con eficienţă spectrală ridicată transmiterea unui debit
TRANSCRIPT
Comunicații mobile
4.3.5 Modulaţie
Constrângeri:
-eficienţă spectrală ridicată: transmiterea unui debit binar cât mai mare
utilizând o bandă îngustă de 200kHz
-spectru compact cu lobi laterali nesemnificatívi
- să aibă o anvelopă constantă: amplificatoarele din echipamentele GSM
(MS si BTS) pot fi utilizate aproape de saturaţie iar spectrul trebuie să
ramână nemodificat (sa nu apara componente spectrale noi)
Soluţia adoptată de standard: GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) –
derivată din MSK (Minimum Shift Keying)
Comunicații mobile
PS
D (
dB
/Hz)
Frecvență [KHz]
Răspuns la impuls BTbit=0.3
4.5 Canale logice şi fizice
❑ Canal fizic – un interval temporal în cadre TDMA consecutive
- poate transporta un canal logic sau mai multe canale logice
❑ Canale logice – identifică în GSM tipul informaţiei transmise :
- canale de trafic (date la diverse debite, voce FR sau HR)
- canale de control (doar semnalizări)
- un canal logic de un anumit tip transportă un anumit tip de
informaţie(Ex:PCH- paging channel)
- canale logice sunt mapate în canale fizice conform unei scheme
prestabilite
Cadru k Cadru k+1 Cadru k+2 Cadru k+3 Cadru k+4
Canal fizic
Canal logic A
Canal logic B
Comunicații mobile
Comunicații mobile
❑Organizarea și clasificarea canalelor logice
Canale logice
Canale
comune
Canale
dedicate
Canale
difuzate
Canale de
control comune
Canale de control
dedicate
Canale
de trafic
FCCH
SCH
BCCH
PCH
RACH
AGCH
TCH/F TCH/H
FACH
SDCCH
SACCH
Canale logice de control
- canale de control comune: canale utilizate pentru a permite accesul la
reţea
- canale de control dedicate: canale utilizate pentru transportul
semnalizărilor provenind/destinate unei singure staţii mobile
- canale difuzate: canale mapate pe frecvenţa baliză, informaţia este
transmisă doar în direcţia descendentă (downlink), alocarea acestora se face
cu o rezoluţie spaţială de o celulă
❑ Canale de trafic
Abreviere TCH/F sau TCH/H (ex. TCH/FS –voce,
TCH/F9.6 –date la 9.6kbiţi/s)
Directie Uplink şi downlink
Utilizare Transportul datelor utilizator
Punct la punct/ punct la multipunct Punct la punct
Alocare La cererea unei staţii mobile
Tipul de salve folosite normale
Comunicații mobile
Comunicații mobile
❑ Canale difuzate
-transportă informaţii specifice unei celule
-emise continuu pe frecvenţa baliză
Abreviere BCCH
Directie downlink
Utilizare Informaţii specifice celulei: CI, LAI,
lista frecvenţelor, lista frecvenţelor
baliză ale celulelor vecine,
configuraţia canalelor de control,
MNC, MCC
Punct la punct/ punct la multipunct Punct la multipunct
Alocare Permanentă
Tipul de salve folosite normale
Broadcast control channel
Comunicații mobile
Synchronization channel
Abreviere SCH
Directie downlink
Utilizare Numărul de cadru TDMA, BSIC,
secvenţă de antrenare pentru
sincronizare în timp
Punct la punct/ punct la multipunct Punct la multipunct
Alocare Permanentă
Tipul de salvă sincronizare
BSIC- identificatorul frecvenţei baliză
Număr de cadru TDMA - sincronizare în timp raportată la o structură de tip
hipercadru TDMA
Comunicații mobile
Frequency correction channel
Abreviere FCCH
Directie downlink
Utilizare Sincronizare în frecvenţă (calare a
frecvenţei MS pe o frecvenţă baliză)
Punct la punct/ punct la multipunct Punct la multipunct
Alocare Permanentă
Tipul de salve folosite Corecţie a frecvenţei
-la pornirea staţiei mobile aceasta scanează toate purtătoarele radio alocate
unui operator; doar cele ce transportă FCCH sunt purtătoare baliză
-o staţie mobilă ataşată în stare inactivă este informată pe BCCH care sunt
purtătoarele baliză ce trebuie monitorizate pentru a detecta o eventuală
schimbare a ariei de localizare ca și consecință a mobilității
Comunicații mobile
Abreviere SDCCH
Directie Uplink şi downlink
Utilizare autentificare, setări ale canalului de
trafic, proceduri de actualizare a
localizării, transmiterea de SMS (MS
în stare inactivă)
Punct la punct/ punct la multipunct Punct la punct
Alocare La cerere
Tipul de salve folosite Normale
❑ Canale de control dedicate
- utilizate de o singură staţie mobilă
Standalone dedicated control channel
Comunicații mobile
Abreviere SACCH
Directie Uplink şi downlink
Utilizare Alocat întotdeauna pentru un TCH sau
un SDCCH
Rapoarte cu măsurători (uplink), TA
(downlink), controlul puterii MS
(downlink), SMS (MS în stare activă),
lista frecvenţelor ce trebuie
monitorizate în stare activă
Punct la punct/ punct la multipunct Punct la punct
Alocare La cerere
Tipul de salve folosite Normale
Slow associated control channel
Comunicații mobile
Abreviere FACCH
Directie Uplink şi downlink
Utilizare Transportă aceleaşi informaţii ca şi
SDCCH în situaţia în care timpul este
un factor critic (handover); operează
prin înlocuirea biţilor pari/impari ai
unei salve normale (TCH)
Punct la punct/ punct la multipunct Punct la punct
Alocare La cerere
Tipul de salvă Normale
Fast associated control channel
Comunicații mobile
Abreviere RACH
Directie Uplink
Utilizare Cerere de alocare a unui SDCCH ca răspuns la
un mesaj de paging pentru o procedură de
actualizare a localizării sau pentru o cerere de
resurse fizice pentru un apel
Punct la punct/ punct la
multipunct
Punct la multipunct
Alocare La cerere
Tipul de salvă folosit Acces
Canale de control comune
- dedicate pentru schimbul de informaţii cu mai multe staţii mobile
pentru a le permite acestora să treacă din starea inactivă în starea activăRandom access control channel
Comunicații mobile
Abreviere PCH
Directie Downlink
Utilizare Semnalizarea unui apel către o
staţie mobilă
Punct la punct/ punct la multipunct Punct la multipunct
Alocare Permanentă
Tipul de salvă Normală
Paging channel
- utilizat pentru semnalizarea unui apel către o staţie mobilă; transportă
identitatea GSM a staţiei mobile apelate: TMSI/IMSI
Comunicații mobile
Abreviere AGCH
Directie Downlink
Utilizare Indicarea către MS că un canal dedicat
de control a fost alocat (tipic SDCCH)
, ca răspuns la o mesaj de paging sau
la o cerere de resurse fizice formulată
de MS
Punct la punct/ punct la multipunct Punct la multipunct
Alocare Permanentă
Tipul de salvă folosit Normală
Access grant channel
4.5 Maparea canalelor logice în canale fizice
❑ TCH şi canalele de control asociate SACCHs – trebuie să fie mapate pe
acelaşi canal fizic
❑ Celelalte canale pot fi mapate în diverse combinaţii
- FCH+SCH, BCCH, RACH, PCH, şi AGCH – trebuie mapate pe canalul
fizic definit de frecvenţa baliză şi intervalul temporal TS0
- SDCCH şi canalul SACCH asociat – în orice canal fizic definit pe
frecvenţa baliză; tipic acestea sunt mapate în intervalul temporal TS1
Comunicații mobile
❑Mapare tipică
Comunicații mobile
❑ TCH, SACCH
- un canal SACCH este alocat întotdeauna unui canal TCH
- maparea este definită pe baza unei structuri repetitive formată din 26 de
cadre TDMA (traffic multiframe - multicadru de trafic)
-4x26 cadre TDMA sunt necesare pentru a transmite informaţiile de
semnalizare codate şi întreţesute pe SACCH (4x120 ms=480ms)
-în exemplul precedent o staţie mobilă are alocat intervalul temporal TS2
atât pentru TCH cât şi pentru SACCH
- toate intervalele temporale sunt utilizate de către MS pentru a detecta
intervalul temporal TS0 pe frecvenţele baliză indicate de către reţea
- pe durata TS2 in cadrul inactiv staţia mobilă nu emite şi nu recepţionează
- cele 8 intervale temporale inactive din cadrul inactiv permit deci citirea
informaţiilor difuzate de celulele vecine în TS0 (FCCH, SCH, BCCH)
Ultimul cadru TDMA activ Cadru inactiv
TS0 pe frecvenţele baliză din celulele alăturate?
TS0 TS1 TS2 TS3 TS4 TS5 TS6 TS7
-prin detectarea TS0 staţia mobilă poate citi mai întâi FCCH (pentru
sincronizarea în frecvenţă), măsura nivelul semnalului recepţionat pe
această frecvenţă şi mai apoi construi rapoarte cu măsurători indexate de
BSIC (citit prin decodarea SCH)
Comunicații mobile
Comunicații mobile
❑ FCCH, SCH, BCCH, PCH, AGCH, RACH
- mapate conform unei structuri repetitive de 51 cadre TDMA (signaling
multiframe - multicadru de semnalizări) definite în intervalul temporal TS0
pe frecvenţa baliză
Downlink TS0
Uplink TS0
R-RACH, F-FCH, S-
SCH, B-BCCH, P-
AGCH + PCH
I- cadru inactiv
Comunicații mobile
❑ Exemple
Pornirea staţiei mobile- staţia mobilă scanează toate frecvenţele definite pe cartela SIM,
determină cea mai bine recepţionată frecvenţă baliză şi se sincronizează cu
aceasta prin citirea FCCH
… F S B B B B …
- sincronizare în timp
… F S B B B B …
- citire informaţiilor de pe BCCH
… F S B B B B …
- staţia mobilă trebuie să se înregistreze ; pentru aceasta trimite o cerere de
canal (RACH)
TS0 downlink
TS0 downlink
TS0 downlink
Comunicații mobile
… R R R R R R …TS0 uplink
- reţeaua alocă un SDCCH utilizând canalul logic AGCH
… P P P P P P …
- semnalizările necesare (actualizarea localizării de ex.) sunt efectuate pe
SDCCH
Paging
- sistemul semnalizează un apel pentru o staţie mobilă utilizând PCH
TS0 downlink
… P P P P P P … TS0 downlink
- staţia mobilă care îşi recunoaşte identitatea formulează o cerere pentru un
canal utilizând RACH
… R R R R R R …TS0 downlink
❑ SDCCH şi canalul SACCH asociat
- sunt mapate uzual conform unei structuri repetitive de 102 cadre TDMA
definită pe frecvenţa baliză în intervalul temporal TS1- 8 canale SDCCH
partajează în acest caz acelaşi canal fizic
- un canal suplimentar (un alt TS) poate fi rezervat dar în acest caz
intervalulul respectiv nu mai poate transporta canale de trafic
Downlink
- Dx- SDCCH alocat pentru MSx - Ax- SACCH alocat pentru Dx- informaţiile transportate pe SDCCH/SACCH sunt mapate pe 4 cadre
consecutive TDMA
- în direcţia uplink – se utilizează o structură similară decalată cu 3TS
Comunicații mobile
Comunicații mobile
❑ Exemplu – acces pentru un apel
- staţia mobilă utilizează RACH pentru a accesa reţeaua
… R R R R R R …
- reţeaua alocă un SDCCH utilizând AGCH
… P P P P P P …
TS0 uplink
TS0 downlink
- semnalizările legate de stabilirea apelului (autentificare, verificare IMEI,
setarea modului de lucru criptat etc) se tranferă pe SDCCH; controlul
puterii şi măsurătorile sunt transmise pe SACCH-ul asociat
… D0 D0 D0 D0 … A0 A0 A0 A0 …
- un canal de trafic este alocat pe SDCCH, convorbirea are loc pe TCH
TS1 downlink şi
uplink
… T T T A T T T …
Comunicații mobile
Organizarea cadrelor TDMA
- cadrele emise de BTS sunt numerotate (numărul de cadru TDMA)
- perioada de repetiţie 3h28 min – defineşte durata unui hipercadru
- numărul de cadru TDMA modulo 51 – indică poziţia actuală în cadrul
unui multicadru de semnalizare
- numărul de cadru TDMA modulo 26 – indică poziţia în cadrul unui
multicadru de trafic
Cadru TDMA
Supercadru TDMA (26x51 cadre)
Multicadru de semnalizări Multicadru de trafic
Hipercadru
❑ De ce 26 și 51?
- alegere deliberată , 26 și 51 nu au divizori comuni iar începutul cadrelor
va “aluneca” în timp
- în exemplul de mai sus primul cadru Idle nu permite detectarea FCCH
dintr-o celulă învecinată recepționată; acest lucru este însă posibil la al
doilea cadru Idle
- După detecția FCCH stația mobilă va decoda SCH și va putea determina
BSIC (pt rapoare cu măsurători în handover), numărul de cadru TDMA
pentru criptare la un eventual handover în celula detectată
Mobile communications
Cadru trafic Cadru trafic
Cadru semnalizări
Comunicații mobile
5.Protocoale şi proceduri de semnalizare în sistemul
GSM
Comunicații mobile
Comunicații mobile
Comunicații mobile
5.2 Stiva protocoalelor de semnalizare
5.3 Semnalizări pe interfaţa radio5.3.1 Stratul fizic
- transportul informaţiei între MS şi BTS se face pe canale logice de control
mesajele de semnalizare sunt codate pentru protecţie la erori, modulate,
criptate etc.5.3.2 Stratul legatură de date
- scopul principal: asigurarea unei legături fiabile pentru comunicaţii punct
la punct (Ex: transferul informatiilor pe SDCCH)
- atât protocolul ce operează la acest nivel pe interfața radio (LAPDm) cât şi
cele de pe interfetele A (MTP2) si Abis (LAPD) sunt derivate din protocolul
HDLC (High-level Data Link Control)
Funcţii implementate de HDLC:
-segmentare/asamblare
-sincronizare de cadre
-adresare
-detectie de erori folosind câmpuri de tip FCS şi implementarea de
mecanisme de retransmisie (ARQ)
Comunicații mobile
❑ LAPDm – protocolul dedicat GSM la nivel legătură de date pe interfaţa
radio – (Link Access Protocol for D channel); m- mobil
Funcţii HDLC implementate de LAPm:
- sincronizare de cadre –nu mai este necesară, este efectuată de stratul fizic)
- segmentare/reasamblare – un singur bit (”more” bit) este dedicat; o valoare
de 0 indică că pentru mesajul curent nu mai sunt cadre de transmis
- detectie de erori – cadrele LAPDm nu includ un câmp dedicat FCS;
detecţia de erori se bazează pe codarea de tip Fire făcută la nivelul fizic;
Structura unui cadru
LAPDm
Informatie
(21 octeti)
Control
(8biti)
Adresa
(8 biti)
Comunicații mobile
23 octeți=184 biți
-adresare– SAPI (Service Acces Point Identifier – SAPI=0 semnalizări
RR, MM sau CM – SAPI=3 SMS sau SS)
❑ 3 familii distincte de protocoale
RR (Radio Resource Management)
MM (Mobility Management)
CM (Connection Management)
❑ RR –Radio Resources Management
– familie de protocoale dedicate pentru gestiunea resurselor radio
ce definesc:
– tipul şi formatul mesajelor schimbate între statia mobila şi retea pentru
a stabili o legătură fizică punct-la-punct ce permite dialogul dintre staţia
mobilă şi reţea pe canale dedicate de control= conexiune RR
– modul de transmitere și procesare a informației pe BCCH, SCH, FCCH
– modul de transmitere și procesare a informației pe AGCH/PCH /RACH
Echipamentele GSM ce implementeaza familia de protocoale RR sunt
cele din BSS
5.3.3 Stratul 3
Comunicații mobile
❑ MM –Mobility Management- protocol de gestiune a mobilităţii ; implementează proceduri de
gestiune a mobilităţii cât şi proceduri legate de securitate şi
confidenţialitate :
- actualizarea localizării
- proceduri de atașare/detașare de la rețea (IMSI attach/detach)
- autentificare, setarea modului de transfer criptat etc
- anumite mesaje de semnalizare MM sunt iniţiate ca urmare a unor
cereri provenind de la nivelul superior (CM) (ex. autentificare) –MM
connection related procedures
- schimbul de mesaje MM nu este în mod necesar legat de un apel de date
sau de voce (proceduri specifice MM, de ex. actualizarea localizării) –
MM specific procedures
- toate procedurile MM necesită în prealabil o conexiune RR
- schimbul de mesaje de tip MM are loc între staţia mobila şi MSC/VLR
(eventual HLR) cu BSS avand doar funcţii de transport transparent
Comunicații mobile
❑ CM – Connection Management
- familie de protocoale între MS şi NSS; de fapt 3 protocoale distincte
SMSCC SSCM <=>
- CC – Call Control - funcţii de stabilire/terminare a unui apel,
obţinerea de informaţii de rutare pentru apeluri de tip MT etc.
- SMS – Short Message Service – trimiterea/recepţionarea de SMS-uri
- SS– Supplementary Services management – gestiunea serviciilor
suplimentare: activarea/dezactivarea serviciilor suplimentare
-schimbul de mesaje CM are loc între MS si MSC, MS si HLR sau MS si
centrul de mesaje scurte (SC)
Comunicații mobile
Structura unui mesaj de strat 3
Protocol discriminator (PD) – identificator pe 4 biți inserat de
echipamentul care generează informația de semnalizare; utilizat la
recepție pentru distribuirea mesajului la secvența de cod/aplicația care
gestionează semnalizările de un anumit tip
PD Functie Origine/destinatie
RR – 0110 Gestiunea resurselor radio MS catre/de la BTS sau
BSC
MM – 0101 Gestiunea mobilitatii MS catre/de la VLR
CC, SS – 0011 Gestiunea apelurilor
/gestiunea serviciilor
suplimentare
MS de la /catre MSC si/sau
HLR
SMS – 1001 Mesaje scurte MS catre/de la SC via MSC
Comunicații mobile
- pentru a permite efectuarea de semnalizări concurente mesajele
includ un câmp suplimentar - Transaction Identifier
Message Type– identifică un anumit mesaj MM,CM sau RR (doar în
cadrul aceleiaşi familii)
Tipul mesajului +PD – identifică în mod unic un anumit mesaj de strat 3
5.4.1 Stratul fizic
- mai multe destinaţii/origini posibile
(BSC trebuie să comunice cu toate
transceiverele din fiecare BTS)
-fiecare TRX are un canal dedicat de
semnalizări (RSL) de 64kbiţi/s sau 16
kbiți/s în structura unui multiplex PCM
-pentru operare şi întreţinere fiecare BTS
are o legatură dedicată de 64kbiți/s
Exemplu BSC-BTS cu
4 TRX:
5.4 Semnalizări pe interfaţa Abis
Comunicații mobile
Ex: - MEASUREMENT_REPORT trimis de MS: 01100000 -
00010101 va fi decodat de BTS; BTS va adăuga propriile
măsurători pentru direcţia uplink şi va transmite mesajul către BSC
Information elements – corpul mesajului de semnalizare