hacia las correspondientes BTSs.Selección de canal, supervisión del enlace radio y liberación de canal.Control de potencia en el móvil:Control de potencia en la BTS: Determinación del nivel de potencia necesario en cada uno de los transmisores de la BTS.Determinación del grupo de aviso, correspondiente a un móvil, y envío de esta información hacia la BTS.Determinación de la necesidad de realizar traspaso de canal.


Tranceptor de Estación Base (BTS ).

Elementos y funciones:Equipos transmisores-receptores de radio (transceptores), los elementos de conexión al sistema radiante (combinadores, multiacopladores, cables coaxiales), las antenas y las instalaciones accesorias (torre soporte, pararrayos, tomas de tierra, etc.).Gestión de canales terrestres BSC-BTS. Indicación de bloqueo.Gestión de canales de radio.

Realización de salto lento de frecuencia.Supervisión de canales libres, y envío de información de éstos hacia el BSCTemporización de bloques BCCH/CCCH. Detección de accesos al sistema por parte de las MSs.Codificación y entrelazado para protección de errores.Determinación del avance de temporización en comunicación con el móvil.Medidas de intensidad de campo y calidad de las señales recibidas de los móviles (enlace ascendente). Recepción de medidas enviadas por los móviles sobre condiciones de intensidad y calidad de las señales recibidas por ellos en esta célula y en las células adyacentes (enlace descendente).Construcción de los mensajes de avisoDetección de acceso por traspaso de un móvil, Encriptación de la información de señalización y tráfico.


Estación Móvil (MS).

Entidad que establece la unión entre el usuario y el sistema fijo de la red GSM a través del interfaz Um. para acceder a los servicios proporcionados por la red.

Se ha espe-cificado este interfaz de forma que las tecnologías de MS y de red GSM puedan evolucionar por separado

La estación móvil se compone funcionalmente de dos partes:Equipo terminal (TE: Terminal Equipment). Con dos tipos TE1 (ISDN), TE2 otros interfaces.Terminal móvil, (MT: Movil Terminal). Que puede ser de tres tipos: MT0 (servicio telefónico básico), MT1 (interfaces ISDN), MT2 (interfaces no ISDN). El MT tiene tres unidades funcionales básicas:

Interfaces con el usuario: micrófono, auricular, teclado y pantalla de visualización.Radiomódem, unidad con procesado digital de señal DSP.Unidad de RF: modulador/demodulador, amplificación de RF y filtrado.


Estación Móvil (MS).

La MT realiza las siguientes funciones:Capacidades del terminal, incluyendo la interfaz hombre-máquina.Transmisión de radio y gestión de canales radio.Sintonización de frecuencias y seguimiento automático de las estaciones base.Procesamiento de la voz: conversión analógico/digital y viceversa.Protección de errores: ARQ y FEC (para señalización y datos de usuarios, excepto servicios transparentes de datos).Control del flujo de señalización entre el usuario y el sistema.Control de flujo de datos de usuario (a excepción de servicios transparentes de datos)Adaptación de velocidad de datos de usuario y velocidad del canal de radioGestión de la movilidad.

Clasificación de las MSBandas de frecuencia: monobanda, banda dual y tribanda (con 1900) . Según su modo de utilización: Eqipo móvil,transportable, portátil. Clasificación según la potencia de salida:

Clase 1: 20 W Móvil Clase 2: 8W Vehículo y TransportableClase 3 5 W Portátil Clase 4 2W PortátilClase 5 0,8 W Portátil


Módulo de identificación del usuario (SIM).

Para que una estación móvil pueda funcionar necesita tener introducido el SIM (Subscriber Identity Module)

PIN/PIN2: Número de identificación personal

PUK/PUK2: Clave de desbloqueo del PIN

Tabla SIM: Servicios y funcionalidades SIM

Idioma: al encender el móvil

Algoritmos A3 y A8: Autenticación y obtención de Kc

Clave Ki: valor individual conocido en SIM y HLR

Clave Kc: Resultado de A8, Ki y el número RAND

CKSN: Número de secuencia de la clave de cifrado.

IMSI: Identificador del abonado móvil internacional

MSISDN: número ISDN del abonado

Clase de control de Acceso

TMSI: Identidad temporal del abonado móvil

Valor de T3212: actualización de localización.

LAI: Información del área de localización y estatus.

NCC (códigos de color de red) o PLMNs restringidas

NCC, MCC y MNC, códigos del país, red y color de redDatos de la Red móvil

ARFCNs: Números de los canales de radiofrecuencia

Datos de Roaming

Datos del abonado

Datos relativos a laseguridad

Datos administrativos


Subsistema de Operación y Mantenimiento (OMSS)

Gestión, Explotación y Mantenimiento del sistema GSM. Estructura muy compleja, (equipos, líneas, instalaciones y programas).Las funciones de operación y mantenimiento son vitales para la explotación de la red por sus repercusiones económicas y su influencia en el grado de calidad que el operador debe ofrecer a sus clientes.

Centro de explotación de Red (NMC:Network Management Center).Constituye la máxima jerarquía dentro del sistema de Explotación.

Centro de Operación y Mantenimiento (OMC Operating&MaintenanceCenter)

Funciones de Explotación de una o varias entidades del sistema GSM.Administración y Comercial .Gestión de cambios en la Red.Operación de la Red.Supervisión de la Calidad de Funcionamiento de la Red.Mantenimiento. Tarificación.Gestión de la seguridad.


Sistema de numeración en GSM

IMSI (International Mobile Subscriber Identity)Identidad internacional del cliente móvil (único para cada usuario) Estructura del IMSI: 15 caracteres numéricos.

MCC (Mobile Country Code): España 214.MNC (Mobile Network Code): Airtel 01.MSIN (Mobile Subscriber Identification Number): identifica al cliente en cuestión dentro de su red GSM. lo asigna cada operador

TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity).Lo asigna el VLR para asegurar la privacidad del IMSI y evitar que esté en la interfaz radio. Definido por el operador y el suministrador.La longitud del TMSI es 4 octetos,

Una parte de los mismos debe incluir información relacionada con la horaTMSI debe asignarse siempre de forma cifrada.

Identificación de abonados móviles



MSISDN (Mobile Station International ISDN Number)Número ISDN internacional de la estación móvil. Identifica de forma única al móvil dentro del plan de numeración de la red telefónica pública.

CC (Country Code): El de España es el 34.NDC (National Destination Code): códigos para cada red GSM. 686, 636,SN (Subscriber Number) dígitos que identifican al cliente. En España 6 cífras

MSRN (Mobile Station Roaming Number) Número de itinerancia

Cuando una llamada llega al GMSC, éste interroga al HLR para saber donde está el móvil llamado y le pasa como parámetro el MSISDN de dicho móvil.El HLR busca en su base de datos el VLR en que se encuentra el móvil en cuestión y le pide que le envíe un MSRN para dicho móvil.Una vez que el VLR le ha enviado el MSRN al HLR, éste se lo remite al GMSC.

Plan de numeración para estaciones móviles



IMEI (International Mobile Equipment Identity) Identifica a dicho equipo de forma unívoca. Puede ser requerido por el EIR de cualquier red GSM para validar el terminal.

TAC (Type Approval Code): 6 dígitos. equipo aprobado por organismo GSM.FAC (Final Assembly Code): 2 dígitos. Código que identifica al fabricante.SNR (Serial NumbeR): es el número de serie único.SPare digit: este dígito debe ser 0 cuando lo transmite el móvil y aparece por primera vez en las especificaciones de GSM 2+.

Identificación del equipo móvil

Identificación de MSC/VLR y HLR

SPC (Signalling Point Code) identifica a los MSC, VLR y HLR de cada red GSM y/o por sus números del plan internacional de PSTN/ISDN, de forma que tengan una dirección a la que se puedan encaminar las llamadas.


Sistema de numeración en GSMIdentificación de áreas de localización y estaciones base

LAI Identificación del área de localización. MCC (Mobile Country Code) + MNC (Mobile Network Code)+ LAC (Location Area Code): número de longitud fija e igual a dos octetos que identifica un área de localización dentro de una red GSM.

CI (Cell Identity). Identifica a la celda dentro del área de localización. LAI+CI = CGI (Cell Global Identification).BSIC (Base Station Identity Code)

Código que permite al móvil distinguir entre celdas vecinas. NCC (Network Colour Code): Iidentifica a la red.

Otros números:

BCC (Base Station Colour Code): Identifica a la estación base.

HON (HandOver Number).RSZI(Regional Subscription Zone Identity)…


Interfaces y Señalización en GSM

En GSM se han establecido dos sistemas de señalización:El propio de toda red telefónica, para el SSS. SS CCITT Nº 7), con diferentes “partes” o protocolos de alto nivel

MAP ( Mobile Application Part) entre las unidades del NSS.ISUP (ISDN User Part) para las partes usuario de ISDN TUP (Telephone User Part) para interfuncionamientos con PSTN.Otras partes de aplicación: BSSAP, BSSOMAP, DTAP.

Un sistema especifico para el BSS y las interfaces A y Um entre BTS y MS, que sustenta las funciones propias de la movilidad.

Nivel 1, Nivel 2 (LAPD, y LAPDm) y nivel 3 (CM, MM y RR).

BSS

NSS

BSC

BTS MS

PSTN

MAP

MAP MAP

MAPMAPMAP

ISUP

ISUP

TUP

BSSAP

LAPD

LAPDm

E

A

A-bis Um

BFC

H

D

GMSC

MSC

ISDNMSC

HLR

AUCG

VLR

VLR

EIR

MSC


Señalización e Interfaces en NSS y con redes fijas

SS Nº 7, para los interfaces B, C, D, F y GPartes de aplicación:

MAP. controla las colas de las bases de datos. Localización, Handover, Seguridad, SMS, TUP, ISUP. Funcionamiento con otras redes

64 Kbit/s(08.54)

MTP

TUP

ISU

P INU

P M

UP

SCCP

TACP

64 Kbit/s(08.54)

MTP

TUP

ISU

P INA

P M

AP

SCCP

TACP

MSC PSTNISDN

B,C...F

Nivel 1

Nivel 2

Nivel 3

Subsistemas

Interfaces

Otras: TCAP (Transaction CapabilitiesApplication Part): procedimiento de llamadas.INAP (Intelligent NetworkApplication Part): Implementa servicios suplementarios de red inteligente,


Interfaces en NSS y OMSS .

Interfaz B (MSC-VLR). Gestión y seguimiento de móviles.Interfaz C (GMSC-HLR). Tarificación. Direccionamiento de móviles.Interfaz D (HLR-VLR).

Intercambia información entre ambas bases de datos, relativas a la posición del móvil y a la gestión del servicio contratado por el cliente.

Interfaz E (MSC-MSC). Intercambia la información necesaria para iniciar y realizar un traspaso Inter-MSC, Interfaz F (MSC-EIR).

Se utiliza cuando el MSC quiere comprobar el IMEI de un equipo.Interfaz G (VLR-VLR).

MS inicia la petición de actualización en un nuevo VLR utilizando el TMSI. Interfaz H (HLR-AuC).

Utilizada por el HLR para solicitar tripletas al AuC, cuando no dispone de ellas. Protocolo no estándar. Muchas veces, se encuentran nodos HLR/AuCintegrados, en los que esta interfaz es interna.

Interfaz en el OMSS y con las demás entidades GSM.Interfaz Q3 y la interfaz Qx.


Señalización e Interfaces con el subsistema BSS

Torre de protocolos con y desde el BSS:

RADIO(04.04)

RADIO(04.04)

64 Kbit/s(08.54)

64 Kbit/s(08.54)

64 Kbit/s(08.54)

64 Kbit/s(08.54)

LAP-Dm(04.05/08)

LAP-Dm(04.05/08)

LAP-D(08.58)

LAP-D(08.58)

RR(04.08)

MM(04.08)

CM(04.08)

RR’(04.08)

BTSM(08.58)

BTSM(08.58)

RR’ (04.08)

SCCPMTP

(08.08)

SCCPMTP

(08.08)

BSSAP(08.08)

BSSAP(08.08)

BSSMAP

CMMM

DTAP

MS BST MSC

Nivel 1

Nivel 2

Nivel 3

Interfaz

Sub- sistema

Um Abis A

BSC


Interfaz A (MSC-BSC).Se utiliza para intercambiar información del subsistema BSS, sobre la gestión de las llamadas y de la movilidad y de los recursos radio.

En el nivel 3: protocolo de Parte de Aplicación del Sistema de Estación Base, (BSSAP). Transferencia de mensajes CM y MMEn el nivel 2 el protocolo de Parte de Transferencia de Mensajes (MTP), y Parte de Control de la conexión de Señalización (SCCP).Los canales de tráfico (TCH) pueden ser transportados en un circuito de 64 Kbit/s dentro de una estructura E1 de 2 Mbit/s (30 canales de tráfico + 2 de señalización),

Interfaz A-bis (BSC-BTS).Permite conectar de una forma normalizada las BTS y el BSC,

En la capa 3: BTSM (BTS Managament)En la capa 2 o nivel de enlace de datos utiliza el protocolo LAPD. Detección/corrección de errores y delimitación/secuenciación de tramas.En el nivel físico puede utilizar enlaces a 2 Mbit/s o a 64 Kbit/s, adaptando la velocidad de GSM mediante unidades de transcodificación (TRAU). 13,6 kbit/s para la información del usuario y 2,4 para señalización asociada. Un time-slotradio sobre un circuito A bis con una capacidad fija de 16 Kbps. (4 en 64 Kbits/s)

Señalización e Interfaces con el subsistema BSS


Interfaz Um (BSS-MS)

Gestión de la Conexión CM

CC SS SMS

Gestión de la Movilidad MM

Gestión de Recursos Radio RR

Lap-Dm

Capa Física

BC

CH

PCH

AGC

H

RA

CH

SDC

CH

SAC

CH

FAC

CH

Funciones de Difusión Celular

CB

CH

TCH

BTS

BSC

MSC/ VLR

HLR

Um

MM

MM + CM

RRMS


Estructura de Canales Lógicos

RADIODIFUSIÓN EN UNA CÉLULA (CBCH) (EB M)

FACCH (Canal asociado rápido)

SACCH (Canal asociado lento)

SDCCH (Control dedicado)

CONTROL DEDICADO (DCCH) (EB M)

AGCH (Asigna acceso ) (EB M)

RACH (Acceso aleatorio) (EB M)

PCH (Canal de llamada) (EB M)

CONTROL COMÚN (CCCH)

BCCH (Control general de móviles)

SCH (Sincronización)

FCCH (Corrección de frecuencia)

DIFUSIÓN (BCH) (EB - M)

CANALES DE CONTROL (Señalización)

VELOCIDAD MITAD TCH/HVOZ YDATOS

VELOCIDAD COMPLETA TCH/F

CANALES DE TRÁFICO (EB M)


Canales Lógicos.

Canales de Tráfico:Constituido físicamente por un par de portadoras y de intervalos de tiempo, asignados a un móvil para efectuar una comunicación. Estos canales servirán para llevar la voz codificada o los datos de usuario en forma de ráfagas. Dos grupos: Voz y Datos.Canales de Voz:

velocidad total, TCH/F (TCH Full rate), 22,8 Kbit/segvelocidad mitad, TCH/H (TCH Half rate). 11,4 Kbit/seg

Canales de Datos:TCH/F 9,6; TCH/H 9,6. Velocidad completa y mitad a 9,6 Kbit/segTCH/F 4,8; TCH/H 4,8 TCH/F 2,4; TCH/H 2,4

Canales de SeñalizaciónFormado por un par de portadoras en sentido ascendente (móvil-base) y descendente (base-móvil), cuyos intervalos de tiempo sustentan una serie de canales comunes de control.


Canales Lógicos.

CANALES DE DIFUSIÓN (BCH’s)Están permanentemente activos y difunden información general de la red móvil (PLMN), y parámetros de configuración del sistema.

Canal de corrección de frecuencia. (FCCH) BS MSPermite la adecuada sintonización del móvil.

Canal de sincronización. (SCH) BS MSNúmero de trama: RFN: 0 a 51x26x2047 = 2715647.Identificador de la BTS: BSIC 6 bits.

Canal de control de radiodifusión. (BCCH) BS MSIdentidad de la red GSM.Frecuencias usadas en la celda y las f0 de celdas vecinas.La identidad de la celda y del área asociado (VLR).Número de time slots en f0 para paging y asignación.Máxima potencia a usar en los canales de control.Mínimo nivel de recepción para acceder al sistema.Nº máximo de repeticiones de canal de señalización.Nº de multitramas en reposo entre un paging y el siguiente.Nº de time slots que se usaran para paging (0, 2, 4 ó 6)


Canales Lógicos.

CANALES DE CONTROL COMÚN (CCCH).Sirven para regular el acceso de los terminales al sistema. Están permanentemente a disposición de estos

Canal de llamada. (PCH) BS MSCuando hay una llamada hacia ellos o cuando se les indica que tienen un canal de tráfico disponible para la llamada que pretenden realizar.Contiene el número de identidad del móvil. El móvil escucha este canal a ciertos intervalos, cuando reconoce su propio número contesta.

Canal de acceso aleatorio. (RACH) MS BSUtilizado para el registro, establecimiento de la llamada y petición de una canal de control dedicado (SDCCH) por parte de un móvil. (protocolo ALOHA)Ocho bits: Razón de la petición de canal y referencia aleatoria.Diez bits: Paridad e identidad de la E. B. a la que se dirige.Margen de guarda para posibles desfases correspondientes a la situación del móvil frente a la estación base. Desplazamientos de hasta 35 Km.

Canal de asignación. (AGCH) BS MSAsigna un canal de señalización (SDCCH) o tráfico al móvil.


Canales Lógicos.

CANALES DE CONTROL DEDICADO (DCCH). Son canales dedicados a funciones específicas y se asocian a cada comunicaciónCanal de control dedicado único. (SDCCH), BS MS

Cada BSS emite canales de control dedicado para señalización.En f0 hasta cuatro canales. En fx hasta ocho canales.Por ellos se envían mensajes del nivel 2, protocolo HDLC, LAPDm.

Canales de control asociados. (SACCH, FACCH) BS MSAvance de tiempo, (corrección de distancia). Potencia a utilizar. Frecuencias f0 de celdas vecinas a observar. BS MSMedidas de nivel y calidad de los canales de difusión. Identidad BSIC correspondiente. Medidas de la frecuencia que soporta al canal dedicado al que se asocia. MS BS FACCH. Canal asociado rápido, asociado a canales de tráfico mediante robo de estos. Por ejemplo para transpasos

Canal de radiodifusión en una célula. (CBCH) BS MS.Transmisión de mensajes cortos de servicio de las células.


Canal radio GSM

MS se comunica con una BTS mediante un radiocanal FDD.Radiocanal: dos frecuencias distintas, una para el enlace ascendente (UL: MS-BTS) y otra para el descendente (DL (BTS-MS).

Bandas de frecuencias.

Parámetro GSM-900 E-GSM GSM-1800 GSM-1900

Frecuencias (MHz) Móvil-Base Base-Móvil

890-915935-960

880-915 925-960

1710-17851805-1880

1850-19101930-1990

Distancia de Duplexado 45 MHz 45 MHz 95 MHz 80 MHz

Ancho de banda total (MHz) 25 + 25 35 + 35 75 + 75 60 + 60

Ancho de banda radiocanal 200 (KHz) 200 (KHz) 200 (KHz) 200 (KHz)

Número de portadoras 124 174 374 299


Canalización de frecuencias

Canalización: 200 KHz (100 KHz de guarda en cada extremo)Cada radiocanal se designa mediante un número absoluto de canal RF, ARFCN (Absolute Radio Frequency Channel Number).

La diferencia entre una frecuencia y su homóloga es igual a 45 MHz para facilitar la generación de ambas en los transceptores. GSM-900: FU (n) = 890 + 0,2·(n); n= 1,2,.... 124, FD (n) = FU + 45 MHz.

E- GSM: FU (n) = 890 + 0,2·(n-1024); n= 975,.. 1023.

GSM-1800: FU (n) = 1710,2 + 0,2·(n-512); n= 512,.... 885, FD (n) = FU + 95 MHz.

1241 2 1241 2

20 MHz

200 KHz

25 MHz

200 KHz

25 MHzUL DL

890 MHz 915 MHz 935 MHz 960 MHz


Técnica de Acceso Múltiple:

TDMA/FDMA. La interfaz radio GSM utiliza un método de acceso múltiple que combina por un lado el acceso por división de frecuencia, FDMA (Frequency Division Multiple Access), con el acceso por división en el tiempo TDMA (Time Division Multiple Access).

Para ello, se divide el eje temporal en “tramas”, subdivididas cada una de ellas en 8 intervalos de tiempo, TS (Time-Slots). De esta forma se proporcionan 8 canales físicos sobre cada radiocanal.(16 canales temporales por portadora en sistemas Half Rate)

0 1 2 3 4 5 6 7

1 TRAMA TDMA = 8 CANALES (120/26=4,615 ms)

1 TS = 0,577 ms)


Construcción de Ráfagas (burst)

0 1 2 3 4 5 6 7

1 TRAMA TDMA = 8 CANALES (120/26=4,615 ms)

1 CANAL = DURACION 156,25 Bits (0,577 ms)

1 Bit, DURACION 3,69 µs

TB3

TB3

GP8,25

BITS ENCRIPTADOSBITS ENCRIPTADOS58 bits (57 de voz y 1 de bandera)

ENTRENAMIENTO26

RAFAGA NORMAL (DUMMY)

TB3

TB3

GP8,25

BITS FIJOS (todos a 0)142

RAFAGA DECORRECIÓN DE FRECUENCIA

TB3

TB3

GP8,25

BITS ENCRIPTADOS39

BITS ENCRIPTADOS39

ENTRENAMIENTO64

RAFAGA DE SINCRONIZACIÓN Información del número de Trama y el código de identificación de la BS (BSIC)

TB8

TB3

GUARDA EXTENDIDA68,25

SINCRONIZACION41

BITS ENCRIPTADOS36

RAFAGA DE ACCESO

TB: BITS DE CCOLA: 000GP: BITS DE GUARDA

58 bits (57 de voz y 1 de bandera)


Multiplexación de canales Lógicos en canales físicos

Asignación de una frecuencia y un intervalo a un canal lógico para ser transmitido. Cada (BTS) n portadoras: C0 ,...Cn , con 8 (TS).

C. LÓGICOSC. LÓGICOS

C. CONTROLC. CONTROL C. TRÁFICOC. TRÁFICO

BCHBCH CCCHCCCH DCCHDCCH

PCHPCH AGCHAGCH RACHRACHSCHSCH FCCHFCCH BCCHBCCH SDCCHSDCCH SACCHSACCH FACCHFACCHFull rate& EFR

Full rate& EFR

Halfrate

Halfrate

Ráfaga deSincronizac.Ráfaga de

Sincronizac.Ráfaga decorrecciónfrecuencia

Ráfaga decorrecciónfrecuencia

Ráfaganormal

Ráfaganormal

RáfagadummyRáfagadummy

RáfagaAccesoRáfagaAcceso

TS 0Portadora C0

TS 1Portadora C0

TS2-TS7 en C0C1....Cn


Canales físicos : Retardo temporal

Las tramas TDMA de todos los canales de radiofrecuencia tanto enel Ul como en el DL deben estar perfectamente alineadas.

Pero en una BTS el comienzo de una trama TDMA en el UL se retrasa 3 TS respecto al principio de la trama TDMA en el DL.

En el móvil desplazamiento variable para ajustar el retardo de propagación, de forma que la transmisión del comienzo de la trama UL llegue a la estación base exactamente 3 TS después de la trama DLMismo número de TS en el UL y el DL, sin tener que transmitir y recibir a la vez. No se necesita un duplexor en el móvil.


Estructura de Tramas y Multitramas

Número de trama: 0 a FN max= 26 x 51 x 2048 = 2.715.647Tres tipos de multitrama: discurren en paralelo sobre la supertrama

26 (MF26) Para canales de tráfico. (TCH)51 (MF51) y 102 (MF102) para señalización.

1 2

0 1 2 3 4 5 6 7

1 TRAMA TDMA = 8 CANALES (4,615 ms)

2047HIPERTRAMA = 2.048 SUPERTRAMAS = 2.715.648 TRAMAS TDMA

3 HORAS, 28 MIN, 53 s, 760 ms0

49 50SUPERTRAMA6,12 s

10

SUPERTRAMA

120 ms

6,12 s

MULTITRAMA 26 24 25 10 49 50MULTITRAMA 51235,38 ms

0 1 2 24 25

1

0

multitramas de canales de tráfico (MF26)

multitramas de canales de señalización y control MF51


Multitramas.

Multitrama para canales tráfico (TCH). MF26. Duración 120 msCualquier TS en cualquier portadora, excepto TS 0 en C 0. La composición es la misma, independientemente del sentido del enlace. Existen dos opciones:

TCH/F + SACCH/F +FACCH/F (canales de tráfico de velocidad completa).TCH/H + SACCH/H +FACCH/H (canales de tráfico de velocidad mitad).

T: Trama TDMA para TCH

I: Trama libre: escucha otras portadorasA: Trama TDMA para SACCH

T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Multitrama MF26 = 26 tramas = 120 ms

Trama = 8 TS = 4,615 ms

A I


Multitramas

Multitrama MF51 (51 tramas) para señalización. Duración 235,38 msCanales BCCH y CCCH:TS 0 en la portadora C 0.

Todos los móviles utilizan esta configuración desde el instante en que se encienden. Uso compartido por todos los móviles dentro de la célula.

R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R

F S B C F S C C F S C C F S C C F S C C

0 1 2 20 17 20 170 1 2 7 0 1 2 7 0 1 2

CCCH (RACH)

Sentido Móvil-Base

0 1 2 20 17 20 170 1 2 7 0 1 2 7 0 1 2

FREC: C0 INTERVALO DE TIEMPO: 0TRAMAS TDMA

51 TRAMAS BCCH +CCCH

Sentido Base - Móvil

R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R

F: TRAMA PARA FCCH S: TRAMA PARA SCH B: TRAMA PARA BCCH C: TRAMA PARA CCCH = PCH +AGCH

R: TRAMA PARA RACH

51 TRAMAS

I


Multitramas

Multitrama MF102 (102 tramas) para señalización. Duración 471 ms.Canales SDCCH/8 y BCCH + CCCH + SDCCH/4

D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 A0 A1 A2 A3 I I ID0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 A4 A5 A6 A7 I I IBase -Móvil

2 * 51 TRAMAS 8 SDCCH + SACCH

D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7I I ID0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7

A5 A6 A7

I I IMóvil - BaseA1

A0

A4A2 A3

2 * 51 TRAMAS BCCH+ CCCH + 4 SDCCH

F S B C F S C C F S D0 D1 F S D2 D3 F S A0 A1 IF S B C F S C C F S D0 D1 F S D2 D3 F S A2 A3 I

D3A0 A1D3A2 A3 D0 D1 D2

D0 D1 D2RRRR

R RRR

Base -Móvil

Móvil - Base R RR R

R RRR

R RR R

R RRR

RRRR

RRRR

RRRR

RRRR

RRRR

RRRR

RRRR

RR

F: TRAMA PARA FCCH S: TRAMA PARA SCCH B: TRAMA PARA BCCH

C: TRAMA PARA CCCH R: TRAMA PARA RACH D: TRAMA PARA SDCCH

A: TRAMA PARA SACCH


Necesarios para que el sistema TDMA funcione correctamente. Se desconoce, la situación relativa del móvil respecto a la estación base.La estación base evalúa la distancia a que se encuentra un MS y le indica el retardo con que debe transmitir para evitar que se produzcan solapamientos entre emisiones procedentes de diferentes móvilesAspectos en el proceso de sincronización:

Sincronización del reloj de la estación móvil con el de la estación baseAlineación temporal del móvil con la estación baseCompensación de la distancia entre el móvil y la estación base, TA (TimingAdvance) evaluado y enviado por la BSC

Cada unidad de Timing Advance equivale a un retardo de transmisión igual a la duración de intervalo de bit en el trayecto de ida y vuelta .

Cada unidad de TA equivale a unos 550 m. TA = 1 el móvil se encuentra a una distancia de ella comprendida entre 550 m y 1.100 m. No es posible mayor precisión debido a que la estación base cuantifica el retardo medido en unidades de intervalo de bit.

Sincronización y avance en el tiempo


Procesos de transmisión/recepción.

Proceso que sufre la señal vocal (analógica) desde el micrófono del equipo móvil hasta su modulación y salida al canal Radio.

Micrófono Conversor A/D

Codificación Voz

Codificación Canal

Entrelazado

Cifrado

Ráfagas

ModuladorTransmisor

33,8 Kb/s

Antena

8 KHz

13 Kb/s

13 bits

Datos

Conversor D /A

Decodificación Voz

Decod. Canal

Desentrelazado

Descifrado

Ecualización Adaptativa

ReceptorDemodulador

Datos

Altavoz

22,8 Kb/s


Conversión A/D.

En el sistema GSM, el proceso de conversión A/D se realiza mediante la técnica PCM (Pulse Code Modulation). La conversión de la señal vocal se puede dividir en tres pasos:

1) Muestreo de la señal analógica. 8 KHz/s.

2) Cuantización de las muestras. 8192 niveles (13 bits muestra)

3) Codificación de los bits obtenidos. (104 Kbits/s)


Codificación de Voz.

Eliminar la redundancia inherente a la información vocal y minimizar de esta forma la cantidad de información a transmitir.

El estándar GSM (Rec. serie 06) contempla varias posibilidades

Velocidad total, FR (Full-Rate, voz codificada a 13 Kbit/s) Velocidad mitad, HR (Half-Rate, voz codificada a 6,5 Kbit/s). Velocidad total mejorada, EFR (Enhanced Full-Rate 15,1 Kbit/s).

RPE-LTP (Regular Pulse ExcitedLong-Term Prediction).

Codec predictivo lineal excitado por pulsos regulares con predictora largo plazo,

Segmentación, bloques de 20 ms;Factor de compresión 8: 13 Kbit/s ; en 20 ms = 260 bits


Codificación Canal.

Protección de la información digital (voz, datos, señalización). k bits Mediante la adición de r = n - k bits de redundancia contra los errores producidos por las anomalías y pertubaciones de la transmisión.

Al cociente k/n, se le llama tasa del código (Code Rate).

GSM se utiliza una estructura de codificación, consistente en una concatenación de dos códigos: Rec. GSM 05.03.

Código externo de tipo bloque, utilizado como detector de errores.Con error se pierde alguna componente de voz, sustituyéndose la información perdida por otra extrapolada a partir de muestras previas.

Código interno de tipo convolucional, empleado como corrector de errores, con una redundancia que depende del tipo de canal.

Un único tipo de código convolucional se adapta a los diferentes canales mediante una técnica de "puncturing". Se consideran por separado la codificación de la información de tráfico (voz/datos) y la de la señalización, ya que son algo diferentes entre si


Codificación Canal. (II)

Codificación de los bits de la señal vocalLos 260 bits cada 20 ms del RPE-LTP se clasifican en tres categorías: Ia, Ib y II, según su importancia y sensibilidad frente a los errores.

Los bits de clase Ia (50), se codifican según un código bloque (50,53). Estos, junto con los 132 bits de clase Ib y 4 bits de cola, se codifican con un código convolucional de rendimiento 1/2 y longitud obligada 5, convirtiéndose en 378 bits,Se añaden los 78 bits de la clase II, formándose un grupo de 456 bits. El porcentaje de bits protegidos es 182/260 (70%). Vb = 13·(456/260) = 22,8 kbit/s

Clase Ia 50 bits260bitsdeVoz

Clase II 78 bits

Codificadorbloque50+3

Cola 4 bits

Clase Ib 132 bits

CodificadorConvolucional

1:2

53 bits

378 bits 456bits


Codificación de los bits de señalización:Se agrupan en 23 octetos (184 bits) y se aplican a un código FIRE con 40 bits de redundancia (184,224) Se añaden 4 bits de cola y se pasan a un codificador convolucional 1:2 y longitud obligada 5.Entrelazado extendido a 4 tramas

Codificación para la transmisión de datos:Velocidad máxima de 9,6 Kbit/s, (4,8 y 2,4 Kbit/s adicionales)Adaptación de velocidad: 12 Kbit/s (6 y 3,6 Kbit/s)Se obtienen grupos de 240 bits en 20 ms (120 y 72)Códigos convolucionales para obtener 456 bits (228).Se transmiten a lo largo de 19 tramas con 24 bits por intervalo (TS) siendo, por lo tanto, la profundidad del entrelazado igual a 19.

Codificación Canal. (III)

4

228

456

Código Convolucional (1:2)

Código Fire

184

184 40


Los 456 bits codificados de cada segmento se distribuyen en tramas TDMA sucesivas a fin de que los errores agrupados que introduce el canal móvil no afecten a bits consecutivos.

Primer nivel de entrelazado: 456 bits/20 ms en 8 bloques de 57 bits. Se escriben por filas y se leen por columnas.

Segundo nivel de entrelazado:, En una ráfaga se envía un bloque de un tramo y otro del siguiente. Retardo = 37,5 ms.

Interleaving (entrelazado)

1917....

449

210.....

450

311.....

451

412.....

452

513.....

453

614.....

454

715.....

455

816.....

456

57 bits

8 tramas

57 1 26 1 573 3Ráfaga (burst)


Modulación GMSK una vez conformada la ráfaga a 270,833 Kbit/sEn las modulaciones PSK convencionales los lóbulos laterales del espectro decaen con arreglo a la ley de tipo 1/f 2 , y para las modulaciones de fase continua de la forma 1/f 4

GMSK: Gaussian Minimum Shift Key. Rec. GSM 05.04.Modulación digital de frecuencia con fase continua y prefiltrado Gaussiano.Envolvente de la onda modulada constante, para que puedan utilizarse amplificadores no lineales (alto rendimiento de potencia).Generación mediante modulación de frecuencia directa. o en cuadratura.Posibilidad de aplicación de diversos métodos de detección: Deteccióncoherente. Detección no coherente. Detección diferencial.

Modulación

Respuesta impulsiva y función de transferencia del filtro Gaussiano Amplitud y fase de la modulación GMSK


El producto del ancho de banda del filtro gaussiano por el periodo de bit (Bb*T) caracterizará a la modulación GMSK.

Las especificaciones GSM Bb*T=0,3. Rendimiento espectral 1 bit/s/Hz.

Modulación (II)


La dispersión temporal provoca interferencia entre símbolos.Mediante ecualización adaptativa puede solucionarse parcialmente.

El ecualizador en GSM es el ecualizador de ViterbiUtilización de una secuencia de entrenamiento (traininq sequence)

Ecualización

Se extrae de la ráfaga recibida la secuencia de entrenamiento. Y a partir de ella se estima la respuesta impulsiva del canal.Se convolucionan con la respuesta impulsiva las señales banda base transmitidas, para calcular las métricas del algoritmo de Viterbi. El resultado de este algoritmo es una estimación de la secuencia transmitida.


Necesarias en la frecuencia propia y en las de células vecinas para las tareas de control del enlace radio. (Traspasos,Control de potencia, ...).

MS con una llamada en curso está utilizando un TCH de la multitrama MF26.Debido al desplazamiento temporal entre losTS de Tx y Rx, transmitida la ráfaga a su BTS, dispone de 4 intervalos antes de la ráfaga de respuesta.La MS utiliza este tiempo para medir la intensidad de señal proveniente de su BTS o de otra BTS vecina previamente identificada (canal SCH en la trama I)Cuando llega la trama I, la MS pasa de la MF26 en la que estaba, a la MF51 de la portadora baliza, B, de una célula vecina y espera la recepción del SCH.

Medidas de señal en la MS


Una vez realizadas las medidas, serán evaluadas y transformadas en los parámetros RXLEV (nivel se señal en recepción) y RXQUAL (nivel de calidad en recepción) Tareas

Mantenimiento de calidadGestión de tráficoControl de potencia

RXLEVMS controla RXLEV de su BS y las vecinasRXLEV (rms) rango (-110, -48) dBm

RXQUALCalidad de señal RX . Se estima la BER

Otros Parámetros de controlDistancia.

Retardo temporal (rango: 0-70 Km)

Control del enlace Radio

RXLEV Potenica. Rx (dBm)

0 < -1101 (-110, -109)2..63 > 48

RXQUAL BER %

0 < 0,21 0,2 a 0,42 0,4 a 0,8..7 > 12,8


Control del enlace Radio (II)

Control de potencia.Adaptación de la potencia transmitida tanto por el móvil como de la estación base a las condiciones de propagación.

Disminuir la relación C/I aumenta la reutilización.Disminuye el consumo de baterías.

Utiliza RXLEV, RXQUALmedidas por BS y MS

Algoritmo competencia del operadorUmbrales superiores e inferioresPotencia en escalones de 2 dBObligatorio en MS, optativo en BS

HandoffTraspasos de canal

al cambiar de célulaIntracell (mejorar la calidad reasignando canales)Utiliza RXLEV y RXQUAL en BS y MSfluttering (histéresis).

Control P. Pico (dBm)

0 431 41..

15 13


Control del enlace Radio (III)

Transmisión discontinua (DTx)En los sistemas de telefonía vocal, la actividad de cada uno de los interlocutores es del 40 % del tiempo por término medio Se transmiten ráfagas por TCH cuando hay muestras de voz.

Mediante detectores de actividad vocal: VADLas muestras no transmitidas se rellenan en RX con Confort noise.

Aumentar la duración de las baterías.Disminuir la C/I

Recepción discontinua (DRx)Las MS únicamente tienen que escuchar el PCH cada cierto número de multitramas


Salto de frecuencia

Para disminuir la influencia (errores) de los desvanecimientos por propagación multitrayecto (selectivo en tiempo y frecuencia).

Salto cada ST: 217 saltos/s (SFH). También disminuye C/I.Secuencia de salto. HSN (Hopping Sequence Number), 0 a 63. Programables por el operador: cíclicas, aleatorias, ortogonales.


GSM se ha diseñado con un elevado grado de seguridad en la interfaz radio Um. Evitar intrusiones y accesos indebidos y ofrecer máxima confidencialidad.

Seguridad en el acceso (autenticación de usuarios).Protección al operador, permitiéndose la conexión a la red únicamente a los usuarios que superen un proceso de validaciónAutenticación de las MS cada registro en la red o tentativa de llamada.Seguridad en los terminales utilizados: Lista blanca, gris y negra.Protección al abonado, para que no pueda se identificado por ajenos. (TMSI).Las MS están obligadas a utilizar el mecanismo de autenticación de usuarios y verificación de equipos antes de: cada registro en la red, cada tentativa de llamada, y al solicitar la obtención de servicios suplementarios.

Confidencialidad de los datos de usuario y de la información Protección mediante cifrado, de la información transmitida, frente a escuchas intencionadas (cifrado y descifrado).Es el subsistema de conmutación (SSS) el que decide la versión del algoritmo A5 y la clave de cifrado kc que se utilizará cada vez.

Seguridad en GSM


Seguridad en GSM


Función del AUC. Proporciona información al MSC/VLR para realizar la autenticación del subscriptor y establece los procedimientos de cifrado.

Proporciona una tripleta de datos:1. Un número aleatorio no predecible (RAND).2. Una señal de respuesta (SRES).3. Una clave de cifrado. (Kc).

Generación de tripletas. Al subscribiese, a cada usuario se le asigna una clave de autenticación (Ki), junto con el IMSI (identificación internacional del subscriptor) que son almacenadas en el AUC y el SIM

Autenticación.

AUC

KiBase de

datosIMSI

Ki

GeneradorRAND Algoritmo

AutenticaciónA3

Solicitud de tripletapor el HLR

RAND

Kc

SRES

Tripleta al HLRAlgoritmo

CifradoA8


Proceso. 1. El MSC/VLR transmite RAND al MS.2. MS calcula la firma SRES usando RAND, Ki y el algoritmo A33. La firma SRES es enviada al MSC/VLR, que procede a la

autenticación, comparando el SRES enviado por el móvil con el generado internamente. Si son iguales se habilita el acceso.

Este proceso se realiza durante:Cada vez que se registra un subscriptor.Cada establecimiento de llamada.Cuando se actualiza la localización.Antes de activar o desactivar servicios suplementarios.

Autenticación.

GeneradorRAND

Algoritmo A3/A8

1. RAND

MSC/VLRSIM

Ki

Móvil

3. SRES 2. CalculaSRES y Kc

Kc


La clave kc se calcula a partir de la clave kiy el número aleatorio RAND (RANDomnumber) mediante el algoritmo A8.

Se guarda en la memoria no volátil del SIMLa secuencia de cifrado es producida usando Kc y el número de trama TDMA, como entradas al algoritmo A5.

Nº de trama: 22 bits (0 - 2715.647)Kc: 64 bits

Para proceder al cifrado se manda una muestra de información: Comando demodo cifrado (M):

La salida del algoritmo A5 es utilizada para cifrar los datos de información (M) mediante una operación OR_EXCLUSIVE.

Cifrado.

Algoritmo A5

NºTramaKc

DatosM

Móvil

OR EX

Datoscifrados M’


Proceso de Cifrado1. M y Kc son enviados desde el MSC/VLR a la BTS2. M es reenviado por la BTS al MS.3. M es cifrado usando Kc y el número de trama TDMA

mediante el algoritmo A5.4. El mensaje cifrado M’ es enviado a la BTS.5. El mensaje cifrado es descifrado en la BTS usando Kc, el

número de trama y el algoritmo A56. Si el descifrado fue correcto, se comunica al MSC. Toda la

información en el interfaz aire es ahora cifrado por el mismo procedimiento.

Existen dos algoritmos A5.A51. Grado militar usado por países pertenecientes a la OTAN.A52. Reemplaza al anterior.

Cifrado.


Gestión de movilidad

Registro. MS apagada Encender MS (Rec. GSM 03.12):1. BARRIDO DE FRECUENCIAS. MS explora las portadoras y selecciona la más fuerte.2. EXTRACCIÓN Y DECODIFICACIÓN BCCH. MS intenta extraer en el intervalo 0 los

canales BCH. Si no es posible se intenta con la siguiente en intensidad.Cuando se detecten los canales anteriores se decodifican las señales de control de frecuencia y temporización FCCH y SCH. Posteriormente mediante la recepción del BCCH

se determina si la transmisión captada pertenece al operador deseado.MS extrae del BCCH el código de Identificación del Área de Localización (LAI)

3. PETICIÓN DE REGISTRO A MSC/VLR. MS envía hacia la BTS el código LAI y un mensaje de petición de registro, incluido el IMSI/TMSI.

El mensaje se encamina hacia la MSC asociada. MSC comunica comunicará al VLR la activación de la MS y registrará su LAI. Si la MS es nueva en ese VLR, este procede a comunicarselo al HLR correspondiente analizando su IMSI.

4. AUTENTICACIÓN. Se efectua el procedimiento de autenticación.5. CONFIRMACIÓN. Se informará a la MS de la correcta realización del proceso. 6. MONITORIZACIÓN. Por el canal BCCH se transmite la lista de frecuencias BCCH de

las células vecinas, para que la MS monitorice las condiciones de recepción de estas.


Gestión de movilidad: Registro

MS BSS MSC/VLR HLR

1. Portadoras. C0:BCCH

2. Extracción y decodificación BCCH

4. Solicitud de Autenticación

3.Petición de registro/ actualización

4. Procedimiento de Autenticación

5. Confirmación del proceso.

6. Monitorización


Gestión de movilidad: Traspaso (Inter MSC)

MS BSS-A MSC-A MSC-B

Portadoras. BCCHMedidasde nively calidad

1. Solicitud de HO-A

Envio de medidas

BSS-B

Decisión HO

2. Solicitud de HO-A

3. Reserva Recursos Radio

4. Indicación de HON

5. Conexión

6. Orden Traspaso MSC-B a BSC-B7. Orden Traspaso a MS

8. Confirmación Traspaso a MSC-B

9. Confirmación HO10. Reconfiguración Red.


Gestión de llamadas Llamada MS - RTC.

1. Usuario compone número del abonado llamado y pulsa “SEND”.Petición de canal al BSS por el canal RACH. Incluye ARFCN del BSC y TMSI.

2. BSC asigna un canal SDCCH entre la MS y la BSS y lo comunica a MS por AGCH.3. BSC realiza una Petición de Servicio hacia la MSC/VLR.4. MSC/VLR efectúa proceso de autenticación del móvil, si este ya se ha registrado. En caso

contrario MSC/VLR pide las claves al HLR/AUC y se continua el proceso.5. Procedimiento de cifrado. Entre el móvil y la MSC.6. MS envía mensaje de Establecimiento de llamada hacía MSC/VLR, incluyendo el nº del abonado.7. MSC/VLR solicita vía del BSC, el Indicador Internacional del Equipo Móvil a MS.

El móvil responde transmitiendo el IMEI, que se comprueba en el EIR.8. MSC/VLR envía mensaje de Asignación de Canal al BSS, y esta al MS.9. Se contestan con mensajes de Asignación Completada, y ya se dispone de canales de tráfico

reservados entre el móvil y la MSC/VLR. Se libera SDCCH y se asigna SACCH10. MSC/VLR envía hacia la RTC un mensaje de Petición de direccionamiento. RTC encamina la

llamada hacia el abonado llamado.11. RTC envía hacia MSC/VLR un mensaje de Direccionamiento completado.12. MSC/VLR envía un mensaje de Señal de llamada al móvil y este aplica tono de llamada. 13. MSC/VLR queda a la espera de recibir desde la RTC el mensaje de Respuesta.

Cuando se recibe se envía al móvil vía BSS.14. Al recibirlo el móvil, interrumpe tono de llamada y pasa a fase de conversación.


Gestión de llamadas Llamada MS - RTC.

MS BSS MSC/VLR PSTN

1. Petición de acceso

Abonado marcanúmero llamado

4. Procedimiento de Autenticación

6. Establecimiento de llamada. Nº abonado llamado

2. Asignación SDCCH 3. Petición de servicio

5. Procedimiento de Cifrado

HLR/AUC

EIR7. Comprobación IMEI del móvil

8. Asignación canal

9. Asignación completada10. Direccionamiento IAM

11. Direccionamiento ACM12. Señal de llamada “Alert”

13. Respuesta

14. Conversación.


1. GMSC (de la zona de inicio de llamada, MSC1) recibe un mensaje de Direccionamiento de llamada. 2. MSC1 envía mensaje de Petición de Información de enrutamiento hacia el HLR donde está

registrado el abonado GSM, determinado por el nº MSISDN de éste.3. HLR reenvía el mensaje anterior hacía MSC2/VLR donde se encuentra el abonado llamado, IMSI.4. MSC2/VLR contesta con un mensaje de Información de Enrutamiento hacia la MSC1/VLR con MSRN5. MSC1/VLR envía mensaje de Direccionamiento a la MSC2/VLR.6. MSC2/VLR, que conoce LAI, envía Solicitud de llamada, a través de la BSS, incluyendo TMSI.7. MS recibe paging request y responde al BSS con Petición de canal. 8. BSS asigna un canal SDCCH y se lo indica al móvil.MS envía Respuesta de llamada, al MSC2/VLR.9. MSC2/VLR autentica al móvil y se inicia el proceso de cifrado.10. MSC2/VLR envía al móvil un mensaje de establecimiento (set-up) por BSS.11. MS recibe Set-up, y responde a MSC/VLR con un mensaje de Confirmación.12. MSC2/VLR envía hacía GMSC un mensaje de Dirección completada (ACM). 13. GMSC lo reenvía a RTC., y esta envía tono al abonado que llama.14. MSC2/VLR ordena a la BSS asignación de TCH a MS con el mensaje comando de asignación.

15. MS confirma la asignación vía BSS al MSC2/VLR con Completada Asignación.16. MS activa tono de llamada y envía mensaje de Alerta hacia MSC2/VLR.17. Usuario MS contesta y MS envía un mensaje Conexión hacía MSC2/VLR. 18. MSC2/VLR confirmación de conexión al MS y lo envía a la GMSC y ésta al la RTC. 19. RTC interrumpe tono de llamada prolonga el circuito y pasa a la fase de conversación. 20

Gestión de llamadas. Llamada RTC - MS.


Gestión de llamadas. Llamada RTC - MS. MS BSS MSC/VLR PSTN

Llamadafijo

9. Procedimiento de Autenticación/Cifrado

10. Establecimiento de llamada

8. Asignación SDCCH

14. Asignación canal TCH

15. Asignación completada

12. Direccionamiento

1. Direccionamiento

16. Señal de llamada “Alert”

20. Conversación.

GMSC

HLR

Petición enrutamiento3 2

4. Inf. enrutamiento

5. Direccionamiento

7. Petición de canal

8. Respuesta llamada

11. Confirmación de llamada13. Direccionamiento

18. Confirmación conexión

17. ConexiónUsuariocontesta

19. Confirmación conexión

6. Envio de Paging. TMSI


Procedimiento por el cual se cobra al cliente el uso que hace de la red.La llamada se divide en varios tramos y se generan diferentes registros de tarificación según el tramo y el tipo de llamada.

Registro MOC (Mobile Originating Component). De móvil origen a MSC/VLRRegistro RC (Roaming Component). Componente de itineracia.Registro CFC (Call Forwarding Component). Componente de desvio de llamada.Registro MTC (Mobile Terminating Component).Entre MSC/VLR y el móvil destino

Tarificación.

Información asociada a los registros de tarificaciónInformación relativa al cliente que llama: IMSI, MSISDN, IMEI, tipo de cliente,...Información relativa al cliente llamado: IMSI, MSISDN, IMEI.Información relativa a la duración de la llamada. Inicio, duración, finInformación relativa al origen de la llamada: datos sobre la celda y BSC. Información relativa al destino de la llamada: datos sobre la celda, BSC y MSCInformación de servicio, rutas, varios.

Comunicaciones móviles. GSM

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