gsm, openbts teoria

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Introduccin a GSM GSM es el acrnimo de Global System for Mobile Communications (Sistema Global de Comunicaciones Mviles), fue originalmente desarrollado en 1984 como un estndar de sistemas telefnicos mviles que podra ser usado en Europa. GSM es ahora un estndar internacional para servicios mviles. Este ofrece alta movilidad. Y los subscritores pueden fcilmente cursar por el mundo y acceder a cualquier Red GSM. GSM es una red digital celular. Al momento que el estndar fue desarrollado ofreci mucho ms alta capacidad que los actuales sistemas anlogos. Este tambin permiti una mas optima capacidad de localizacin del espectro de radio. Por lo que permita una mayor cantidad de subscriptores. GSM ofrece servicios de Voz, Short Message Service (SMS), Fax, Mensajera de Voz, etc. Actualmente hay varias bandas en el uso de GSM. 450Mhz, 850Mhz, 900Mhz y 1900Mhz, que son las ms comunes. Algunas bandas tambin tienen GSM extensin (EGSM), que agregan crecimiento en la cantidad de espectro de cada banda. GSM hace el uso de Frequency Division Multiple Access (FDMA) y Time Division Multiple Access (TDMA) que son esquemas de multiplexado de la seal en frecuencia y tiempo. Uplinks/Downlinks & Reverse Forward GSM permite hacer el uso de la operacin Dplex. Aqu cada banda tiene un rango de frecuencia Uplink (Subida, desde el telfono a la torre) y otro rango de frecuencia de Downlink (Bajada, desde la torre al telfono). Estos son llamados tambin Reverse (Uplink) y Forward (Downlink).

Frequency Division Multiple Access (FDMA) GSM divide el espectro de cada banda dentro de portadoras individuales. La separacin de dichas portadoras es de 200Khz, esta es el aspecto de divisin de frecuencia en GSM. Absolute Radio Frequency Channel Number (ARFCN) El numero identificador ARFCN se encarga de describir un par de frecuencias, una de Uplink y otra de Downlink cada una con un ancho de banda de 200Khz. Estas frecuencias de Uplink y Downlink tienen una especfica separacin (Offset) que vara dependiendo la banda. Cada vez que este nmero (ARFCN) crece EL Uplink crece 200Khz y el Downlink por igual. Aunque GSM opera de forma dplex la estacin mvil no transmite y recibe al mismo tiempo, la antena hace un switch a la hora de transmitir o recibir.

Tabla de rangos de frecuencia para cada banda y sus ARFCN

En la figura se ilustra un ejemplo de cmo trabaja GSM con el ARFCN.

Calculando las frecuencias de Uplink/Downlink de algunas bandas. Dada la banda, el ARFCN y el offset se debe calcular: GSM 900 Up=890.0 + (ARFCN*.2)Up = 890.0 + (72 * .2) Up = 890.0 + (14.4) Up = 904.40 MHz

Down = Up + Offset Down = Up + 45.0Down = 904.40 + 45.0 Down = 949.40 MHz

DCS1800Up = 1710.0 + ((ARFCN - 511) * .2) Down = Up + 95.0

PCS1900Up = 1850.0 + ((ARFCN - 512) * .2) Down = Up + 80.0 Identificadores Numricos Mobile Subscriber ISDN (MSISDN) Este es el numero que otra persona debe marcar para comunicarse con quien desea. Est compuesto de tres partes:

Country Code (CC) este es el cdigo de llamada para cualquier pas que el MS este registrado. National Destination Code (NDC) En GSM, este nmero es asignado a cada proveedor de servicio (PLMN), en ocasiones pueden tener ms de uno. Subscriber Number (SN) - Este es un numero asignado por el proveedor de servicios al cliente y junto al NDC forman el conocido National Mobil Number.

International Mobile Subscriber Identity (IMSI) El IMSI es como el cliente es identificado para la red. Este es un nico identificador para cada usuario y esta ya predispuesto en la tarjeta SIM, este es otorgado a la hora de un cliente registrarse con su proveedor. Est compuesto de tres partes: Mobile Country Code (MCC) Este nmero identifica en cual pas est el cliente. Mobile Network Code (MNC) Este nmero identifica cual es el proveedor de servicio (Cingular, T-Mobile, etc.). Mobile Subscriber Identification Number (MSIN) Este es un numero nico que identifica un usuario dentro de una Red GSM

International Mobile Equipment Identity (IMEI) Este nmero nico se encarga de identificar al equipo. Es un nmero serial plasmado en el telfono. Est compuesto de tres partes: Type Allocation Code (TAC) Este es un numero nico que identifica el modelo del equipo Wirelles. Serial Number (SNR) Este es un numero serial de manufactura para el modelo del dispositivo wireless. Spare (SP) Este es un numero de comprobacin. Este es omitido durante la transmisin.

Arquitectura GSM Una red GSM est compuesta de mltiples componentes e interfaces que facilitan el envo y recepcin de sealizacin y trfico de mensajes. Esta es una coleccin de Transceivers, controllers, switches, routers, and registers. Public Land Mobile Network (PLMN) es una red de la que es duea un proveedor de servicios, es decir, todos los equipos y recursos de red de los que son dueos y al mismo tiempo operados por Orange dando algn ejemplo, esto es un una PLMN. Este conjunto de elementos de la PLMN son: Mobile Station(MS) Este dispositivo que por lo regular es tu celular, est compuesto de dos partes: Mobile Equipment (ME) Este se refiere al telfono en su forma fsica, el cual tiene que estar habilitado para operar en una red GSM. Los telfonos mas antiguos operan en una sola banda, los actuales operan en varias. Subscriber Identity Module (SIM) Es una pequea tarjeta que es insertada dentro del telfono celular y es quien trae la informacin especifica de el cliente, tales como: IMSI, TMSI, K i(Usado para la encripcin), Service Provider Name (SPN-Nombre del proveedor de servicios), y el Local Area Identity (LAI-Identificador de rea local). El SIM puede tambin almacenar nmeros telefnicos(MSISDN), llamados y recibidos, Kc(Usado para encripcin),Data y otras aplicaciones. Cada SIM Card es protegida por un Personal Identification Number (PIN) de cuatro dgitos, el cual debe ser insertado correctamente en menos de tres intentos, si no se inserta correctamente este es bloqueado y para desbloquearlo se usa el Personal Unblocking Key(PUK) de 8 dgitos que tambin est almacenado en la SIM Card. Base Transceiver Station (BTS) BTS- Es la estacin mvil que hace la funcin de Punto de Acceso (Acces Point) para la Red. Este es responsable de llevar la comunicacin de radio entre la red y los MS. El BTS se encarga de manejar la codificacin del dialogo, encripcin, multiplexacin (TDMA) y modulacin/demodulacin de las seales de radio. Es tambin capaz de hacer saltos de frecuencias. Normalmente un BTS tiene entre 1 y 16 Transceivers (TRX), cada TRX representa un ARFCN. Un BTS usualmente cubre 120 grados de un sector de una rea. Una torre con 3-BTS cubre los 360 grados alrededor de una torre. El BTS se encarga de asignar el Cell Identity(identidad del mvil). Esta identidad es un nmero de 16bits (Doble octeto) que identifica el mvil en una determinada rea, este es parte de el Cell Global Identification (CGI).

Base Station Controller (BSC) BSC- Un BSC controla mltiples BTSs, estos manejan los canales de radio, la administracin de frecuencias, el power y medidas de intensidad de seal desde el MS, as como el HandOff desde un BTS a otro (si ambos BTS son controlados por el mismo BSC). Puede estar cerca o separado de los BTS ya que puede estar colocado junto al Mobile Switching Center (MSC). Abis es la interfaz (la conexin de con RF) entre un BTS y un BSC, UM Interface es la interfaz entre un MS y el BTS. La unin del BTS y el BSC constituyen lo que se conoce como BSS (Base Station System). Mobile Switching Center (MSC) MSC- Es el corazn de la Red GSM. Este maneja el Call Routing, Call Setup y funciones bsicas de switching. El MSC maneja mltiples BSCs e interfaces con otros BSCs e registros. Este tambin maneja el inner-BSC handoffs y la coordinacin con otros BSCs para realizar esta operacin. La interface entre el BSC y el MSC es conocida como A Interface. Gateway Mobile Switching Center (GMSC) Este es otro tipo de MSC, llamado Gateway Mobile Switching Center (GMSC). SU funcin es ser un Gateway (Puerta de enlace) entre dos redes en este caso entre la Red GSM y la PSTN (tambin se encarga de la comunicacin entre dos redes o compaas distintas), para que la momento de que un usuario necesite realizar una llamada hacia la PSTN este se encarga de encaminarla (enrutar). La interface entre dos MSC es conocida como E Interface. Home Location Register (HLR) El HLR es una extensa base de datos que almacena permanentemente data sobre los usuarios. El HLR mantiene informacin especfica tales como el MSISDN, IMSI, la actual ubicacin del MS, restricciones de Roaming, y las Features suplantares de los usuarios. Visitor Location Register (VLR) EL VLR es una base de datos que contiene una aparte de la informacin contenida en los HLRs, solo que este solo maneja informacin de una determinada rea, hay un VLR por cada localidad, este reduce el nmero de requerimientos al HLR y por tal reduce el trfico en la red. Los VLR son identificados por los Location Area Code (LAC) de una determinada rea de servicio. Location Area Code (LAC) Es un cdigo de longitud variable que identifica una determinada rea dentro de una red. Cada rea es servida por un VLR. Location Area Identity (LAI) Es un nmero global nico que identifica el pas, proveedor de red y el LAC de un rea la cual coincide con un VLR. Est compuesto de: Mobile Country Code (MCC), Mobile Network Code (MNC), y de el Location Area Code (LAC). Donde el MCC y el MNC son los mismos que forman el IMSI.

Cell Global Identification (CGI) Es un nmero nico que identifica un especfico celular en una determinada rea, red y pas. Est compuesto de lo siguiente:

El VLR tambin tiene otra importante funcin: la asignacin de un Temporary Mobile Subscriber Identity (TMSI). TMSIs son asignados por los VLR a MS al momento de estos llegar a una Location Area. TMSIs son nicos para el VLR Equipment Identity Register (EIR) La EIR es una base de datos que almacena trayectos de los handset en una red usando el IMEI. Solo hay un EIR por red, este est compuesto de listas: blancas (No tienen problemas con la red, sus servicios son autorizados), Gray (tienen un monitoreo de dichos usuarios), Black(tienen servicios denegados).

Authentication Center (Auc)Authentication Center (AuC) Este se encarga de manejar las tareas autenticacin y encripcin para una red. EL Auc almacena la Ki de cada IMSI en la red. Este tambin genera cryptovariables como RAND, SRES Y Kc, aunque no es requerido es normalmente colocado en el HLR.

La siguiente figura muestra la arquitectura GSM con todos sus componentes.

Time Division Multiple Access (TDMA)GSM usa Time Division Multiple Access (TDMA) para la comunicacin por la interfaz que va desde el MS a la Red. TDMA es un protocolo usado en el aire como medio fsico. GSM usa el mtodo: Gaussian Minimum-Shift Keying (GMSK) para su modulacin. Division de tiempo significa que la frecuencia es dividida en bloques de tiempo y solo algunos canales lgicos son transmitidos en un determinado tiempo.las divisiones de tiempo en TDMA son conocidos como Time Slots Time Slots Una frecuencia es dividida dentro de 8 time slots, numerados de 0-7. es preciso recordar que GSM opera en frecuencias separadas por 200kHz y que GSM esto lo hace operar en modo dplex. Un nmero de canal es asignado a un par de frecuencias una de uplink y otra de downlink y este nmero es conocido como Absolute Radio Frecuency Channel Number (ARFCN). Cada slot tiene 576.9 s. Un time slot es un recurso bsico de radio para facilitar la comunicacin entre el MS y el BTS.

Data Rates Como se comento antes GSM usa GMSK como mtodo de modulacin. GMSK provee una velocidad de modulacin de 270.833 Kilobits por segundos (kb/s). Con esta velocidad la mayor cantidad de data que se puede transmitir es de 156.25 bits cada time slot de (576.9 s). El clculo se hace de la siguiente manera: 270.833 kb/s 1000 = 270,833 bits/sec (Converting from kilobits to bits) 270,833 b/sec 1,000,000 = .207833 b/s(Calculating bits per miscrosecond) .207833 b/s 576.9 s = 156.25 bits(Calculating number of bits per time slot) So, 156.25 bits can be transmitted in a single time slot

Data Burst La data transmitida durante un time slot es conocido como Burst. Cada burst permite 8.25 bits de reserva dentro de cada time slot. Esto para prevenir bursts de overlapping e interferencia con la transmisin en otro time slot. Por lo que hay 148 bits usables en cada burst.

Hay cuatro tipos de bursts en TDMA: 1. Normal Burst (NB) 2. Frequency Correction Burst (FB) 3. Synchronization Burst (SB) 4. Access Burst (AB) Normal Burst

Tail Bits- cada burst deja 3bits en cada trama en los cuales no es transmitida a la data. Esto se hace para compensar el tiempo tomado y el crecimiento de poder durante la transmisin. Data bits- Hay dos payloads de 57 bits cada transmisin. Stealing Flags indica si el burst es usado para voz/data (sesteado en 0) o para FACCH usado para sealizacin (sesteado en 1). Training Sequence Estos bits son usados para multi-path fading y efecto de propagacin a travs del mtodo de ecualizacin. Frequency Correction Burst Este burst es usado para la sincronizacin de frecuencia de una estacin mvil. Es una seal portadora desmodulada que cambia de frecuencia.

Existen tambin: Synchronization Burst: usado para la sincronizacin del mvil. Access Burst: Este burst es usado por la estacin mvil para proporcionar acceso aleatorio. TDMA Frame Structure & Hierarchy TDMA Frame Cada secuencia de 8 time slots es conocida como TDMA Frame. La duracin de cada frame es 4.615 milisegundos (ms) (576.9 s 8).

Logical Channels Diferentes time slots se encargan de llevar diferentes canales lgicos, dependiendo en la estructura del BSS se usan: Traffic Channels (TCH) Signaling Channels Signaling Channels Estos son los principales tipos de canales de sealizacin: Broadcast Channels (BCH) transmitidos por el BTS al MS, este canal lleva los parmetros del sistema necesarios para identificar la Red, sincronizar tiempo y frecuencia con la red y ganar acceso a la red. Common Control Channels (CCH) - Usados para sealizacin entre el BTS y el MS, as como para hacer peticiones y ganar acceso a la red. Standalone Dedicated Control Channels (SDCCH) Usado para Call Setup.

Associated Control Channels (ACCH) Usado para la sealizacin asociada con las llamadas y el establecimiento de estas (call setup).El ACCH trabaja siempre en conjunto con el TCH o el SDCCH.

* Hay que tener en cuenta que estos son solo categoras de canales lgicos, no son canales lgicos en s. Las categoras descritas pueden ser divididas en los siguientes canales lgicos: Broadcast Channels (BCH) o Broadcast Control Channel (BCCH) o Frequency Correction Channel (FCCH) o Synchronization Channel (SCH) o Cell Broadcast Channel (CBCH)

Common Control Channels (CCCH) o Paging Channel (PCH) o Random Access Channel (RACH) o Access Grant Channel (AGCH)

Standalone Dedicated Control Channel (SDCCH) o Associated Control Channel (ACCH) o Fast Associated Control Channel (FACCH) o Slow Associated Control Channel (SACCH)

Los Canales Lgicos Ms Importantes Para Este Curso Son Los Siguientes

Broadcast Channels (BCH)Broadcast Control Channel (BCCH) - DOWNLINK - Este canal contiene los parmetros del sistema necesarios para identificar la Red y ganar acceso a esta. Estos parmetros incluyen: LAC, MNC, Frecuencias de las celdas vecinas y parmetros de acceso. Frequency Correction Channel (FCCH) - DOWNLINK - Este canal es usado por el MS como referencia de frecuencia y este canal contiene frequency correccin bursts. Synchronization Channel (SCH) - DOWNLINK Este canal es usado por el MS para aprender el Base Station Information Code (BSIC) , as como el numero de trama TDMA (FN). Esto permite al MS saber que trama TDMA estan dentro del hyperframe. Cell Broadcast Channel (CBCH) - DOWNLINK Este no es un total canal lgico. El CBCH es para mensajes point-to-omnipoint (liente subscrito) . Es usado para enviar Broadcast de informacin a un cliente de la red, informacin como: Tiempo, trfico, deportes, almacenes, etc. El CBCH no tiene una ubicacin (slot) especifica, este es asignado a un SDCCH. Esto solo ocurre en downlink y usualmente el CBCH ocupa el segundo subslot de el SDCCH.

Common Control Channels (CCCH)Paging Channel (PCH) - DOWNLINK Este canal es usado para informarle al MS que tiene en camino un trafico, este trafico puede ser una llamada de voz, SMS o otro tipo de trafico. Random Access Channel (RACH) - UPLINK Este canal es usado por el MS para requerir un canal dedicado de inicio al BTS. Esta debera ser la primera transmisin hecha por un MS para acceder a la Red y requerir recursos de radio. El ms enva un Burst de acceso en este canal para requerir dicho acceso. Access Grant Channel (AGCH) - DOWNLINK - Este canal es usado por el BTS para notificar al MS de la asignacin de un SDCCH inicial para la sealizacin inicial. Standalone Dedicated Control Channel (SDCCH) - UPLINK/DOWNLINK Este canal es usado para la senalizacion y el call setup entre el MS y el BTS. Fast Associated Control Channel (FACCH) - UPLINK/DOWNLINK Este canal es usado para requerimientos de control tales como handoffs. Este toma un del Traffic Channel (TCH) para ser enviado. Slow Associated Control Channel (SACCH) - UPLINK/DOWNLINK Este canal es un canal de streams continuos que es usado para control y supervisin de seales asociadas con los traffic channels. Nota:

Este material fue extrado desde la pgina http://www.gsmfordummies.com, consulteesta para mayor informacion.