gsm-07

Comunicaciones mviles digitales GSM 1

Comunicaciones mviles. GSM

GSM.9 Introduccin.

Especificaciones, Servicios9 Arquitectura.

Estructura jerrquica. Subsistemas GSM. Sistema de numeracin

9 Interfaces y sealizacin. Interfaces entre los diferentes subsistemas. Estructura y tipo de canales lgicos.

9 Canal Radio. Tcnica de acceso mltiple, estructura de rfagas, tramas y multitramas. Procesos de transmisin y recepcin. Codificacin, Modulacin . Control del enlace radio.

9 Funcionalidades. Seguridad. Autentificacin y cifrado Gestin de movilidad y llamadas. Tarificacin


Orgenes del sistema GSM

En 1947 idea bsica de radio celular (laboratorios Bell) Primeros sistemas a comienzos de los aos 80 (AMPS) En la dcada de los 80 sistemas analgicos de Telefona Mvil Pblica celular

con distintos estndares: NMT (Pases nrdicos), RADIOCOM 2000 (Francia), TACS (Reino Unido, Espaa), C-450 (Alemania), incompatibles.

En 1982, se crea un grupo de estandarizacin llamado GSM (Group SpecialMobile) para establecer las especificaciones del Sistema Celular Paneuropeo.

1986:La comisin europea elabora una directiva y una recomendacin reservando bloques de frecuencias en la banda de 900 MHz para GSM.

En 1992 se produce la implementacin de la 1 fase de la red GSM dando cobertura principalmente a aeropuertos y grandes ciudades.

Ampliacin 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 ms de 256 redes comerciales GSM en 110 pases, con 1000 millones de usuarios.


Requisitos bsicos del sistema GSM

9 Itinerancia dentro de los pases de la CE.9 Tecnologa digital.9 Gran capacidad de trfico.9 Utilizacin eficiente del espectro radioelctrico.9 Empleo de sistemas de sealizacin digital.9 Servicios bsicos de voz y datos.9 Amplia variedad de servicios telemticos.9 Posibilidad de conexin con la ISDN (Integrated Digital Service

Network).9 Seguridad y privacidad en la interfaz radio con encriptacin de la

transmisin.9 Utilizacin de telfonos porttiles.9 Terminales personalizables.9 Calidades altas de cobertura y de seal 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, Identificacin, espera, retencin, conferencia

Servicios mltiples, numeracin privada, GSM 1800-1900

EstandarizacinIdea Implementacin


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 nmero de series es 12 aunque la 10 carece de documentos.

Serie Tema

010203040506070809101112

Cuestiones generalesAspectos de servicioAspectos de redInterfaz MS-BS y protocolosCapa fsica en el trayecto radioelctricoCodificacin de la vozAdaptadores de terminal para MSInterfaces BS-MSCInterfuncionamiento de la redInterfuncionamiento de servicios (carece de documentos)Especificaciones y homologacin de los equiposOperacin y mantenimiento


GSM prev una variedad de servicios de telecomunicaciones: facilidades decomunicacin puestas a disposicin del usuario.

Clasificacin. Servicios Bsicos.

Servicios Portadores.. Teleservicios

Servicios Suplementarios. Teleservicios. Telefona. Llamada de emergencia: Mensajes cortos Fax Voz para grupos.

Servicios suplementarios. Identificacin de nmeros Desvio de llamadas, llamada en

espera. Grupo cerrado de usuarios. Restriccin de llamadas Asignacin de recursos,etc.

TERMINAL TERMINAL

TELESERVICIOS

SISTEMA GSM RED FINAL

RED DE TRANSITO

SERVICIOS PORTADORES

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

Servicios del Sistema GSM.


Estructura jerrquica en la Red GSM

La Red GSM, tiene niveles jerrquicos que se corresponden con zonas o reas de control:

rea de SistemaGSM

rea de operador GSM

rea de MSCrea de localizacin

Clula

MSC

LA1

LA2

LA3

LA4 Cel1Cel2 Cel3

Cel4Cel5

Cel7Cel6

rea de Sistema GSM: donde un subscriptor GSM puede tener acceso.

rea de Operador GSM: (GSM-PLMN). donde un operador ofrece cobertura y acceso a su red. (Centros de conmutacin, estaciones base y accesos a la red fija.

rea de MSC: Parte geogrfica controlada por una MSC

rea de localizacin (LA): grupo de clulas en que el sistema tiene localizado a las MS.

rea de cobertura de una clula: Zona geogrfica cubierta por una clula.


Entidades funcionales Interfaces

(OMSS)

Centro de Operacin y

MantenimientoOMC

RTC

BSC

Central deconmutacin

mvilGMSC/MSC

BTS BTS

BSC

Subsistema Radio

BSC: ControladorBST: Transceptor

E

RDSI

RPCP

MSMS

HLR AUC

EIR

VLR

Centro de Explotacin

de REDNMC

Subsistema de conmutacin (SSS)

BTS

Otras MSC Subsistema de operacin y supervisin

Q3

MS

A-bis

H

D

C

B

Subsistema de Estaciones Base: BSSUm

UI

AA

RSS

F

Qx

Arquitectura del sistema GSM


Subsistema de Conmutacin y Red (NSS)

Funciones desarrolladas en el Subsistema de Conmutacin. Adems de las funciones desarrolladas en cada una de sus entidades

9 Localizacin Automtica Evaluacin de la seal de control por parte del mvil y la devolucin de su

identidad a la red. (IAL) (214 + (01 telefnica, 07 Airtel) + CAL9 Seguimiento (Roaming) Internacional de las estaciones mviles

Entendimiento entre las MSC de cada pas y entre pases. El sistema conoce en todo momento la situacin del mvil suscrito al sistema,

independientemente del pas en el que se encuentra. 9 Encaminamiento de las llamadas

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

Entidades funcionales Central de Conmutacin Mvil/ Cabecera, (MSC/GMSC). Unidad de Interfuncionamiento (IU). Registros de posicin base HLR, de visitantes VLR, y de ident. de equipos EIR Centro de autenticacin AUC

Encargado de manejar todo el servicio de comunicaciones entre mviles y conexin con otras redes


Central de Conmutacin Mvil (MSC).

Interfaz inteligente entre el sistema de estaciones base y las redes de conmutacin (RDSI, RTC, RTPCP) y sealizacin (SSCC N 7) fijas.

Adems de actuar como una central de la red fija se encarga de: Procedimiento para la localizacin y registro de abonados y su actualizacin. Gestin de llamadas y aviso a los mviles de las llamadas entrantes. Gestin de protocolo de sealizacin con el BSS. Intercambio de sealizacin con las otras entidades funcionales (HLR, VLR u

otra MSC) a travs de la Parte de Aplicacin Mvil (MAP) del CCIT N0 7, Procedimiento de conmutacin de llamada en curso durante un traspaso; la

MSC debe efectuar la transferencia de la conexin a un nuevo BSC situado en su propio rea o controlado por otra MSC.

Asegurar la compatibilidad entre el formato de transmisin de datos interno de la red GSM, y el de la red fija,

Transferencia de los parmetros de encriptacin entre VLR y BSS. Control de la operacin de los canceladores de eco, Rec. 03.50 del GSM. Soporte del servicio de mensajes cortos, de acuerdo con Rec. 03.40 del GSM. Recopilacin de datos de trfico y facturacin.

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


Central de Conmutacin Mvil Cabecera, (GMSC).

MSC a travs de la cual se gestionan las llamadas en las que interviene la red fija, permitiendo el interfuncionamiento de la red fija con la red mvil (Cabecera: Gateway).9 Se encarga de interrogar al Registro local de abonados (HLR) adecuado

para conocer la posicin del mvil al que va dirigida la llamada, y posteriormente encaminar la llamada hacia la central de conmutacin mvil correspondiente.

9 Esta funcin la pueden incorporar todos los MSC de la red o nicamente algunos.

Unidad de Interfuncionamiento (IWF) Asociada al MSC, IWF (InterWorking Function).9 Permite el interfuncionamiento del sistema GSM con otras redes y la

prestacin de las diferentes clases de servicios. 9 Convertir los protocolos utilizados en el sistema GSM a los utilizados en

las redes fijas.


Registro de Localizacin Base (HLR).

Base de datos para la gestin y administracin de los usuarios.9 El HLR puede estar integrado con el MSC/VLR o separado. 9 La capacidad tpica de un HLR autnomo es de 500.000 abonados.9 En GSM todas las llamadas entrantes convergen en el HLR.

Informacin de suscripcin de los abonados, que consta de:9 Dos nmeros de identificacin

IMSI: Identificador Internacional de Abonado Mvil.MSISDN: Nmero RDSI Internacional de la Estacin Mvil (nmero de

abonado).9 Servicios portadores y teleservicios que el usuario puede utilizar.

Restricciones de servicios, servicios suplementarios 9 Caractersticas del equipo mvil utilizado por el usuario.

Informacin de localizacin de la estacin mvil.9 Para encaminar las llamadas entrantes al MSC donde est registrada la

MS. (siempre que est activada), Esta informacin comprende el MSRN, direcciones del VLR y del MSC e

identidad temporal (TMSI) de la MS.


Registro de Localizacin de Visitantes (VLR)

Base de datos, asociada a un MSC, donde se almacena informacin dinmica sobre los usuarios transentes en la zona del MSC.9 Todo abonado estar inscrito, en cada momento en algn VLR. 9 El nmero tpico de abonados que puede gestionar es de unos 150.000.

Cuando abonado mvil (MS) entra en un rea de un MSC,9 MSC lo notifica al VLR, la MS se registra y recibe una direccin de

visitante, nmero de ruta, MSRN (Mobile Subscriber Roaming Number) que sirve para encaminar las llamadas destinadas a esa MS.

9 El VLR interrogar al HLR, almacenando la informacin: (Rec. GSM 03.03) Identificador Internacional de Abonado Mvil (IMSI). Identificador Temporal del Abonado Mvil (TMSI). Nmero RDSI Internacional de la Estacin Mvil (MSISDN). Nmero de encaminamiento (MSRN). rea de localizacin donde la MS se ha registrado (LAI). Categora del abonado mvil. Parmetros de servicios suplementarios. Caractersticas tcnicas del equipo mvil.


Centro de Autentificacin (AuC)

El AuC est asociado al HLR y proporciona la informacin necesaria para la validacin y autentificacin de los usuarios por la red.

El AuC es una base de datos donde se guardan:9 Las identidades (IMSI) de los abonados junto con la clave secreta de

identificacin de cada usuario, ki Cada usuario tiene una copia de la clave ki almacenada en la tarjeta SIM de

su telfono mvil, al igual que el IMSI. 9 Dos algoritmos denominados A3 y A8.

El algoritmo A3 se utiliza para la autentificacin El A8 para la generacin de la clave de cifrado de la informacin.

9 Mediante la clave y los algoritmos se generan y se envan al HLR las Tripletas de autenticacin para cada usuario. Un nmero aleatorio (RAND), Respuesta que debe proporcionar el mvil cuando se le enva ese nmero

aleatorio (SRES), La clave de cifrado que hay que utilizar en la comunicacin.


Registro de Identidad de Equipos (EIR)

El EIR (Equipment Identity Register) es una base de datos que contiene las identidades de los equipos mviles:9 IMEI (International Mobile Equipment Identity), identifica a los equipos

por sus cdigos de fabricacin y homologacin.9 Cuando un telfono mvil 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, Tambin la de aquellos equipos que no pueden acceder al sistema

porque podran producir graves problemas tcnicos. Lista gris, donde estn las identidades de equipos en observacin, por

ejemplo porque se ha detectado en ellos algn tipo de fallo.


Subsistema de Estacin Base (BSS ).

El BSS comprende el conjunto de equipos utilizados para proporcionar cobertura radioelctrica en el rea celular

Entidad responsable del establecimiento de las comunicaciones con las MS que se encuentran dentro de su rea de influencia.9 Este rea puede estar constituida por una o ms BTS, y stas a su vez

pueden integrar una o ms clulas radio. El BSS desempea las siguientes funciones:

Transmisin/recepcin radioelctrica, a travs de la interfaz Um. Establecimiento, supervisin y conclusin de las llamadas. Traspaso entre BTS controladas por el mismo BSC. Procesado de voz y adaptacin de velocidad. Control de equipos y funciones de reconfiguracin. Control de mantenimiento rutinario.

El sistema de estacin base se divide en dos partes: 9 Las estaciones transceptoras de base, BTS (Base Transceiver Station)9 Los controladores de esas estaciones, BSC (Base Station Controler).


Subsistema de Estacin Base (BSS ).

Existen dos tipos de BSS:9 El BSS Integrado, BSC y una BTS integrados

en un mismo equipo.9 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

Clasificacin de BSSBSS Salto Control de Tx

lento frec. Potencia discontinuaClase 1 No No NoClase 2 No S NoClase 3 S No NoClase 4 S S NoClase 5 No No SClase 6 No S SClase 7 S No SClase 8 S S S


Controlador de Estacin Base (BSC ).

Maneja las funciones de control radio de la red GSM.9 Se encarga de la gestin de los recursos radio de varias BTS:

Asignacin, utilizacin y liberalizacin de las frecuencias, traspasos, funcionamiento con saltos de frecuencia.

Funciones9 Gestin de canales en el enlace BSC-MSC. Indicacin de bloqueo.9 Gestin de canales en el enlace BSC-BTS. Asignacin de canal.9 Gestin de canales de radio.

Configuracin de los canales radio (que recibe a travs del OMC ). Gestin de secuencia de salto de frecuencia (enviada al BSC por el OMC).

Estas son enviadas por el BSC hacia las correspondientes BTSs. Seleccin de canal, supervisin del enlace radio y liberacin de canal. Control de potencia en el mvil: Control de potencia en la BTS: Determinacin del nivel de potencia

necesario en cada uno de los transmisores de la BTS. Determinacin del grupo de aviso, correspondiente a un mvil, y envo de

esta informacin hacia la BTS. Determinacin de la necesidad de realizar traspaso de canal.


Tranceptor de Estacin Base (BTS ).

Elementos y funciones:9 Equipos transmisores-receptores de radio (transceptores), los elementos

de conexin al sistema radiante (combinadores, multiacopladores, cables coaxiales), las antenas y las instalaciones accesorias (torre soporte, pararrayos, tomas de tierra, etc.).9 Gestin de canales terrestres BSC-BTS. Indicacin de bloqueo.9 Gestin de canales de radio.

Realizacin de salto lento de frecuencia. Supervisin de canales libres, y envo de informacin de stos hacia el BSC Temporizacin de bloques BCCH/CCCH. Deteccin de accesos al sistema por parte de las MSs. Codificacin y entrelazado para proteccin de errores. Determinacin del avance de temporizacin en comunicacin con el mvil. Medidas de intensidad de campo y calidad de las seales recibidas de los

mviles (enlace ascendente). Recepcin de medidas enviadas por los mviles sobre condiciones de intensidad y calidad de las seales recibidas por ellos en esta clula y en las clulas adyacentes (enlace descendente).

Construccin de los mensajes de aviso Deteccin de acceso por traspaso de un mvil, Encriptacin de la informacin de sealizacin y trfico.


Estacin Mvil (MS).

Entidad que establece la unin entre el usuario y el sistema fijo de la red GSM a travs del interfaz Um. para acceder a los servicios proporcionados por la red.9 Se ha espe-cificado este interfaz de forma que las tecnologas de MS y

de red GSM puedan evolucionar por separado

La estacin mvil se compone funcionalmente de dos partes:9 Equipo terminal (TE: Terminal Equipment). Con dos tipos TE1 (ISDN),

TE2 otros interfaces.9 Terminal mvil, (MT: Movil Terminal). Que puede ser de tres tipos: MT0

(servicio telefnico bsico), MT1 (interfaces ISDN), MT2 (interfaces no ISDN). El MT tiene tres unidades funcionales bsicas: Interfaces con el usuario: micrfono, auricular, teclado y pantalla de

visualizacin. Radiomdem, unidad con procesado digital de seal DSP. Unidad de RF: modulador/demodulador, amplificacin de RF y filtrado.


Estacin Mvil (MS).

La MT realiza las siguientes funciones: Capacidades del terminal, incluyendo la interfaz hombre-mquina. Transmisin de radio y gestin de canales radio. Sintonizacin de frecuencias y seguimiento automtico de las estaciones base. Procesamiento de la voz: conversin analgico/digital y viceversa. Proteccin de errores: ARQ y FEC (para sealizacin y datos de usuarios,

excepto servicios transparentes de datos). Control del flujo de sealizacin entre el usuario y el sistema. Control de flujo de datos de usuario (a excepcin de servicios transparentes de

datos) Adaptacin de velocidad de datos de usuario y velocidad del canal de radio Gestin de la movilidad.

Clasificacin de las MS9 Bandas de frecuencia: monobanda, banda dual y tribanda (con 1900) . 9 Segn su modo de utilizacin: Eqipo mvil,transportable, porttil. 9 Clasificacin segn la potencia de salida:

Clase 1: 20 W Mvil Clase 2: 8W Vehculo y TransportableClase 3 5 W Porttil Clase 4 2W PorttilClase 5 0,8 W Porttil


Mdulo de identificacin del usuario (SIM).

Para que una estacin mvil pueda funcionar necesita tener introducido el SIM (Subscriber Identity Module)

PIN/PIN2: Nmero de identificacin personal

PUK/PUK2: Clave de desbloqueo del PIN

Tabla SIM: Servicios y funcionalidades SIM

Idioma: al encender el mvil

Algoritmos A3 y A8: Autenticacin y obtencin de Kc

Clave Ki: valor individual conocido en SIM y HLR

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

CKSN: Nmero de secuencia de la clave de cifrado.

IMSI: Identificador del abonado mvil internacional

MSISDN: nmero ISDN del abonado

Clase de control de Acceso

TMSI: Identidad temporal del abonado mvil

Valor de T3212: actualizacin de localizacin.

LAI: Informacin del rea de localizacin y estatus.

NCC (cdigos de color de red) o PLMNs restringidas

NCC, MCC y MNC, cdigos del pas, red y color de redDatos de la Red mvil

ARFCNs: Nmeros de los canales de radiofrecuencia

Datos de Roaming

Datos del abonado

Datos relativos a laseguridad

Datos administrativos


Subsistema de Operacin y Mantenimiento (OMSS)

Gestin, Explotacin y Mantenimiento del sistema GSM. 9 Estructura muy compleja, (equipos, lneas, instalaciones y programas).9 Las funciones de operacin y mantenimiento son vitales para la explotacin

de la red por sus repercusiones econmicas y su influencia en el grado de calidad que el operador debe ofrecer a sus clientes.

Centro de explotacin de Red (NMC:Network Management Center).9 Constituye la mxima jerarqua dentro del sistema de Explotacin.

Centro de Operacin y Mantenimiento (OMC Operating&MaintenanceCenter)9 Funciones de Explotacin de una o varias entidades del sistema GSM.

Administracin y Comercial . Gestin de cambios en la Red. Operacin de la Red. Supervisin de la Calidad de Funcionamiento de la Red. Mantenimiento. Tarificacin. Gestin de la seguridad.


Sistema de numeracin en GSM

IMSI (International Mobile Subscriber Identity)9 Identidad internacional del cliente mvil (nico para cada usuario) 9 Estructura del IMSI: 15 caracteres numricos.

MCC (Mobile Country Code): Espaa 214. MNC (Mobile Network Code): Airtel 01. MSIN (Mobile Subscriber Identification Number): identifica al cliente en

cuestin dentro de su red GSM. lo asigna cada operador

TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity).9 Lo asigna el VLR para asegurar la privacidad del IMSI y evitar que est en

la interfaz radio. Definido por el operador y el suministrador.9 La longitud del TMSI es 4 octetos,

Una parte de los mismos debe incluir informacin relacionada con la hora TMSI debe asignarse siempre de forma cifrada.

Identificacin de abonados mviles



MSISDN (Mobile Station International ISDN Number)9 Nmero ISDN internacional de la estacin mvil. Identifica de forma nica

al mvil dentro del plan de numeracin de la red telefnica pblica. CC (Country Code): El de Espaa es el 34. NDC (National Destination Code): cdigos para cada red GSM. 686, 636, SN (Subscriber Number) dgitos que identifican al cliente. En Espaa 6 cfras

MSRN (Mobile Station Roaming Number) 9 Nmero de itinerancia

Cuando una llamada llega al GMSC, ste interroga al HLR para saber donde est el mvil llamado y le pasa como parmetro el MSISDN de dicho mvil.

El HLR busca en su base de datos el VLR en que se encuentra el mvil en cuestin y le pide que le enve un MSRN para dicho mvil.

Una vez que el VLR le ha enviado el MSRN al HLR, ste se lo remite al GMSC.

Plan de numeracin para estaciones mviles



IMEI (International Mobile Equipment Identity) 9 Identifica a dicho equipo de forma unvoca. 9 Puede ser requerido por el EIR de cualquier red GSM para validar el

terminal. TAC (Type Approval Code): 6 dgitos. equipo aprobado por organismo GSM. FAC (Final Assembly Code): 2 dgitos. Cdigo que identifica al fabricante. SNR (Serial NumbeR): es el nmero de serie nico. SPare digit: este dgito debe ser 0 cuando lo transmite el mvil y aparece por

primera vez en las especificaciones de GSM 2+.

Identificacin del equipo mvil

Identificacin de MSC/VLR y HLR

SPC (Signalling Point Code) 9 identifica a los MSC, VLR y HLR de cada red GSM y/o por sus nmeros

del plan internacional de PSTN/ISDN, de forma que tengan una direccin a la que se puedan encaminar las llamadas.


Sistema de numeracin en GSMIdentificacin de reas de localizacin y estaciones base

LAI Identificacin del rea de localizacin. MCC (Mobile Country Code) + MNC (Mobile Network Code)+ LAC (Location Area Code): nmero de longitud fija e igual a dos octetos

que identifica un rea de localizacin dentro de una red GSM.

CI (Cell Identity). Identifica a la celda dentro del rea de localizacin. LAI+CI = CGI (Cell Global Identification).

BSIC (Base Station Identity Code) 9 Cdigo que permite al mvil distinguir entre celdas vecinas.

NCC (Network Colour Code): Iidentifica a la red.

Otros nmeros:

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

9HON (HandOver Number).9RSZI(Regional Subscription Zone Identity)


Interfaces y Sealizacin en GSM

En GSM se han establecido dos sistemas de sealizacin:9 El propio de toda red telefnica, para el SSS. SS CCITT N 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 aplicacin: BSSAP, BSSOMAP, DTAP.

9 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


Sealizacin e Interfaces en NSS y con redes fijas

SS N 7, para los interfaces B, C, D, F y G9 Partes de aplicacin:

MAP. controla las colas de las bases de datos. Localizacin, Handover, Seguridad, SMS,

TUP, ISUP. Funcionamiento con otras redes

64 Kbit/s(08.54)

MTP

T

U

P

I

S

U

P

I

N

U

P

M

U

P

SCCP

TACP

64 Kbit/s(08.54)

MTP

T

U

P

I

S

U

P

I

N

A

P

M

A

P

SCCP

TACP

MSC PSTNISDN

B,C...F

Nivel 1

Nivel 2

Nivel 3

Subsistemas

Interfaces

9 Otras: TCAP (Transaction Capabilities

Application Part): procedimiento de llamadas.

INAP (Intelligent NetworkApplication Part): Implementa servicios suplementarios de red inteligente,


Interfaces en NSS y OMSS .

Interfaz B (MSC-VLR). Gestin y seguimiento de mviles. Interfaz C (GMSC-HLR). Tarificacin. Direccionamiento de mviles. Interfaz D (HLR-VLR).

9 Intercambia informacin entre ambas bases de datos, relativas a la posicin del mvil y a la gestin del servicio contratado por el cliente.

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

Interfaz F (MSC-EIR).9 Se utiliza cuando el MSC quiere comprobar el IMEI de un equipo.

Interfaz G (VLR-VLR).9MS inicia la peticin de actualizacin en un nuevo VLR utilizando el TMSI.

Interfaz H (HLR-AuC).9 Utilizada por el HLR para solicitar tripletas al AuC, cuando no dispone de

ellas. 9 Protocolo no estndar. Muchas veces, se encuentran nodos HLR/AuC

integrados, en los que esta interfaz es interna. Interfaz en el OMSS y con las dems entidades GSM.

9 Interfaz Q3 y la interfaz Qx.


Sealizacin 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).9 Se utiliza para intercambiar informacin del subsistema BSS, sobre la

gestin de las llamadas y de la movilidad y de los recursos radio. En el nivel 3: protocolo de Parte de Aplicacin del Sistema de Estacin Base,

(BSSAP). Transferencia de mensajes CM y MM En el nivel 2 el protocolo de Parte de Transferencia de Mensajes (MTP), y

Parte de Control de la conexin de Sealizacin (SCCP). Los canales de trfico (TCH) pueden ser transportados en un circuito de 64

Kbit/s dentro de una estructura E1 de 2 Mbit/s (30 canales de trfico + 2 de sealizacin),

Interfaz A-bis (BSC-BTS).9 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.

Deteccin/correccin de errores y delimitacin/secuenciacin de tramas. En el nivel fsico puede utilizar enlaces a 2 Mbit/s o a 64 Kbit/s, adaptando la

velocidad de GSM mediante unidades de transcodificacin (TRAU). 13,6 kbit/s para la informacin del usuario y 2,4 para sealizacin asociada. Un time-slotradio sobre un circuito A bis con una capacidad fija de 16 Kbps. (4 en 64 Kbits/s)

Sealizacin e Interfaces con el subsistema BSS


Interfaz Um (BSS-MS)

Gestin de la Conexin CM

CC SS SMS

Gestin de la Movilidad MM

Gestin de Recursos Radio RR

Lap-Dm

Capa Fsica

B

C

C

H

P

C

H

A

G

C

H

R

A

C

H

S

D

C

C

H

S

A

C

C

H

F

A

C

C

H

Funciones de Difusin Celular

C

B

C

H

T

C

H

BTS

BSC

MSC/ VLR

HLR

Um

MM

MM + CM

RRMS


Estructura de Canales Lgicos

RADIODIFUSIN EN UNA CLULA (CBCH) (EB M)FACCH (Canal asociado rpido)

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 COMN (CCCH)

BCCH (Control general de mviles)

SCH (Sincronizacin)

FCCH (Correccin de frecuencia)

DIFUSIN (BCH) (EB - M)

CANALES DE CONTROL (Sealizacin)

VELOCIDAD MITAD TCH/HVOZ YDATOS

VELOCIDAD COMPLETA TCH/F

CANALES DE TRFICO (EB M)


Canales Lgicos.

Canales de Trfico:9 Constituido fsicamente por un par de portadoras y de intervalos de

tiempo, asignados a un mvil para efectuar una comunicacin. 9 Estos canales servirn para llevar la voz codificada o los datos de

usuario en forma de rfagas. Dos grupos: Voz y Datos.9 Canales de Voz:

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

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

Canales de Sealizacin9 Formado por un par de portadoras en sentido ascendente (mvil-base)

y descendente (base-mvil), cuyos intervalos de tiempo sustentan una serie de canales comunes de control.


Canales Lgicos.

CANALES DE DIFUSIN (BCHs) Estn permanentemente activos y difunden informacin general de la red

mvil (PLMN), y parmetros de configuracin del sistema. Canal de correccin de frecuencia. (FCCH) BS MS

Permite la adecuada sintonizacin del mvil. Canal de sincronizacin. (SCH) BS MS

Nmero de trama: RFN: 0 a 51x26x2047 = 2715647. Identificador de la BTS: BSIC 6 bits.

Canal de control de radiodifusin. (BCCH) BS MS Identidad de la red GSM. Frecuencias usadas en la celda y las f0 de celdas vecinas. La identidad de la celda y del rea asociado (VLR). Nmero de time slots en f0 para paging y asignacin. Mxima potencia a usar en los canales de control. Mnimo nivel de recepcin para acceder al sistema. N mximo de repeticiones de canal de sealizacin. N de multitramas en reposo entre un paging y el siguiente. N de time slots que se usaran para paging (0, 2, 4 6)


Canales Lgicos.

CANALES DE CONTROL COMN (CCCH).9 Sirven para regular el acceso de los terminales al sistema. Estn

permanentemente a disposicin de estos Canal de llamada. (PCH) BS MS

Cuando hay una llamada hacia ellos o cuando se les indica que tienen un canal de trfico disponible para la llamada que pretenden realizar.

Contiene el nmero de identidad del mvil. El mvil escucha este canal a ciertos intervalos, cuando reconoce su propio nmero contesta.

Canal de acceso aleatorio. (RACH) MS BS Utilizado para el registro, establecimiento de la llamada y peticin de una

canal de control dedicado (SDCCH) por parte de un mvil. (protocolo ALOHA) Ocho bits: Razn de la peticin 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 situacin del

mvil frente a la estacin base. Desplazamientos de hasta 35 Km.

Canal de asignacin. (AGCH) BS MS Asigna un canal de sealizacin (SDCCH) o trfico al mvil.


Canales Lgicos.

CANALES DE CONTROL DEDICADO (DCCH). Son canales dedicados a funciones especficas y se asocian a cada comunicacin

Canal de control dedicado nico. (SDCCH), BS MS Cada BSS emite canales de control dedicado para sealizacin. En f0 hasta cuatro canales. En fx hasta ocho canales. Por ellos se envan mensajes del nivel 2, protocolo HDLC, LAPDm.

Canales de control asociados. (SACCH, FACCH) BS MS Avance de tiempo, (correccin de distancia). Potencia a utilizar. Frecuencias

f0 de celdas vecinas a observar. BS MS Medidas de nivel y calidad de los canales de difusin. Identidad BSIC

correspondiente. Medidas de la frecuencia que soporta al canal dedicado al que se asocia. MS BS

FACCH. Canal asociado rpido, asociado a canales de trfico mediante robo de estos. Por ejemplo para transpasos

Canal de radiodifusin en una clula. (CBCH) BS MS. Transmisin de mensajes cortos de servicio de las clulas.


Canal radio GSM

MS se comunica con una BTS mediante un radiocanal FDD.9 Radiocanal: dos frecuencias distintas, una para el enlace ascendente

(UL: MS-BTS) y otra para el descendente (DL (BTS-MS).

Bandas de frecuencias.

Parmetro GSM-900 E-GSM GSM-1800 GSM-1900

Frecuencias (MHz) Mvil-Base Base-Mvil

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)

Nmero de portadoras 124 174 374 299


Canalizacin de frecuencias

Canalizacin: 200 KHz (100 KHz de guarda en cada extremo)9 Cada radiocanal se designa mediante un nmero absoluto de canal RF,

ARFCN (Absolute Radio Frequency Channel Number). La diferencia entre una frecuencia y su homloga es igual a 45 MHz para

facilitar la generacin 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


Tcnica de Acceso Mltiple:

TDMA/FDMA. 9 La interfaz radio GSM utiliza un mtodo de acceso mltiple que

combina por un lado el acceso por divisin de frecuencia, FDMA (Frequency Division Multiple Access), con el acceso por divisin 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 fsicos 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)


Construccin de Rfagas (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 s

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 DECORRECIN DE FRECUENCIA

TB3

TB3

GP8,25

BITS ENCRIPTADOS39

BITS ENCRIPTADOS39

ENTRENAMIENTO64

RAFAGA DE SINCRONIZACIN Informacin del nmero de Trama y el cdigo de identificacin 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)


Multiplexacin de canales Lgicos en canales fsicos

Asignacin de una frecuencia y un intervalo a un canal lgico para ser transmitido.

Cada (BTS) n portadoras: C0 ,...Cn , con 8 (TS).C. LGICOSC. LGICOS

C. CONTROLC. CONTROL C. TRFICOC. TRFICO

BCHBCH CCCHCCCH DCCHDCCH

PCHPCH AGCHAGCH RACHRACHSCHSCH FCCHFCCH BCCHBCCH SDCCHSDCCH SACCHSACCH FACCHFACCHFull rate& EFR

Full rate& EFR

Halfrate

Halfrate

Rfaga deSincronizac.Rfaga de

Sincronizac.Rfaga decorreccinfrecuencia

Rfaga decorreccinfrecuencia

Rfaganormal

Rfaganormal

RfagadummyRfagadummy

RfagaAccesoRfagaAcceso

TS 0Portadora C0

TS 1Portadora C0

TS2-TS7 en C0C1....Cn


Canales fsicos : Retardo temporal

Las tramas TDMA de todos los canales de radiofrecuencia tanto enel Ul como en el DL deben estar perfectamente alineadas. 9 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 mvil desplazamiento variable para ajustar el retardo de

propagacin, de forma que la transmisin del comienzo de la trama UL llegue a la estacin base exactamente 3 TS despus de la trama DL

Mismo nmero de TS en el UL y el DL, sin tener que transmitir y recibir a la vez. No se necesita un duplexor en el mvil.


Estructura de Tramas y Multitramas

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

9 26 (MF26) Para canales de trfico. (TCH)9 51 (MF51) y 102 (MF102) para sealizacin.

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 trfico (MF26)

multitramas de canales de sealizacin y control MF51


Multitramas.

Multitrama para canales trfico (TCH). MF26. Duracin 120 ms9 Cualquier TS en cualquier portadora, excepto TS 0 en C 0. La composicin

es la misma, independientemente del sentido del enlace. 9 Existen dos opciones:

TCH/F + SACCH/F +FACCH/F (canales de trfico de velocidad completa). TCH/H + SACCH/H +FACCH/H (canales de trfico 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 sealizacin. Duracin 235,38 ms9 Canales BCCH y CCCH:TS 0 en la portadora C 0.

Todos los mviles utilizan esta configuracin desde el instante en que se encienden. Uso compartido por todos los mviles dentro de la clula.

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 Mvil-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 - Mvil

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 sealizacin. Duracin 471 ms.9 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 -Mvil

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 IMvil - Base A1A0

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 -Mvil

Mvil - BaseR 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. 9 Se desconoce, la situacin relativa del mvil respecto a la estacin base.9 La estacin base evala 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 mviles9 Aspectos en el proceso de sincronizacin:

Sincronizacin del reloj de la estacin mvil con el de la estacin base Alineacin temporal del mvil con la estacin base Compensacin de la distancia entre el mvil y la estacin base, TA (Timing

Advance) evaluado y enviado por la BSC

9 Cada unidad de Timing Advance equivale a un retardo de transmisin igual a la duracin de intervalo de bit en el trayecto de ida y vuelta . Cada unidad de TA equivale a unos 550 m. TA = 1 el mvil se encuentra a

una distancia de ella comprendida entre 550 m y 1.100 m. No es posible mayor precisin debido a que la estacin base cuantifica el

retardo medido en unidades de intervalo de bit.

Sincronizacin y avance en el tiempo


Procesos de transmisin/recepcin.

Proceso que sufre la seal vocal (analgica) desde el micrfono del equipo mvil hasta su modulacin y salida al canal Radio.

Micrfono Conversor A/D

Codificacin Voz

Codificacin Canal

Entrelazado

Cifrado

Rfagas

ModuladorTransmisor

33,8 Kb/s

Antena

8 KHz

13 Kb/s

13 bits

Datos

Conversor D /A

Decodificacin Voz

Decod. Canal

Desentrelazado

Descifrado

Ecualizacin Adaptativa

ReceptorDemodulador

Datos

Altavoz

22,8 Kb/s


Conversin A/D.

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

9 1) Muestreo de la seal analgica. 8 KHz/s.

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

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


Codificacin de Voz.

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

El estndar 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).9 Codec predictivo lineal excitado

por pulsos regulares con predictora largo plazo,

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


Codificacin Canal.

Proteccin de la informacin digital (voz, datos, sealizacin). k bits 9 Mediante la adicin de r = n - k bits de redundancia contra los errores

producidos por las anomalas y pertubaciones de la transmisin. Al cociente k/n, se le llama tasa del cdigo (Code Rate).

GSM se utiliza una estructura de codificacin, consistente en una concatenacin de dos cdigos: Rec. GSM 05.03.9 Cdigo externo de tipo bloque, utilizado como detector de errores.

Con error se pierde alguna componente de voz, sustituyndose la informacin perdida por otra extrapolada a partir de muestras previas.

9 Cdigo interno de tipo convolucional, empleado como corrector de errores, con una redundancia que depende del tipo de canal. Un nico tipo de cdigo convolucional se adapta a los diferentes canales

mediante una tcnica de "puncturing". Se consideran por separado la codificacin de la informacin de trfico

(voz/datos) y la de la sealizacin, ya que son algo diferentes entre si


Codificacin Canal. (II)

Codificacin de los bits de la seal vocal9 Los 260 bits cada 20 ms del RPE-LTP se clasifican en tres categoras: Ia,

Ib y II, segn su importancia y sensibilidad frente a los errores. Los bits de clase Ia (50), se codifican segn un cdigo bloque (50,53). Estos, junto con los 132 bits de clase Ib y 4 bits de cola, se codifican con un

cdigo convolucional de rendimiento 1/2 y longitud obligada 5, convirtindose en 378 bits,

Se aaden los 78 bits de la clase II, formndose 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


Codificacin de los bits de sealizacin: Se agrupan en 23 octetos (184 bits) y se aplican a un cdigo FIRE con 40

bits de redundancia (184,224) Se aaden 4 bits de cola y se pasan a un codificador convolucional 1:2 y

longitud obligada 5. Entrelazado extendido a 4 tramas

Codificacin para la transmisin de datos: Velocidad mxima de 9,6 Kbit/s, (4,8 y 2,4 Kbit/s adicionales) Adaptacin de velocidad: 12 Kbit/s (6 y 3,6 Kbit/s) Se obtienen grupos de 240 bits en 20 ms (120 y 72) Cdigos 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.

Codificacin Canal. (III)

4

228

456

Cdigo Convolucional (1:2)

Cdigo 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 mvil no afecten a bits consecutivos.9 Primer nivel de entrelazado: 456 bits/20 ms en 8 bloques de 57 bits.

Se escriben por filas y se leen por columnas.9 Segundo nivel de entrelazado:, En una rfaga se enva 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 3Rfaga (burst)


Modulacin GMSK una vez conformada la rfaga a 270,833 Kbit/s9 En las modulaciones PSK convencionales los lbulos 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

9 GMSK: Gaussian Minimum Shift Key. Rec. GSM 05.04. Modulacin 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). Generacin mediante modulacin de frecuencia directa. o en cuadratura. Posibilidad de aplicacin de diversos mtodos de deteccin: Deteccin

coherente. Deteccin no coherente. Deteccin diferencial.

Modulacin

Respuesta impulsiva y funcin de transferencia del filtro Gaussiano Amplitud y fase de la modulacin GMSK


El producto del ancho de banda del filtro gaussiano por el periodo de bit (Bb*T) caracterizar a la modulacin GMSK. 9 Las especificaciones GSM Bb*T=0,3. Rendimiento espectral 1 bit/s/Hz.

Modulacin (II)


La dispersin temporal provoca interferencia entre smbolos. Mediante ecualizacin adaptativa puede solucionarse parcialmente. El ecualizador en GSM es el ecualizador de Viterbi

9 Utilizacin de una secuencia de entrenamiento (traininq sequence)

Ecualizacin

Se extrae de la rfaga recibida la secuencia de entrenamiento. Y a partir de ella se estima la respuesta impulsiva del canal.

Se convolucionan con la respuesta impulsiva las seales banda base transmitidas, para calcular las mtricas del algoritmo de Viterbi.

El resultado de este algoritmo es una estimacin de la secuencia transmitida.


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

MS con una llamada en curso est utilizando un TCH de la multitrama MF26. Debido al desplazamiento temporal entre losTS de Tx y Rx, transmitida la

rfaga a su BTS, dispone de 4 intervalos antes de la rfaga de respuesta. La MS utiliza este tiempo para medir la intensidad de seal 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 clula vecina y espera la recepcin del SCH.

Medidas de seal en la MS


Una vez realizadas las medidas, sern evaluadas y transformadas en los parmetros RXLEV (nivel se seal en recepcin) y RXQUAL (nivel de calidad en recepcin)

Tareas Mantenimiento de calidad Gestin de trfico Control de potencia

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

RXQUAL Calidad de seal RX . Se estima la BER

Otros Parmetros de control9 Distancia.

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.9 Adaptacin de la potencia transmitida tanto por el mvil como de la

estacin base a las condiciones de propagacin. Disminuir la relacin C/I aumenta la reutilizacin. Disminuye el consumo de bateras.

9 Utiliza RXLEV, RXQUALmedidas por BS y MS

9 Algoritmo competencia del operador Umbrales superiores e inferiores Potencia en escalones de 2 dB Obligatorio en MS, optativo en BS

Handoff9 Traspasos de canal

al cambiar de clula Intracell (mejorar la calidad reasignando canales) Utiliza RXLEV y RXQUAL en BS y MS fluttering (histresis).

Control P. Pico (dBm)

0 431 41..

15 13


Control del enlace Radio (III)

Transmisin discontinua (DTx)9 En los sistemas de telefona vocal, la actividad de cada uno de los

interlocutores es del 40 % del tiempo por trmino medio 9 Se transmiten rfagas por TCH cuando hay muestras de voz.

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

9 Aumentar la duracin de las bateras.9 Disminuir la C/I

Recepcin discontinua (DRx)9 Las MS nicamente tienen

que escuchar el PCH cada cierto nmero de multitramas


Salto de frecuencia

Para disminuir la influencia (errores) de los desvanecimientos por propagacin multitrayecto (selectivo en tiempo y frecuencia).9 Salto cada ST: 217 saltos/s (SFH). Tambin disminuye C/I.

Secuencia de salto. HSN (Hopping Sequence Number), 0 a 63. Programables por el operador: cclicas, aleatorias, ortogonales.


GSM se ha diseado con un elevado grado de seguridad en la interfaz radio Um. Evitar intrusiones y accesos indebidos y ofrecer mxima confidencialidad.9 Seguridad en el acceso (autenticacin de usuarios).

Proteccin al operador, permitindose la conexin a la red nicamente a los usuarios que superen un proceso de validacin

Autenticacin de las MS cada registro en la red o tentativa de llamada. Seguridad en los terminales utilizados: Lista blanca, gris y negra. Proteccin al abonado, para que no pueda se identificado por ajenos. (TMSI). Las MS estn obligadas a utilizar el mecanismo de autenticacin de usuarios y

verificacin de equipos antes de: cada registro en la red, cada tentativa de llamada, y al solicitar la obtencin de servicios suplementarios.

9 Confidencialidad de los datos de usuario y de la informacin Proteccin mediante cifrado, de la informacin transmitida, frente a escuchas

intencionadas (cifrado y descifrado). Es el subsistema de conmutacin (SSS) el que decide la versin del algoritmo

A5 y la clave de cifrado kc que se utilizar cada vez.

Seguridad en GSM


Seguridad en GSM


Funcin del AUC. Proporciona informacin al MSC/VLR para realizar la autenticacin del subscriptor y establece los procedimientos de cifrado.9 Proporciona una tripleta de datos:

1. Un nmero aleatorio no predecible (RAND). 2. Una seal de respuesta (SRES). 3. Una clave de cifrado. (Kc).

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

Autenticacin.

AUC

KiBase de

datosIMSI

Ki

GeneradorRAND Algoritmo

AutenticacinA3

Solicitud de tripletapor el HLR

RAND

Kc

SRES

Tripleta al HLRAlgoritmo

CifradoA8


Proceso. 9 1. El MSC/VLR transmite RAND al MS.9 2. MS calcula la firma SRES usando RAND, Ki y el algoritmo A39 3. La firma SRES es enviada al MSC/VLR, que procede a la

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

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

Autenticacin.

GeneradorRAND

Algoritmo A3/A8

1. RAND

MSC/VLRSIM

Ki

Mvil

3. SRES 2. CalculaSRES y Kc

Kc


La clave kc se calcula a partir de la clave kiy el nmero aleatorio RAND (RANDomnumber) mediante el algoritmo A8.9 Se guarda en la memoria no voltil del SIM

La secuencia de cifrado es producida usando Kc y el nmero de trama TDMA, como entradas al algoritmo A5.9 N de trama: 22 bits (0 - 2715.647)9 Kc: 64 bits

Para proceder al cifrado se manda una muestra de informacin: Comando demodo cifrado (M):9 La salida del algoritmo A5 es utilizada para

cifrar los datos de informacin (M) mediante una operacin OR_EXCLUSIVE.

Cifrado.

Algoritmo A5

NTramaKc

DatosM

Mvil

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 nmero 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

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

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

Existen dos algoritmos A5.9 A51. Grado militar usado por pases pertenecientes a la OTAN.9 A52. Reemplaza al anterior.

Cifrado.


Gestin de movilidad

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

canales BCH. Si no es posible se intenta con la siguiente en intensidad.9 Cuando se detecten los canales anteriores se decodifican las seales de control de

frecuencia y temporizacin FCCH y SCH. Posteriormente mediante la recepcin del BCCH se determina si la transmisin captada pertenece al operador deseado.

9 MS extrae del BCCH el cdigo de Identificacin del rea de Localizacin (LAI)3. PETICIN DE REGISTRO A MSC/VLR. MS enva hacia la BTS el cdigo LAI y un

mensaje de peticin de registro, incluido el IMSI/TMSI. 9 El mensaje se encamina hacia la MSC asociada. 9 MSC comunica comunicar al VLR la activacin de la MS y registrar su LAI. 9 Si la MS es nueva en ese VLR, este procede a comunicarselo al HLR correspondiente

analizando su IMSI.

4. AUTENTICACIN. Se efectua el procedimiento de autenticacin.5. CONFIRMACIN. Se informar a la MS de la correcta realizacin del proceso. 6. MONITORIZACIN. Por el canal BCCH se transmite la lista de frecuencias BCCH de

las clulas vecinas, para que la MS monitorice las condiciones de recepcin de estas.


Gestin de movilidad: Registro

MS BSS MSC/VLR HLR

1. Portadoras. C0:BCCH

2. Extraccin y decodificacin BCCH

4. Solicitud de Autenticacin

3.Peticin de registro/ actualizacin

4. Procedimiento de Autenticacin

5. Confirmacin del proceso.

6. Monitorizacin


Gestin de movilidad: Traspaso (Inter MSC)

MS BSS-A MSC-A MSC-B Portadoras. BCCH

Medidasde nively calidad

1. Solicitud de HO-A

Envio de medidas

BSS-B

Decisin HO

2. Solicitud de HO-A

3. Reserva Recursos Radio

4. Indicacin de HON

5. Conexin

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

8. Confirmacin Traspaso a MSC-B

9. Confirmacin HO10. Reconfiguracin Red.


Gestin de llamadas Llamada MS - RTC.1. Usuario compone nmero del abonado llamado y pulsa SEND.Peticin 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 Peticin de Servicio hacia la MSC/VLR.4. MSC/VLR efecta proceso de autenticacin del mvil, 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 mvil y la MSC.6. MS enva mensaje de Establecimiento de llamada haca MSC/VLR, incluyendo el n del abonado.7. MSC/VLR solicita va del BSC, el Indicador Internacional del Equipo Mvil a MS.

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

reservados entre el mvil y la MSC/VLR. Se libera SDCCH y se asigna SACCH10. MSC/VLR enva hacia la RTC un mensaje de Peticin de direccionamiento. RTC encamina la

llamada hacia el abonado llamado.11. RTC enva hacia MSC/VLR un mensaje de Direccionamiento completado.12. MSC/VLR enva un mensaje de Seal de llamada al mvil 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 enva al mvil va BSS.14. Al recibirlo el mvil, interrumpe tono de llamada y pasa a fase de conversacin.


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

1. Peticin de acceso

Abonado marcanmero llamado

4. Procedimiento de Autenticacin

6. Establecimiento de llamada. N abonado llamado

2. Asignacin SDCCH 3. Peticin de servicio

5. Procedimiento de Cifrado

HLR/AUC

EIR7. Comprobacin IMEI del mvil

8. Asignacin canal

9. Asignacin completada10. Direccionamiento IAM

11. Direccionamiento ACM12. Seal de llamada Alert

13. Respuesta

14. Conversacin.


1. GMSC (de la zona de inicio de llamada, MSC1) recibe un mensaje de Direccionamiento de llamada. 2. MSC1 enva mensaje de Peticin de Informacin de enrutamiento hacia el HLR donde est

registrado el abonado GSM, determinado por el n MSISDN de ste.3. HLR reenva el mensaje anterior haca MSC2/VLR donde se encuentra el abonado llamado, IMSI.4. MSC2/VLR contesta con un mensaje de Informacin de Enrutamiento hacia la MSC1/VLR con MSRN5. MSC1/VLR enva mensaje de Direccionamiento a la MSC2/VLR.6. MSC2/VLR, que conoce LAI, enva Solicitud de llamada, a travs de la BSS, incluyendo TMSI.7. MS recibe paging request y responde al BSS con Peticin de canal. 8. BSS asigna un canal SDCCH y se lo indica al mvil.MS enva Respuesta de llamada, al MSC2/VLR.9. MSC2/VLR autentica al mvil y se inicia el proceso de cifrado.10. MSC2/VLR enva al mvil un mensaje de establecimiento (set-up) por BSS.11. MS recibe Set-up, y responde a MSC/VLR con un mensaje de Confirmacin.12. MSC2/VLR enva haca GMSC un mensaje de Direccin completada (ACM). 13. GMSC lo reenva a RTC., y esta enva tono al abonado que llama.14. MSC2/VLR ordena a la BSS asignacin de TCH a MS con el mensaje comando de asignacin.

15. MS confirma la asignacin va BSS al MSC2/VLR con Completada Asignacin.16. MS activa tono de llamada y enva mensaje de Alerta hacia MSC2/VLR.17. Usuario MS contesta y MS enva un mensaje Conexin haca MSC2/VLR. 18. MSC2/VLR confirmacin de conexin al MS y lo enva a la GMSC y sta al la RTC. 19. RTC interrumpe tono de llamada prolonga el circuito y pasa a la fase de conversacin. 20

Gestin de llamadas. Llamada RTC - MS.


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

Llamadafijo

9. Procedimiento de Autenticacin/Cifrado

10. Establecimiento de llamada

8. Asignacin SDCCH

14. Asignacin canal TCH

15. Asignacin completada

12. Direccionamiento

1. Direccionamiento

16. Seal de llamada Alert

20. Conversacin.

GMSC

HLR

Peticin enrutamiento3 2

4. Inf. enrutamiento

5. Direccionamiento

7. Peticin de canal

8. Respuesta llamada

11. Confirmacin de llamada13. Direccionamiento

18. Confirmacin conexin

17. ConexinUsuariocontesta

19. Confirmacin conexin

6. Envio de Paging. TMSI


Procedimiento por el cual se cobra al cliente el uso que hace de la red.9 La llamada se divide en varios tramos y se generan diferentes registros de

tarificacin segn el tramo y el tipo de llamada. Registro MOC (Mobile Originating Component). De mvil origen a MSC/VLR Registro 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 mvil destino

Tarificacin.

Informacin asociada a los registros de tarificacin Informacin relativa al cliente que llama: IMSI, MSISDN, IMEI, tipo de cliente,... Informacin relativa al cliente llamado: IMSI, MSISDN, IMEI. Informacin relativa a la duracin de la llamada. Inicio, duracin, fin Informacin relativa al origen de la llamada: datos sobre la celda y BSC. Informacin relativa al destino de la llamada: datos sobre la celda, BSC y MSC Informacin de servicio, rutas, varios.

Orgenes del sistema GSMRequisitos bsicos del sistema GSMCobertura GSM y fases.Especificaciones GSMGSM prev una variedad de servicios de telecomunicaciones: facilidades de comunicacin puestas a disposicin del usuario.Estructura jerrquica en la Red GSMEntidades funcionalesInterfacesSubsistema de Conmutacin y Red (NSS)Central de Conmutacin Mvil (MSC).Central de Conmutacin Mvil Cabecera, (GMSC).Registro de Localizacin Base (HLR). Registro de Localizacin de Visitantes (VLR)Centro de Autentificacin (AuC)Registro de Identidad de Equipos (EIR)Subsistema de Estacin Base (BSS ). Subsistema de Estacin Base (BSS ). Controlador de Estacin Base (BSC ). Tranceptor de Estacin Base (BTS ). Estacin Mvil (MS).Estacin Mvil (MS). Mdulo de identificacin del usuario (SIM). Subsistema de Operacin y Mantenimiento (OMSS)Sistema de numeracin en GSMSistema de numeracin en GSMSistema de numeracin en GSMSistema de numeracin en GSMInterfaces y Sealizacin en GSMSealizacin e Interfaces en NSS y con redes fijasInterfaces en NSS y OMSS . Sealizacin e Interfaces con el subsistema BSSSealizacin e Interfaces con el subsistema BSSInterfaz Um (BSS-MS)Estructura de Canales LgicosCanales Lgicos.Canales Lgicos.Canales Lgicos.Canales Lgicos.Canal radio GSMCanalizacin de frecuenciasTcnica de Acceso Mltiple:Construccin de Rfagas (burst)Multiplexacin de canales Lgicos en canales fsicosCanales fsicos : Retardo temporalEstructura de Tramas y MultitramasMultitramas.MultitramasMultitramasSincronizacin y avance en el tiempoProcesos de transmisin/recepcin. Conversin A/D.Codificacin de Voz. Codificacin Canal. Codificacin Canal. (II) Codificacin Canal. (III) Interleaving (entrelazado)ModulacinModulacin (II)EcualizacinMedidas de seal en la MSControl del enlace RadioSalto de frecuenciaAutenticacin.Cifrado.Cifrado.Gestin de movilidadGestin de movilidad: RegistroGestin de movilidad: Traspaso (Inter MSC)Gestin de llamadas Llamada MS - RTC.Gestin de llamadas Llamada MS - RTC.Gestin de llamadas. Llamada RTC - MS.Gestin de llamadas. Llamada RTC - MS. Tarificacin.

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