Sistema GSM - Trabajo Sobre GSM

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Sistemas GSM Rafael Albarenga Hernan Raviol

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Sistemas GSM

Rafael AlbarengaHernan Raviol

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Sistemas GSM

Groupe Special Mobile – Global System for Global Communication (GSM)• Obtuvo un crecimiento sin precedentes a nivel mundial. Sin soporte de Redes Analógicas• Servicios:

- Roaming Internacional - Distinción entre la identificación de móvil y usuario- Calidad de voz mejorada - Seguridad Mejorada- Servicios Adicionales (SMS, Caller ID, etc )

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Sistemas GSM: Celdas CDMA vs celdas GSM

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Sistemas GSM

Bandas de Frecuencia • América: Banda 1900 MHz; Europa: Banda 900 MHz, 1800 MHz

Bandas GSM

•GSM 450 Band •GSM 480 Band •GSM 850 Band

•Standard or Primary GSM 900 Band, P GSM •E GSM (includes GSM 900 band) •Railways GSM 900 Band, R GSM

•DCS 1 800 Band •PCS 1 900 Band

Banda Celular

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Sistemas GSM

Bandas de Frecuencia • GSM-R• Dual Band, Triple Band, Quad Band Phones

Dual Band:

• 900 MHz – 1800 MHz (Europa, Asia,Australia,Brazil)

• 850 MHz – 1900 MHz(North America, SouthAmérica)

Tri Band:

• 900, 1800, 1900 MHz (Europa, Asia,Australia,+ América)

• 850, 1900, 1800 MHz

• 850,1900, 2100 UMTS

Quad Band:

• 850-1900 MHz (America)

900-1800 MHz (Europa)• 850/1700/1900/2100

Para servicios UMTS HSDPA, HSUPA

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Sistemas GSMBandas de Frecuencia

MovistarGSM 850, CHs: (128 – 251)PCS 1900, CHs (512 – 810)MCC+MNC= 716 – 06LAC = 4401 (Trujillo)CID = 30011 (Larco)

CELLGLID="716"-"06"-4401-30011

América MóvilesPCS 1900, CHs (512 – 810)MCC+MNC= 716 – 10LAC = 4001 (Trujillo)CID = 51132 (Larco)

CELLGLID="716"-"10"-4001-51132

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Sistemas GSM: Banda Celular

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Sistemas GSMBandas de Frecuencia: Bandas Celulares A y B

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Sistemas GSM

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Sistemas GSM Arquitectura Sistema GSM

Antenas celulares

Enlace Ramal Norte

Ramal Sur

backbone microondas

BSC + BTS

BTS

BTS

BTS

radio links microondas

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Sistemas GSMArquitectura Sistema GSM

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Sistemas GSMArquitectura Sistema GSM

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Sistemas GSMCódigos Identificadores Sistema GSM

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Sistemas GSM

Estación Móvil GSM

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Sistemas GSMEstación Base (Base Transceiver Station)

Una BTS consta de dispositivos de:

•Transmisión•Recepción•Procesado de señal•Cifrado•Medición de Señal•Capacidad de 1 a 16 transceivers•Cada Transceiver corresponde a un canal de RF

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Arquitectura Local: Estaciones Base

Rx

Rx

Tx

αβ

γ

1

2

3

α

β

γ

Estación Base

Estación Base + MSC autosoportada

Monopolo con plataforma

120º

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Sistemas GSMEstación Base (Base Transceiver Station)

Radio Canales TRX

Unidades de control

banco baterías

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UPAOSistemas GSMEstación Base

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UPAOSistemas GSMEstación Base

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Sistemas GSMAutenticación GSM• Se parte de una clave Ki (128 bits) almacenada tanto en la SIM como en el Centro de Autenticación (AuC)• Los algoritmos utilizados son A3 (clave autenticación) y A8 (cifrado de datos tx). Incluídos en la SIM•La implementación de los algoritmos A3-A8, también es conocida como COMP128

La Red GSM solicita IMSI

Tabla de Relación IMSI - Ki

Se genera Respuesta Firmada (32 bits)

Se genera Kc para Tx información

El móvil envía Respuesta Firmada

Se envía Nº aleatorioEl móvil opera el mismo

Algoritmo (128 bits)

AuC compara las respuestasAl coincidir se valida autenticación

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Sistemas GSMRegistro de Identidad de Equipos

• Posee tres apartados• Lista Blanca: Equipos autorizados para el acceso• Lista Negra: Equipos que tienen prohibido el acceso ( Ej. Terminales robados)• Lista Gris: Lista de equipos que deben ser puestos en observación. Poseen un comportamiento anómalo

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Sistemas GSM

Formas de Onda:• Pulso rectangulares

contienen muchos armónicos.

• Su ancho de banda debe de limitarse para aprovechar el ancho de banda del sistema.

• A mayor limitación en frecuencia más pronunciado es el “spreading”en el tiempo.

Filtros• Los pulsos digitales son

filtrados antes de entrar al modulador para reducir el ancho de banda de la señal modulada

• Con esto es inevitable que dejen de ser rectángulos.

• Se busca un compromiso entre Ancho de banda ↔ ISI

• El filtro mas usado es el Coseno cuadrado (“Raised-cosine”) junto con el filtro Gaussiano.

Modulación GSM: Introducción

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Sistemas GSMModulación GSM: Introducción

Modulación FSK (Frecuency Shift Keying) Modulación MSK (Minimun Shift Keying)

• La modulación de tipo MSK es una variante de FSK, con la diferencia de no variar la fase durante la transmisión de dos bits consecutivos

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• Se reduce el espectro de la señal MSK pasando la señal NRZ por un filtro Gaussiano antes de atacar el modulador MSK. • Método sencillo: Se puede generar GMSK aplicando la salida de un filtro Gaussiano-pasa.baja a un VCO (varactor) en un transmisor FM. • Se usa GMSK en GSM-DCS por:

- Buena eficiencia espectral 1,4 bps/Hz, pero menor que TDMA: 1.6 bps/Hz- Resistencia a la interferencia de canales y co-canal

Sistemas GSMModulación GMSK

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Sistemas GPRS-EDGE

Aspectos Básicos de GPRS• El camino de evolución de la tecnología para GSM y los Operadores TDMA está marcado por el paso a través de

GPRS, y EDGE, aunque algunos operadores pueden optar para migrar directamente hacia UMTS (Universal Mobile Telecommunications System).

• Las aplicaciones de datos están basados en Internet. Así el núcleo de red necesita ser Internet Protocol (IP)• Los formatos 3G utilizan un núcleo de red basado en IP sin la necesidad de inversiones adicionales.• Aún WCDMA hace uso de la arquitectura GPRS para sus servicios de datos.• Todas las tecnologías de alta velocidad soportan VoIP, de las cuales EDGE posee mayores ventajas

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– Acceso TDMA: (Traffic Channels)– GSM divide cada radio canal en 8 time slots. La velocidad de los datos esta

determinada por la velocidad individual de cada time slot, y por el número de time slots usados

Identificación de Canales Red GSM

BTS

MóvilTS8

down link

up link

Traffic Channel

TCH

MóvilTS1

MóvilTS0

Canal 3

Canal 1Canal 2

Canal n

TS0

TS1

TS2

TS8 ...

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Sistemas GPRS-EDGEAsignaciones de Slots

• Las asignaciones de slots GPRS and GSM son mostradas en un ejemplo en la figura.• Cualquier slot puede ser asignado hacia GSM o GPRS a menos que haya sido asignado

permanentemente, sin embargo una asignación dinámica es mucho mas eficiente.• Existen asignaciones híbridas permitiendo que algunos slots sean asignados a GSM y algunos a

GPRs basados en su necesidad. La voz siempre tiene preferencia, así GSM siempre tendrá la primera opción.

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Situación Actual: Tecnologías Comunicaciones Móviles

EDGE / EGPRS: Enhanced Data Rate for GSM Evolution

DTM:Dual Transfer Mode

CS: Circuit SwitchedPS: Packet Switched

MBMS: Multimedia Broadcast Multicast Service

EDGE Ph2:Adaptative MultiRate Codec (AMR)

HSPA:High Speed Packet Access

3GPP:Third GenerationPartnership Project Evolución GSM3GPP2:Evolución CDMA

Rev A: 3.1 MbpsRev B: hasta 73 MbpsRev C: hasta 200 Mbps

Page 29: Sistema GSM - Trabajo Sobre GSM

Situación Actual: Convergencia con Redes de Próxima Generación

UTRAN:UMTS Terrestrial Radio Access Network

GERAN:GSM Edge Radio Access Network

HSCSDHigh Speed Circuit Switched Data

FDDFrequency Division Duplexing

TDDTime Division Duplexing

TD-SCDMATime Division-Synchronous CDMA

EDCH

CAMEL

IMSIP Multimedia Subsystem

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SISTEMACDMA

Rafael AlbarengaHernan Raviol

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Tecnologías de Acceso MúltipleInterferencia

AMPS, TDMA y GSM dependen de la distancia

de separación entre celdas para controlar

interferencia. Usuarios Co-canal y

Canal Adyacente se mantienen separados

Factor de reuso limita la interferencia

Page 32: Sistema GSM - Trabajo Sobre GSM

Tecnologías de Acceso MúltipleInterferencia CDMA

Todos los usuarios CDMA usan las misma frecuencia al mismo

tiempo. La interferencia proviene de usuarios

cercanos CDMA Distingue usuarios al asignarle diferentes códigos

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Principios de CDMA

• CDMA utiliza muchos chips para representar un bit

• Cada usuario tiene secuencia de chips única

• Para recuperar un bit se integra la gran cantidad de chips recibidos con el patron de cada usuario

• Los patrones de chips de otros usuarios aparentan ruido aleatorio, y no afectan la detección

Codificación de Canal

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Principios de CDMA

• Walsh Codes: (64 disponibles)– 64 chips de longitud – dura 1/19200 Seg– Ortogonales mutuamente

• PN Short codes: Se usa por pares (I + Q) – Longitud de 215 --- dura 26mS aprox

• Se genera en registro de desplazamiento (15 bits)

• PN Long Code: 1 disponible– Longitud de 242 --- se repita cada 40 dias

• Se genera en un registro de desplazamiento (42 bits)

Secuencias de ensanchamiento

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Principios de CDMA

• CDMA combina 3 secuencias de ensanchamiento para crear un código único.

• En el receptor las secuencias se utilizan en el orden inverso que en el emisor

• Las 3 secuencias son generadas en ambos extremos y necesariamente no son utilizadas simultaneamente

Secuencias de ensanchamiento

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Principios de CDMACodificación: Forward Channel

El canal se discrimina por:

• Frecuencia de portadora CDMA

• PN Offset unico del sector (short code)

• Còdigo Walsh único del usuario

Page 37: Sistema GSM - Trabajo Sobre GSM

Principios de CDMACodificación:

El canal se discrimina por:• Frecuencia de portadora.• PN Offset único del

móvil (long code)

Page 38: Sistema GSM - Trabajo Sobre GSM

Principios de CDMA

• Tecnologías tradicionales trnasminten la mayor cantidad de informacion sobre el menor ancho de banda

• CDMA utiliza secuencias de ensanchamiento para usar un ancho de banda mayor lo que se traduce en ganancia de procesamiento

Codificación de Canal

Page 39: Sistema GSM - Trabajo Sobre GSM

Características de CDMA (IS 95)Softer Handoff

• Cada sector tienen un PN offset y piloto diferentes• El móvil interpreta cada PN como independiente• Cuando multimples sectores dan servicio a una llamada

se habla de SOFTER HANDOFF• La llamada utiliza un solo canal en la celda• El móvil puede estar en cualquier combinación de soft y

softer handoff• El cambio de frecuencias de una celda a otra esta

definido y se conoce como Hard Handoff

Page 40: Sistema GSM - Trabajo Sobre GSM

Características de CDMA (IS 95)Estructura de Canales

• Canal Piloto (Wo)– Identificación Celda/Sector– Referencia de tiempo, fase, potencia– Identiicación de Candidatos a HandOff

• Canal de Sincronización (W32)– Sincronia, SID,NID, Version de ineterfaz de radio.

• Canal de Page (W2)– Puede haber hasta 7, según sea necesario– Asignacion de canal de tráfico– Busqueda de moviles.– SMS

• Canal de trafico– Transmision de voz o datos a un movil

Page 41: Sistema GSM - Trabajo Sobre GSM

Características de CDMA (IS 95)

CDMA: IS95

Espectro Banda Ancha

Reuso universalde frecuencias

Vocoder tasa Variable

Receptor Rastrillo(Rake Receiver)

Capa FísicaSegura

Capacidad suave(Control de Potencia)

Soft HandoffSofter Handoff

Page 42: Sistema GSM - Trabajo Sobre GSM

Características de CDMA (IS 95)Control de Potencia:

• La RB continuamente reduce la potencia de los usuarios en el Forward link

• Cuando el Móvil detecta errores en el forward link solicita mayor energía

• La RB incrementa la potencia de ese usuario y luego comeinza a disminuirla progresivamente de nuevo.

Page 43: Sistema GSM - Trabajo Sobre GSM

Características de CDMA (IS 95)Control de Potencia: Reverse

• Lazo Abierto: Móvil ajusta la potencia basado en la potencia de la señal recibida de la celda

• Lazo Cerrado: la celda indica +- 1dB @ 800Hz basado en mediciones de potencia en la celda

• Lazo Externo: La controladora detecta gran cantidad de errores (FER) y setea el punto minimo de potencia

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Características de CDMA (IS 95)Rake Receiver (Rastrillo)

• En cada set de datos el móvil suma la salida de cada FINGER del receptor

• Cada finger puede decodificar un PN offset y Código Walsh

• Cada finger se sintoniza en diferentes reflexiones retardadas (multitrayecto) de la señal o celdas/sector

• SEARCHER continuamente chequea por pilotos disponibles (Wo)

Page 45: Sistema GSM - Trabajo Sobre GSM

Características de CDMA (IS 95)Soft Handoff y Softer Handoff

• Handoff es el paso de una celda a otra y es controlado por el móvil.

• El móvil chequea por pilotos disponibles y los comunica al sistema, el cual responde a que Celda/sector corresponde

• Un sector vecino es un PN distinto. SOFTER HO• El móvil asigna los FINGERS según le convenga• Cada lado del enlace selecciona la señal que mejor vea.• El cambio de frecuencias de una celda a otra esta

definido y se conoce como Hard Handoff

Page 46: Sistema GSM - Trabajo Sobre GSM

Evolución de CDMAOne (IS 95)

Page 47: Sistema GSM - Trabajo Sobre GSM

CDMA ONE Vs. CDMA 2000 1X

CO

NTR

OL

DE

PO

TE

NC

IA

CO

NS

UM

O D

E

EN

ER

GÍA

MS

Page 48: Sistema GSM - Trabajo Sobre GSM

CDMA ONE Vs. CDMA 2000 1X

CA

NA

LES

PIL

OTO

VE

LOC

IDA

DE

S

DE

DA

TO

S

Page 49: Sistema GSM - Trabajo Sobre GSM

Principios de CDMA

• Tecnologías tradicionales trnasminten la mayor cantidad de informacion sobre el menor ancho de banda

• CDMA utiliza secuencias de ensanchamiento para usar un ancho de banda mayor lo que se traduce en ganancia de procesamiento

Codificación de Canal

Page 50: Sistema GSM - Trabajo Sobre GSM

Características de CDMA (IS 95)Softer Handoff

• Cada sector tienen un PN offset y piloto diferentes• El móvil interpreta cada PN como independiente• Cuando multimples sectores dan servicio a una llamada

se habla de SOFTER HANDOFF• La llamada utiliza un solo canal en la celda• El móvil puede estar en cualquier combinación de soft y

softer handoff• El cambio de frecuencias de una celda a otra esta

definido y se conoce como Hard Handoff

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FIN

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