Proiect Rețele de Calculatoare Facultatea de Electronică, Telecomunicații și Tehnologia Informației Proiect Rețele de Calculatoare Arhitectura gsm Masterand: Liviu Ahile GUȚU Profesor coordonator: Conf. Dr. Ing. Ștefan STĂNCESCU

Cuprins Introducere Tipuri de transmisiuni Protocoale de acces multiplu Atenuarea Corecția erorilor GSM Arhitectura GSM Canalele logice GSM Transmisia voce GSM Tipuri de modulații GSM Efectuarea și primirea unui apel GSM Celulele GSM Tipuri de handover Handover-uri GSM Handover Inter BTS Handover Inter BSC Handover Inter MSC Concluzii

Introducere Până în ziua de azi fiind dezvoltate patru generații de sisteme de telefonie mobilă: Generaţia 1 (1G) Introdusă în 1980, a fost scoasă din funcțiune. Prelucrarea analogică a semnalului. Oferea doar serviciu vocal. A operat în benzile de frecvență de 450 MHz și de 800-900 MHz. Generația 2 (2G) Prelucrare digitală a semnalului. A introdus serviciul de date. Operezează în benzile de frecvență de 900 MHz şi de 1800 MHz. În prezent se face integrarea sistemelor 2G în 3G. Generația 3 (3G) Introdusă în 2001. Operează în banda de frecvențe de 2 GHz. Oferă viteze de transmisie de date de până la 2 Mbiți/s. Generația 4 (4G) A început să fie disponibilă recent. Oferă viteze de până la 672 Mb/s.

Tipuri de transmisiuni În funcție de sensul în care pot circula datele, transmisiunile pot fi: Simplex Semi-duplex Duplex În telefonia mobilă avem nevoie de o transmisiune duplex prin care ambii utilizatori să se poate facă auziți în același timp: FDD (Frequency Division Duplex) Pune la dispoziție două benzi de frecvență pentru uplink și downlink. TDD (Time Division Duplex) Alterează foarte repede de la primirea datelor la transmiterea datelor. Frequency Amplitude Time F1 F2 Tx Rx Frequency Amplitude Time F1 Tx Rx

Protocoale de acces multiplu Asigură interconectivitatea abonaților. Protocoalele de acces multiplu folosite în GSM sunt: FDMA (Frequency Division Multiple Access) Banda totală de frecvență (50 MHz) este împărțită în mai multe canale de benzi de frecvență de 200 KHz (canale/subbenzi). Avem 250 de canale de frecvență, dintre care 125 sunt dedicate uplink-ului iar 125 sunt dedicate downlink-ului. Nu necesită o coordonare dinamică. Nu este flexibilă. TDMA (Time Division Multiple Access) Fiecare canal de 200 KHz este împărțit în 8 canale temporare de perioadă fixă. Flexibilă. Necesită coordonare dinamică.

- Puterea de recepție d0 - Distanța maximă Atenuarea În timpul propagării sale prin mediu, calitatea semnalului scade din cauza obstacolelor, atenuării, reflecției, refracției, difracției, absorbției, interferențelor, zgomotului și a pierderilor datorate imperfecțiunilor circuitelor de transmisie și recepție. Între puterea de recepție și puterea de transmisie avem următoarea relație: - Puterea de recepție d0 - Distanța maximă - Puterea de transmisie d - Distanța Rx-Tx C - Constantă ce depinde pe parametrii tehnici γ - Valori cuprinse între [2, 5] în funcție de mediu

Corecția erorilor GSM Rata erorilor transmisiei semnalelor depinde de viteza de transmisie (pentru trasmisiile rapide avem o rată de erori mai mare) și de puterea de recepție. Măsurile luate pentru corecția erorile sunt: Egalizarea Transmiterea unei secvențe de antrenare cunoscute de ambele capete pentru identificarea tipul de distorsiuni și să corecteze restul de date primite folosindu-se de această informație. Codurile de corecție a erorilor FEC (Forward Error Correction) permite detectarea erorilor și corectarea unui număr limitat din acestea.

Arhitectura GSM Majoritatea rețelelor GSM funcționează în banda de frecvențe de 900 MHz și de 1800 MHz. Folosește banda de 890 MHZ- 960 MHz 50 MHz pentru trafic uplink 890-915 MHZ downlink 935-960 MHz Bandă de separare de 20 MHz (915-935 MHz) Banda de separare are rolul de a evita interferențele ce ar putea să apară între uplink și downlink

Arhitectura GSM BTS BSC NSS VLR HLR AUC asigură comunicarea între MS și BSC. BSC administrează resursele radio pentru BTS. este responsabil pentru handover-uri asigură comunicarea între BTS și MSC. NSS asigură comunicarea între GSM și alte rețele. VLR bază de date temporară a utilizatorilor ce are rolul de a micșora numărul de accesări ale HLR-ului. HLR bază de date permanentă a utilizatorilor ce acoperă o zonă de mari dimensiuni. AUC menține codurile de autentificare și algoritmii de protecție, prevenind orice fel de intruziuni.

Schema gsm

Canalele logice GSM Pot fi canale de trafic sau canale de control.

Transmisia voce GSM Codarea sursei Codarea canalului Interleaving Biții trimiși sunt împărțiți în pachete în funcție de importanța lor pentru calitatea vorbirii. Pachetul rezultant este format din 456 biți. Interleaving Cei 456 de biți sunt împărțiți în opt pachete de 57 de biți care se amestecă pentru a forma opt pachete noi. Ciphering Previne ascultarea convorbirii. Folosește doi algoritmi de criptare care sunt cunoscuți de către MS și BTS Burst formatting Burst final, se adaugă headere și trailere Modulation Biții sunt transmiși conform modulației GMSK

Tipuri de modulații Deoarece vocea umană se află între 300-340 KHz, la trasmisia semnalul ar fi distrus din cauza interferențelor. Este necesar să facem modulația fiecărui semnal la o frecvență purtătoare mare pentru a putea asigura o comunicare cât mai puțin afecatată de interferențe. Modulațiile se împart în trei categorii: CPM (Continuous Phase Modulation) Reprezintă modulații de frecvență sau de fază. Cele mai cunoscute sunt MSK și GMSK. QAM (Quadrature Amplitude Modulation) Caracterizat de o folosire foarte eficientă a spectrului de frecvențe pus la dispoziție. Exemple: QPSK, 16QAM, 64 QAM. Modulații pe mai multe purtătoare Rezistente împotriva distorsionării canalului. Example: OFDM, DMT.

MSK MSK este codat folosind biți ce alternează între componentele quadrature, în mod similar OQPSK, principala diferență constând în codarea fiecărui bit ca o jumătate de sinusoidă.

GMSK GMSK este o continuare a modulațiilor MSK, având în plus față de acestea un filtru Gaussian. Schemă modulator GMSK

Efectuare apel gsm 1. MS trimite la BSS numărul format. 2. BSS transmite numărul format la MSC. 3&4. MSC verifică la VLR dacă MS-ul are permisiunea de a folosi serviciul cerut. 5. Apelul este rutat de către MSC la GMSC. 6. GMSC verifică la HLR și rutează apelul între cei doi utilizatori. 7&8&9&10. Apelul este primit și se face rutarea înapoi la MSC prin GMSC, MSC și BSS

Primire apel gsm 1. Se cere apelarea unui abonat GSM. 2. Continuarea apelului la GSMC 3. HLR-ul se ocupă de setarea semnalului 4&5. HLR trimite cerere la VLR 6. GMSC primește informațiile necesare pentru MSC 7. Se înaintează apelul la MSC 8&9. Se obține starea curentă a MS. 10. Apelarea BSS-urilor subordinate MSC. 11&12. Paginarea MS-ului 13. Răspunsul MS-ului 14&15. Verificarea securității convorbirii 16&17. Formarea conexiunii

Celulele gsm Rețeaua GSM este format dintr-o mulțime de celule. Celula este zona acoperită de un BTS. Alegerea dimensiunii unei celule se face ținând cont de numărul de utilizatori din ea. Din simplitate s-a ales un hexagon ca fiind forma zonei acoperite de o celulă. Celule apropiate trebuie să aibă alocate frecvențe diferite pentru a preveni apariția perturbațiilor. O grupare de celule ce folosesc frecvențe diferite formează un cluster.

Tipuri de Handover Pentru a asigura continuitatea convorbirii este necesară trecerea utilizatorului de la celula inițială la noua celulă în zona căreia intră. Handover-ul poate fi: Orizontal Vertical Intra-sistem Inter-sistem Hard Soft Softer Handover soft Handover softer

Handover-uri GSM 1-2 => HO Inter BTS 1-3 => HO Inter BSC 1-4 => HO Inter MSC

Concluzii Unui receptor mobil îi vor apărea fluctuații ale nivelului puterii de recepție, fiind necesară creșterea puterii de transmisie odată cu creșterea distanței pentru a fi posibilă primirea semnalelor. În cazul în care puterea de recepție scade sub un anumit prag receptorului îi va fi imposibilă decodificarea semnalului primit. Principala cerință a telefoniei mobile o reprezintă mobilitatea utilizatorului și capacitatea sa de a purta o convorbire neîntreruptă în timpul deplasasării la viteze mari, de acest lucru fiind responsabil handover-ul. Decizia de handover în GSM este luată de BSC folosind algoritmul de localizare. Acest algoritm compară puterea semnalului din celula în care se află cu puterea semnalului din celulele alăturate și decide dacă este necesară schimbarea celulei. Generația 4G oferă o viteza superioară de până la 672 Mb/s și este dedicată aplicațiilor multimedia. Din cauza numărului extraordinar de mare de utilizatori ce se află într-o continuă creștere este necesară căutarea în permanență a noi metode de a îmbunătăți performanțele rețelelor mobile.

Bibliografie 1. Materiale Ericsson 2. http://mercur.utcluj.ro/mobile/cursuri_scmb/Curs_1.pdf 3. http://en.wikipedia.org/wiki/GSM 4. http://en.wikipedia.org/wiki/General_Packet_Radio_Service 5. http://en.wikipedia.org/wiki/Enhanced_Data_Rates_for_GSM_Evolution 6. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_multiple_access 7. http://en.wikipedia.org/wiki/W-CDMA_%28UMTS%29 8. http://en.wikipedia.org/wiki/LTE_%28telecommunication%29 9. http://en.wikipedia.org/wiki/WiMAX 10. http://www.atic.org.ro/ktml2/files/uploads/Com_Nicolaescu.pdf 11. http://stud.usv.ro/~nitco/anII/RLC/RC_c1.pdf 12. http://telecom.etc.tuiasi.ro/telecom/staff/vlcehan/discipline%20predate/rrcs/RRCS_cap%205.pdf 13. http://www.tc.etc.upt.ro/docs/cercetare//teze_doctorat/ir.pdf 14. http://www.radio-electronics.com/info/cellulartelecomms/umts/umts-wcdma-radio-air-interface.php 15. http://www.comm.pub.ro/_curs/rrc/cursuri/RRC%2003%20retele%20celulare.pdf 16. http://en.wikipedia.org/wiki/Node_B 17. http://stst.elia.pub.ro/news/RCI_2009_10/Teme_RCI_2011_12/ChircuFlorin/Handover%20UMTS.pdf 18. http://docs.4share.vn/Resources/Flashs/1/8911.swf 19. http://en.wikipedia.org/wiki/Universal_Mobile_Telecommunications_System 20. http://en.wikipedia.org/wiki/Radio_propagation 21. http://en.wikipedia.org/wiki/Path_loss 22. en.wikipedia.org/wiki/4G 23. http://www.comm.pub.ro/_curs/cmt/curs_ro.htm 24. http://www.msqe.ase.ro/Documente/retelemobile%282%29.pdf

VĂ mulțumesc!